NH3對Texaco煤氣化系統影響的分析與探討

山東化工●68●SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2011年第40卷資經(jīng)驗交流中NH3對Texaco煤氣化系統影響的分析與探討張鵬鵬,安曉熙(兗礦國宏化工有限公司,山東鄒城273500)摘要:介紹了Texco煤氣化系統工藝流程,分析了Texeco煤氣化過(guò)程中NH,的來(lái)源,闡述了NH,對Texeco煤氣化系統的影響并提出了相應的處理措施。系統中適量NH,的存在，可中和酸性物質(zhì),防止管線(xiàn)和設備腐蝕;而過(guò)量NH,的積累則會(huì )影響系統水質(zhì)、產(chǎn)生銨鹽結晶造成系統結垢,影響安全生產(chǎn)、危害環(huán)境。關(guān)鍵詞:Texmo煤氣化;變換反應;氨;銨鹽中團分類(lèi)號:T0541文獻標識碼:B文章編號:1008 -021X(2011)05 -0068 -03Analysis and Discussion on Impact of NH, to Texaco Coal Gasification SystemZHANG Peng -peng, AN Xiao -xi( Yankuang Guohong Chemical Co. ,Ltd. ,Zoucheng 273500 ,China)Abstract: Process flow of Texaco coal gasification system was introduced. NH, generated during Texacocoal gasification was analyzed. The impact of NH, on Texaco coal gasification system was proposed, andthe relevant measures were put forward as well. Adequate ammonia could neutralize acid and therefore toprevent pipeline and equipment from corrosion. Howerer, accumulation of excess NH, in the gasificationsystem could deteriorate water quality and separate out ammonium salt crystals and generate Bsystemscaling, thus to do harm to system safety operation and surrounding environment.Key words :Texaco coal gasification; shift reaction; NH, ;ammonium saltTexaco煤氣化工藝以其原料范圍寬、氣化強度化,進(jìn)入氣化爐進(jìn)行氧化還原反應生成水煤氣。水大、碳轉化率高、安全易控制、粗煤氣質(zhì)量好、產(chǎn)品中煤氣經(jīng)過(guò)氣化爐下降管在激冷室被激冷洗滌后出氣無(wú)焦油和酚類(lèi)、環(huán)境污染小等特點(diǎn)成為目前應用范化爐,通過(guò)文丘里管進(jìn)人碳洗塔進(jìn)一步增濕除塵 ,最圍最廣、工藝成熟的氣流床氣化技術(shù)"。雖然后送人CO變換工序。氣化爐激冷室中黑水和碳洗Texaco煤氣化工藝技術(shù)可靠,操作靈活性好,連續操塔中洗滌黑水經(jīng)過(guò)四級閃蒸回收熱量后進(jìn)入澄清槽作周期不斷加長(cháng),但氣化和CO變換過(guò)程中產(chǎn)生的進(jìn)行沉降,清水溢流至灰水槽最終返回系統循環(huán)利NH3在氣化灰水處理和CO變換工段不斷循環(huán)和用,含渣黑水進(jìn)入細渣過(guò)濾處理。積累,會(huì )使系統水質(zhì)變差,產(chǎn)生銨鹽結晶,造成系統1.2 Co變換工藝結垢,降低傳熱傳質(zhì)效率等,對煤氣化及后序系統的CO變換工藝流程示意圖如圖2所示。碳洗塔正常運行都會(huì )產(chǎn)生較大的影響,使裝置運行成本增來(lái)的水煤氣先經(jīng)過(guò)1#氣液分離器和原料氣預熱器加。只有采取合理措施有效減少系統中NH,使其然后進(jìn)入變換爐。出變換爐的變換氣依次經(jīng)過(guò)蒸汽保持在-定合理范圍內,才能保證整個(gè)系統長(cháng)周期、過(guò)熱器、1#低壓蒸汽發(fā)生器、2#低壓蒸汽發(fā)生器三個(gè)安全穩定運行。廢鍋進(jìn)行熱量回收,溫度降低,同時(shí)2#氣液分離器、1工藝流程簡(jiǎn)介3#氣液分離器分離冷凝液，然后變換氣通過(guò)脫鹽水1.1 Texaco煤氣化工藝預熱中國煤化工4#氣液分離器,最Texaco煤氣化工藝流程示意圖如圖1所示。水后去HCNMH(與器冷凝液在3#餼煤漿和來(lái)自空分的氧氣通過(guò)工藝燒嘴進(jìn)行混合、霧液分寓nLow的巴mi日環(huán)利用,4#氣液分收稿日期:2011-04 -20作者簡(jiǎn)介:張鵬鵬( 1981-) ,山東鄒城人,助理工程師,主要從事甲醇生產(chǎn)中德士古煤氣化技術(shù)方面的工作。第5期張鵬鵬,等:NH,對Texaco煤氣化系統影響的分析與探討. 69.離器冷凝液經(jīng)低溫冷凝液預熱器進(jìn)人汽提塔脫除部人 5#氣液分離器,氣體去火炬高點(diǎn)燃燒,冷凝液去分NH、H,S、CO2 ,其中液相部分從汽提塔底部送回磨煤工序作為制漿用水。氣化工序循環(huán)利用;氣相部分經(jīng)過(guò)脫鹽水冷卻器進(jìn)變換工序低K灰水-水煤漿.變換T序6|1抽真空5112@吧1197↓細渣1.氣化爐;2.鎖斗沖洗水罐;3.鎖斗;4.撈渣機;5.碳洗塔;6.高壓閃蒸分離器;7.灰水加熱器;8.高壓閃蒸器;9. 低壓閃蒸冷凝器;10.低壓內蒸器:11. 1#真空閃蒸冷凝器;12.真空閃蒸器;13. l#真空閃蒸分離器;14. 2#真空閃蒸分離器;15. 2#真空閃蒸冷凝器;16.除氧器;17.灰水槽;18.澄清櫓;19.細渣過(guò)濾機。圖1 Texaco煤氣化工藝流程示意圍W←- +低溫甲醉洗￥10er沖洗水→-050-碳洗塔米- 沖洗水水煤氣NF+Y1163|磨煤工序除氧器1. 1#氣液分離器;2.原料氣預熱器;3.蒸汽過(guò)熱器;4. 變換爐;5. 1#低壓蒸汽發(fā)生器;6.2#氣液分離器;7.2#低壓燕汽發(fā)生器;8.3#氣液分離器; 9.脫鹽水預熱器;10.水冷卻器;11.4#氣液分離器;12. 5#氣液分離器;13.低溫冷凝液預熱器;14.脫鹽水冷卻器;15.汽提塔。田2 CO變換工藝流程示意圈2煤氣化系統中 NH,的產(chǎn)生反應生成NH, ,其含量與O2純度有關(guān)。煤氣化系統中NH,的來(lái)源主要有以下幾個(gè)方(3)煤漿制備過(guò)程中所用的添加劑中存在含氮面:物質(zhì),也隨水煤漿- -起進(jìn) 人氣化爐參與反應。(1)原料煤中含有的N元素(其含量根據不同(4)煤漿制備過(guò)程中使用的磨煤水-部分來(lái)源的煤種而定),在氣化反應過(guò)程中一部分轉化成于含氨冷凝液.這使得一部分氨重新進(jìn)入氣化爐,帶NH,(2-3]。人系統中國煤化工(2)來(lái)自空分O2中含少量N2,氣化過(guò)程中參與MHCNMHG壓氮吹掃,氣化●70.SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2011年第40卷爐內存留的N2也會(huì )參與反應部分轉化成氨。在變換工序5#氣液分離器的冷凝液被送到磨(6)來(lái)自變換反應。由于變換反應采用的是Co煤工序作 為制漿用水,如果其中氨含量過(guò)高,會(huì )惡化- Mo系列寬溫耐硫變換催化劑,其中含有Co- Mo磨煤環(huán)境,造成環(huán)境污染;同時(shí),系統水中氨含量過(guò)以及K.Ti等金屬物質(zhì),而工業(yè)合成氨所用的鐵系催高會(huì )導致下游污水處理系統中的生物菌生存環(huán)境破化劑中的Fe與Co屬于同族同周期元素,二者具有壞,影響污水處理效果,污水氨氮含量超標排放,引相似的性質(zhì),對合成氨反應也具有催化作用,水煤氣發(fā)環(huán)境問(wèn)題。中含有的少量N2與H2發(fā)生反應生成氨4。4應對措施(1)盡可能改善汽提塔的操作條件,穩定操作3 NH, 對煤氣化系統的影響溫度和壓力,避免超壓，使更多的氨從冷凝液中脫3.1對 系統水質(zhì)的影響出，以降低冷凝液中的氨含量,進(jìn)而減少氨在整個(gè)系系統水中NH,的存在和積累,使水煤氣洗滌凈統中的積累?；^(guò)程中所使用的洗滌冷卻水pH值偏高。生產(chǎn)表(2)將一部分冷凝液外排,并向系統內補充新明,系統水pH值在8.3左右時(shí)水質(zhì)穩定,絮凝劑絮鮮水進(jìn)行置換,這樣能有效緩解氨在系統中的積累，凝效果良好;當系統水pH值升高超過(guò)8.7時(shí),絮凝但對外界環(huán)境污染嚴重。劑絮凝效果明顯下降,而系統水的循環(huán)使用和NH,(3)在實(shí)際操作過(guò)程中,可以通過(guò)減少脫鹽水的積累經(jīng)常造成系統水pH值超過(guò)9.0,嚴重影響絮預熱器和水冷器冷卻水循環(huán)量的方法來(lái)提高變換氣凝劑效果,水質(zhì)變差,導致系統水中的含渣量增加,和冷凝液的溫度,進(jìn)而增加銨鹽的溶解度,同時(shí)對系使得系統設備、管線(xiàn)和閥門(mén)等磨損嚴重。統中易產(chǎn)生銨鹽結晶的部位設置高溫沖洗水,必要3.2產(chǎn)生銨鹽結晶 ,系統堵塞時(shí)進(jìn)行強制沖洗,可緩解銨鹽結晶問(wèn)題。氣化及變換工序產(chǎn)生的NH,經(jīng)過(guò)熱量回收后,5結語(yǔ)大部分隨五個(gè)氣液分離器的冷凝液送至氣化工序循通過(guò)對Texaco煤氣化系統中氨的產(chǎn)生及其對環(huán)利用,最后經(jīng)碳洗塔又回到變換工序,因此,NH3系統影響的分析,采取了相應的處理措施,在- -定程在變換工序濃度不斷上升,同時(shí)與變換氣中的CO2、度 上緩解了氨對整個(gè)系統的影響,對有效利用水資H2S等酸性氣發(fā)生如下反應'S]:源、節約生產(chǎn)成本和減少環(huán)境污染有重要的現實(shí)意2NH, + CO2 + H20 = (NH,)2CO3義。但目前在實(shí)際生產(chǎn)中還沒(méi)有更加經(jīng)濟有效的方(NH)2CO, + CO2 + H20 =2NH,HCO3法徹底解決這個(gè)問(wèn)題，如果能從氣化反應機理上對2NHy+ H2S=(NH4)2S氨的生成、轉化規律、分布規律進(jìn)行研究,以期從氣(NH,)2S+ H2S=2NH,HS化源頭控制氨量,將具有重要意義。銨鹽不斷積累就會(huì )生成結晶析出。實(shí)際生產(chǎn)表參考文獻明,變換工序3#氣液分離器、4#氣液分離器和冷凝液[1] Wang Fuchen , Zhou Zhijie ，Dai Zhenghua , et al .汽提塔處極易形成銨鹽結晶,特別是在氣化爐大幅度Development and demonstration plant operation of an減負荷情況下,系統壓力降低、冷凝液溫度降低,銨鹽opposed muli - bumer coal - water slury gasification結晶更容易產(chǎn)生,結晶附著(zhù)在管路、儀表、閥門(mén)、導淋technology [ J ] . Frontierns of Energy and Power及容器底部出口,不但影響傳熱傳質(zhì)效果,使原料氣Engineering in China ,2007,1(3) :251 -258.溫度、組成、凈化程度等不能滿(mǎn)足后系統工藝要求，[2] 陳忠,袁帥,王增瑩等煤的模型化合物混合燃料氣流而且堵塞設備、管線(xiàn),造成系統阻力上升5。床氣化過(guò)程中NH3的生成率[J].煤炭學(xué)報,2008 ,33(9) :1053 - 1057.3.3 造成系統結垢,影響生產(chǎn)系統中NH,的存在可以中和氣化過(guò)程中產(chǎn)生[3]陳忠,袁帥,梁欽鋒,等.水煤漿氣流床氣化過(guò)程中氮的遷移[J].化工學(xué)報,2008 ,59(11) :2884 -2889.的HCl、HCO0H和HCN等酸性物質(zhì),在- -定程度 上[4]亢萬(wàn)忠德士古水煤漿氣化中氨生成量的探討[J].石油抑制了酸性物質(zhì)對設備、管線(xiàn)的腐蝕,另一方面,系化工設計,200 ,18(1):19 -22.統水的循環(huán)利用使液相中NH,的濃度不斷升高,造[$]方興龍,曾照東.水煤氣凈化系統氨積累處理方法[].成系統水pH值偏高,這樣系統水中的Ca2*、Mg2°安徽化工,2007 ,33(1):40 -42.極易生成CaCO,、MgCO,導致在系統設備、管線(xiàn)內部結垢,尤其是黑水處理工段,黑水管線(xiàn)結垢嚴重,影. NH,對Texaco煤響系統長(cháng)周期、安全穩定運行。中國煤化工山東化I.2011,403.4影響環(huán)境(5)|YHCNMHG