煤气中萘结晶堵塞焦炉煤气压缩机问题的研究

摘要：通过对煤气中萘结晶堵塞焦炉煤气压缩机影响甲醇生产问题的分析，提出降低初冷器操作温度和提高焦炉煤气压缩机各级冷却器冷器后煤气温度等方法来解决萘堵塞问题。

关键词：萘；焦炉煤气；压缩机；甲醇

一、前言

攀煤联合焦化公司100万吨/年焦炭改扩建及焦化煤气综合利用工程，年产焦炭110万吨，甲醇10万吨/年。炼焦化学产品回收在公司经济效益中占有重要地位，是一个非常重要的车间，同时也是炼焦生产过程中技术含量较高的一部分。炼焦炉碳化室内生成的荒煤气除净煤气外主要还含有以下主要组成（g/m3）：水蒸气250-450、焦油气80-120、粗苯30-45、氨8-16、硫化氢6-30、氰化物1.0-2.5、吡啶盐基0.4-0.6、萘8―12、硫化物2-2.55，经冷却、冷凝和各种吸收剂吸收处理后得到煤焦油、硫铵、硫磺、粗苯、萘、净煤气等，这些化学产品都是化学工业的重要原料，也是焦化公司的效益产品。荒煤气经化产净化得到洁净的焦炉煤气在一定压力下合成甲醇。焦炉煤气分两级压缩，先经焦炉煤气压缩机压缩至2.0MPa脱硫至0.1PPm以下，并且将煤气中的甲烷在Ni催化剂作用下转化成一氧化碳、二氧化碳和氢气，最后合成气压缩机压缩至5.35MPa后合成甲醇。焦炉煤气压缩机分四级压缩，压缩产生的热量使得煤气温度升高，在每级压缩后都需用循环水冷却后再压缩。

二、现状及造成焦炉煤气压缩机堵塞的原因

我厂甲醇开工以来，焦炉煤气压缩机入口过滤器、各级冷却器、各级气缸进出口气阀堵塞严重，并且二、三级气缸排气温度过高、振动大，甚至冷却器完全堵塞，二级缓冲器进口法兰垫片冲开，导致甲醇无法正常生产。并且倒换、检修压缩机压缩机浪费大量的人力和物力，同时还存在安全隐患。云南曲靖大维焦化有限公司也存在冷却器堵塞问题，但没有我厂严重。昆钢师宗焦化、云南泸西大维焦化有限公司、山西天浩化工有限公司等厂不存在堵塞问题。

拆开冷却器和焦炉气压缩机气阀检修发现焦炉煤气压缩机堵塞主要是煤气中的萘经压缩冷却后结晶出来附着在压缩机及冷却器上。萘是一种很易升华的化合物，萘易溶于烃类物质中。从焦炉出来的荒煤气中的含萘量一般为8-12g/m3，焦炉煤气经初冷后能使大部分萘溶解在冷凝焦油中，其后经洗氨，终冷和洗苯后，煤气中萘含量仍高达200-500mg/m3，未达到国标要求。若遇气候变冷则饱和度以上的萘就会析出，附着在管壁上成为供气障碍，寒冷季节低压管道大量析出的萘成层状积聚在管内壁引起堵塞。而焦炉气压缩机萘结晶析出的主要原因是化产净化后煤气中的萘蒸气含量高和焦炉煤气压缩机各级压缩后冷却的温度过低。

三、萘结晶堵塞焦炉煤气压缩机问题的解决方法

（一）降低焦炉煤气中萘蒸气的含量

1、降低初冷器后煤气温度

我厂入气柜焦炉煤气中萘含量在300mg/m3以上，而昆钢师宗焦化厂、云南泸西大维焦化有限公司分别为60 mg/m3和100 mg/m3，远远低于我厂。在-2000Pa压力下煤气中饱和萘蒸气含量如下表[1]。

表3-1 -2000Pa压力下煤气中饱和萘蒸气含量，g/100m3

温度/℃ 5 10 15 20 25 30

含量 5.86 11.96 23.22 43.01 76.56 131.5

由表3―1知，在一定压力下，煤气中饱和萘蒸气含量随温度上升迅速增大，-2000Pa压力下，30℃时煤气中饱和萘蒸气含量是20℃时的3倍，所以化产初冷器出口煤气温度控制过高，导致煤气中的萘饱和蒸气含量高。我厂冷却后煤气温度通常超过25℃，甚至达到28℃，如果控制在20±1℃煤气中的萘饱和蒸气含量将减少一半。

2、初冷器用轻质焦油喷洒

萘在轻质焦油中的溶解性很好，轻质焦油洗萘是通过用轻质焦油吸收煤气中的萘来完成的，实际上是萘在煤气和轻质焦油中的平衡过程[2]，其主要影响因素是轻质焦油的含萘量及温度，所以化产初冷器用轻质焦油喷洒可降低煤气中的萘含量。

3、洗脱苯工序降低贫油含萘量

终冷器和初冷器一样的原理，通过降低出终冷器煤气温度可降低煤气中的萘含量。粗苯工序用洗油回收煤气中的苯族烃可吸收煤气中的萘蒸气。用洗油吸收苯族烃的吸收系数的大小取决于采用的吸收剂的性质、温度、吸收设备的构造及吸收过程进行的条件。洗苯塔煤气中萘蒸气含量和贫油中萘含量最终达到平衡，洗苯后的富油通过脱苯塔脱除苯族烃，脱苯塔设计有采萘线，开通采萘线后可降低贫油中萘含量，所以贫油中萘含量降低可降低煤气中萘含量。所以贫油含萘量是影响煤气脱萘的一个重要因素，贫油脱萘在脱苯塔中完成。

4、增加除萘过滤器

在煤气柜前增加一套除萘过滤器，过滤器主要是采用焦炭吸附原理吸附煤气中的萘。除萘装置实现了操作的自动化，可通过中控自调阀来控制，从吸收到再生均可实现自动化连续生产。除萘装置得到的煤气含不但萘量小于50 mg/Nm3，同时还可将焦油含量降低到10 mg/Nm3以下，达到国家标准。

（二）提高焦炉煤气压缩机各级冷却器冷却后煤气温度

焦炉煤气压缩机各级冷却器冷却后温度过低，导致煤气中的萘大量结晶析出堵塞各级冷却器和气缸进出口气阀。随着焦炉煤气压缩机运行时间的增加，煤气中结晶析出的萘附着在压缩机气缸进出口气阀和各级冷却器越来越多，堵塞也越来越严重，焦炉煤气压缩机二、三级出口温度升高。由于操作经验缺乏，我们把循环水温度降到最低，各级气缸进口煤气温度随之降低，一般都控制在17℃左右，甚至更低。这样形成恶性循环，最终导致焦炉煤气压缩机无法运行。我们以化产初冷器操作压力-1000Pa，温度27℃计算，此时煤气中饱和萘蒸气含量约800mg/m3，焦炉煤气压缩机压缩冷却后操作压力0.4MPa，温度17℃，此时煤气中饱和萘蒸气含量约150m g/m3，所以结晶析出的萘固体量为650 m g/m3。以10000m3/h的煤气流量计算，焦炉煤气压缩机运行10天结晶析出的萘质量为0.650 g/m3×10000m3/h×24h×10=1.56×106g，体积为1.56×106 g÷1.145kg/cm3=1.36m3。大量的萘固体可把冷却器完全堵死。煤气中的萘蒸气结晶析出是一个可逆的平衡过程，当发现冷却器由于温度控制过低时可在压缩机正常参数运行的条件下提高冷却后煤气温度，这样结晶析出的萘固体可升华成萘蒸气，也可解决萘堵塞问题。如果堵塞严重导致焦炉煤气压缩机无法运行，只能停机清理检修。

四、结论

我国是一个多煤少油的国家，焦炉煤气制甲醇是一条成本较低，颇有前景的技术路线。因为焦炉煤气压缩机堵塞导致甲醇无法正常生产对公司效益和甲醇设备、人员都会有较大的影响。解决堵塞问题作者提出以下方法：①从根源上解决问题，降低初冷器后煤气温度减少煤气中饱和萘蒸气含量，同时用轻质焦油喷洒降低煤气中的萘，并且在洗脱苯工序降低贫油中萘含量。②提高焦炉煤气压缩机冷却器后煤气温度，防止饱和萘蒸气结晶析出。焦炉煤气压缩机堵塞是一个可以通过调整工艺参数解决的问题，所以需要化产和甲醇操作人员的精心操作。

参考文献：

[1]炼焦化产理化常数

[2]黄彬弟，臧士刻，陶兰芬，鲁军.焦炉煤气和轻质焦油中萘平衡的研究【J】.煤气与热力，2003年05期