纯氧连续气化技改项目各工序小结

纯氧连续气化技改项目各工序小结

司俊超 ,李贵利  ,郭晓燕

鹤壁宝发能源科技股份有限公司   河南 鹤壁  458000

摘要：宝发能源原固定床间歇式煤气化装置技术落后，能源利用率低，通过纯氧连续气化改造，对相关工艺过程进行优化升级，符合安全、环保、卫生方面的要求，提升企业效益。

关键词：纯氧连续气化；改造；工艺过程；升级

鹤壁宝发能源科技股份有限公司拥有产能400kt/a甲醇配套300kt/a二甲醚及10kt/aLNG的生产能力。原气化工序采用固定床间歇式煤气化工艺，为响应国家和河南省政府在环保、卫生、安全生产及节能减排方面的政策，自2020年12月起，将固定床间歇式煤气化工艺改造为纯氧连续气化工艺，增加空分装置，同时部分改造与之配套的煤气净化装置和公用工程、辅助生产设施等。

该项目主要对气化炉工序进行全部更新换代，新建一套空分装置，同时对脱硫、脱碳、变换、压缩工序进行局部填平补齐技术改造。

1新建及改造项目生产工艺技术

1.1空分工序

本工序需要向煤气化装置提供高纯度氧气(99.6%)，正常总需氧量约27500Nm3/h，考虑煤质波动导致煤气化装置氧气需求量变化以及装置操作弹性。因此新建空分装置选择单套30000Nm3/h制氧量能力，为煤气化装置提供所需工艺原料氧气。新建空分装置包括空气压缩、空气预冷、空气净化、空气分离、液体产品贮存及汽化等五个工序。

空分工艺采用高效的两级精馏工艺制取高纯度的氧气和氮气，其热交换器采用铝板翅式换热器，结构紧凑，传热效率高。采用分子筛净化空气，操作简便、运行稳定。

1.2煤气化工序

本项目采用连续式纯氧煤气化技术，对后续净化、压缩等工序装置的改动较少，又符合环保要求。设备均采用国产，建设投资少，运行维护费用低。

气化炉工序采用的昌昱新一代纯氧连续造气炉，具有煤质适应性广、工艺流程简单、有效成份高、煤气带出物少、气化过程碳转换率高等特点。

将原有22台（12台Φ3200mm及10台Φ3000mm）固定间歇气化炉及附属设备全部予以淘汰，采用纯氧连续气化工艺，根据计算，共改造17台气化炉即可满足原生产能力需要（12台Φ3200mm纯氧造气炉，5台Φ3000mm纯氧造气炉），粗煤气中总CO+H2成分达到80%以上。

1.3净化工序

净化工序对脱硫、变换、脱碳及压缩的工艺流程稍作改动，使之适应上游煤气组成的变动。

1.3.1脱硫

原脱硫装置分为两个系列，处理气量分别为65000Nm3/h、70000Nm3/h。进脱硫塔H2S含量约为1g/Nm3，脱硫出口约为200mg/Nm3，采用湿法脱硫。脱硫塔参数：直径Φ5000mm，高度：30000mm，脱硫泵循环量：～1000m3/h。

本次改造后，总处理气量约为165000Nm3/h，H2S含量约为1.7g/Nm%。处理气量增大约20%，H2S含量有较大幅度增加。

本次脱硫改造，由于原吹风阶段气体中的硫进入了煤气系统，H2S浓度增加较多，故采用两台脱硫塔串联使用，预脱硫塔进行粗脱硫，将H2S含量由1.7g/Nm3降至1g/Nm3以下，再进入脱硫塔进一步脱除H2S。脱硫后的气体进入清洗塔，改造前后气量增加变化不大，操作气速约为1m/s。

每个系列脱硫新增两台脱硫塔，新增与之配套的脱硫贫富液循环泵，再生槽一个，贫液槽一个。

1.3.2变换

原变换装置分为两个系列，处理气量分别为65000Nm3/h，70000Nm3/h，进变换装置CO含量为33%，出口CO含量约27%。

第一系列：变换炉参数：3600×16709，催化剂装量：24m3,设计温度300℃（壁温），380℃，设计压力：1.0MPa（G）。

第二系列：变换炉参数：4200×17135，催化剂装量：30m3,设计温度350℃，设计压力：1.0MPa（G）。

本次改造后，总处理气量为165000Nm3/h，压力与原装置匹配，CO含量为36%，气量及CO含量均变化不大，原有设备尺寸有一定裕量，增加了一台蒸发器及汽包将变换产生的热量转化为蒸汽，其他利用原有流程及设备和催化剂，通过调节蒸汽加入量，来控制出口CO指标。

1.3.3脱碳

原脱碳工序为PSA变压吸附工艺，原PSA脱碳配置情况：

第一系列：处理原料气量：67000Nm3/h，CO2含量：12%，工艺流程三进三抽11次均压。吸附塔15台：V=54.6m3；均压塔3台：V=100m3；真空泵5台：功率：185KW，4台；功率：280KW，1台。

第二系列：处理原料气量：79000Nm3/h，CO2含量：12%，工艺流程三进三抽7次均压1次顺放。吸附塔15台：V=54.6m3；均压塔3台：V=100m3；真空泵4台：功率：280KW。

本次改造后，总气量增加约15%，CO2浓度变为25～27%，总的CO2量大幅增加，原有脱碳装置能力无法满足要求，需增加设备能力，具体改造技术如下：

第一系列：经过连续化造气后，进入PSA脱碳装置的原料气中的二氧化碳含量由12～13%增加到25～27%，气量由67000Nm

3/h增加到77000Nm3/h。改造后的工艺过程为3680，即3塔同时吸附(进气)，6塔同时抽真空，无放空，8次直接均压。该工艺过程为18塔真空吸8次均压过程，简称18塔8均过程。当18个吸附塔任意有1个塔出现故障后，序自动将故障塔组切除，程序运行17塔流程，此时工艺流程为3塔同时进气，5塔同时抽真空，8次接均压。改造后的脱碳装置增加一排抽真空程控阀门，增加1台2BES403型水环式真空泵，增加3台吸附塔、3塔吸附剂和相对应的程控阀。

第二系列：经过连续化造气后，进入PSA脱碳装置的原料气中的二氧化碳含量由12～13%增加到25～27%，气量由79000Nm3/h增加到88000Nm3/h。改造后的工艺过程为4670，即流程为4塔同时吸附(进气)，6塔同时抽真空，无放空，7次直接均压。该工艺过程为18塔真空解吸7次均压过程简称18塔7均过程。当18个吸附塔任意有1个塔出现故障后，程序自动将故障塔组切除程序运行17塔流程，此时工艺流程为4塔同时进气，5塔同时抽真空，7次直接均压。改造后的脱碳装置增加两排抽真空程控阀门，增加2台2BE3-520型水环式真空泵，增加3台吸附塔、3塔吸附剂和相对应的程控阀。

1.3.4压缩

由于煤气成分的变化，脱硫后气体中CO2含量为18%左右，总气量比原来增加了约15000m3/h，需要另增加设备补充压缩机一段二段的打气量，经变换脱碳和精脱硫后气量不变，目前压缩机就能满足生产需要。

本次改造增加一台压缩机，在一进总管引出分管到新压缩机，经加压到0.8MPa，与原压缩机二段出口气合并进入变换。

2.公用工程及生产辅助设施

为空分装置配套新建循环水站、车间变电站等。其他工序给水、供电、供热均利用原有装置，余量足够。

3.项目改造总结

本次纯氧连续气化技改项目2022年5月一次性开车成功，各项消耗及产量指标均达到了设计要求。在保持原有产品和规模不变的情况下，增产LNG产品0.28万吨/年，液氧1.1万吨/年、液氩1.1万吨/年，液氮0.6万吨/年。

本项目采用了适用的工艺技术改造原装置，既降低了改造投资，又符合环保要求，减少了大量废气和废渣的排放，新增的少量废水易于处理并处理达标后排放，采用了切实可行的治理措施。同时本次改造有比较好的经济效益和社会效益。