航天炉变换冷凝液系统改造总结

2023-03-22 21:41张世飞张林峰

张世飞,张林峰

(安徽晋煤中能化工股份有限公司，安徽阜阳 236400)

安徽晋煤中能化工股份有限公司(简称中能化工)一期航天炉装置碳洗塔为后序变换工序提供用水。2020年上半年，碳洗塔发生堵塞，粗煤气带水带尘，直接影响变换工序的安全运行。为此，笔者分析了碳洗塔结垢堵塞的原因，并提出解决措施。

1 存在的问题

(1) 气化碳洗塔用水来自变换工序的锅炉水和变换气冷凝液。锅炉水为除氧水，水质合格；变换气冷凝液是系统循环使用的水，没有配套的处理装置，水体积流量为20 m3/h，经分析氨氮质量浓度、化学需氧量(COD)高达3 000 mg/L。

(2) 碳洗塔一旦结垢，系统压差上升很快，气化炉到变换工序的压差最高达1.0 MPa，变换工序带水、带灰严重，系统只能减负荷生产。

(3) 煤气带水带尘严重，温度低至180 ℃(设计值为200 ℃)，变换工序需要大量外加蒸汽。

(4) 煤尘积在换热器和触媒层中，造成变换工序阻力大，并严重影响换热效果和触媒使用寿命。

为延长航天炉装置运行周期，实现稳产高产，确定年度目标：(1) 降低变换气冷凝液中氨氮质量浓度、COD(<10 mg/L)；(2) 减少装置因结垢堵塞造成的停车检修次数；(3) 将冷凝液现场排放量降低到零。

笔者从工艺、设备、人员等方面分析了气化碳洗塔堵塞的原因。

工艺方面的原因为：(1) 工艺流程设计不合理；(2) 系统冷凝液循环使用；(3) 变换气中氨含量高；(4) 变换副反应多[1-2]。

设备方面的原因为：(1) 现有装置处理能力低；(2) 没有配套冷凝液处理系统。

人员方面的原因为：(1) 操作不当导致工况波动大；(2) 操作规程不完善；(3) 业务技能差，缺乏应变能力[3-4]。

另外，分析监控项目缺失、系统用水紧张导致置换量小均是造成碳洗塔堵塞的原因。

(1) 技改增设水处理装置。

2020年3月，在变换汽提塔增设1台泵(利旧)，将冷凝液先在常压下进行加热汽提，解吸出其中的氨，再通过泵加压把汽提后的冷凝液送往气化碳洗塔，冷凝液中氨氮质量浓度、COD由原来的3 000 mg/L降到10 mg/L以下。

(2) 调整操作，提升平衡变换率，变换气冷凝液中氨质量浓度平衡在600 mg/L。

自从开车以来，变换炉二段触媒一直未更换过，由于触媒老化，变换系统的压差达到480 kPa左右，影响系统负荷的增加。利用变换炉原有管线进行改造，对变换炉二段增加1条副线，通过二段副线的调节，降低变换炉的压差，减小系统的阻力。变换炉压差从480 kPa降到350 kPa，保证了系统的正常运转。

针对变换系统3台废锅列管泄漏的问题，利用2020年7月停车检修机会，对3台废锅进行换芯，保证3台废锅运行的正常。另外增加1台加药泵去除氧槽，通过配碱来保证脱盐水pH合格，从而减少设备的腐蚀，保证3台废锅能长时间正常运行。

(3) 合理优化工艺流程。

(4) 制定操作法，统一操作思路。

(5) 组织业务学习，加强培训。

汽提塔泵投用后，外送冷凝液中氨氮质量浓度、COD降至10 mg/L以下，系统冷凝液完全实现循环使用。

改造后未再出现因气化碳洗塔堵塞导致粗煤气带水现象，保障了变换系统的正常运行。

煤气带水带尘问题得到解决，煤气温度高达190 ℃，1号变换炉外加蒸汽质量流量由原来的5.0 t/h减少至3.5 t/h。

技改后煤气温度由180 ℃升至190 ℃，变换炉外加4.9 MPa蒸汽质量流量减少1.5 t/h。每吨蒸汽成本为130元，2020年下半年生产按150 d计算，节约的蒸汽费用为70.2万元。

由于技改后，气化来粗煤气气质好转，变换阻力上升较为缓慢，比上一年同期压差降低 0.2 MPa，合成气压缩机组蒸汽消耗质量流量降低约0.68 t/h，则半年可以节约费用约31.82万元。

冷凝液完全循环利用后，污水减排体积流量为20 m3/h，处理每吨污水成本为2.0元，则减少污水处理产生的费用约为14.4万元。

变换冷凝液系统改造后，2020年下半年生产中为公司直接节约的费用共计约116.42万元。

针对由于气化碳洗塔堵塞而造成的粗煤气带水带尘、系统阻力大、各项消耗高的问题，分析认为碳洗塔结垢堵塞的原因是水中氨氮质量浓度高、COD高。通过改变冷凝液水质解决了该问题，防止粗煤气带水给变换工序造成影响。变换冷凝液系统改造后，每年可为公司直接节约232.84万元，经济效益明显。