浅谈煤化工粗煤气冷却过程防碳酸铵结晶的问题

　　摘要：煤制气工艺操作过程中由于粗煤气中含有NH3、H2O和CO2这三种物质，当粗煤气温度低于70℃的温度下会产生NH4HCO3结晶，堵塞管道，产生压差，严重时造成停车。中煤龙化净化分厂粗煤气冷却工段在十几年的操作运行中多次出现过NH4HCO3结晶现象，进过多年的操作经验对其进行了工艺技改，在换热器W01/02/03/04前增加了酚水双向喷头，解决结晶问题。
　　关键词：结晶，喷酚水，喷头，煤气
　　引言：
　　德国PKM加压煤气化技术制取净煤气生产过程当中，需要将粗煤气降温后利用低温甲醇将粗煤气净化，粗煤气冷却工艺是主工艺流程中的重要组成部分，其任务是将高温的粗煤气进行冷却：气化炉生产出的粗煤气，经一氧化碳变换工段变换后，离开变换工段，温度较高的粗煤气（约250℃～290℃）进入粗煤气冷却工段进行逐级冷却，直至冷却到25℃～30℃，粗煤气离开冷却工段进入低温甲醇洗工段。但是粗煤气冷却工段实际运行当中一直存在结晶堵塞而产生阻力压差的问题。为了解决这一问题，煤化工领头行业在换热器W01/02/03/04前增加了酚水双向喷头，解决结晶问题。
　　一、 工艺流程叙述
　　从23#来的粗煤气温度为250～290℃。经本工号时首先通过酚水蒸发段，将煤气温度降至160～220℃；然后再经过一个NH3解吸段，将粗煤气温度降至124℃，再通过列管换热器，利用软水将煤气冷却到45℃；最后利用循环水将煤气降至25～50℃，以适应25#的要求。此过程均为物理过程，有对流换热，潜热换热及增湿溶解过程。
　　5.工艺流程叙述
　　1）酚水蒸发段：用来自工号32液态产品分离工段的酚水喷煤气，使两者得到良好的混合，酚水迅速气化，使粗煤气温度由250-290℃。（正常260℃）降到接近饱和的温度180-200℃。
　　2）氨蒸发段：
　　这段冷却在工号26吸收制冷工段进行。
　　粗煤气温度由180-200℃降到85-160℃
　　3）软水冷却段：
　　来自工号26的粗煤气在W01中由85-160℃降到75℃后，在W02被软水冷却到45℃而软水在W02中由40℃升到49℃，在WO1中由49℃升到80℃然后送到界区。
　　4）循环水冷却段：
　　粗煤气在W03、W04中由45℃降到25℃，循环水温度由28℃升到38℃送往循环水系统。
　　在冷却过程中，为了防止粗煤气中夹带的碳酸氢铵由于温度降低而析出造成的管路堵塞，在必要时向冷凝器内喷入酚水，防止结晶析出。
　　二、粗煤气冷却工段在生产运行过程中存在的主要问题及产生原因
　　阻力大，产生压差：粗煤气在冷却过程中，随着温度的不断降低，会有结晶物产生，在换热器管束内部形成挂壁，增大煤气在换热器内的流动阻力，产生压差，严重时，造成煤气中断停车。因粗煤气冷却工段压差问题而造成后续工段停车造成许多不应有的损失。在日常生产过程中，较轻的结晶挂壁现象也经常出现，很难彻底根除，给正常的生产带来隐患。
　　造气炉生产的粗煤气的主要成分为H2、CO2、CO、CH4四种成分。其中H2为41.5％、CO2为27.4％、CO为20％、CH4为9％，另外还含有少量的H2O、焦油（即烃类）、C6H5OH、NH3和O2、N2、硫化物等。随着煤气温度的降低，煤气中的低沸点成分逐渐被冷凝下来，其中冷凝下来的主要是：H2O、焦油、C6H5OH、NH3等；NH3、H2O和CO2这三种物质在低于70℃的温度下会产生NH4HCO3结晶，堵塞管道，产生压差，严重时造成停车。
　　二、技术背景
　　经过长时间摸索试验，中煤龙化净化分厂提出了喷水法。即在W01、W02、W03、W04四台换热器前的煤气管道上加了喷头，向煤气中喷水，来吸收煤气中的氨的成分。试运行后，起初效果很好，过了几个月，新的问题便出现了，压差逐渐在增大，加蒸汽和提温均不起作用，后来拆开换热器看到，三台换热器的管板上结了厚厚一层垢，原因是所喷的水为循环水，没有经过软化处理，里面含有大量的Ca2+和Mg2+，二者和煤气中二氧化碳结合形成了CaCO3和MgCO3物质，紧贴在换热的管板上，难于处理。在此情况下，经过设计院的参与和煤化工的实际运行操作将所喷的循环水改为酚水，运行后效果颇佳。
　　三、流程说明
　　酚水喷发酚水喷发软水回水
　　高温粗煤气氨吸收制冷工段精馏部分
　　W01
　　酚水喷发
　　W02
　　酚水喷发
　　循环水
　　冷却后粗煤气
　　W03酚水喷发
　　粗煤气
　　W04
　　工艺流程简图
　　结束语
　　该项工艺的技改和投用，效果一直很好。冷却工段的煤气阻力近乎为零，而且由于不产生结晶，换热器的换热效果好了，煤气出口温度也明显降低了，达到了所要求的控制指标，解决了多年来一直没有解决的问题；此项技术改造获得了中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司技术改造成果奖。
　　参考文献
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　　[3]蒋家俊，《化工工艺学》无机部分，高等教育出版社1988
　　[4]吴指南主编，《环境学》，化工工业出版社，1984
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