煤气水分离装置工艺设计优化

煤气水分离装置工艺设计优化

包斌英,刘旭红

新疆广汇新能源有限公司，新疆哈密839303

摘要：煤气水分离装置的主要生产任务是处理气化装置产生的含尘煤气水。将通过换热冷却、闪蒸膨胀、沉降分离、油回收等单元进行处理。副产品0.5MPa低压蒸汽送至管网，处理后的煤气水一部分送至气化装置进行洗涤循环，其余送至下游酚氨回收装置进一步分离回收酚、氨等副产品。煤气水装置的稳定性直接决定了煤制天然气装置的安全性和稳定性。

关键词：煤气水；分离装置；工艺设计

引言

近年来，国家对于环境保护重视程度越来越高，特别是煤化工生产过程中“三废”的处理是国家环保的严控环节。碎煤加压气化工艺中煤气化废水（以下简称煤气水）处理过程也是其成熟工艺技术的重要组成部分。预分离是煤气水处理的首要环节，分离效果好坏不仅影响气化过程正常进行，而且也影响后续处理环节能否达到国家排放标准要求。因此，煤气水预分离对于整个碎煤加压气化工艺系统的正常运行非常关键。

1煤气水的来源

(1)这部分蒸发池废水是由过热器排出的原料气引起的，经洗涤冷却器洗涤后，由余热锅炉冷却。其特点是空气量大，占空气总量的43.7%。成分复杂，特别是粉尘、树脂、溶解气体和酚类含量高。(2)一氧化碳变换装置高压水废水是由粗煤气径流洗涤器冲洗、煤气分离器分离和第一变换换热器冷却引起的。其数量仅次于灰尘、气体、水，占总水的37.7%，主要包含油、灰尘、游离氨、少量苯酚和脂肪酸。(3)气冷和黑色高压基座由分离器分离开关和单空调冷却引起。其水量仅为电子的一半，占总水量的18.6%，主要成分是油、游离氨和苯酚。

2装置试运行过程存在的瓶颈问题

(1)煤气水含有大量尘，换热器堵塞严重，设备故障频繁，运行周期短。气化装置排出的煤气水含有大量粉尘和粒径，导致热交换和冷却设备堵塞的频率较高，工作状态恶化时工作时间小于3d，生产期间不能工作供气改造冷却装置不仅减轻负荷，而且燃气供水装置的运行方式波动很大，还会导致换热器、初始除油器、双介质过滤器和分离器的故障频率，大大增加维护频率，从而增加风险(2)换热效果不好，工艺环境温度高，离器功能不能有效工作。由于原水以粉末形式含有大量固体颗粒，主要设备的初焦油分离器积聚的灰尘太严重，不能起到固体重力沉积分离的作用；同时，由于异常热交换引起的技术环境温度高，水和油溶解乳化，固体悬浮量大；固体颗粒和油在进入后进入系统，导致泵经常失灵，副产品含水量高，销售困难，储油层地区储存量高，储油层可能被封存；系统废水量持续增加，间接增加了运行负荷，间隔时间和空间减少，形成了恶性循环。同时，产物具有较高的油气溶解度、较高的COD，严重影响下游装置中酚氨的稳定回收运行、油量、质量差、销售价格极低等因素；在操作过程中，苯丙胺水指标难以监测，从而增加了生物化学处理的难度。(3)固体废物产生率高，难以处理，严重影响了设施的运作。由于设施关键设备的原料分离器严重堵塞，平均每天排放含油煤粉200多吨，蓄积量大，运输处置困难，造成现场环境污染，限制了高负荷系统的运行。

3气-液两相的分离

溶解性气体与煤气水分离是利用减压闪蒸过程来完成的，分离效率由过程中的闪蒸压力和闪蒸温度决定的。对闪蒸压力的分析可知，闪蒸过程是利用降液体压力使溶解气体析出，实现气液分离。在煤气水闪蒸过程中随着煤气水压力降低，一方面溶解性气体的溶解度降低；另一方面煤气水沸点也降低，随着沸腾进行溶解气从液相中析出。由两相平衡机理可知，影响煤气水中气体连续析出的主要因素是气相压力。持续保持较低气相压力可以使气体析出更彻底，甚至在负压状态下更有利于溶解气体的析出。考虑负压下对设备密封度的影响，均衡负压和微正压的气相析出效率，故选择微正压闪蒸方式。实际操作中利用输送设备将闪蒸设备上部析出气体连续性抽出，从而控制气相压力在0.5kPa~1.0kPa，使得气-液分离效率达到最优。确定了闪蒸压力后来分析闪蒸温度，由亨利定律可知，在气液两相共存状态中，当气相分压相对恒定时不同温度下气相溶质在液相溶剂中溶解度不同。煤气水中的物理性溶解气体其溶解度随着煤气水的温度升高而快速降低。但是实际运行中并非温度越高越好，确定闪蒸温度还应该考虑以下两方面：一方面是闪蒸过程的能量损耗导致煤气水的温度损失，实践运行数据显示，闪蒸过程温度损失在10℃~15℃；另一方面是后工序液-液分离对温度的要求，预分离工艺中气-液分离后是高温煤焦油与煤尘及煤气水的沉降分离，有关文献资料显示，煤焦油在煤气水中沉降分离的最佳温度是65℃~70℃。综合以上因素，将闪蒸温度控制在80℃~85℃之间，即兼顾了后工序的运行，也尽可能地确保较高的分离效率。

4改造措施分析

含尘和气体的煤气水通过重力沉降器与含尘和气体的水分离。在一定的流动速度下，流体的静止时间越长，分离效果就越明显。要达到满意的分离效果，就需要延长煤气水的停留时间，这是提高煤气水分离效果的有效途径。目前，该国现有的天然气水分离工艺未能实现永久原料浆分离器的预期效果，可以通过增加原料浆分离器或增加原料浆分离器的体积来增加天然气水的悬浮时间，结构相似，但设计体积大小不同。目前国内第一种除油器主要有两种设计尺寸第一个原浆分离器φ8000mm×6810mm，总体积402m3，将原浆分离器的实际体积分为上下两部分，实际体积297.1m3，原浆分离器的气流量50m3/h，原浆分离器的气流量保持不变第二原料分离器为φ12000mm×8500mm，总容积1170m3，有效容积855.4m3，原料分离器内的气流量125m3/h，原料分离器休息时间内气水保持在6.8h。

5效益分析

(1)经济效益优化改进型煤气水厂，累计投资约4000万元，固体废物处理成本每年约3500万元，副产品生产的增加使直接经济效益提高约3000万元/a。(2)优化和改进了安全环保的煤气水装置，大大提高了生产工艺和设备的可靠性，降低了设备故障率，降低了设备维修频率，降低了安全风险；以及同时，通过处理固体废物数量减少、资源利用、改善现场工作环境、消除环境污染风险、为企业环境保护和工人健康创造良好条件。(3)示范和推广获得专利的煤基天然气水处理工艺，填补与石油化学有关的技术空白，并通过消除以下方面的瓶颈，成为处理气体分离装置产生的固体废物的设计标准为固体废物的处理开辟新的途径，完善煤基煤气水处理工艺的设计。

结束语

煤气水预分离是碎煤加压气化工艺技术的组成部分之一，控制好闪蒸和沉降操作是保障煤气水顺利预分离的关键。对于闪蒸操作，温度和压力是其控制的重要指标；对于沉降操作，保障有充裕的沉降空间是分离操作的核心。煤气水预分离好坏直接影响碎煤加压气化装置和后续处理装置的平稳运行，因此控制好闪蒸和沉降分离的操作是确保煤气水预分离效率的重要手段。

参考文献

[1]陈俊,马彦宝,崔富忠.煤气水分离含尘重芳烃处理及分析[J].清洗世界,2019,35(07):32-33.

[2]崔富忠,王丽娟.浅谈鲁奇煤气水分离难点及质量控制[J].中国石油和化工标准与质量,2019,36(08):51-52.

[3]段伟.压力及温度对煤气水分离效果的影响[J].化工管理,2019(17):110+112.

[4]刘红,煤气气水分离装置技术改造.山东省,山东肥城矿业集团公司非煤产业部,2019-12-28.

[5]张盛武.煤气水分离新工艺[J].化工环保,2018(04):214-217.