石油焦氣化裝置運行難點分析

　　楊 路 ( 中國石油天然氣股份有限公司廣東石化分公司，廣東惠來 515200) 摘 要: 石油焦作為一種碳含量很高的能源，是一種很好的氣化原料。但是國內(nèi)石油焦氣化裝置起步較晚，在石油焦的利用上經(jīng)驗不足。通過對現(xiàn)有石油焦氣化裝置中遇到的難點問題進(jìn)行深刻剖析，找出解決石油焦氣化裝置中遇到難題，使得石油焦氣化裝置穩(wěn)定運行。

　　關(guān)鍵詞: 石油焦; 氣化; 碳轉(zhuǎn)化率

　　中圖分類號: TQ545 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: B 文章編號: 2096-3548( 2021) 12-0036-03 DOI: 10． 19910 /j． cnki． ISSN2096-3548． 2021． 12．石油焦是一種含碳量較高的化石原料，如果直接燃燒發(fā)電會對環(huán)境產(chǎn)生較大影響，作為氣化原料使用時由于其反應(yīng)活性差，無論是氣化反應(yīng)還是反應(yīng)后灰渣的物理特性都與使用煙煤作為氣化原料時存在較大的差異。近年來，大批煉油裝置開工建設(shè)，高效利用石油焦是目前亟待解決的問題。 1 燃燒室反應(yīng)情況． 1 耐火磚情況

　　耐火磚在石油焦摻燒工況下不可避免地出現(xiàn)

　　侵蝕加劇的情況，同時由于石油焦中的重金屬遷移，因此在石油焦氣化裝置中必須添加合適的助熔劑。在選擇助熔劑方面，應(yīng)關(guān)注對氣化反應(yīng)有利的堿性物質(zhì)，在保證煤漿穩(wěn)定的前提下關(guān)注造紙廢液( 造紙廢液中含有部分堿性金屬) 綜合考慮助熔劑的選用。在復(fù)合助熔劑及煤漿添加劑初步確定后，進(jìn)行灰熔點及黏溫特性的測定。 

    1． 2 碳轉(zhuǎn)化率當(dāng)氣化裝置的碳轉(zhuǎn)化率低于 88% 時，石油焦氣化裝置的整體情況會出現(xiàn)較大變化，其中尤以澄清槽難以繼續(xù)運行的情況尤為突出，且經(jīng)濟(jì)效益也大打折扣。石油焦未反應(yīng)的殘?zhí)亢腿墼纬筛呷埸c共融物，其黏溫特性極差，極易堵塞渣口。

　　即使在灰熔點較低的情況下還是極易出現(xiàn)渣口堵塞的情況，因此無論何種操作都應(yīng)保證碳轉(zhuǎn)化率在臨界碳轉(zhuǎn)化率以上才有實際可操作性。

　　石油焦氣化裝置主要消耗延遲焦化裝置的石油焦，可以對石油焦中摻燒部分褐煤進(jìn)行可操作性分析研究。石油焦的反應(yīng)活性只有煙煤的1 /6，但是褐煤對石油焦的催化作用達(dá)到煙煤氣化的1.5倍。褐煤中的碳含量較低，若摻燒褐煤可降低氣化爐內(nèi)總的碳含量，實際上對石油焦的氣化反應(yīng)是有利的。

     2 水洗塔運行情況

　　目前，石油焦氣化裝置水洗塔大多采用 3 層泡罩加 2 層固閥( 由下至上) 的形式。某石油焦氣化裝置( 簡稱 A 裝置) 固閥塔塔盤開孔率為． 6% ，在裝置運行期間塔盤積灰嚴(yán)重( 圖 1) ，多次發(fā)生水洗塔帶水; 中國石油天然氣股份有限公司廣東石化分公司( 簡稱廣東石化) 石油焦氣化裝置( 簡稱 B 裝置) 開孔率為 10% ，在摻燒石油焦期間灰含量較大，同時需要關(guān)注水洗塔運行情況，流出足夠的余量，避免裝置運行期間由于水洗塔帶水嚴(yán)重對后系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。 圖 1 水洗塔塔盤運行情況水洗塔底部黑水出口管線作為黑水管線的典型代表，通過 A 裝置的實際運行數(shù)據(jù)顯示，黑水氮肥與合成氣中的含固量基本可以達(dá)到設(shè)計值的 1． 5 倍。B 裝置水洗塔兼顧四噴嘴氣化中的旋風(fēng)分離器及水洗塔雙重職責(zé)，該黑水管線的含固量會進(jìn)一步上升。 B 裝置的高壓灰水換熱器結(jié)垢情況及澄清槽給料泵進(jìn)口管線運行情況也應(yīng)引起足夠重視。特別是高壓灰水換熱器堵塞嚴(yán)重時，一方面導(dǎo)致高壓閃蒸罐壓力升高，另一方面對灰水的加熱效果變差，進(jìn)入水洗塔底部的灰水溫度降低，較低的灰水溫度會加劇混合器壓差的上漲趨勢，導(dǎo)致氣化爐側(cè)壓力升高，氣化裝置被迫減負(fù)荷運行。

　　水溫降低加劇細(xì)灰在系統(tǒng)內(nèi)的積聚，系統(tǒng)水質(zhì)整體惡化。A 裝置經(jīng)過改造后，使用高溫?zé)崴玫乃苯友a到旋風(fēng)分離器，溫差為 10 K，洗滌效率增高 3 百分點。因此，真空閃蒸罐底部進(jìn)入澄清槽的黑水在系統(tǒng)水質(zhì)惡化時應(yīng)及時調(diào)整，避免因 1 套裝置水質(zhì)惡化，導(dǎo)致整個氣化裝置的系統(tǒng)水質(zhì)惡化。 3 初期裝置運行藥劑的選用

　　研究表明聚丙烯酰胺在去除膠體、顆粒物的同時，可以部分去除有機(jī)污染物［1-5］，但聚丙烯酰胺在石油焦氣化裝置上的應(yīng)用較少。摻燒石油焦裝置在運行初期均出現(xiàn)澄清槽內(nèi)細(xì)灰沉降困難，導(dǎo)致返回磨煤機(jī)的細(xì)渣含固量不穩(wěn)定，使煤漿濃度出現(xiàn)波動，同時對壓濾機(jī)的運行也產(chǎn)生一定程度的影響。若裝置運行初期不穩(wěn)定，澄清槽內(nèi)的細(xì)灰外排應(yīng)提前考慮直排進(jìn)入沉渣池; 同時，對磨煤單元工藝水的選取應(yīng)考慮備用水源，在高比例摻燒石油焦工況下，若返回磨煤機(jī)的水量不能維持設(shè)計數(shù)據(jù)，則磨煤機(jī)需要額外補充水源，保證磨煤單元的正常運行。

　　石油焦氣化裝置在高比例摻燒石油焦工況下運行時，在絮凝劑的選用上應(yīng)足夠重視。石油焦的不同摻燒比例會導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的細(xì)灰( 殘 炭) 呈現(xiàn)陡坡式變化。若絮凝劑量與當(dāng)前工況不匹配，即絮凝劑的投加量過多或者過少都會導(dǎo)致絮凝后的顆粒無法沉降。

　　傳統(tǒng)的煤化工裝置不會出現(xiàn)系統(tǒng)灰顆粒含量短時間內(nèi)陡增的情況，即使是煤的灰熔點升高灰分含量升高) ，由于煤漿槽的緩沖作用，系統(tǒng)內(nèi)細(xì)灰還未來得及累積，氣化爐就采取降低負(fù)荷應(yīng)對灰熔點升高，此時的灰水濁度僅會出現(xiàn)小幅度波動。

　　因此在石油焦高比例摻燒導(dǎo)致碳轉(zhuǎn)化率陡降，系統(tǒng)灰( 殘?zhí)? 含量變化劇烈時，絮凝劑量未及時調(diào)整，導(dǎo)致絮凝后的絮團(tuán)無法沉降。一個澄清槽按照設(shè)計參數(shù)對比緩沖約 7 h，留給裝置調(diào)整的時間很少。一旦出現(xiàn)無法沉降( 沉降效果差) ，短時間內(nèi)就會導(dǎo)致嚴(yán)重后果。 4 除氧器水質(zhì)的穩(wěn)定除氧器進(jìn)水包括: 低壓閃蒸罐蒸汽、汽提塔后冷卻器分離罐凝液、變換汽提塔凝液、真空閃蒸分離罐凝液、高壓閃蒸分離罐凝液、低壓灰水和低壓蒸汽凝液。

　　以上介質(zhì)中汽提塔后冷卻器冷凝液的堿度較高，低壓閃蒸罐中蒸汽會夾帶部分灰顆粒，加之低壓灰水中也存在少部分灰顆粒，會導(dǎo)致除氧器內(nèi)形成灰垢，影響高壓灰水泵打量。

　　汽提塔后冷卻器分離罐后冷凝液進(jìn)入 2 號真空閃蒸罐，2 號真空閃蒸罐內(nèi)的黑水含固量高，且澄清槽進(jìn)料泵進(jìn)口在渣水 1 樓，極易出現(xiàn)該泵的進(jìn)出口管線嚴(yán)重結(jié)垢的情況。該股冷凝液進(jìn)入 2 號真空閃蒸管的時間及流量應(yīng)慎重考慮，即使沒有該股冷凝液該管線的結(jié)垢也不容樂觀。根據(jù)以往裝置運行的經(jīng)驗，真空閃蒸罐出口管線也確實易結(jié)垢。

　　總之，在石油焦高比例摻燒的窗口期，系統(tǒng)管道內(nèi)流速較低、堿度高的區(qū)域極易結(jié)垢。因此，高氨氮含量的廢水必須外送( 見圖 2) ，減少在系統(tǒng)內(nèi)的積聚。新增冷凝液至真空閃蒸冷凝液泵管線，出口輸送至變換冷凝液泵出口，減少冷凝液在系統(tǒng)內(nèi)的積聚?！　?/p>

    在裝置運行期間，需要嚴(yán)格控制系統(tǒng)高氨氮廢水流量，控制各閃蒸罐及碳洗塔黑水排放流量的穩(wěn)定，避免出現(xiàn)黑水排放流量的波動導(dǎo)致管線溫度波動，造成黑水管線結(jié)垢。

    5 其他關(guān)注要點關(guān)注氣化爐水煤氣出口管線潤濕設(shè)備。

　　在裝置首次開工后做好此處積灰情況的檢查，避免出現(xiàn)積灰嚴(yán)重的情況。A 裝置變換高溫冷凝液溫度約為 199 ℃，該股工藝?yán)淠簼櫇褡饔昧己?，但?B 裝置高溫冷凝液溫度為 263 ℃，潤濕作用減弱，若是降低該股介質(zhì)溫度會導(dǎo)致類似混合器積灰現(xiàn)象的發(fā)生。 ( 2) 關(guān)注分散劑添加量。分散劑先和灰起作用，再和離子起作用。B 裝置灰含量升高以后，在裝置灰含量較高的區(qū)域，未反應(yīng)的殘?zhí)繒解}鎂離子，在管線流速相對較低的地方容易結(jié)垢。 6 結(jié)語通過對石油焦氣化裝置運行難點的剖析，總

　　結(jié)出在延長石油焦氣化裝置運行時間上必須落實以下措施: ( 1) 嚴(yán)格控制關(guān)鍵指標(biāo)，保證石油焦氣化裝置的碳轉(zhuǎn)化率 ＞ 88% ，減少因碳轉(zhuǎn)化率低導(dǎo)致的耐火磚使用壽命降低，氣化裝置帶水嚴(yán)重。 ( 2) 關(guān)注水系統(tǒng)運行情況，特別是裝置運行初期以及摻燒石油焦期間，重點關(guān)注灰水的沉降情況，避免水質(zhì)惡化。

　　統(tǒng)損壞導(dǎo)致的被迫停車; 每次開停車的氣體排放浪費及檢修材料的消耗等按 100 萬元計算，每年至少節(jié)約 300 萬元。 ( 2) 降低檢修費用。改造前每次停車需要對緩沖系統(tǒng)進(jìn)行檢查并更換部分零部件，改造成球型緩沖罐后易損件的使用壽命預(yù)計可以達(dá)到 5 a，每年可節(jié)約因緩沖罐零部件損壞形成的備件費用約萬元。

     5. 2 社會效益

　　降低在系統(tǒng)開車升壓階段及停車泄壓階

　　段對煤漿給料泵出口緩沖罐沖擊導(dǎo)致的易損件損壞的風(fēng)險，降低設(shè)備的故障率，提高單系統(tǒng)運行周期，穩(wěn)定運行能力，提高氣化裝置的運行效率，有利于整個系統(tǒng)的穩(wěn)定生產(chǎn)，具有良好的社會效益。 ( 2) 減小檢修難度，有效提高檢修進(jìn)度，縮短檢修時間，保證系統(tǒng)的正常備車，同時可以節(jié)省勞動力。 

    6 結(jié)語

　　通過對煤漿給料泵出口緩沖系統(tǒng)的研究與應(yīng)

　　用，實現(xiàn)了消除設(shè)備故障和減小煤漿壓力波動的預(yù)期目的。自 2019 年 3 月 2 套系統(tǒng)煤漿給料泵改造完成，并經(jīng)過實際運行應(yīng)用驗證后，2020 年 3 月—4 月完成了剩余 6 套系統(tǒng)煤漿給料泵的改造，總體運行平穩(wěn)，改造效果良好。