张海龙
（神华包头煤化工有限责任公司，内蒙古 包头014000）
［摘 要］某煤化工企业GE水煤浆加压气化装置闪蒸系统高压闪蒸气（高闪气）原始设计送往硫回收装置处理，由于高闪气中含有一定量的灰分及水分，会给硫回收装置的运行带来严重影响；后将高闪气全部通过压力控制阀送往高压富氢火炬进行燃烧，但又产生了环保问题，且对火炬系统的安全、稳定运行也有一定的危害。高闪气中有效气（CO+H2）含量较高，回收利用价值较大，经对高闪气理论产出量进行计算，并对实际高闪气产出量进行分析，该煤化工企业决定增设高闪气回收系统。简介高闪气回收系统的构成、开车以来遇到的问题，以及针对问题所采取的优化改进措施。实践表明，该企业高闪气回收系统投运后，运行稳定，在没有增加任何原料的前提下，每年可多产甲醇8 000 t以上，为企业带来了良好的经济效益与社会效益。
［关键词］水煤浆气化装置；高压闪蒸气；回收利用；工艺流程；高闪气压缩机；问题；优化改进
［中图分类号］TQ546.5 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2020）02-0013-03
0 引 言
某煤化工企业气化装置采用美国GE水煤浆加压气化工艺（激冷流程），以水煤浆和纯氧为原料，采用气流床反应器，在高温（1 350 ℃）、高压（6.5 MPa）、非催化条件下进行部分氧化反应，生成以CO和H2为有效成分的粗合成气。该气化装置气化炉设计为五开两备，每套气化炉对应1套闪蒸系统，每套闪蒸系统为四级闪蒸，即高压闪蒸、低压闪蒸、第一真空闪蒸和第二真空闪蒸，对气化炉和洗涤塔排出的黑水进行降温、热量回收、酸性气解吸、黑水中固体（固含量）浓缩。
气化炉与洗涤塔排出的黑水中溶有一定量的合成气，经过减压阀减压，压力降至3 MPa进入高压闪蒸系统中，将溶在黑水中的气体闪蒸出来，闪蒸气经换热降温、气水分离，再通过压力控制阀送至硫回收装置。原始设计高压闪蒸气（简称高闪气）送往硫回收装置，先进入急冷塔洗涤、降温、除尘，再入吸收塔中吸收H2S，最后送入尾气焚烧炉内燃烧，但由于高闪气中含有一定量的灰分及水分，实际运行中给硫回收装置带来严重影响。后来，为避免对后续系统运行造成安全、环保方面的影响，又将高闪气全部通过压力控制阀送高压富氢火炬燃烧，但这种运行方式又产生了环保问题，且对火炬系统的安全、稳定运行也有一定的危害，对装置的安全运行同样有影响。鉴于高闪气中有效气（CO+H2）含量较高，回收利用价值较大，该煤化工企业决定对闪蒸系统高闪气进行回收利用。以下将有关情况作一介绍。
1 高闪气产量及回收利用价值分析
气化炉与洗涤塔排出黑水量设计值分别为144 t/h和15 t/h，经减压阀减压后进入设计压力为0.9 MPa、温度为179 ℃的高压闪蒸罐中，在高压闪蒸罐中闪蒸出大量的闪蒸气，经冷却及气水分离后闪蒸气设计流量为403.2 m3/h（即标况下的流量为18 kmol/h）；高闪气组分设计含量为CO 27.20%（摩尔分数，下同）、H2 18.27%、CO2 20.37%、H2O 33.62%、Cl2 0.06%、Ar 0.06%、N2 0.11%、H2S 0.39%、NH3 0.04%。若所有的气体都视为标况下的理想气体，则有效气（H2+CO）的流量为18×1000×（27.20%+18.27%）×22.4/1000=183.3 m3/h，那么5台在运气化炉的有效气（H2+CO）流量为183.3×5=916.5 m3/h。
实际生产中，为满足工艺要求、缓解系统结垢，均加大了系统的水循环量——气化炉大黑水的排量在190 t/h、洗涤塔小黑水排量在50 t/h，远大于设计值，因此，实际高闪气量也远大于设计值；又因为大、小黑水量增大，黑水至低压闪蒸、真空闪蒸系统后，导致低压闪蒸系统超压，真空闪蒸系统真空度不好，使灰水温度升高，影响污水处理。于是，据实际情况将高压闪蒸系统压力降至0.65 MPa运行，以满足后系统工况要求，而高压闪蒸系统操作压力降低后，闪蒸出的闪蒸气更多，正常生产中，据高压闪蒸罐闪蒸气出口流量计示数得出实际每套闪蒸系统的高闪气量约800 m3/h，5套闪蒸系统高闪气总量为4 000 m3/h；高闪气取样分析组分为CO 24.20%、H2 28.21%、N2 0.23%、CO2 47.06%、CH4 475 mL/m3、H2S 2 000 mL/m3，则高闪气中有效气（H2+CO）的流量为4000×（24.20%+28.21%）=2 096 m3/h。
5台气化炉设计有效气产量530 000 m3/h，设计甲醇产能245 t/h，可以得出，生产1 t甲醇所需合成气量为2 163.3 m3；则理论上高闪气中的有效气1 d可生产甲醇2096×24÷2163.3=23.3 t，在工况稳定、全年连续生产的情况下，1 a可多产甲醇超过8 200 t，如此不仅可带来很好的经济效益，而且又有利于环保。
2 高闪气回收系统概况
2.1 高闪气回收系统工艺流程
高闪气回收系统由洗涤塔、分离器、压缩机组成。高闪气与变换系统闪蒸气（此两股气体混合后仍简称为高闪气）从底部进入有5层浮阀塔盘的洗涤塔，与来自第一层塔盘的1.3 MPa脱盐水和来自第三层塔盘的低压灰水逆向接触，高闪气温度得到降低并洗涤除去夹带的灰粒（煤粉）；净化后的高闪气经除沫器除去夹带的液沫后由塔顶排出，而后切线进入新增的气液分离器进行气液分离，分离水分后的高闪气进入新增的高闪气压缩机（高闪气压缩机入口管线有电伴热，保证入口高闪气温度在60 ℃以上，防止高闪气将液态水带入压缩机内引起水击而损坏压缩机），高闪气在压缩机中进行四级压缩，每一级出口都设计1台气水分离罐，对高闪气进行气水分离，分离出来的液体去气化装置沉降槽，气体则经四级压缩后压力达到6.5 MPa，送入净化系统，并入合成气中。
2.2 高闪气压缩机系统简介
高闪气压缩机为四列四级对称平衡式往复压缩机，包括运动机构润滑系统、冷却水系统、气路系统、仪表及自动监护系统。
2.2.1 运动机构润滑系统
高闪气压缩机运动机构全部采用强制润滑。整个润滑系统由轴头泵、稀油站及管路组成。轴头泵作为主油泵，在压缩机工作时持续运转供油；稀油站有螺杆油泵（辅助油泵），辅助油泵的作用是为压缩机开机前预润滑以及主油泵油压低时自启动保压，压缩机开车前先开启辅助油泵，供油总管压力可通过压力调节阀进行调节。机身油池作为油箱，采用恒温电加热器，当环境温度或油温较低时，加热润滑油。
2.2.2 冷却水系统
机组工艺冷却器及油站冷却器采用循环水冷却，气缸及缸体中的密封填料采用0.65DW水冷却，循环水及DW水管路均为独立的压力循环系统，通过总进水管将冷却用循环水送到压缩机各冷却点。气缸、填料函总进水管上设总进水阀以及温度、压力指示仪表，用户也可根据需要在总进水管入口设水流量表，用以监测各单机的用水量。各冷却点的进、出口处均设置球阀或截止阀，每根冷却水回水管上均设有视水器和温度计，可监视循环水的回水温度及流动情况，然后回水汇集到总回水管。
2.2.3 气路系统
更多内容详见《中氮肥》2020年第2期