谢尔渣油气化炉气体成分分析与调节

大氮肥2004年Large Scale Nitnogenous Fertilizer Industry第27卷第3期谢尔渣油气化炉气体成分分析与调节罗利生许桂忠刘树亮(中石化齐鲁分公司第二化肥厂,山东淄博2554000 )摘要通过分析渣油造气机理,找出影响气化炉产气成分的各因素,用实际生产数据绘制的趋势图去验证各因素对气化炉产气成分的影响程度,对气化炉进行综合调优,以达到提高气化炉产气(00+ H)含量,降低CO2和CH含量以及合理的H2/C0的目的,实现效益最大化。关键词谢尔气化炉(C0+H)含量 氢碳比调节1装置简介及存在的问题势图,根据物料的变化和生产需求优化出最佳操中石化齐鲁分公司年产10x 10*t甲醇装置作条件。气化炉设计工艺条件见表2。以减压渣油、7.0MPa过热蒸汽.纯氧作原料制取表2气化炉设计工艺枭件甲醇,同时外供羰基合成气。Shell 渣油造气单元氧油比!汽油比/户浊捻分2台气化炉,每台炉产原料气(CO+ H2)mr-kg-' kgk2000m?/h,包括原料的加热加压、烃氧化、废热回.0.75 0.45 3202387.93 7.0___ 5.5_收及原料气的洗涤和碳黑回收4部分。-段时间以来由于渣油碳含量降低,氢含量2影响气化炉产气 H/CO的因素高(见表1),产气成分H/C0过高,最高达1.14,2.1 氧油比导致丁醇装置丙烯消耗过高。1.表12001 年原料油组成比较1.07F渣油成分C.% H,% S,% Fei-。, Nir-s 灰分,%1.0386.5 22460.10.99”3季度平均81.5 10.11 1.629.230.43 0.1076 n.784李度平均81.06 10.48 1.6111.97 34.8 0.09氨油比/m'. kg'2001年6- -9月气化炉产气中有效气(CO+H2)含量比设计值低0.32%,无效气(CO2 + CH4)图1氧油比对气化炉产气 H/CO(体积比)的影响由图1(200年10月生产数据)看出,在原料含量高0.43%。渣油部分氧化制取合成气的反应十分复杂,和其他操作条件不变的前提下, H2/C0随氧油比产气成分受多种因索控制,主要有气化妒几何尺变化存在一个较高区域,在0.76 ~ 0.80m2/kg氢寸烧嘴的型式物料组成、油枪特性、氧油比、蒸碳比较高。因为提高氧油比能提高碳和甲烷的转汽油比(以下简称汽油比)、系统压力、进料温度、化率,碳转化率高对降低产气H/C0有利,甲烷进料负荷等.其中气化炉几何尺寸、烧嘴型式和物转化率高则对提高产气H/C0有利,这样氧油比料组成是决定性因素,目前为不可控制和更改因的变化对产气H2/C0的影响有作用相反的两方面结果,过高的氧油比会导致无效气CO2含量增为解决气化炉运行和产气成分存在的上述问中国煤化工=0020题,达到效益最大化和安全生产的目的,以渣油部YHCNMHG族193年毕业于分氧化制合成气的反应机理作指导,单独考察油江苏石油化工学院化学T.程系.曾任中石化齐鲁外公司第二化肥枪和操作条件对气化炉产气质量的影响,绘出趋厂甲醇车间技 术组长。联系电:.7588157.第3期罗利生等.谢尔渣油气化炉气体成分分析与调节83加,同时对炉砖寿命、臧缓废热锅炉盘管结垢不合成,用系统压力来调节产气的H2/C0动能消耗利;降低到0.75 m’/kg以下产气H2/CO随氧油比高不经济,实际生产中- -般控制在 4.9~5.1 MPao降低而降低,但碳和甲烷含量也提高,氧油比降低到0.73m2/kg以下时碳黑和甲烷迅速上升,有效3影响气化炉产气有效气含f 的因素气含量下降很快。因此用调节氧油比来调节产气3.1氧油比H2/C0的手段弹性很小，效果不好,而且很不经2.2汽油比80451.151.110.0.774 0.76 0.78 0.8氧袖比m. kg'图4氧油 比对气化炉产气有效气体积含量的影响0.90由图4知道,有效气含量随氧油比的增加先0.444 0.450 0.456.. 0.462 0.468 0.474 0.480)增加后降低,在0.745 ~0.78m'/kg为有效气含量汽油比/kgkg理想操作范围，因为过低的氧油比导致甲烷和碳图2汽油 比对产气氢碳比(体积比)的影响转化率低,过高的氧油比导致CO2和水蒸汽含量图2是由2001年4季度考察汽油比对产气高,多耗渣油。H2/C0的影响所得生产数据绘制而成,可以看出3.2蒸汽温度随汽油比提高,气化炉产气H2/C0增加十分明952p显,汽油比增大,提高了碳和甲烷的转化程度,尤其是甲烷转化率提高对产气H/CO和效益影响很大,每转化!mol的甲烷可得3~ 4mol的氢气。，ξq4但汽油比过高,炉温就会降低,为保持一定炉温，带来增加氧耗的副作用,而且抑制co2与碳和甲.4.031031932833734635536433382烷的反应,导致产气中Co2含量增加。因此,汽油燕汽温度七比是调节气化炉产气H2/C0的有效手段,实际生图5蒸汽温度对有效气体积含量的影响产中一般控制在0.44~0.46。图5(2002年3月数据)表明随进炉蒸汽温度2.3 系统压力的上升,气化炉产气有效气含量上升明显,因为蒸汽能降低炉温,如果蒸汽温度低,为维持-定的炉温则需多耗氧气,用高位热能去弥补低位热能的不足,导致产气中Co2含量高。为提高氧压机的运行周期和安全性在操作上降低了氧压机压缩比,使氧压机来的氧气温度比设计值低20C,氧气加热器能力有限,实际蒸汽174.8 495051 52京温度-般比设计值低5~ 10C,这两方面导致气系统压力/ MPa化剂温度比设计值低21C,这是气化炉产气有效H3 系统压力对产气氢碳比(体积比)的影响气含量低的一个重要原因。目前提高气化剂温度图3是2001年12月考察系统压力对产气的唯- -有效手段是提高蒸汽温度,实际生产中- -H2/C0的影响所得实际生产数据绘制而成,从图般控制在340~ 350C。3可以看出产气中H/CO随系统压力增加而降3.3中国煤化工低,因为系统压力的增加对甲烷转化不利,甲烷的温度对产气有平衡含量随系统压力提高而增加,而甲醇合成反效气.MH.CNMHG绘制而成，曲应为体积减小的反应,提高系统压力有利于甲醇线表明随进炉渣油温度的上升,气化炉产气有效1842004年第27卷气含量上升明显。渣油温度低,不仅渣油雾化不进厂油枪在额定负荷下的水压实验压差在7.5~佳,渣油初次热裂解产物烃链长,而且为维持- -定8.5 MPa比较合理,产气有效成分高。另外油枪压的炉温则需多耗氧气,导致产气中CO2含量高;另差跟气化炉负荷有关,负荷高则压差大,但是气化外渣油温度低,热裂解速度受影响,最终影响甲烷炉负荷一般不能作为调节有效气含量的手段。和碳的转化。渣油黏度随温度上升而下降,目前3.5气化炉进炉油量甲醇装置造气原料由减压渣油改为减黏渣油。在95.3保证渣油黏度和烧嘴鼻子安全的前提下提高渣油.05.1温度对提高有效气含量有利,渣油温度控制在主94.9210 ~ 220C较为理想。9494.5.35进炉谴油量/小图8气化炉(小烧嘴 )进油量对有效气体积含量的影响9415120市7 18图6渣油温度对有效气体积含量的影响3.4油枪压差克94:94.0L图9气化炉(大烧嘴)进油量对有效气体积含量的影响图8是生产中气化炉用小烧嘴时有效气含量随进炉油量变化曲线,图9是生产中气化炉用大油枪水压试验压差/ MPs烧嘴时有效气含量随进炉油量变化曲线,均表明图7油枪压差对有效 气体积含量的影响有效气含量随进炉油量增加而降低。这是由于进由图7(2002年48月生产数据绘制而成)炉油量提高,相对降低了气化炉的停留时间,降低可以看出,油枪压差在7.8~ 8.5MPa气化炉产气了碳和甲烷的转化率。但进炉油量不能作为调节有效气含量较高。油枪压差低,渣油雾化不好,渣有效气含量的手段,气化炉负荷的高低由生产优油热裂解所得短链烃相对链长,短链烃跟蒸汽、化格局和市场决定。CO2重整反应转化率低,短链烃进--步分解所得3.6氧气纯度甲烷和碳量多,由于气化炉停留时间仅18s, 导致气化炉产气有效气含受氧气纯度的影响，气化炉出口(CO2+ CH)和碳黑含量高。油枪压纯度低则氮气含量高,有效气含量相应降低,氧气差高,渣油雾化好,射流区内渣油流速快,渣油雾纯度要求愈高愈好。化角度相对有所提高,跟气化剂混合良好,射流区缩短,生成CO2的量大而来不及跟短链烃、碳及甲4气化炉调优成效烷转化,最终导致气化炉出口CO2含量高;而且火根据气化炉原料组成及工艺状况的变化,按焰区短,气化炉上部温度高,造成加人氧量过多的上述分析结果对各操作条件进行控制,调优前后假象而减氧量,导致气化炉下部温度低，甲烷和碳产 气成分比较见表3。来不及转化。这两方面原因导致(CO2 +CH)和由表3看出:碳黑含量高。中国煤化工约多产0.44%额定负荷下油枪压差由油枪旋液器导向槽截的MYHCN M H C中惰性气体含面积决定,截面积大则油枪压差小，这是油枪本身特性所决定。目前油枪已国产化,技术成熟,要求2) CO2降低0.34% ,降低了脱硫工段酸性气第3期罗利生等.谢尔渣油气化炉气体成分分析与调节185体的流量,有利脱硫。折成甲醇每天多产1.59t。3)有效气含量提高0. 38% ,按双炉大烧嘴运4) H2/CO由1.14降至1.01,符合丁醇装置行产气4000m2/h计算,可多产有效气152m2/h，的需 要,每天降低丁醇装置丙烯消耗1.681。裹3调优前与调优后气化炉产气成分比较体积含量,%项目Ch CH4 00%+CH4 00HC0+ HhH/CO C(质量含量).%产气设计值4.26 0.294.5547.9546.9194.860.981.02001年6-9月平均值4.48 0.504.9844.2150.3894.541.14.22002年9月平均值4.10 0.404.5047.0047.9794.981.02.42002年10月平均值4.18 0.394.5747.3847.481.0032002年9-10月平均值4.14 0.394.5347.1947.7294.921.011.35注:2002年9月以后为调优后。5结论3)气化炉产气H/C0随系统压力降低而降1)氧油比在0.745 ~ 0.80m2/kg操作,气化炉低，但系统压力不能作为调节H/C0的手段。产气有效气含量最佳,往区间外2个方向发展有4)提高渣油温度和蒸汽温度能提高气化炉效气含量均降低。产汽有效气含量,一般渣油温度为210~ 220C,蒸2)气化炉产气H/CO随汽油比提高增加十汽温度为340~ 350%。分明显,调节汽油比是调节气化炉产气H/CO的5)气化炉额定负荷下油枪压差大小对产气有效手段,但过高的蒸汽油比会导致CO2含量和有效气体含量产生重要影响，在7.5~8.5MPa下氧耗增加，过低则对气化炉烧嘴安全不利,生产中有效气体含量最高,对进厂油枪严把技术关是提控制在0.44~ 0.46。高装置效益必不可少的环节。GAS COMPOSITION ANALYSIS AND ADJUSTMENT FORSHELL RESIDUAL OI GASIFIERLao Lisheng, Xu Guizhong and Liu Shuliang( Second Chemical Ferilier Factory of Qilu Branch Co., SINOPEC , Zibo ,255400)Abstract Various elements afecting gas component of the gasifer were found out by analyzinggasification mechanism of residual oil. Effect degree of those elements on gas component was certif-cated by trend schemes plotted with actual data. The gasifier was comprehensively optimized to im-prove (CO+ H2 )content, decrease( CO2 + CH4) content and get reasonable H2/CO ratio, and finallymaximize the profits.Key words: Shell gasifier, (CO + H2)content, H2/CO ratio, adjustment2004年中国氮肥市场国际论坛召开由上海睿岳商务咨询有限责任公司主办的、英国肥特刊(FERTECON)咨询有限公司赞助的“2004年中国氮肥市场国际论坛”于2004年4月26~27日在青岛召开。出席这次国际论坛的100余位代表来自国家及地方农业政府主管部门化肥生产和流通企业、化肥进出口贸易公司.国内外咨询信息公司、科研机构和高等院校。在论坛上发言的有国家发改委经贸司、农业部农业经济研究中心、农业部全国农业技术推广服务中心、中国科学院、中国石油股份公司英国肥特刊公司、新加坡全球化肥公司、韩国CT公司等。论坛就中国化肥产业政策变化.2004- -2005 年的中d中国煤化工场分析及预测、国内外氮肥市场经营运作方式、化肥流通体制改革、以及农!YHCNMHG影响等专题进行了深入的探讨。.本刊.