于利紅

（兗礦水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心有限公司，山東 滕州277527）

煤氣化技術(shù)是現(xiàn)代煤化工發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)、龍頭技術(shù)，其工藝一般包括原料單元、氣化單元、合成氣凈化及渣水處理單元，其中，合成氣初步凈化單元主要功能為除去合成氣中的灰分，以滿足下游系統(tǒng)的工藝需求，因為若粗煤氣含灰量過高，細(xì)灰吸附于下游CO變換催化劑表面，易造成催化劑活性下降、失活。煤氣化裝置在工業(yè)運(yùn)行中易出現(xiàn)洗滌塔出口合成氣帶水帶灰、洗滌塔結(jié)垢、黑水管線堵塞、合成氣含灰量增加等問題，煤氣化用戶及研究者針對不同問題采取了諸多改進(jìn)措施并申請了相關(guān)專利，促進(jìn)了煤氣化合成氣初步凈化系統(tǒng)的優(yōu)化升級[1-2]。

1 煤氣化合成氣初步洗滌工藝介紹

1.1 德士古氣化合成氣初步洗滌工藝

德士古氣化技術(shù)采用水煤漿進(jìn)料，氣化爐燃燒室為耐火磚結(jié)構(gòu)，合成氣冷卻方式有激冷流程、廢鍋、半廢鍋+激冷流程，其中，激冷流程氣化技術(shù)在我國得到廣泛應(yīng)用。

德士古激冷流程氣化工藝合成氣洗滌流程示意圖見圖1。燃燒室高溫合成氣及液態(tài)熔渣經(jīng)燃燒室下部渣口進(jìn)入激冷室下降管，渣口下部設(shè)有激冷環(huán)，噴入激冷水對合成氣進(jìn)行初步冷卻。粗煤氣和液態(tài)熔渣經(jīng)下降管進(jìn)入激冷室的水浴中，熔渣冷卻固化后落入激冷室下部水浴中；粗煤氣沿下降管與上升管的環(huán)隙空間上升出氣化爐，氣化爐合成氣出口處設(shè)沖洗水，防止合成氣中細(xì)灰顆粒在出口處累積造成堵塞。出氣化爐合成氣進(jìn)入噴嘴洗滌器，洗滌器中噴入工藝水對合成氣增濕，使合成氣夾帶的固體顆粒完全濕潤，提高合成氣中細(xì)灰顆粒在洗滌塔中的洗滌效率。合成氣通過激冷室中部下降管進(jìn)入洗滌塔下部水浴，再向上穿過水層,大部分固體顆粒沉降到塔底部與合成氣分離。上升的合成氣沿下降管和導(dǎo)氣管的環(huán)隙向上穿過兩層沖擊式塔板,并與潔凈的噴淋水逆向接觸,洗滌余下的固體顆粒,再經(jīng)除霧器除去霧沫后送往下游工序。

圖1 德士古激冷流程氣化合成氣洗滌流程示意圖

1.2 殼牌氣化合成氣初步洗滌工藝

殼牌氣化合成氣洗滌流程示意圖見圖2。殼牌氣化技術(shù)為粉煤進(jìn)料，氣化爐氣化室為水冷壁結(jié)構(gòu)，合成氣激冷方式為全廢鍋流程。合成氣首先采用冷煤氣激冷，經(jīng)對流廢鍋吸收部分熱量后排出氣化爐，進(jìn)入高溫陶瓷飛灰過濾器進(jìn)行初步凈化。合成氣夾帶的飛灰由高溫高壓陶瓷過濾器收集和儲存，通過鎖斗系統(tǒng)卸壓排下，再通過汽提和冷卻后，送至飛灰儲糟或外運(yùn)。出陶瓷過濾器的合成氣通過文丘里洗滌器洗滌，使合成氣中灰質(zhì)量濃度降到＜20 mg/m3，然后經(jīng)過洗滌塔進(jìn)一步洗滌，使灰質(zhì)量濃度進(jìn)一步降到＜1 mg/m3，同時降低鹵化物的含量并使氣體飽和。

圖2 殼牌氣化合成氣洗滌流程示意圖

1.3 多噴嘴水煤漿氣化合成氣初步洗滌工藝

多噴嘴對置式水煤漿氣化合成氣凈化流程示意圖見圖3。多噴嘴水煤漿氣化技術(shù)采用水煤漿進(jìn)料，氣化室為耐火磚結(jié)構(gòu)，合成氣冷卻方式為激冷流程，合成氣初步洗滌流程為氣化爐激冷室采用激冷環(huán)噴淋及下部水浴洗滌，冷卻物料的同時除去合成氣中部分細(xì)灰。出氣化爐合成氣經(jīng)混合器增濕、增重后，進(jìn)入旋風(fēng)分離器，利用慣性離心力將合成氣中包裹著細(xì)灰的液滴除去。凈化后的合成氣送入洗滌塔，洗滌塔洗滌水來自高溫?zé)崴畠薷邷鼗宜案邷刈儞Q冷凝液（高溫?zé)崴畠迌?nèi)灰水來自由蒸發(fā)熱水塔加熱的灰水槽灰水）。洗滌塔下部黑水用于混合器增濕合成氣及氣化爐激冷水。洗滌塔采用塔板結(jié)構(gòu)，塔板形式不斷改進(jìn)，初期采用泡罩塔板，后期改為泡罩+固閥塔板。在塔板上，合成氣與來自變換的冷凝液混合，合成氣中部分細(xì)灰顆粒進(jìn)入液相，合成氣含灰量達(dá)到要求后送入下游系統(tǒng)。

圖3 多噴嘴對置式水煤漿氣化合成氣凈化流程示意圖

1.4 航天爐氣化合成氣初步洗滌工藝

航天爐氣化技術(shù)采用粉煤進(jìn)料，氣化爐氣化室為水冷壁結(jié)構(gòu)，合成氣冷卻方式采用激冷流程。合成氣初步凈化流程：合成氣經(jīng)激冷環(huán)進(jìn)入激冷室，在激冷室內(nèi)合成氣經(jīng)過降溫、增濕、除塵、洗滌，熔渣迅速固化；合成氣出氣化爐后再經(jīng)文丘里洗滌器和合成氣洗滌塔，用水進(jìn)一步增濕、除塵、洗滌，除塵后的合成氣進(jìn)入下游變換工序；粉煤燃燒后形成的灰渣沉積在激冷室水中，絕大部分灰渣迅速沉淀并通過渣鎖斗系統(tǒng)定期排出。

1.5 GSP氣化合成氣初步洗滌工藝

GSP氣化合成氣初步凈化流程示意圖見圖4。GSP氣化技術(shù)為粉煤進(jìn)料，合成氣冷卻方式為激冷流程。高溫煤氣在激冷室被噴灑的水冷卻到220℃，進(jìn)入文丘里洗滌器，將煤氣中含塵質(zhì)量濃度降至1 mg/m3（干），煤氣中飽和的水供變換用。

粗合成氣和液態(tài)渣經(jīng)燃燒室下部的排渣口和導(dǎo)管進(jìn)入氣化爐的激冷室。在激冷室的導(dǎo)管出口處，被激冷水噴水環(huán)A、B、C噴出的霧狀激冷水冷卻至約220℃。

合成氣冷卻同時達(dá)到水蒸氣飽和狀態(tài)，進(jìn)入兩級文丘里洗滌器進(jìn)一步洗滌。兩級文丘里洗滌器后設(shè)有氣液分離罐，對合成氣中部分包裹細(xì)灰的液滴進(jìn)行分離。經(jīng)兩級文丘里洗滌后的合成氣送入下游系統(tǒng)[3]。

圖4 GSP氣化合成氣初步洗滌流程示意圖

1.6 清華爐氣化合成氣初步洗滌工藝

清華爐采用水煤漿進(jìn)料，第一代、第二代清華爐采用激冷流程，第三代清華爐采用廢鍋激冷流程。合成氣洗滌方式為激冷室、文丘里及水洗塔洗滌。合成氣經(jīng)氣化爐下部激冷室水浴洗滌后，送入文丘里，與來自激冷水泵的高溫黑水混合后進(jìn)入洗滌塔。合成氣首先進(jìn)入洗滌塔底部的水中洗掉其中的細(xì)渣，基本不含固體顆粒的合成氣沿洗滌塔向上流動，與從塔中部進(jìn)入的循環(huán)灰水和塔上部加入的來自界區(qū)外的冷凝液逆流直接接觸，洗滌剩余的固體顆粒，離開洗滌塔的合成氣中含塵質(zhì)量濃度小于1 mg/m3。在洗滌塔頂部安裝有旋流板除沫器，合成氣在離開洗滌塔時除去其中夾帶的水霧，干凈的合成氣出洗滌塔后經(jīng)過可從控制室調(diào)節(jié)的閥門送出界區(qū)。

2 部分合成氣洗滌系統(tǒng)運(yùn)行及改造實例

安徽淮化集團(tuán)有限公司德士古氣化技術(shù)合成氣初步洗滌系統(tǒng)出現(xiàn)合成氣帶灰、帶水及洗滌塔阻力增加現(xiàn)象，分析原因為煤質(zhì)變化、洗滌塔尺寸不合理、工藝指標(biāo)不合理、絮凝劑及分散劑添加量不合適等造成，通過采取增加洗滌塔除霧器、對塔板篩孔進(jìn)行擴(kuò)孔、增加塔板溢流堰高度、增加激冷水量、增加洗滌塔洗滌水量等方法，延長了洗滌系統(tǒng)運(yùn)行周期，增加了整個氣化系統(tǒng)的運(yùn)行周期[4]。神華包頭GE水煤漿加壓氣化系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)粗煤氣洗滌效果不佳、合成氣含塵量較大、洗滌塔排水管線堵塞、激冷水泵磨損等問題。通過在氣化爐及文丘里洗滌器間設(shè)置氣液固旋風(fēng)分離器，使洗滌后的粗煤氣可以滿足實際運(yùn)行需要。

神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤炭化工工業(yè)分公司采用GSP氣化技術(shù)，運(yùn)行過程中出現(xiàn)洗滌塔出口合成氣帶灰，造成變換系統(tǒng)合成氣加熱器、變換保護(hù)床堵塞的問題。為此采取氣化爐粗煤氣出口增加擋渣板，增加兩級氣液分離器（鼓泡塔），鼓泡塔黑水出口增加水力旋流器等措施，改造后洗滌塔合成氣含塵量明顯降低[3]。

神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)烯烴一分公司氣化車間采用GSP氣化技術(shù)，因?qū)嶋H煤種含灰量較大，造成粗合成氣帶灰嚴(yán)重，該公司將部分冷凝液切出，使合成氣含塵質(zhì)量濃度降到0.5 mg/m3，達(dá)到設(shè)計要求[5]。

中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司殼牌氣化工藝出現(xiàn)洗滌塔出口合成氣帶水等現(xiàn)象，分析其原因為負(fù)荷增加較快、水汽來不及分離，塔頂除沫器損壞，洗滌水分布器損壞等，通過避免較快調(diào)節(jié)負(fù)荷、增大補(bǔ)水、改變洗滌水分布器形式（管式改為擋板式）等，合成氣帶水現(xiàn)象明顯改善。現(xiàn)場還出現(xiàn)文丘里洗滌器堵塞問題，分析原因為文丘里洗滌器洗滌液噴頭堵塞造成，后采取割除文丘里洗滌液噴頭，改為直管進(jìn)水，改善洗滌水水質(zhì)等措施，使系統(tǒng)運(yùn)行狀況得到改善[6-7]。

3 合成氣洗滌相關(guān)專利分析

據(jù)佰騰專利檢索，采用洗滌塔為氣化系統(tǒng)粗煤氣初步凈化相關(guān)專利70件，與實際工業(yè)運(yùn)行裝置相近專利15件，總體來看，大多針對現(xiàn)有工業(yè)運(yùn)行裝置工藝流程的改造申請了相關(guān)專利。

以德士古、航天爐、清華爐等現(xiàn)有工業(yè)裝置普遍采用的“文丘里+洗滌塔”組合來講，科林未來能源技術(shù)（北京）有限公司、山西天和煤氣化科技有限公司、通用電氣神華氣化技術(shù)有限公司等單位的專利均采用“文丘里+洗滌塔”流程形式，并對工藝進(jìn)行部分改進(jìn)。

以華東理工大學(xué)“混合器+旋風(fēng)分離器+蒸發(fā)熱水塔”專利來講，兗礦集團(tuán)申請了“旋風(fēng)分離器+水洗塔（合成氣鼓泡）”，神華集團(tuán)有限責(zé)任公司申請了“激冷室+文丘里洗滌器洗滌+旋風(fēng)分離罐分離+碳洗塔”等相關(guān)專利。

煤氣化工藝合成氣初步洗滌系統(tǒng)相關(guān)的專利匯總見表1。

表1 煤氣化工藝合成氣初步洗滌系統(tǒng)專利匯總

續(xù)表1

4 結(jié)束語

合成氣初步凈化系統(tǒng)直接影響氣化系統(tǒng)及下游系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。用戶及研究者在實際應(yīng)用中不斷對該技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，解決了工業(yè)運(yùn)行中面臨的一系列問題，保障了氣化系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。從專利申請來看，許多煤氣化用戶及研究者均申請了相關(guān)專利，對工藝改進(jìn)及相關(guān)研究成果進(jìn)行知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，形成了不同類型的合成氣初步凈化工藝，為煤氣化技術(shù)工藝改進(jìn)提供了備選技術(shù)。