王洪坤，黃 浩，崔立國，王國平

(伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司，新疆 伊寧 835000)

1 概 述

魯奇碎煤加壓氣化技術(shù)(以下簡稱“魯奇爐”)因煤種適應(yīng)性強(qiáng)、技術(shù)成熟可靠而被廣泛應(yīng)用，其氣化技術(shù)的工藝原理為，塊煤從煤鎖加入氣化爐內(nèi)，經(jīng)過預(yù)熱、干燥、干餾、氣化、燃燒等過程與氣化爐底部上來的氣化劑反應(yīng)生成粗煤氣。

在氣化過程中，由于氣化劑(蒸汽)分解不完全及煤中含有水分等，會產(chǎn)生大量的氣化廢水，這部分廢水中含有較多的油類、酚、氨等物質(zhì)，會抑制后續(xù)廢水生化處理過程中生化池微生物的活性。與此同時(shí)，油類、酚類、氨氮也是有機(jī)化學(xué)中的重要原料，具有很高的利用價(jià)值。因此，高效回收煤氣水中的油類、酚類物質(zhì)以及氨氮等，不僅可以減輕后系統(tǒng)處理壓力，同時(shí)也可以創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。

煤氣化廢水的處理包括煤氣水分離裝置分離回收其中的油類物質(zhì)和焦渣，將油含量合格的煤氣水送至酚氨回收裝置脫除其中的酸性氣體，并分離回收其中的酚和氨。廢水凈化過程中，同時(shí)產(chǎn)出重芳烴、多元烴、混合酚和氨水或液氨等副產(chǎn)品。經(jīng)酚氨回收裝置處理合格的稀酚水送至污水處理裝置進(jìn)一步通過酸化水解、生化、超濾和反滲透等手段處理合格后回用，實(shí)現(xiàn)廢水的循環(huán)利用和零排放[1-5]。

伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司年產(chǎn)20 億m3天然氣項(xiàng)目，采用魯奇爐，自2017年投運(yùn)生產(chǎn)以來，存在煤氣水分離裝置油水分離效果差，副產(chǎn)重芳烴回收率低、質(zhì)量差，固體廢物處理難等問題，始終影響項(xiàng)目的正常運(yùn)行。

公司基于對魯奇爐運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析研究，實(shí)施多項(xiàng)技術(shù)改造，有效解決了上述問題。

2 煤質(zhì)對煤氣水分離運(yùn)行的影響

在魯奇爐的運(yùn)行管理中，對原料煤煤質(zhì)判斷主要參考其工業(yè)分析數(shù)據(jù)，包括煤的灰分、水分、揮發(fā)分和固定碳等。

2.1 煤的灰分對煤氣水分離運(yùn)行的影響

灰分是指煤在一定溫度下完全燃燒后生成的殘留物，其主要成分是SiO2、Al2O3、CaO、MgO等。在實(shí)驗(yàn)室中將一定數(shù)量的煤樣于一定溫度條件下充分燃燒后，根據(jù)殘?jiān)|(zhì)量以求得灰分產(chǎn)率，以不含水分的干燥煤樣為基準(zhǔn)計(jì)算灰分。煤的灰分是魯奇爐選擇原料煤的重要指標(biāo)，灰分過高或過低，都直接影響氣化爐的正常運(yùn)行。

研究表明，當(dāng)煤炭灰分變高時(shí)，渣水處理過程中產(chǎn)生的廢水中固體含量增大，而少量灰分隨著粗煤氣從氣化爐出口被洗滌冷卻后隨煤氣水進(jìn)入煤氣水分離裝置。

根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，煤中灰分的增加對煤氣水分離的運(yùn)行主要影響在以下2個(gè)方面。

(1)油水分離效果差。正常情況下，煤氣水分離副產(chǎn)品重芳烴水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求在6 %以下。通過對運(yùn)行數(shù)據(jù)的總結(jié)發(fā)現(xiàn)，隨著煤中灰分的增加，造成煤氣水密度分布不均勻，煤氣水的油水分離效果下降，同等控制條件下副產(chǎn)品重芳烴的水分也大幅增加，副產(chǎn)品水分增加，經(jīng)罐區(qū)靜置分層后返水量增加，取樣分析發(fā)現(xiàn)，罐區(qū)返水中重芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均在70 %左右，大量返水導(dǎo)致煤氣水分離裝置收油負(fù)荷增加，收取的重芳烴水分進(jìn)一步提高，且導(dǎo)致產(chǎn)品煤氣水重芳烴含量增加，形成惡性循環(huán)。

(2)焦渣產(chǎn)量增加。魯奇爐出口粗煤氣除了夾帶大量的水分外，還會夾帶大量的粉塵顆粒物及未燃燒的煤粉等固體，這些被稱為焦渣的固體經(jīng)洗滌冷卻后隨煤氣水被送至煤氣水分離裝置，在煤氣水分離裝置初焦油分離器內(nèi)靜置沉降后從其底部排出，因焦渣在排出過程中，水和重芳烴等會被一同排出，含固率僅40%左右，需在專用的沉降池進(jìn)一步沉降分離后，重芳烴和水返回系統(tǒng)重新分離，焦渣則作為固體危廢利用煤粉摻拌后隨原煤一起進(jìn)入鍋爐摻燒，處理難度較大，且存在一定污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。

隨著焦渣產(chǎn)量的增加，其回收處理難度及成本進(jìn)一步加大，如果處理不及時(shí)，有可能進(jìn)入后系統(tǒng)堵塞管道設(shè)備等，威脅煤氣水分離裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

表1 煤的灰分對煤氣水分離的影響

2.2 煤的水分對煤氣水分離運(yùn)行的影響

煤中的水分，按其在煤中存在狀態(tài)，分為游離水和化合水。在魯奇爐氣化反應(yīng)中，主要影響氣化效率，同時(shí)影響后續(xù)煤氣水裝置廢水處理量，由于煤氣水分離裝置工藝以油水分離為主，因此未發(fā)現(xiàn)水分含量對煤氣水裝置正常運(yùn)行產(chǎn)生明顯的影響。

2.3 煤的揮發(fā)分與固定碳對煤氣水分離運(yùn)行的影響

一般來說，煤中揮發(fā)分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，則氣化產(chǎn)生的油、酚、氨等產(chǎn)品就越多，因此會在一定程度上增加后續(xù)煤氣水分離和酚回收工段的副產(chǎn)品產(chǎn)量，同時(shí)揮發(fā)分高的煤活性也高，在一定范圍內(nèi)有利于甲烷的生成。

固定碳的含量與煤的完全氣化得到的氣化指標(biāo)好壞有直接關(guān)系，因此，煤的揮發(fā)分與固定碳含量主要影響氣化爐的各項(xiàng)指標(biāo)，對煤氣水分離的運(yùn)行沒有明顯的直接影響[6-9]。

3 煤氣水分離工藝優(yōu)化

3.1 增加重芳烴分液及蒸餾裝置

為解決煤氣水分離油水分離效果差、重芳烴水分含量高且罐區(qū)返水量大的問題，通過增加重芳烴分液罐和帶有特殊加熱內(nèi)件的蒸餾罐，將系統(tǒng)收取的重芳烴首先送至分液罐靜置分水，再送至蒸餾罐蒸餾脫水合格后送至罐區(qū)，很好地解決了油水分離效果差導(dǎo)致外送重芳烴水分含量高和罐區(qū)返水量大的問題。

重芳烴分液及蒸餾流程見圖1。

圖1 重芳烴分液及蒸餾流程示意

系統(tǒng)內(nèi)收取的重芳烴溫度為70 ℃，水含量約為15%～20%，經(jīng)分液罐靜置分水8～12 h后，水分降至15%以下，然后經(jīng)加熱至90～100 ℃后送至蒸餾罐，利用蒸汽間接加熱蒸餾脫水，控制蒸餾罐溫度為102～105 ℃，蒸餾約2～4 h，重芳烴水分降至3%以下，再冷卻至80 ℃左右送至罐區(qū)外售。其中分液罐主要起靜置分液的作用，對系統(tǒng)內(nèi)收取的水分含量較高的重芳烴進(jìn)行暫存和預(yù)脫水，蒸餾罐主要起蒸餾脫水的作用。蒸餾罐內(nèi)部采用立體交叉式加熱盤管，能夠提高加熱效率并保證良好的脫水效果。

3.2 重芳烴循環(huán)分離

由于重芳烴及水分密度差較小，受系統(tǒng)高負(fù)荷及灰分等影響，分離效果較差，部分重芳烴未及時(shí)收取被煤氣水帶至后系統(tǒng)沉積于設(shè)備底部，導(dǎo)致產(chǎn)品煤氣水油含量超標(biāo)，影響下游裝置穩(wěn)定運(yùn)行，通過增加管線，將后系統(tǒng)設(shè)備底部重芳烴抽至前系統(tǒng)重新收取，增加循環(huán)倍率，能夠較好地保證產(chǎn)品煤氣水油含量不超標(biāo)，后系統(tǒng)重芳烴重新收取示意見圖2。

圖2 后系統(tǒng)重芳烴重新收取示意(虛線為新增)

3.3 增設(shè)三相離心機(jī)

在初焦油分離器底部增設(shè)三相離心機(jī)，利用三相離心機(jī)的離心作用，對初焦油分離器底部的焦渣及一同排出的重芳烴和水等進(jìn)行分離處置，重芳烴回收至重芳烴槽后外送，水返回系統(tǒng)，同時(shí)得到較干的焦渣直接送至煤場摻燒，可以徹底解決煤氣水分離焦渣處理難度大、影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的問題。

三相分離處理焦渣流程見圖3。

圖3 三相離心機(jī)處理含焦油渣流程示意

3.3.1 三相離心機(jī)運(yùn)行原理

當(dāng)含塵重芳烴由進(jìn)料泵輸送到離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力把比液相密度大的固體顆粒沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，由于螺旋和轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速不同，二者存在有相對運(yùn)動(即轉(zhuǎn)速差，可調(diào))，兩相密度不同的液體重芳烴和煤氣水形成同心圓柱(即液池)，輕液相(煤氣水)處于內(nèi)層，重液相(重芳烴)處于外層。液池深度可通過可變?nèi)~輪進(jìn)行調(diào)節(jié)，沉積在轉(zhuǎn)鼓壁上的固體顆粒由螺旋推料器傳送到轉(zhuǎn)鼓的錐體端，從排渣口排入渣斗，輕液相(煤氣水)通過重力排進(jìn)地下廢水槽后回收至系統(tǒng)，重液相(重芳烴)通過離心機(jī)內(nèi)部向心泵加壓后輸送至重芳烴槽，整個(gè)三相分離過程均是自動進(jìn)料、自動出料[10]。

3.3.2 三相離心機(jī)出料指標(biāo)

三相離心機(jī)出料指標(biāo)見表2。

表2 三相離心機(jī)出料指標(biāo)

4 結(jié) 語

分析了魯奇碎煤加壓氣化技術(shù)煤質(zhì)對煤氣水分離運(yùn)行的影響，重點(diǎn)分析了灰分對煤氣水分離及副產(chǎn)品重芳烴水分含量的影響。

通過增加重芳烴分液罐和蒸餾罐的方法，同比條件下可將重芳烴水含量由15%降至3%。

通過將煤氣水后系統(tǒng)設(shè)備底部重芳烴抽到前系統(tǒng)重新收取的方法，有效降低了產(chǎn)品煤氣水的油含量。

通過增設(shè)三相離心機(jī)，有效解決了系統(tǒng)焦渣處理難的問題，并實(shí)現(xiàn)了固廢再利用。