部分变换技术优化探讨

【摘 要】目前以煤头的气化装置在变换工艺上，采用部分变换。未变换的粗煤气中含有O2、焦油、粉尘和有机硫等杂质，这些杂质影响低温甲醇洗系统的甲醇吸收效率，影响甲烷化系统温度的稳定控制，同时腐蚀设备。CO变换工艺技术是各主要煤化工工艺中比较重要的技术之一，其主要作用在于调节粗煤气中H2和CO到合适比例，满足下游合成产品的需要，同时冷却粗煤气，回收热量分析导致这些问题的原因，并且对初步净化粗煤气的优化措施进行探讨。

【关键词】净化 吸附 脱硫 脱毒 粗煤

对于碎煤气化工艺来说，所产生的粗煤气中成分复杂，粉尘、焦油和有机硫等含量较大，给后续工段的杂质分离和产品合成带来较大困难，针对运行中存在的问题，提出优化方法。

1 工艺流程简述

由碎煤加压气化来的粗煤气，其中部分粗煤气经过主、预变换炉催化剂进行催化变换。CO变换成H2，在混合器中与另一部分未变换的粗煤气进行混合。从混合器出来的粗煤气。经各冷却器时进行喷淋洗涤，除尘、油杂质。送入后续系统。

2 生产运行中出现的问题

（1）洗煊妹浩水循环量大，含尘、焦油、中油等煤气水杂质较多，实际水量超出设计值。（2）未变换的粗煤气中含粉尘、焦油、中油等杂质较多；经常堵塞预洗段甲醇过滤器及精甲醇过滤器。现场切换备用过滤器、清理过滤器操作频繁。（3）甲醇吸收H2S、CO2效率随生产的进行逐渐降低，腐蚀后续低温甲醇洗、合成设备受到腐蚀。能耗增加。（4）甲烷化反应器温度控制不稳定。

3 原因分析及影响

（1）褐煤的灰熔点较低，要求煤气化所需气化剂中水蒸气的比例大，可以达到1：7的气汽比（O2/H2O），又由于蒸汽分解率低，且褐煤含水量高，导致大量煤气水产生。另一个原因是粗煤气在后续的净化冷却上，设计一直采用大量煤气水洗涤进行湿法洗去粉尘、焦油等杂质。这样导致一定量煤气水的产生。（2）O2的存在造成设备的堵塞和腐蚀。在常温下，硫化氢和铁在氧的作用下发生反应，生成FeO、Fe2O3、 Fe3O4、FeS+S。随着运行时间的增加，这些腐蚀物附着在换热器管壁，逐渐堵塞换热器，出现贫/富甲醇换热器挂壁堵塞、甲醇液的颜色逐渐呈暗褐色，同时会伴有不明颗粒物存在的现象。工艺气中硫化氢与氧可发生氧化反应，生成H2O和单质S，被反应析出的单质硫进一步与铁反应，生成FeS，使整个低温系统产生不同程度的腐蚀。氧气随工艺气进入甲烷化反应器中，还原性的甲烷化催化剂将会被反复发生氧化还原反应，逐渐失去活性，影响甲烷化装置催化剂使用寿命。（3）低温甲醇洗系统的甲醇溶液受污染，焦油、粉尘等杂质形成的固体颗粒随工艺气进入H2S、CO2吸收系统，并吸附在塔内件上，导致塔盘或填料堵塞，最终体现在系统阻力升高或吸收效率降低。特别像噻吩这样有机硫的组分在高水气比条件下的水解转化难度大，有机硫含量高，煤气中的硫脱除困难，并且容易引起催化剂中毒，如处理不好还易造成污染环境。

4 技术改造措施

（1）增加煤气加热器、脱毒槽和有机硫水解槽（如图1所示）。两个脱毒槽装填吸附剂和脱氧剂，两个脱毒槽可切换使用；一个有机硫水解槽装填脱硫水解剂。未经变换的粗煤气先经过粗煤气加热器，与蒸汽换热到粗煤气露点温度20℃以上，以满足后部脱氧剂、有机硫水解剂和吸附剂对露点温度的要求。然后依次进入脱毒槽与有机硫水解槽，进行净化处理。然后进入余热回收器回收热量，再进入混合器与变换气混合。粗煤气经过改造装置后，较为洁净的粗煤气进入冷却系统进行冷却，喷淋煤气水除去尘和油。依据各换热器的温度情况合理调整喷淋煤气水的加入量。（2）通过脱氧剂对粗煤气中O2等毒物的吸收，消除O2对低温甲醇洗系统及后续合成反应催化剂的影响；减少腐蚀物的形成；减少设备腐蚀；降低能耗。（3）有机硫水解剂在高水气比、高压的条件下将难脱除的有机硫如COS、CS2等转化成易脱除的无机硫，防止合成反应催化剂中毒，减少对环境的影响。（4）通过延长煤气水在分离装置的沉降停留时间，提高除去煤气水中的焦油粉尘等杂质的效率，稳定和改善送到酚氨回收装置酚水和洗涤用煤气水的水质，减少煤气水循环量。需要特别注意的是冷却器的水量调节，防止形成的碳铵结晶。

5 结语

利用脱氧剂、有机硫水解剂和吸附剂对粗煤气中粉尘、焦油、油、O2和有机硫的吸收和转化，除去粗煤气中的杂质，初步净化粗煤气，可以使下游低温甲醇洗系统和合成反应系统的稳定运行，减少系统故障发生的频率，减少对环境造成的污染。通过煤气水增加沉降时间来提高酚水和煤气水的水质，达到减少煤气水循环量的目的，节约了能耗。对变换冷却系统进行净化改造是一种改进煤化工工艺的有益探索。

参考文献：

[1]贺永德.现代煤化工技术手册[M].化学工业出版社，2010.

[2]纵秋云，等.新型低温耐硫变换催化剂QCS-06的研制和开发[J].化工进展，2003（1）：56-59.