壳牌煤气化反吹系统的应用以及改进

蒋忠斌 冯秋平 张子泉 韦福军 （柳州化工股份有限公司二造气分厂 柳州 545002）

引言

壳牌粉煤加压气化是当今国际上先进的煤气化技术，属于气流床气化的第2代煤气化技术，已成为近年来国内外设计和生产厂家首选的气化工艺。该技术对煤种、粒度具有较大兼容性，具有煤种适应性广、单系列能力大、气化温度高、气化用氧耗量低、运转周期长、环境效益好等技术优势，与我国的能源资源的基本国情相适应。壳牌煤气化系统生产的合成气有多种作用，可用来制造纯氢，生产合成氨、甲醇、含氧化合物，也可以用于制取运输燃油、城市煤气、合成天然气及发电。而我们柳州化工股份有限公司是国内第一批引进壳牌煤气化的公司，于2007年投产，开车至今，积累了丰富的开车经验，并且做了一系列本地化改造，达到了满负荷95%年运行率，本文即是本公司针对壳牌煤气化反吹系统所做的改进。

一、壳牌煤气化反吹系统的作用

壳牌煤气化主要是将煤粉、氧气及蒸汽在加压条件下并流进入气化炉内,在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程。在壳牌气化过程中，煤经过高温、高压反应后，大量灰分以渣的形式直接排放至除渣工段，少量则以飞灰形式串入气化炉环形空间或者粘附在气化炉水冷壁上又或者随合成气进入后系统，飞灰的存在对整个系统的正常工作有很大的危害，比如堵塞过热段输气管道，从而使气流只能通过窄小的通道对水冷壁管道造成剧烈冲刷而造成漏水，使得系统不得不停车检修；甚至飞灰过多，粘附在高温高压过滤器的滤棒上，导致过滤器前后压差过大，滤棒经受不住而断裂，或者压差过高而被迫停车。因此，必须通过反吹系统将飞灰从合成气中尽可能的去除。国内外的壳牌煤气化系统基本上都是用来自空分系统提供的高温高压氮气来进行反吹，而本公司由于空分系统负荷不足以提供足够量的高温高压氮气进行反吹，所以将高温高压氮气改为从后工序净化处理干净的氢氮气加压后来进行反吹。所以本文所讨论的主要是针对壳牌煤气化反吹系统的高压高温氮气量不足又或者不稳定的情况下所做的一种高价有效的改进。

二、反吹系统的工艺流程

如图示1所示，在高温高压氮气充足的情况下，由空分提供的高温高压氮气通过反吹气加热热器，加热至225℃，然后进入反吹氮气缓冲罐作为反吹气源。当高温高压氮气不足时，可以由湿洗单元反吹气洗涤塔来的粗合成气进入气水分离器分离水后，经反吹气压缩机加压后通过反吹气加热器加热至225℃后进入反吹气缓冲罐，然后送往各用户。其用户为高温高压过滤器反吹、气化炉激冷段反吹、合成气冷却器反吹以及气化炉底部环型空间冷却气。当合成气冷却器反吹时，高压氮气缓冲罐可消除对高温高压过滤器供气压力的影响。缓冲罐的大小确保在合成气冷却器反吹系统峰值消耗情况下压力不低于5.9MPa。通过自动调节阀来稳定出口压力，经管道返回湿洗单元。

三、反吹系统容易出现的问题

反吹系统必须使用反吹气定时清洁气化炉和除灰单元的高温高压过滤器，以保证设备装置不积灰堵塞，本公司假如使用高压氮气作反吹气，气化炉系统因高压氮气不足只能维持80%的负荷；而使用反吹压缩机的话，由于合成气只是经过洗涤塔进行水洗的粗略处理，合成气中还是带有很大一部分酸性气体，在路经反吹管线时，对管线以及设备造成非常大的腐蚀，所以经常导致反吹压缩机、换热器、反吹管线、高温高压过滤器环管泄漏着火等严重事故。表1中为壳牌装置反吹系统一年之内出现的问题以及所影响的后果。

四、改进措施

为了解决反吹系统的问题，我们可以从后工序净化系统引用处理过的净化氢氮气，经新配管线加压接至气化工段反吹气总管，并安装工艺阀和仪表阀进行压力调节，并增加换热器，将净化氢氮气的温度加热到180℃以上，以满足反吹气的要求。而在系统开车时，可以先启用反吹压缩机，待系统运行稳定之后再切换至净化氢氮气。而当净化氢氮气供应有问题时，则又可切换至反吹压缩机，从而避免降负荷，维持生产稳定，系统的应急处理能力也能得到很大的改善。

表1

五、改造后效益

气化炉使用反吹气压缩机来压缩洗涤后的合成气用作压缩气源，从图表列出的影响产量计算，每月影响产量为400吨氨气，消耗高压氮气26吨，按每吨氨3000元，每吨氮气1800元计，一年经济效益为 3000×400×12+1800×12×26＝1496 万元。而改造估价也就在200万元左右。

正常情况下主要使用净化氢氮气作为反吹气源，当净化氢氮气气量不足时，可切换反吹气压缩机来提供反吹气源，这样即可保证壳牌煤气化长周期高负荷稳定运行。

六、总结

经过改进之后，反吹系统出现的问题得到良好改善，基本上没有因为反吹系统出现停车现象，泄漏现象也基本再也没有发生过。但是还是有点缺陷，由于是用氢氮气做反吹气源，当反吹管线有泄漏需要带压堵漏时，必须要切换高压氮气作为反吹气源，不得不降低负荷，所以如果后工序有足够多的二氧化碳，可以用来当成反吹气源使用，那样即可有效的解决上述问题。

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