煤气初冷器除萘工艺的优化.pdf

47燃 料 与 化 工Fuel&Chemical Processes2023 年 9 月第 54 卷第 5 期煤气初冷器除萘工艺的优化张彬彬张建王晓峻袁雪夜王大臣（内蒙古包钢钢联股份有限公司煤焦化工分公司，包头014010）摘要：为了提高初冷器对荒煤气的除萘效果，增加了多个阀门与流量计，控制初冷器喷洒液的组分及流量，减少荒煤气中残留的萘对设备与管道的腐蚀及煤气净化工艺的影响。关键词：初冷器；喷洒液；除萘效果中图分类号：TQ546文献标识码：B文章编号：1001-3709（2023）05-0047-02Optimization of gas primary cooler naphthalene removal processZhang BinbinZhang JianWang XiaojunYuan XueyeWang Dachen（Coking Company of Inner Mongolia Baotou Steel Union Co.Ltd.，Baotou 014010，China）Abstract:In order to improve the naphthalene removal effect of the primary gas cooler on raw gas，additional valves and flow meters have been provided to control the composition and flow rate of the spraying liquid in primary gas cooler，thereby reducing the corrosion of residual naphthalene in raw gas on equipment and pipelines and the impact of gas purification process.Key words:Primary gas cooler；Spraying liquid；Naphthalene removal effect收稿日期：2023-04-25作者简介：张彬彬（1991-），男，工程师内蒙古包钢钢联股份有限公司煤焦化工分公司炼焦煤气净化部5、6号焦炉年产焦炭约90万t，现有2座6.0 m JN60-4型焦炉，炉型结构为单集气管、单吸气管、双联火道、废气循环、焦炉煤气下喷复热式焦炉。2座焦炉正常生产运行时产生荒煤气约65 000 m3/h。在炼焦生产过程中产生的荒煤气净化流程如下：焦炉炭化室顶部空间的荒煤气上升管桥管（低压氨水喷洒降低荒煤气温度）集气管吸气管气液分离器横管初冷器电捕焦油器煤气鼓风机脱硫塔洗氨塔洗苯塔ADA再次脱硫出厂煤气煤气柜用户。炼焦产生的荒煤气主要成分有焦炉煤气、水蒸气、煤焦油、苯族烃、氨、萘、硫化氢、其他硫化物、氰化物等1。炼焦煤气净化部鼓风冷却工段现有3台初冷器，1备2用。初冷器冷却是荒煤气净化的重要工艺环节，其主要作用是净化、降低荒煤气温度，并减小其体积。若不能及时脱除荒煤气中的萘和焦油等杂质，会对管道造成严重腐蚀，还会增加鼓风机的负荷，降低焦炉煤气的吸力。荒煤气中残留的萘也会对后续煤气净化工艺造成不利影响。1煤气初冷器的工作原理初冷器对焦炉荒煤气（802）自上而下分3段进行冷却，上段及中段用循环水冷却，最下段用低温水冷却。冷却水由每段的下部进入，与煤气逆流换热以提高传热温差。在冷却器壳程中、下段的上部，分别设置喷洒装置，连续喷洒含有焦油的氨水，以清洗荒煤气中集结的焦油和萘，并回收约30%40%的煤焦油。来自气液分离器的液体自流到机械化澄清槽经过重力沉降静置一段时间后，形成上部为氨水下部为焦油的2层液体，上部的氨水通过自流进入循环氨水槽，下部的焦油通过焦油泵导入到焦油槽。机械化澄清槽的焦油和循环氨水槽的氨水分别通过泵流入到中、下段冷凝液槽作为喷洒液，喷洒液通过泵输送到初冷器的中下段，经过喷洒洗去荒煤气中的萘，流入水封槽后再分别进入中、下段冷凝液48燃 料 与 化 工Fuel&Chemical ProcessesSep.2023Vol.54 No.5槽。中段冷凝液槽与下段冷凝液槽之间有管道连接，中段冷凝液槽的液体达到一定的液位后通过自流进入下段冷凝液槽，下段冷凝液槽达到一定的液位高度后自流进入到机械化澄清槽。2初冷器喷洒液存在的问题日常运行与操作中，靠手动调节阀门控制焦油、氨水分别进入中、下段冷凝液槽的流量比例，然后取样静置15 min 后，观察油水比是否达到操作规程中的要求。但这样无法准确控制喷洒液（焦油与氨水混合液）的流量及混合比例，影响了除萘效果。2.1初冷器喷洒液的组分操作规程中规定中段焦油、氨水比为28；下段焦油、氨水比为46。实际运行操作时初冷器中、下段喷洒液的混合比例无法控制，中、下段喷洒液组分未知其准确混合比例。焦炉煤气中萘含量为1015 g/m3，经横管式初冷器净化处理后，萘含量应降低到0.3 g/m3以下2。2.2初冷器中下段喷洒液流量现有的工艺操作无法准确控制初冷器中、下段喷洒液的流量。实际生产运行过程中，进入中、下段冷凝液槽的喷洒液（焦油与氨水混合液）的流速、流量无法准确控制。如果喷洒液的组分不稳定，会影响煤气脱萘效果。若喷洒液流量小，萘达到饱和后就不再被中、下段喷洒液吸收，则煤气不能完全脱萘，多余的萘极易造成管道阻塞；若喷洒液流量过大，则会增加下段工序电捕焦油器和鼓风机的工作负荷。此外，喷洒液的组分不稳定，也会降低设备除萘效率。荒煤气中的萘随着温度的降低析出量逐渐增加，影响初冷器除萘的主要因素有喷洒液流量大小、喷洒液组分及温度3。如何制定符合操作规程的中、下段喷洒液组分及流量是提高荒煤气冷凝净化亟待解决的问题。3初冷器的工艺优化初冷器在运行过程中，荒煤气与喷洒液并流，可产生较大的吸收推动力，通过控制喷洒液的组分及流量，使喷洒液能够更好地吸收并除去荒煤气中的萘。随着荒煤气温度的下降，萘会随着温度的降低而不断析出并溶解于喷洒液中。3.1监控初冷器中、下段喷洒液的组分为了提高煤气除萘效果，在实际运行中稳定控制喷洒液的组分尤为重要。喷洒液对荒煤气中萘的吸收机理主要为吸收、溶解、萃取等物理化学吸附作用。在中、下段冷凝液槽前端分别添加流量计和阀门来控制焦油和氨水的流量，使喷洒液按照要求的比例混合，以满足操作规程中对喷洒液组分的要求。3.2监控初冷器中、下段喷洒液的流量在初冷器中、下段喷洒液出口处分别安装流量计和阀门调节控制喷洒液流量，以提高除萘效率。在实际生产中，如果喷洒量不足，会造成喷洒盲区，降低喷洒效果。目前，我厂喷洒液出口处没有安装流量计，无法知道其流量。其他焦化企业的喷洒流量也各有差异，例如：沙钢太平焦化厂其平均值为4.8 m3喷洒液/km3煤气，太钢焦化厂为4.0 m3喷洒液/km3煤气4。参照其他企业对于喷洒液的用量，结合我厂初冷器设备及荒煤气流量等综合特性，宜适当增加喷洒液用量。选择喷洒液用量为4.5 m3喷洒液/km3荒煤气，若2座焦炉每小时处理荒煤气65 000 m3，处理荒煤气所需要的喷洒液流量为293 m3/h。4 优化效果为了提高除萘效果，对现有工艺进行优化，见图1。分别对流入中、下段冷凝液槽的焦油、氨水增加流量计和阀门，使喷洒液的组分达到操作规程要求；对中、下段喷洒液出口分别增加流量计和阀门，控制其流量和流速，使其更好地喷洒除萘；提高荒煤气中萘和焦油等脱除效果，增加焦油和萘等化学产品的产量，提高焦炉煤气的质量；降低残留的萘对后续煤气净化管道与设备的腐蚀，延长设备的检修周期。图 1优化后的工艺流程气液分离器取样口取样口初冷器荒煤气入口荒煤气出口下段水封槽下段冷凝液槽中段冷凝液槽排污阀机械化澄清槽（焦油）循环氨水槽（氨水）中段水封槽（下转第68页）68燃 料 与 化 工Fuel&Chemical ProcessesSep.2023Vol.54 No.5维床除尘除雾器在焦炉煤气净化领域有以下优势：（1）焦炉煤气中的焦油、萘脱除率升高，延长了焦炉煤气压缩机后脱油剂、脱硫剂的使用寿命。（2）焦炉煤气压缩机倒机频率、进口气阀清洗频次、水冷器清洗频次显著降低，运行工况得到优化。（3）纤维床除尘除雾器可实现在线冲洗，使用年限可达10年，减少了现场频繁更换焦炭带来的安全风险和由此产生的费用。（4）因焦炉煤气压缩机倒机频次减少，可减少倒机过程中煤气排放量约50 000 Nm3/a，环保及经济效益突出。参考文献 1 杭德森，张成昆.新型纤维除雾器的开发与应用J.硫酸工业，2007（2）：37-40.2 高小玲.纤维除雾器及其在化工生产中的应用J.化工设备与管道，2003，40（2）：24-28.韩立影编辑表2021 年纤维床除尘除雾器运行后进出口煤气杂质数据对比表日期焦油萘焦炉煤气压缩机倒机频率/（次d-1）进口/（mg m-3）出口/（mg m-3）脱除率/%进口/（mg m-3）出口/（mg m-3）脱除率/%4.105.242.2656.934.1021.7036.414.164.843.0537.067.1939.4241.304.237.102.5863.737.4622.3240.404.306.772.3265.732.5118.1244.315.56.772.3265.732.5118.1244.305.1116.457.1056.853.5230.0343.905.1813.875.8158.174.3843.6441.315.2512.96.2051.944.3528.8637.90平均值57.041.2约 1 次/20 d由表2可见，在统计期间，焦炭吸附式脱油脱萘器实际焦油脱除率为32.3%，萘脱除率为32.8%，焦炉煤气压缩机倒机频次为1次/d。由表3可见，纤维床除尘除雾器与焦炭吸附式脱油脱萘器的运行数据相比：（1）焦油脱除率提高至57.0%，萘脱除率提高至41.2%。（2）焦炉煤气压缩机倒机频次由1次/d延长至1次/20 d。（3）焦炉煤气压缩机进口阀片、出口水冷器管壁、缓冲罐及管道内的粉尘及油泥明显减少。（4）焦炉煤气压缩机后的脱油剂、脱硫剂阻力增幅减慢，使用寿命延长近1倍。4结论使用纤维床除尘除雾工艺后，净化后焦炉煤气中的焦油、萘含量明显降低，提升了甲醇原料气质量。通过中鸿煤化公司的技术升级改造，总结出纤5结语在现有的管道与设备上进行改造，增设流量计和阀门，对喷洒液的组分及流量进行稳定调控，增强初冷器设备中、下段喷洒液的除萘效果。提高初冷器整体除萘效果后，减小初冷器产生的阻力，减少设备故障，延长检修周期，提高设备使用寿命，提供合格的出厂煤气，具有显著的经济与环保效益。参考文献 1 周伍捌，代金荣，李开猛.降低初冷工序后煤气含萘的措施J.燃料与化工，2014，45（1）：44-45.2 陈中亮，潘忠洲.横管初冷器除萘工艺的优化J.化工管理，2015（12）：167-169.3 吕成亭.煤气初冷工艺运行中存在问题及应对J.天津冶金，2015（3）：53-55.4 张晓刚.洗油喷洒除萘技术在潞安弘峰焦化厂的应用与思考J.化工管理，2018（33）：217-218.甘李军编辑（上接第48页）