沈巧星，许菊香
（新乡中新化工有限责任公司，河南 获嘉453800）
［摘 要］新乡中新化工有限责任公司气化装置采用航天粉煤加压气化工艺，自2011年9月原始开车以来，灰水系统管道与设备结垢问题一直困扰着气化装置的长周期稳定运行。2017年7月启动建设灰水除硬系统，2017年9月顺利投运。针对灰水除硬系统进水硬度较大时除硬效果不佳、各吸附器运行状况相差较大、聚阳离子交换树脂利用率低等问题，以EDTA作为滴定剂、氨-氯化氨溶液作为缓冲溶液、铬黑T作为指示剂开展了一系列探索性试验，通过考察进水硬度、再生时间、再生液温度、再生液浓度以及吸附器再生前清水置换时间等对聚阳离子交换树脂吸附器有效运行时间的影响，得出了进水量100 m3/h情况下灰水除硬系统的最优操作条件，实现了灰水除硬系统的良好运行。
［关键词］航天炉；灰水系统结垢；灰水除硬系统；聚阳离子交换树脂吸附器；运行问题；探索性试验；影响因素；最优操作条件
［中图分类号］TQ546.5 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2022）06-0009-04
0 引 言
粉煤气化及水煤浆气化是目前煤化工行业的主流气流床气化技术，气化过程中气化炉和洗涤塔外排黑水经闪蒸处理后形成灰水，灰水中溶解有大量的钙镁离子（源自原料煤燃烧后的产物），其在高温下形成硫酸钙（镁）或碳酸钙（镁）沉淀，进而堵塞灰水管道，严重影响气化装置的运行周期。为解决这一问题，灰水系统在常规添加灰水阻垢分散剂的基础上，近年来化学药剂除硬、电絮凝除硬、膜吸收除硬、CO2气除硬、离子交换除硬等灰水深度除硬工艺应运而生，其中，离子交换树脂去除钙镁离子工艺在业内有了不少应用。
新乡中新化工有限责任公司（简称中新化工）主生产装置为200 kt/a煤制甲醇装置、200 kt/a煤制乙二醇装置，配套气化装置采用航天粉煤加压气化工艺，设置2台航天炉，两开无备；1套黑水处理系统采用高压闪蒸+真空闪蒸二级闪蒸工艺。自2011年9月中新化工气化装置原始开车以来，灰水系统管道与设备结垢问题一直困扰着气化装置的长周期稳定运行，长期的运行观察及分析数据表明，灰水中的钙镁离子含量高（硬度高）是主要原因。通过不断考察及理论研究，聚阳离子交换树脂除硬进入视线范围，中新化工与大连东道尔膜技术有限公司进行合作开发，经检验，所开发的灰水除硬系统除硬效果明显、操作方便，且投资和运行成本相对较低、占地面积不大。2017年7月中新化工启动建设灰水除硬系统，2017年9月顺利投运，投运后灰水硬度由约1 500 mg/L降至100 mg/L以内，但实际生产中灰水除硬系统存在进水硬度较大时除硬效果不佳、各吸附器运行状况相差较大、聚阳离子交换树脂利用率低等问题。为提升灰水除硬系统的运行效果，中新化工开展了一系列探索性试验，得出了聚阳离子交换树脂吸附器最优操作条件。以下对有关情况作一简介。
1 灰水除硬系统运行状况
1.1 灰水除硬系统配置简况
气化装置所产生的灰水，部分送至灰水除硬系统处理后，低硬度灰水与未除硬的灰水混合得到满足硬度要求的灰水送往气化系统使用。中新化工灰水除硬系统由6台灰水过滤器和4台聚阳离子交换树脂吸附器通过管道连接而成，管道上配备有相应的气动阀，实现系统的在线连续运行，以满足2台航天炉系统灰水除硬需求。灰水除硬系统进水量维持在100 m3/h以上，进水温度约65 ℃、浊度约50 NTU，过滤工艺部分采用自动控制程序，树脂吸附除硬工艺再生过程采取人工操作模式。其中，过滤工艺部分6台灰水过滤器中的1台每2 h自动反洗，反洗出上层过滤的煤渣，1#～6#过滤器依次反洗；吸附除硬工艺则通过测定1#～4#吸附器的出水硬度判断吸附器中聚阳离子交换树脂的失效时间，吸附器中聚阳离子交换树脂一旦失效（要求吸附器出水硬度＜100 mg/L）则通过手动方式对该吸附器进行反洗再生（再生后的吸附器再次并入系统运行），其他3台吸附器则保持运行，为气化装置提供硬度合格的灰水。
1.2 运行问题
中新化工气化装置开车初期，灰水除硬系统进水硬度在1 500 mg/L左右，本阶段灰水通过灰水过滤器去除固体煤渣后进入聚阳离子交换树脂吸附器降硬度，因吸附器中的聚阳离子交换树脂量一定，理论上去除灰水中的钙镁离子能力也应一定，但随着气化装置运行时间的延长，因不同操作人员的操作方式不一样，同样的进水硬度和进水流量下，灰水除硬系统各吸附器运行状况相差较大——在吸附器出水硬度＜100 mg/L的情况下，同一台吸附器的运行周期长短不一，最长运行周期达17.5 h，最短运行周期仅10.5 h，同时各吸附器辅材消耗也有较大差别。对人员操作过程进行观察，发现在吸附器再生过程中存在着多方面不一致的情况，主要包括吸附器再生时间长短不一、再生液的温度不一、再生液浓度不一、吸附器再生前清水置换时间长短不一。
此外，灰水除硬系统还存在除硬效果不佳（尤其是系统进水硬度较高的情况下，系统出水硬度短时间内就会升高）、工业盐（普通工业级氯化钠，俗称海盐或深井盐）消耗较大、聚阳离子交换树脂利用率低、树脂解吸过后的盐溶液中钠离子含量较高、系统运行周期较短等问题。
当灰水除硬系统运行工况欠佳时，根据不同的情况，可以整个灰水除硬系统在线切出检修，或者任意1台灰水过滤器或聚阳离子交换树脂吸附器单独切出检修。
2 探索性试验
针对中新化工灰水除硬系统投运过程中出现的问题，经分析，考虑在系统结垢程度不发生变化的情况下，从灰水除硬系统运行的关键环节入手，通过探索一系列人为操作因素（包括进水硬度、再生液温度、再生时间、再生液浓度、吸附器再生前清水置换时间等）对系统出水硬度的影响，以找出最佳的人为操作条件，实现灰水除硬系统的良好运行。
2.1 试验方法
更多内容详见《中氮肥》2022年第6期