CN106010661A - 一种混合气化工艺中气化炉环隙的吹扫方法 - Google Patents

Abstract

一种混合气化工艺中气化炉环隙的吹扫方法，将气化炉环隙吹扫气由原工艺中的N₂改为CO₂或净化后合成气结合使用的方法，在原N₂作为气化炉环隙吹扫气的基础上，增加CO₂与净化后合成气两股气体作为环隙吹扫气使用；其中CO₂在气化炉开停车及净化合成气供应出现故障的工况下使用，净化后合成气在气化炉正常运行的工况下使用，而N₂作为应急气源，则在上述气源供应出现问题时作为应急吹扫气。根据本发明的方法，可以实现气化炉水冷壁不承受压差，防止气化炉上环隙内件等设备的腐蚀，降低下游甲醇合成的循环气压缩机能耗，减少放空气量，保证气化炉长期稳定运行。

Description

一种混合气化工艺中气化炉环隙的吹扫方法

技术领域

本发明涉及粉煤加压气化工艺中的气化炉系统，具体涉及一种混合气化工艺中下行水激冷气化炉环隙吹扫的方法。

背景技术

粉煤加压气化技术中，煤气化过程是在高温、加压条件下进行的，煤粉、氧气及少量蒸汽在加压条件下并流进入气化炉内，在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程。由于气化炉内温度很高，在有氧存在的条件下，碳、挥发分及部分反应产物(H₂和CO等)以发生燃烧反应为主，在氧气消耗殆尽之后发生碳的各种转化反应，即过程进入到气化反应阶段，最终形成以CO和H₂为主要成分的煤气离开气化炉。

下行水激冷气化炉是新型混合煤气化工艺中的核心设备。下行水激冷气化系统的气化炉为内壳水冷壁式反应器和外壳承压的压力罐，气化炉在正常生产过程中，膜式水冷壁两侧不承受压差，故气化炉上环隙必须用高压气体进行吹扫，并设置水封进行隔离密封，在保证燃烧室与气化炉环隙的压力平衡，同时防止饱和的高温合成气由下环隙进入上环隙，腐蚀气化炉上环隙内件，并保证膜式水冷壁两侧压差基本为零。为防止环隙超温，吹扫气体选用的是常温气体。

下行水激冷气化系统中，原始设计的气化炉环隙吹扫气体是N₂。在实际生产运行中，其存在如下问题：

1)新型混合气化装置使用的N₂来源为液氮蒸发产生N₂，开停车期间煤烧嘴等设备的N₂用量已十分巨大，若在环隙使用N₂作为环隙吹扫的气体，其在气化炉升降压过程的设计用量较大，会明显增加液氮泵的负荷，提高装置生产原料成本；

2)气化炉在环隙正常运行时，下游为PSA(变压吸附)装置，气体用途之一是作为甲醇合成装置使用，N₂作为惰性气体，不参与甲醇合成反应，为保证甲醇合成系统惰性气体含量稳定，多余惰性气体随循环气一起放空。循环气主要成分为CO，H₂，造成有效气浪费，增加生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合气化工艺中气化炉环隙的吹扫方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题，实现气化炉水冷壁不承受压差，防止气化炉上环隙内件等设备的腐蚀，降低下游甲醇合成的循环气压缩机的能耗，减少放空气量，保证气化炉长期稳定运行。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种混合气化工艺中气化炉环隙的吹扫方法，其特征在于，所述方法采用以下三种方式之一对气化炉环隙进行吹扫，

1)在气化炉进行开停车操作及合成气出现故障时，采用CO₂作为吹扫气对气化炉环隙进行吹扫；

2)在气化炉正常运行过程中，采用净化后的合成气作为吹扫气对气化炉环隙进行吹扫；

3)N₂作为应急气源，在无CO₂或净化后的合成气，或CO₂或净化后的合成气供应不足的情况下，采用N₂作为吹扫气对气化炉环隙进行吹扫。

本发明将气化炉环隙吹扫气由原工艺中的N₂改为CO₂或净化后合成气结合使用的方法，在原始设计的一股N₂作为气化炉环隙吹扫气的基础上，增加CO₂与净化后合成气两股气体作为环隙吹扫气使用。作为目前世界上较为先进的煤气化技术之一，对新型混合气化工艺进行的任何技术改造，势必会影响整个工艺或装置系统的运行。采用本发明的方法，一是可以尽量减少对原工艺和装置的更改，减少改造成本，简化操作步骤，同时保证煤气化工艺中气化炉的稳定运行；二是满足下游工段对合成气组分中N₂等惰性气体的低含量要求，从而降低下游甲醇合成的循环气压缩机的能耗，减少放空气量，减少有效气浪费，降低生产成本。

下行水激冷气化炉系统中，粉煤加压输送以及煤线部分使用载气为CO₂，有足够气量供应使用。但其作为酸性气体，在环隙的温度分布在150℃～250℃之间的环境下，二氧化碳对环隙的腐蚀相当严重，尤其是在水封周围，水含量大，极易与水封中的水共同作用腐蚀环隙内件钢材，同时其长期运行仍需要使用CO₂压缩机供应，造成大量能耗，故其仍然无法作为长期使用的环隙吹扫气。

合成气在经由净化后，主要成分为CO+H₂，温度为常温，基本不含有水蒸气、H₂S、CO₂、NH₃等容易造成气化炉环隙内件腐蚀的化学物质，降低了生产成本，有较大的操作弹性，是气化炉环隙吹扫气的合适选择。

为实现上述方法，以并联方式，将N₂、CO₂和净化后合成气管道接入气化炉环隙吹扫气管道。

在上述方法中，N₂对气化炉环隙的吹扫采用原有设计，不做变更。将原有工艺中的N₂作为应急气源，在气化炉停车置换、检修后气密等工况下作为气化炉环隙吹扫气使用。

在上述方法中，将CO₂通过管道接入原气化炉环隙吹扫气管道，并在接入管道上设置两个高压闸阀。

在上述方法中，将净化后合成气通过管道接入原气化炉环隙吹扫气管道，并在接入管道上设置两个高压闸阀、一个八字盲板与一个高压排气倒淋。

有益效果：本发明将气化炉环隙吹扫气由原工艺中的N₂改为CO₂或净化后合成气结合使用的方法，在原始设计的一股N₂作为气化炉环隙吹扫气的基础上，增加CO₂与净化后合成气两股气体作为环隙吹扫气使用。采用本发明的方法，一是可以尽量减少对原工艺和装置的更改，减少改造成本，简化操作步骤，同时保证煤气化工艺中气化炉的稳定运行；二是满足下游工段对合成气组分中N₂等惰性气体的低含量要求，从而降低下游甲醇合成的循环气压缩机的能耗，减少放空气量，减少有效气浪费，降低生产成本。

附图说明

图1本发明的气化炉环隙的吹扫方法的工艺流程示意图。

具体实施方式

根据本发明的新型混合气化工艺中气化炉环隙的吹扫方法，对新型混合气化工艺和装置进行改造，在原始设计的一股N₂作为气化炉环隙吹扫气的基础上，增加CO₂与净化后合成气两股气体作为环隙吹扫气使用。对气化炉环隙进行吹扫时，根据工艺状况，采用以下三种方式之一对气化炉环隙进行吹扫，

1)在气化炉进行开停车操作及合成气出现故障时，采用CO₂作为吹扫气对气化炉环隙进行吹扫；

2)在气化炉正常运行过程中，采用净化后的合成气作为吹扫气对气化炉环隙进行吹扫；

3)N₂作为应急气源，在无CO₂或净化后的合成气，或CO₂或净化后的合成气供应不足的情况下，采用N₂作为吹扫气对气化炉环隙进行吹扫。

原SCGP煤气化工艺中，采用N₂对气化炉环隙进行吹扫。使用的N₂来源为液氮蒸发产生N₂，开停车期间煤烧嘴等设备的N₂用量已十分巨大，若在环隙使用N₂作为环隙吹扫的气体，其在气化炉升降压过程的设计用量为1kg/s，会明显增加液氮泵的负荷，提高装置生产原料成本。

当气化炉正常运行时，环隙设计吹扫用量为0.1kg/s，合成气成分见表1。下游为PSA(变压吸附)装置，气体用途之一是作为甲醇合成装置使用，N₂作为惰性气体，不参与甲醇合成反应，为保证甲醇合成系统惰性气体含量稳定，多余惰性气体随循环气一起放空。循环气主要成分为CO，H₂(表2)，造成有效气浪费，增加生产成本。

表1气化炉洗涤塔出口合成气成分(N₂作为环隙吹扫气)

组分	CO	H2	CO2	N2	H2S
						含量(％)	59.6	18.9	19.6	2.3	0.7

表2甲醇合成循环放空气组分表

组分	CO	H2	CO2	N2	AR+CH4
						含量(％)	5	79	2	10	4

下行水激冷气化炉系统粉煤加压输送以及煤线部分使用载气为5.2Mpa压力的CO₂，其来源为下游净化由合成气中分离出CO₂经由压缩机加压产生，若使用其作为气化炉环隙吹扫气使用，有足够气量供应使用，可以节约生产成本。为解决上述问题，申请人首先使用装置中已有的CO₂系统中的CO₂替换N₂作为环隙吹扫密封气，有效的降低了合成气中N₂的含量(见表3)，减少了下游放空气量，同时可在气化炉出现压力波动、气化炉渣口堵渣、气化炉激冷室液位过高等问题时，据需要调节环隙吹扫密封气用量，有效的防止气化炉的水冷壁承受压差，增加了操作弹性，保障了气化炉的长期稳定运行。但是在经过近一个月气化炉连续运行之后，经过仔细的检查，发现在气化炉上环隙底部水封附近的内件出现了一定程度的腐蚀，经过研究分析，基本是由于CO₂在水封处潮湿环境中水汽反应生成H₂CO₃，对气化炉上环隙底部水封内件造成了腐蚀，若长期使用CO₂作为环隙吹扫密封气，将对内件材质强度等造成极大影响，增加腐蚀速率，最终降低相关部件的实际使用年限，对气化炉的长期稳定生产造成隐患，降低运行时间，增加检维修成本。因此，CO₂作为环隙吹扫密封气，仅可短期使用，不可在气化炉长期运行时作为稳定吹扫密封气使用。

表3气化炉洗涤塔出口合成气成分(CO₂作为环隙吹扫气)

组分	CO	H2	CO2	N2	H2S
						含量(％)	61.2	23.8	15.3	0.4	0.7

气化炉产生的合成气在经由净化后是气化炉环隙吹扫气的合适选择。合成气在经由净化后，主要成分为CO+H₂，温度为常温，基本不含有水蒸气、H₂S、CO₂、NH₃等容易造成气化炉环隙内件腐蚀的化学物质。在气化炉正常运行过程中，采用净化后的合成气作为吹扫气对气化炉环隙进行吹扫，可以解决N₂或CO₂作为吹扫气存在的问题，同时降低了生产成本，有较大的操作弹性。对气化炉环隙吹扫方法的更改，将会对下游工艺产生影响。

为实现上述方法，对现有装置进行改造，以并联方式，将N₂、CO₂和净化后合成气管道接入原气化炉环隙吹扫气管道。

在上述方法中，N₂对气化炉环隙的吹扫采用原有设计，不做变更。依照原始设计即可防止合成气串入N₂系统，也能保证检修期间人员安全，足以满足要求，故不作变更。

在上述方法中，CO₂的使用与隔离设计两个高压闸阀。CO₂作为环隙吹扫气在气化炉进行开停车操作及净化来合成气出现故障、无法供应的工况下使用。气化炉运行过程中，要求CO₂保证5.2MPa压力，且在停车检修期间无CO₂供应，并在CO₂缓冲罐处已做隔离，不至于有CO₂进入气化炉而危害检修人员安全，故只需设置两个高压闸阀即可满足使用。

在上述方法中，净化后合成气的使用与隔离设计两个高压闸阀、一个八字盲板与一个高压排气倒淋，以防止CO+H₂进入气化炉危害检修人员安全。

在上述方法中，各吹扫气体切换过程为：

1)在气化炉开停车期间使用CO₂作为气化炉环隙吹扫气，按照设计使用气量1kg/s，保障气化炉升降压期间水冷壁两侧压差基本为零的要求；

2)气化炉正常的长期运行期间，切换为净化合成气，按照设计0.1kg/s气量，在异常工况下，根据需要调节气量，保证气化炉水冷壁的两侧压差为零；

3)原有的N₂作为紧急工况等情况下的备用气源，在特殊工况下维持气化炉水冷壁的压差正常，防止触发联锁保护或爆破片破裂等导致气化炉停车。

进行改造时，在本装置气化炉及下游净化工序停车期间，做好甩头；根据图1所示，选用合适管道及阀门，进行配管安装。

初始态为：N₂管道上阀门关闭，盲板导盲；CO₂管道上阀门开启；净化后合成气管道上阀门关闭，盲板导盲。

气化炉开停车工况下，通过原有流量调节阀，使用CO₂作为气化炉环隙吹扫气使用，按照设计1kg/s的气量进行气化炉的升降压操作。

气化炉正常运行工况时，净化后合成气盲板导通，两个闸阀开启，倒淋关闭，将吹扫气切换完毕后，关闭CO₂管道上的阀门；异常工况下，开启CO₂管道上阀门，调节气量，保证气化炉水冷壁两侧压差为零。

通过长期稳定运行之后的各项指标，基本实现改进要求，通过最终洗涤塔出口的合成气成分分析，与改造前的成分对比，合成气中N₂组分(见表4)含量下降明显，极大的满足下游工段对合成气组分中N₂等惰性气体的低含量要求。

表4气化炉洗涤塔出口合成气成分(已净化合成气作为环隙吹扫气)

组分	CO	H2	CO2	N2	H2S
						含量(％)	62.2	27.2	10.6	0.5	0.1

Claims (5)

1.一种混合气化工艺中气化炉环隙的吹扫方法，其特征在于，所述方法采用以下三种方式之一对气化炉环隙进行吹扫：

1)在气化炉进行开停车操作及合成气出现故障时，采用CO₂作为吹扫气对气化炉环隙进行吹扫；

2)在气化炉正常运行过程中，采用净化后的合成气作为吹扫气对气化炉环隙进行吹扫；

3)N₂作为应急气源，在无CO₂或净化后的合成气，或CO₂或净化后的合成气供应不足的情况下，采用N₂作为吹扫气对气化炉环隙进行吹扫。

2.根据权利要求1所述的气化炉环隙的吹扫方法，其特征在于，以并联方式，将N₂、CO₂和净化后合成气管道接入气化炉环隙吹扫气管道。

3.根据权利要求2所述的气化炉环隙的吹扫方法，其特征在于，N₂接入采用原气化炉环隙吹扫气管道。

4.根据权利要求2所述的气化炉环隙的吹扫方法，其特征在于，将CO₂通过管道接入原气化炉环隙吹扫气管道，并在接入管道上设置两个高压闸阀。

5.根据权利要求2所述的气化炉环隙的吹扫方法，其特征在于，将净化后合成气通过管道接入原气化炉环隙吹扫气管道，并在接入管道上设置两个高压闸阀、一个八字盲板与一个高压排气倒淋。