NH3对Texaco煤气化系统影响的分析与探讨

山东化工●68●SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2011年第40卷资经验交流中NH3对Texaco煤气化系统影响的分析与探讨张鹏鹏,安晓熙(兖矿国宏化工有限公司,山东邹城273500)摘要:介绍了Texco煤气化系统工艺流程,分析了Texeco煤气化过程中NH,的来源,阐述了NH,对Texeco煤气化系统的影响并提出了相应的处理措施。系统中适量NH,的存在，可中和酸性物质,防止管线和设备腐蚀;而过量NH,的积累则会影响系统水质、产生铵盐结晶造成系统结垢,影响安全生产、危害环境。关键词:Texmo煤气化;变换反应;氨;铵盐中團分类号:T0541文献标识码:B文章编号:1008 -021X(2011)05 -0068 -03Analysis and Discussion on Impact of NH, to Texaco Coal Gasification SystemZHANG Peng -peng, AN Xiao -xi( Yankuang Guohong Chemical Co. ,Ltd. ,Zoucheng 273500 ,China)Abstract: Process flow of Texaco coal gasification system was introduced. NH, generated during Texacocoal gasification was analyzed. The impact of NH, on Texaco coal gasification system was proposed, andthe relevant measures were put forward as well. Adequate ammonia could neutralize acid and therefore toprevent pipeline and equipment from corrosion. Howerer, accumulation of excess NH, in the gasificationsystem could deteriorate water quality and separate out ammonium salt crystals and generate Bsystemscaling, thus to do harm to system safety operation and surrounding environment.Key words :Texaco coal gasification; shift reaction; NH, ;ammonium saltTexaco煤气化工艺以其原料范围宽、气化强度化,进入气化炉进行氧化还原反应生成水煤气。水大、碳转化率高、安全易控制、粗煤气质量好、产品中煤气经过气化炉下降管在激冷室被激冷洗涤后出气无焦油和酚类、环境污染小等特点成为目前应用范化炉,通过文丘里管进人碳洗塔进一步增湿除尘 ,最围最广、工艺成熟的气流床气化技术"。虽然后送人CO变换工序。气化炉激冷室中黑水和碳洗Texaco煤气化工艺技术可靠,操作灵活性好,连续操塔中洗涤黑水经过四级闪蒸回收热量后进入澄清槽作周期不断加长,但气化和CO变换过程中产生的进行沉降,清水溢流至灰水槽最终返回系统循环利NH3在气化灰水处理和CO变换工段不断循环和用,含渣黑水进入细渣过滤处理。积累,会使系统水质变差,产生铵盐结晶,造成系统1.2 Co变换工艺结垢,降低传热传质效率等,对煤气化及后序系统的CO变换工艺流程示意图如图2所示。碳洗塔正常运行都会产生较大的影响,使装置运行成本增来的水煤气先经过1#气液分离器和原料气预热器加。只有采取合理措施有效减少系统中NH,使其然后进入变换炉。出变换炉的变换气依次经过蒸汽保持在-定合理范围内,才能保证整个系统长周期、过热器、1#低压蒸汽发生器、2#低压蒸汽发生器三个安全稳定运行。废锅进行热量回收,温度降低,同时2#气液分离器、1工艺流程简介3#气液分离器分离冷凝液，然后变换气通过脱盐水1.1 Texaco煤气化工艺预热中国煤化工4#气液分离器,最Texaco煤气化工艺流程示意图如图1所示。水后去HCNMH(与器冷凝液在3#饩煤浆和来自空分的氧气通过工艺烧嘴进行混合、雾液分寓nLow的巴mi日环利用,4#气液分收稿日期:2011-04 -20作者简介:张鹏鹏( 1981-) ,山东邹城人,助理工程师,主要从事甲醇生产中德士古煤气化技术方面的工作。第5期张鹏鵬,等:NH,对Texaco煤气化系统影响的分析与探讨. 69.离器冷凝液经低温冷凝液预热器进人汽提塔脱除部人 5#气液分离器,气体去火炬高点燃烧,冷凝液去分NH、H,S、CO2 ,其中液相部分从汽提塔底部送回磨煤工序作为制浆用水。气化工序循环利用;气相部分经过脱盐水冷却器进变换工序低K灰水-水煤浆.变换T序6|1抽真空5112@吧1197↓细渣1.气化炉;2.锁斗冲洗水罐;3.锁斗;4.捞渣机;5.碳洗塔;6.高压闪蒸分离器;7.灰水加热器;8.高压闪蒸器;9. 低压闪蒸冷凝器;10.低压内蒸器:11. 1#真空闪蒸冷凝器;12.真空闪蒸器;13. l#真空闪蒸分离器;14. 2#真空闪蒸分离器;15. 2#真空闪蒸冷凝器;16.除氧器;17.灰水槽;18.澄清橹;19.细渣过滤机。图1 Texaco煤气化工艺流程示意围W←- +低温甲醉洗￥10er冲洗水→-050-碳洗塔米- 冲洗水水煤气NF+Y1163|磨煤工序除氧器1. 1#气液分离器;2.原料气预热器;3.蒸汽过热器;4. 变换炉;5. 1#低压蒸汽发生器;6.2#气液分离器;7.2#低压燕汽发生器;8.3#气液分离器; 9.脱盐水预热器;10.水冷却器;11.4#气液分离器;12. 5#气液分离器;13.低温冷凝液预热器;14.脱盐水冷却器;15.汽提塔。田2 CO变换工艺流程示意圈2煤气化系统中 NH,的产生反应生成NH, ,其含量与O2纯度有关。煤气化系统中NH,的来源主要有以下几个方(3)煤浆制备过程中所用的添加剂中存在含氮面:物质,也随水煤浆- -起进 人气化炉参与反应。(1)原料煤中含有的N元素(其含量根据不同(4)煤浆制备过程中使用的磨煤水-部分来源的煤种而定),在气化反应过程中一部分转化成于含氨冷凝液.这使得一部分氨重新进入气化炉,带NH,(2-3]。人系统中国煤化工(2)来自空分O2中含少量N2,气化过程中参与MHCNMHG压氮吹扫,气化●70.SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2011年第40卷炉内存留的N2也会参与反应部分转化成氨。在变换工序5#气液分离器的冷凝液被送到磨(6)来自变换反应。由于变换反应采用的是Co煤工序作 为制浆用水,如果其中氨含量过高,会恶化- Mo系列宽温耐硫变换催化剂,其中含有Co- Mo磨煤环境,造成环境污染;同时,系统水中氨含量过以及K.Ti等金属物质,而工业合成氨所用的铁系催高会导致下游污水处理系统中的生物菌生存环境破化剂中的Fe与Co属于同族同周期元素,二者具有坏,影响污水处理效果,污水氨氮含量超标排放,引相似的性质,对合成氨反应也具有催化作用,水煤气发环境问题。中含有的少量N2与H2发生反应生成氨4。4应对措施(1)尽可能改善汽提塔的操作条件,稳定操作3 NH, 对煤气化系统的影响温度和压力,避免超压，使更多的氨从冷凝液中脱3.1对 系统水质的影响出，以降低冷凝液中的氨含量,进而减少氨在整个系系统水中NH,的存在和积累,使水煤气洗涤净统中的积累。化过程中所使用的洗涤冷却水pH值偏高。生产表(2)将一部分冷凝液外排,并向系统内补充新明,系统水pH值在8.3左右时水质稳定,絮凝剂絮鲜水进行置换,这样能有效缓解氨在系统中的积累，凝效果良好;当系统水pH值升高超过8.7时,絮凝但对外界环境污染严重。剂絮凝效果明显下降,而系统水的循环使用和NH,(3)在实际操作过程中,可以通过减少脱盐水的积累经常造成系统水pH值超过9.0,严重影响絮预热器和水冷器冷却水循环量的方法来提高变换气凝剂效果,水质变差,导致系统水中的含渣量增加,和冷凝液的温度,进而增加铵盐的溶解度,同时对系使得系统设备、管线和阀门等磨损严重。统中易产生铵盐结晶的部位设置高温冲洗水,必要3.2产生铵盐结晶 ,系统堵塞时进行强制冲洗,可缓解铵盐结晶问题。气化及变换工序产生的NH,经过热量回收后,5结语大部分随五个气液分离器的冷凝液送至气化工序循通过对Texaco煤气化系统中氨的产生及其对环利用,最后经碳洗塔又回到变换工序,因此,NH3系统影响的分析,采取了相应的处理措施,在- -定程在变换工序浓度不断上升,同时与变换气中的CO2、度 上缓解了氨对整个系统的影响,对有效利用水资H2S等酸性气发生如下反应'S]:源、节约生产成本和减少环境污染有重要的现实意2NH, + CO2 + H20 = (NH,)2CO3义。但目前在实际生产中还没有更加经济有效的方(NH)2CO, + CO2 + H20 =2NH,HCO3法彻底解决这个问题，如果能从气化反应机理上对2NHy+ H2S=(NH4)2S氨的生成、转化规律、分布规律进行研究,以期从气(NH,)2S+ H2S=2NH,HS化源头控制氨量,将具有重要意义。铵盐不断积累就会生成结晶析出。实际生产表参考文献明,变换工序3#气液分离器、4#气液分离器和冷凝液[1] Wang Fuchen , Zhou Zhijie ，Dai Zhenghua , et al .汽提塔处极易形成铵盐结晶,特别是在气化炉大幅度Development and demonstration plant operation of an减负荷情况下,系统压力降低、冷凝液温度降低,铵盐opposed muli - bumer coal - water slury gasification结晶更容易产生,结晶附着在管路、仪表、阀门、导淋technology [ J ] . Frontierns of Energy and Power及容器底部出口,不但影响传热传质效果,使原料气Engineering in China ,2007,1(3) :251 -258.温度、组成、净化程度等不能满足后系统工艺要求，[2] 陈忠,袁帅,王增莹等煤的模型化合物混合燃料气流而且堵塞设备、管线,造成系统阻力上升5。床气化过程中NH3的生成率[J].煤炭学报,2008 ,33(9) :1053 - 1057.3.3 造成系统结垢,影响生产系统中NH,的存在可以中和气化过程中产生[3]陈忠,袁帅,梁钦锋,等.水煤浆气流床气化过程中氮的迁移[J].化工学报,2008 ,59(11) :2884 -2889.的HCl、HCO0H和HCN等酸性物质,在- -定程度 上[4]亢万忠德士古水煤浆气化中氨生成量的探讨[J].石油抑制了酸性物质对设备、管线的腐蚀,另一方面,系化工设计,200 ,18(1):19 -22.统水的循环利用使液相中NH,的浓度不断升高,造[$]方兴龙,曾照东.水煤气净化系统氨积累处理方法[].成系统水pH值偏高,这样系统水中的Ca2*、Mg2°安徽化工,2007 ,33(1):40 -42.极易生成CaCO,、MgCO,导致在系统设备、管线内部结垢,尤其是黑水处理工段,黑水管线结垢严重,影. NH,对Texaco煤响系统长周期、安全稳定运行。中国煤化工山东化I.2011,403.4影响环境(5)|YHCNMHG