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净化后煤气中杂质含量
2.2.工艺流程
从焦炉集气管出来的~81℃的荒煤气经吸煤气管道流至初冷前气液分离器,分出其中的焦油氨水混合液后,分两路进入并联煤气初冷器,煤气初冷器从上至下分为三段,即余热水冷却段、循环水冷却段、低温水冷却段,分别用63°C的制冷用温水(夏季)、35°C的循环冷却水及16°C的低温冷却水对煤气进行冷却,最终将煤气温度冷却至20~21°C。
从初冷器出来的煤气分两路进入并联操作的电捕焦油器,向上通过电晕极和沉淀极所形成的不均匀电场,在高压电场的作用下,绝大部分悬浮在煤气中的焦油雾滴在沉淀极沉淀下来,煤气中的焦油雾被除掉,煤气从电捕焦油器顶部出来进入煤气鼓风机单元。
来自电捕焦油器的煤气分两路进入并联操作的煤气鼓风机,在煤气管道入口设置调节翻板,对初冷前吸力进行调节(风机变频电机在中控室可手动调节)。经煤气鼓风机加压煤气分两路送往HPF脱硫单元。
在每系脱硫单元里,鼓风机后的煤气首先进入预冷塔,预冷塔采用直冷工艺,用循环液将其冷却至~23℃后进入脱硫塔,一部分剩余氨水经氨水冷却器冷却后进入预冷塔底,更新循环喷洒液,多余的循环液返回焦油氨水分离单元。预冷塔底循环液用泵抽出经循环液冷却器冷至23℃循环使用。
预冷塔后煤气依次进入三级串联的脱硫塔,煤气与塔顶喷淋下来的脱硫液逆流接触以吸收煤气中的硫化氢(同时吸收煤气中的氨,以补充脱硫液中的碱源),脱硫后的煤气送入后续硫铵单元。
由脱硫单元来的煤气分两路进入并联操作的喷淋式饱和器。煤气在饱和器的上段分两股进入环形吸收室,与循环母液逆流接触,其中的氨被母液中的硫酸吸收,生成硫酸铵。脱氨后的煤气在饱和器的后室合并成一股,经小母液循环泵连续喷洒洗涤后,沿切线方向进入饱和器内旋风式除酸器,分出煤气中所夹带的酸雾后,从饱和器顶部出来,再经酸雾捕集器进一步脱出夹带的酸雾后送终冷洗苯单元。
从硫铵单元来的53~55℃的煤气分两路进入并联的间接式终冷器。在终冷器内,分二段对煤气进行冷却,上段使用35℃的循环冷却水;下段使用16℃的低温水,最终将煤气温度冷却到25℃后进入捕雾器,脱除煤气中夹带的冷凝液液滴后分两路进入洗苯塔。
洗苯塔内填充不锈钢孔板波纹填料,塔顶喷洒粗苯蒸馏单元送来的贫油,煤气与贫油逆向接触,吸收煤气中的苯。塔底富油由富油泵抽出,送往粗苯蒸馏单元再生。两个洗苯后的煤气经塔顶捕雾器脱除油雾液滴后合并成一系去用户。
富油温度采用3.8MPa中压蒸汽加热,中压蒸汽减压至低压过热蒸汽后进再生器进行蒸吹再生洗油。再生残渣排至残渣槽,用泵送至油库单元。
油水分离器分出的分离水,经控制分离器排入分离水槽, 定期用泵送往终冷器循环喷洒泵进口管道,通过喷洒泵对终冷器进行循环喷淋,根据终冷器液位变化,富余喷淋液经调节阀送吸煤气管道进冷鼓氨水系统。
3.原因分析:
3.1硫铵饱和器内喷洒的母液酸度4-6%,经煤气捕雾器捕捉大部分酸性雾滴,但还有部分进入终冷器内,在终冷器内从50-55℃冷却到23-25℃后,煤气中冷凝液会大部分截留下来,煤气冷凝液会呈现偏酸性。
3.2粗苯分离水经油水分离后,粗苯进入产品中间槽,分离水再经过控制分离器进入分离水低位槽,经液下泵定期送入终冷器喷洒液进口管道。
粗苯分离水中含有苯酚,在苯酚的溶液中,氢离子浓度大于氢氧根离子溶度,所以溶液呈酸性,原因是酚羟基可以电离出氢离子,电离出的氢离子可以与水分子结合,形成水合氢离子,从而是溶液呈现出酸性;
含硫化合物的存在, 煤焦化过程中可能产生硫化氢(H₂S)等含硫气体。H₂S溶于水后分步离解,生成硫氢根离子(HS⁻)和硫离子(S²⁻),同时释放H⁺,形成弱酸性环境(H₂S的pKa₁≈7)。此外,含硫有机物氧化可能生成硫酸等强酸,进一步降低pH。
3.3终冷器喷洒液及粗苯分离水分析数据
综上,硫铵过来煤气冷凝液与粗苯分离水都呈偏酸性,终冷器换热管及喷洒泵叶轮长期循环喷洒腐蚀,造成换热管串漏,泵叶轮腐蚀穿孔的主要原因。
4.处理措施:
4.1连续少量往粗苯分离水槽加氢氧化钠溶液(30-45%),将分离水ph调整到ph10左右,通过分离水液下泵送至终冷器喷洒泵进口管道,与硫铵截留的煤气冷凝液混合后ph7左右,进入终冷器进行循环喷洒,多余液体送入冷鼓气液分离器氨水系统。
加碱液小试(碱液浓度30%)
4.2将终冷器换热管厚度有2.8mm,改成3.5mm,同时将终冷器循环喷洒泵过流部件改成不锈钢304材质。
4.3通过连续喷洒氨水进入循环液系统,也可调整改善PH值来控制循环液显示碱性,从而降低酸性腐蚀。
5.结语
横管终冷器的工艺目标是降低来自硫铵工序的煤气温度,提高后续煤气洗苯的净化率,做到应收尽收。而如何减缓终冷器换热管的腐蚀,延长换热管更换周期,选用合理的生产工艺和设备材质选型为前提,保证正常换热效果,两者兼顾延长设备使用寿命。
参考文献:
[1]于振东.现代焦化生产技术手册[M].北京:冶金工业出版社,2010:733-734.
[2]杨太宝,牛爱宁,影响终(初)冷器换热效果的因素探讨[J].燃料与化工,2008,39( 5) : 60.
作者简介:
董晓义(1983-),男,中天钢铁集团(南通)有限公司,化产作业长,初级工程师
刘国清(1980-),男,中天钢铁集团(南通)有限公司
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