惠貴鵬,景 瑋,張雪平
(伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司,新疆 伊寧 835000)
伊犁新天煤化工年產(chǎn)20 億m3煤制天然氣項目采用賽鼎工程有限公司碎煤加壓氣化工藝技術(shù),由于采用固定床逆流氣化,煤氣化過程中產(chǎn)生的廢水中油、酚、氨及酸性氣體等含量較高,因此,項目配套煤氣水分離及酚氨回收裝置對廢水進行預(yù)處理。根據(jù)水與油不互溶的特性,在煤氣水分離裝置利用重力沉降原理回收副產(chǎn)物重芳烴、多元烴等,并在酚回收裝置利用汽提和萃取原理進一步脫除煤氣化廢水中的酸性氣、氨氣和酚類等物質(zhì),降低煤氣化廢水中的油及COD 含量,提高其可生化性,然后在污水處理裝置經(jīng)過酸化水解、生化處理及超濾和反滲透等工藝處理措施,降低水中的濁度、硬度及COD 等,以實現(xiàn)廢水循環(huán)利用和零排放[1-2]。
煤氣水分離及酚氨回收裝置運行初期,存在固廢處理困難、油水分離效果不好、萃取效率較低及運行成本高的問題,本文對其在設(shè)備改造、流程優(yōu)化及運行方式調(diào)整方面采取的措施和達到的節(jié)能降耗效果進行了介紹,供同類企業(yè)參考。
氣化裝置來的高溫高壓煤氣水經(jīng)降溫后進入含塵煤氣水膨脹器中,利用氣體在液體中因壓力突然降低而使溶解度降低的原理,將溶解在其中的CO、CO2、NH3、H2S 等氣體分離出來后收集到膨脹氣系統(tǒng),送至氣化火炬或熱電鍋爐焚燒。原設(shè)計流程一方面對膨脹氣組分中體積分數(shù)約11%的CO、CH4、H2等有效氣直接焚燒造成浪費,另一方面煤氣水分離各系列產(chǎn)生的膨脹氣氣量大且?guī)?,造成提壓外送膨脹氣的鼓風(fēng)機運行負荷高,故障率高。
通過工藝技術(shù)改造,增加從煤氣水分離到煤鎖氣氣柜入口膨脹氣管道,利用系統(tǒng)壓力將膨脹氣送入煤鎖氣氣柜,經(jīng)煤鎖氣壓縮機提壓后送入變換出口煤氣中,回收有效氣成分,減少直接焚燒增加的CO2排放,同時膨脹氣不經(jīng)過膨脹氣鼓風(fēng)機,設(shè)備故障率降低,鼓風(fēng)機運行電流降低約60%。根據(jù)測算,每年回收有效氣可增產(chǎn)天然氣約144 萬m3,每天減少電消耗約7 700kWh。
煤氣水分離裝置6 個系列均有4 臺初焦油分離器,每臺設(shè)備安裝了2 臺功率7.5 kW 的減速機來帶動攪拌器,對設(shè)備底部黏稠的含塵重芳烴進行刮動攪拌。由于減速機軸瓦、攪拌器軌道、托輥等故障頻繁,設(shè)備停運隔離檢修周期長。為解決固廢問題,煤氣水分離裝置各系列分別新增了1 臺三相離心機[3],將初焦油分離器底部含塵重芳烴通過泵送入三相離心機,實現(xiàn)油、水和渣的分離,設(shè)備底部含塵重芳烴沉積情況大大減少。
為減少用電負荷及降低設(shè)備故障率,調(diào)整初焦油分離器攪拌器為間斷運行,將運行時間縮短為原來的20%,設(shè)備故障率由原來的30%降低到8.3%,節(jié)省了檢修維護費用,同時每年可節(jié)約用電量約14 萬kWh。
為洗滌分離氣化爐出口粗煤氣中攜帶的粉塵顆粒等,煤氣水分離裝置設(shè)有18 臺噴射煤氣水泵,為加壓氣化、變換冷卻裝置提供高壓噴射煤氣水。由于噴射煤氣水泵進口管線吸入口偏低,運行時會將大量重芳烴、含塵重芳烴、焦油塵等雜質(zhì)吸入泵內(nèi),造成機泵運行電流波動大、機封泄漏頻繁、振動值持續(xù)升高等現(xiàn)象,致使該泵故障率高,檢修頻繁,導(dǎo)致無法正常為加壓氣化和變換冷卻裝置送高壓噴射煤氣水。
為解決上述問題,將緩沖槽內(nèi)的噴射煤氣水泵吸入口提高1 m,減少緩沖槽錐底油塵雜質(zhì)從泵吸入口管線進入葉輪,改善了泵進口水質(zhì),減少水泵零部件磨損,提高泵的運行周期。改造后機泵故障率下降22%,節(jié)省了檢修維護費用,同時噴射煤氣水泵效率有所提高且能夠保持流量穩(wěn)定,同等負荷下可減少2 臺泵運行,全年可節(jié)約用電約400 萬kWh。
原設(shè)計酚回收裝置脫氨塔塔釜液經(jīng)脫氨塔塔釜酚水泵加壓后(壓力1.2 MPa~1.4 MPa),再經(jīng)酚水二級換熱器換熱后進入脫氨水冷卻器,冷卻后脫氨水進入萃取單元。脫氨水冷卻器工藝側(cè)入口壓力為1.0 MPa~1.1 MPa,而其設(shè)計值為1.0 MPa(操作壓力0.8 MPa),易導(dǎo)致脫氨水冷卻器浮頭內(nèi)漏、墊片損壞,造成工藝側(cè)脫氨水泄漏到循環(huán)水側(cè),污染循環(huán)水系統(tǒng)。
通過技改,在脫氨塔塔釜酚水泵進口閥前和出口閥后增加連通管線及閥門,在酚回收脫酸脫氨系統(tǒng)開車熱運正常后,停運脫氨塔塔釜酚水泵,利用塔釜壓力(0.45 MPa)將脫氨水輸送至后系統(tǒng),可有效降低脫氨水冷卻器工藝介質(zhì)側(cè)壓力和換熱器管殼程壓差,降低脫氨水冷卻器發(fā)生內(nèi)漏的幾率。改造可節(jié)省脫氨水冷卻器和脫氨塔塔釜酚水泵的用電和檢修維護費用,每年可節(jié)約用電約264 萬kWh。
酚回收脫酸脫氨系統(tǒng)再沸器原設(shè)計采用1.5 MPa蒸汽進行加熱,蒸汽消耗量約為70 t/h,主要由汽輪機抽汽獲得,成本較高。0.5 MPa 蒸汽主要由各工段廢鍋產(chǎn)生,成本較低,且夏季存在嚴重過剩現(xiàn)象,需放空處理,造成能量損失。經(jīng)過傳熱核算和對脫酸脫氨系統(tǒng)降溫降壓操作調(diào)試,發(fā)現(xiàn)使用0.5 MPa 蒸汽可以達到酚水脫酸脫氨的工藝要求。因此使用過剩的0.5 MPa蒸汽來替代高能級的1.5 MPa 蒸汽,減少蒸汽浪費和降低下網(wǎng)電量,可有效解決全廠水、電、汽的平衡問題。按照全年1 套酚回收脫酸脫氨系統(tǒng)長期使用0.5 MPa 蒸汽計算,可節(jié)約1.5 MPa 蒸汽56 萬t,節(jié)能降耗和經(jīng)濟效益顯著。
伊犁新天煤化工公司設(shè)置有3 座換熱站,冬季期間運行,為全廠提供采暖及熱水伴熱,設(shè)計使用0.5 MPa 蒸汽加熱。由于冬季0.5 MPa 蒸汽伴熱負荷高,使用該低壓蒸汽加熱采暖水則造成0.5 MPa 蒸汽欠缺,通過技術(shù)改造,使用溫度較高的回收冷凝液加熱采暖和伴熱循環(huán)水,可有效平衡公司各等級熱源使用,達到合理利用和節(jié)能降耗的目的。
酚回收裝置萃取塔(3 系列6 臺)原所使用內(nèi)件填料共4 段:1 段Φ2.6 m×2.2 m TJG-3 型高效格柵板填料+TJH-30 波紋板填料,3 段Φ2.4 m×5 m TJG-3高效格柵板填料+TJH-30 波紋板填料。在投料運行的2 年中,該塔內(nèi)件填料分散效果較差,萃取劑與酚水兩相接觸不充分,萃取塔的實際萃取級數(shù)(約2.0 個理論級)低于設(shè)計理論級數(shù)(4.0~5.0 個理論級),為保證脫酚效果,提高了溶劑比,溶劑比實際運行值在1∶4.0 左右,遠高于設(shè)計值1∶7.0,因此脫酚及溶劑回收單元的能耗較大。
對萃取塔填料進行更換,將原4 段填料更換為6段填料:1 段Φ2.6 m×2.4 m FG-Ⅰ+FG-Ⅲ型格柵填料、4 段Φ2.4 m×3.9 m 及1 段Φ2.4 m×3.68 m FG-Ⅱ+FG-Ⅲ型格柵填料,并使用新配套的酚水及溶劑進料分布器。改造后,增加了填料裝填體積,減小了萃取段填料間距,將原安全閥口與溶劑進口位置互換,在塔釜新開出料口,將出料位置下移。
經(jīng)過調(diào)試對比,改造后的萃取塔萃取效率顯著提高,理論萃取級數(shù)由原來的2.0 提高至3.5,二異丙基醚消耗較改造前降低了80 g/t,混合酚產(chǎn)量和品質(zhì)均有提高;萃取塔的溶劑比由原來的1∶4.0 可以降低至1∶6.0,噸稀酚水醚耗約為180 g,萃取塔運行負荷提高了約30%,系統(tǒng)運行穩(wěn)定的情況下可由3 套酚回收裝置運行調(diào)整為2 套運行1 套備用,既節(jié)能降耗又便于系統(tǒng)切換消缺,同時稀酚水送生化污水的指標能控制總酚質(zhì)量濃度在500 mg/L 以下、COD 在3 000 mg/L以下,為生化污水穩(wěn)定運行創(chuàng)造了良好條件。更換萃取塔填料后,除節(jié)約蒸汽和用電外,每年可節(jié)約溶劑二異丙基醚400 t,可降低費用600 萬元。
酚回收裝置酚塔原設(shè)計負荷為40 m3/h,實際運行負荷達到70 m3/h,在更換脫酚單元萃取塔填料后降至50 m3/h~60 m3/h,但還是超出酚塔設(shè)計負荷25%以上,且精餾段經(jīng)常出現(xiàn)浮閥和塔盤脫落的情況,超負荷運行導(dǎo)致醚損耗大、壓降高、能耗大、混合酚收率和質(zhì)量低等問題。
對酚塔塔盤進行了升級改造,將原常規(guī)F1 浮閥塔盤更換為ADV 高效浮閥塔盤,改善了原塔盤效率低、開孔率偏小的問題,改造后酚塔的處理能力在35 m3/h~55 m3/h,滿足其操作彈性為40%~140%的要求,酚塔全塔壓降不超過30 kPa(平均在15 kPa~25 kPa),混合酚中性油體積分數(shù)平均小于0.5%,酚及同系物質(zhì)量分數(shù)提高了10%,既節(jié)約溶劑消耗,又提高了副產(chǎn)品經(jīng)濟效益。
伊犁新天煤化工天然氣項目針對煤氣水分離和酚回收裝置廢氣回收、脫酸、脫氨、脫酚工藝運行中存在的問題,通過工藝技術(shù)改造、設(shè)備運行方式優(yōu)化、萃取塔更換高效率填料和酚塔更換高效塔盤等方式,一方面優(yōu)化了稀酚水出水指標,為下游污水生化處理提供良好條件,另一方面可以節(jié)電節(jié)汽、減少溶劑消耗、提高副產(chǎn)品質(zhì)量,為企業(yè)創(chuàng)造更好的經(jīng)濟和環(huán)保效益。