SHELL气化洗涤塔出口合成气带水原因分析及对策

２０１４年第１６期　内蒙古石油化工　１７　ＳＨＥＬＬ气化洗涤塔出口合成气带水原因分析及对策　李　强　（神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古鄂尔多斯０１７２０９）　摘要：通过对洗涤塔内部结构的分析，阐述了洗涤塔出口合成气带水的现象及危害，找出引起洗　涤塔工艺气带水的原因、带液后的处理措施，以及对洗涤塔减少带水的改造方向。　关键词：洗涤塔；带水；原因；措施；压缩机；运行　中图分类号：ＴＱ５１５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６－－７９８１（２０１４）１６一ｏ０１７一Ｏ４　１工艺概述　神华鄂尔多斯煤制油分公司制氢装置气化炉采　用ＳＨＥＬＬ煤气化激冷流程。在生产装置中，洗涤塔　是较为重要的设备之一，其作用是将来自文丘里洗　涤器洗涤后的合成气进行有效的洗涤，以达到对气　体的洗涤、降温、增湿、除尘。　１．１洗涤塔工艺流程简述　来自高温高压飞灰过滤器的３．８ＭＰａ、２７Ｏ℃的　粗合成气经来自洗涤塔底部的洗涤水经文丘里洗涤　图ｌ　ＳＨＥＬＬ煤气化激冷流程简图　器混合洗涤后送入洗涤塔中部的气体分布器，气体　１．２洗涤塔内部组件　沿填料层上升与塔顶喷淋下来的来自变换汽提后的　洗涤塔内件包括气体分布器、填料支承、填料　工艺冷凝液与洗涤塔底部循环的洗涤水在填料层中　（鲍尔环）、循环水分布管、除沫器等。　逆流接触，以除去合成气中的ＨＣＬ、ＨＦ和微量的固　除沫器的作用是防止雾沫夹带、除水除灰、避免　体颗粒。　合成气将水带入变换系统，损坏触媒。　经过塔板及填料洗涤后的合成气上升至洗涤塔　１．３液体分布器由对称式喷淋管组件　顶端的除沫器，分离气体中的灰分和液态水。分离后　下部为气体分布器，分布器由对称多组组件结　的１７０℃的粗合成气分成两股，一股送往变换工序进　合而成，合成气均匀分布后沿填料层上升与塔顶喷　一步处理；另一股送至激冷气压缩机入口作为激冷　淋设施来水在填料层中充分逆流接触，见图２。　气循环使用。　从洗涤塔排出的灰水经洗涤塔循环水泵增压后　分成三股流向：第一股物流送至文丘里洗涤器；第二　股物流与汽提水补水混合后送至洗涤塔顶部ｆ第三　股物流作为固定排污水送初步水处理工序，已防止　腐蚀性成分、盐和固体物在塔内积累。　为保护洗涤塔及内件设备，在循环灰水进入文　丘里洗涤器前加入少量２Ｏ　（ｗＴ　）浓度的碱液，　控制循环回路的ｐＨ值在７—７．５之间，以减少洗涤　水对设备及管线的碱腐蚀和氯离子腐蚀。　图２洗涤塔内部结构图　洗涤塔的设计、制造及安装都极为重要。一座性　收稿日期：２０１４—０６—２２　

１８　内蒙古石油化工　２０１４年第１６期　能良好的洗涤塔，主要取决于填料本身的高性能，但　与之匹配的塔内件亦有重要影响，尤其是气体分布　器和流体分布器也是至关重要的。否则填料的高性　能不能得以充分发挥，特别是对于大直径、多侧线、　浅床层塔器，气、液分布是非常重要的，往往是成败　的关键。　液体在填料塔内的不良分布可分为两种：小规　模（自然）不良分布和大规模不良分布。小规模的不　良分布是由于填料层内流体的沟流所造成，对填料　塔的效率影响不大。若填料的制造和安装质量差，也　会对效率造成严重影响　大规模的液体不良分布主　要是由于分布器初始分布不良而造成的，它可以使　整个填料塔的效率严重下降。荷兰Ｄｅｌｆｔ大学Ｈｏｅｋ　的博士学位论文指出，在散堆填料层内部会形成一　定数量的优先流动途径，若液体分布器单位面积上　的喷淋点数大干上述单位面积上优先流动途径数，　则填料效率能充分发挥．液体在流动过程中，流动途　径会合并，最后达到稳定的流动途径数。若喷淋点数　少于上述优先流动途径数，液体在流动过程中会分　叉，使流动途径数增加，最后也达到稳定的流动途径　数。后一种情况下，填料层上部的填料效率要下降。　严重时，流体流到填料层下端面出口时，还没达到稳　定的流动途径数，则整个填料层效率严重下降。可以　造成填料塔效率下降２～３倍。　２洗涤塔出口合成气带水的现象及危害　２．１　洗涤塔出口合成气带水的现象　洗涤塔出口合成气带液的现象主要表现在以下　几个方面，若生产中判断洗涤塔出口合成气是否带　液时，需要多个方面综合起来判断，以确保判断的准　确性。　２．１．１洗涤塔工艺补水量增加　洗涤塔喷淋水量的大小与气化炉的生产负荷的　高低关联不大，当负荷一定，排放水量一定时，洗涤　塔的工艺补水量也应该是个定值。但当我们发现洗　涤塔在前两者都不变的情况下，而补水量逐渐增　加，这就说明有可能洗涤塔出口合成气带液。　２．１．２洗涤塔出［１及压缩机人口合成气温度波动　或急剧下降　当洗涤塔出口合成气带水时最直接的现象就是　造成出口合成气温度（１６Ｔ１００１０）下降及激冷气压　缩机人口温度（１３Ｔ１００２０）急剧下降。当洗涤塔出口　合成气出现初期或少量带水时，该温度变化并不是　很明显，只是小范围趋势波动，此种情况在我们正常　的生产工况中不易被发现，只有当合成气带水严重　时该温度会下降，尤其压缩机人口温度急剧下降。　２．１．３压缩机人口分离罐液位波动或满罐　大量的工艺补水被连续带出洗涤塔，经过输送　管道进入气液分离罐，在此过程中，合成气组分中部　分饱和水蒸汽也被冷凝。　２．１．４压缩机震动及位移增大　当合成气携带了过多的水份，经过气液分离罐　后不可能完全分离下来，且分离罐满罐时，这些过多　的水滴则随同合成气被吸入压缩机内．水滴在转子　高速旋转时会冲击叶轮，造成压缩机转子径向震动、　位移增大。　２．１．５变换炉床层温度降低　变换炉触媒各床层温度明显下降，床层阻力呈　逐渐上涨趋势，变换炉操作温度明显下降，出口气体　变化率下降，Ｃｏ含量逐渐缓慢升高，同时出现汽水　共振现象。　２．２洗涤塔出口合成气带水的危害　当洗涤塔出口合成气带水时，将给整个工况及　后序工况的安全稳定运行造成了一定的影响，其具　体危害如下：　２．２．１气化炉被迫降低负荷　当洗涤塔出口带水严重时，由于逆流接触的气　液平衡被破坏，单一的调节工艺补水量已不能消除　带水现象，这时就需要减少合成气量，降低洗涤塔液　位并降低气化炉生产负荷等多项措施并行才有可能　减少带水。这样就降低了装置的生产产量。　２．２．２合成气管道腐蚀　合成气的含水量增大后，使合成气中氯化铵与　水容易凝结后形成露点腐蚀，对合成气管道腐蚀严　重，对压缩机叶轮也有腐蚀。由于洗涤水中氯离子含　量约在１　左右，合成气带水将使合成气管道应对氯　离子腐蚀。　２．２．３压缩机损坏及联锁气化炉停车　合成气带水后，水滴将随着高速流动的气体冲　向叶轮的叶片表面，造成水滴冲击叶片表面，给高速　旋转的叶片一个很大的冲击量，从而改变转子的轴　心运行轨迹，使转子的震动加剧，破坏了轴承所ｊ　成　的动压油膜，最终造成轴瓦的损伤和损坏。　严重时压缩机的震动过大联锁或损坏停车，将　导致中断气化炉生产。　

２０１４年第１６期　李强ＳＨＥＬＬ气化洗涤塔出口合成气带水原因分析及对策　１９　２．２．４变换炉触媒失活　过多的水对于高温高压的变换炉会造成很坏的　影响，无形中加大了变换系统负荷，不但加大了运行　成本，而且造成了水的浪费。　气化炉燃烧窒出来的工艺气带有少量灰分等杂　质，在喷淋水的作用下，这些杂质都被洗涤下来进　入了水中。丽洗涤塔喷淋水大部分循环（小部分外　排），出口工艺气带水就会将这些杂质带入到后变换　工段，这样就容易造成触媒积碳，影响触媒活性。　变换炉触媒在水饱和下运行，造成Ｋ一８１１触媒　进水，触媒寿命缩短，引起变换阻力大；触媒一旦进　水而温度无法维持时就需要气化炉做停车处理对变　换后系统水分离造成严重威胁，造成汽提塔满塔，大　量的水汽夹带酸气排放到火炬系统，造成汽提塔水　质变差。带水严重则会出现变换炉床层垮温。　３发生带水的过程及原因分析　３．１发生带水的过程　２０１３年１１月下旬，装置因联锁触发停工，停工　后按照常规程序对系统进行吹扫置换处理。查明并　解决联锁问题后，装置随即进入开工确认状态，在一　系列的检查确认中发现洗涤塔液位偏高（由于该液　位计为双法兰液位计，在系统无压的状态下失准），　现场排水处理。此时开工烧嘴已处于正常运行状态，　系统按照升压速率在逐步升压。在整个升压过程中　以及系统压力已达到投煤所需的０．８ＭＰａ压力时，　洗涤塔液位仍处于高位波动，此时现场排放线及导　淋均在大量排放中，但排放线有泥浆排出且时有堵　塞现象发生。按液位计高点显示、洗涤塔的结构、液　位计高点引压管安装位置及以往对液位计失准的经　验判断，开工时洗涤塔的液位应该在可控中。之后，　系统正常投煤。　产气后随即并网送下游系统，当产气全部送下　游后，系统开始提高生产负荷，在此过程中发现合成　气带水现象。　３．２工艺气带液原理　正常工况下，经文丘里初步激冷的合成气进入　气体分布器，由于激冷水喷淋管四周分布着激冷水　形成的液膜，工艺气与激冷水逆流混合的过程即发　生了气相与液相的传热传质过程。工艺气被冷却，激　冷水被加热。部分激冷水蒸发成为了饱和蒸汽与工　艺气混合在一起。工艺气离开下降管后，在下降管与　上升管的环隙间穿越激冷室液层，以鼓泡的方式上　升。此过程由于是快速进行的，因此工艺气中会夹带　部分水。夹带出的水有４种运动形式：一部分随工艺　气在环隙上升的过程中由于没有足够的动能，又落　回到环隙的液层中；一部分撞击到上升管的内壁和　下降管的外壁上以液膜的形式流回到液层中；一部　分在离开上升管后经过激冷室上部的裙状挡板时．　被分离沉降到激冷室的液面上；一部分最终被工艺　气带出气化炉，进入碳黑洗涤塔（４１１２－－Ｃ１）。　３．３发生带水的原因　通过对开、停工各个参数的分析，可以看出是在　开工期间发生的合成气带水现象。表１为停工时系　统压力与洗涤塔、压缩机的温度对照表，表２为开工　时系统压力与洗涤塔、压缩机的温度对照表。　表１停工时系统压力与洗涤塔出口、压缩机入Ｉ：Ｉ温度对照表　气化炉压力（ＭＰａ）３．５５　３．０１　２．０３　１．０４　０．３７　０．２２　饱和汽温度（℃）　１３９　１３４　１２１　１Ｏ１　一　一　标准值　洗涤塔出口温度（℃）１５５．２　１５５．１　１４＂／．５　１３０　１０１．４　８６．７　压缩机入　口温度（℃）１９３．２　１８３．８　１７７．７　１７１．８　１７９．１　１８１．５　表２开工时系统压力与洗涤塔出口、压缩机入口温度对照表　气化炉压力（ＭＰａ）　３．５５　３．Ｏｌ　２．０３　１．０４　０．３７　０．２２　饱和汽温度（℃）　１３９　１３４　１２１　１０１　一　一　标准值　洗涤塔出口温度（℃）１６０．２　１４８．５　１３０．７　１２Ｏ．７　６６．８　６６．６　压缩机入口温度（℃）１７６．５　１５７．７　１３４．７　１２５．９　１４１．９　１４９．４　３．３．１生产负荷增加过快　合成气量及气流速度突然增大，造成水气共腾，　水汽来不及分离。　３．３．２洗涤塔内填料结垢或结块　合成气中细灰分含量过大，导致塔内填料结垢　或结块，造成气液接触不良或合成气填料塔内偏流，　使合成气流速加大，从而使合成气与洗涤水不能分　离，造成合成气带水。洗涤塔水质恶化，洗涤水中固　含量较高，加剧了填料塔的结垢与板结。使合成气带　水现象成为恶性循环。　３．３．３塔顶丝网除沫器损坏　当丝网除沫器损坏后，带有大量雾沫的合成气　以一定速度上升通过丝网时，从丝网损坏的部位出　去，没有经过丝网除沫器除沫，从而使合成气中带　水。还有当丝网除沫器的压紧螺栓松动后，由于大量　的合成气通过除沫器，使部分除沫器丝网脱离原部　位，形成合成气直流通道，从而使合成气带水。　３．３．４喷淋水管道堵塞　煤制油公司制氢装置气化炉洗涤塔喷淋水为管　

２０　内蒙古石油化工　４．４设计改进　２０１４年第１６期　式液体分布器，洗涤水中固含量较高，经常导致喷淋　水管的喷口有堵塞现象，当喷淋水管有堵塞时，喷淋　水分布不均，使合成气不能匀均与洗涤水混合换热，　造成合成气带水。　３．３．５液位计失准　洗涤塔液位计失真后，显示液位正常而实际液　为了减小合成气带水，可以将洗涤塔的管式分　布器更改为挡板式分布器。由于管式分布器对进料　要求较严格，物料中不允放含固体杂质，而气化炉洗　涤塔内水中正常含有２０ＰＰＭ左右的固含量，这些固　含量极易在分布器的喷淋孔中堵塞，至使喷淋出现　位较高，必将使合成气在水中穿过，造成液面鼓泡，　加重除沫器的除沫能力，使合成气中带水。　３．３．６下游工序压力突降　当下游工序压力突降后，使洗涤塔内的洗涤水　的饱和潜热瞬间释放出来，产生大量的水泡，且合成　不均匀，从而造成洗涤不均匀　挡板式分布器适用于　液体流量范围较宽的场合，其操作弹性较大。该种分　布器的气相流通面积较大，可降低气流通过分布器　的压降。侧面开孔的挡板式分布器还具有抗结垢能　力，使固体杂质沉积在槽的底部［５］。通过计算将洗涤　气的流速突然加速，二者共同作用使合成气中大量　带水现象发生。　塔的管式分布器更改为挡板式分布器后，合成气中　的自由水含量由５４０ｐｐｍｖ降至ｌｌ０ｐｐｍｖ。合成气中　４对策措施　当气化炉出口工艺气带液现象发生时，我们可　的氯含量由２．１ｐｐｍｖ降至０．４ｐｐｍｖ以下。　５结束语　以通过以下措施来对工况进行调整，从而消除带液　现象。　４．１稳定气化炉操作，缓慢加减负荷　洗涤塔出口工艺气带水的问题对气化系统稳定　运行的危害很大。因此我们在日常维护中要加强对　仪表调节系统的调试，确保液位计及流量计灵活好　当发现合成气带水现象发生时，应严格控制气　化炉压力，稳定工况，通过加大压缩机入口分离罐的　用。以及在检修过程中对洗涤塔内部组件的检查，避　免因洗涤塔内部组件的损坏引起洗涤塔出口合成气　排放，保证压缩机工况正常，将气化炉加减负荷速率　由６ｔ／ｈ，降至２．５ｔ／ｈ以下，从而使合成气流量波动　减小，避免合成气流量的大幅度波动，加重合成气带　带液现象的发生。　［参考文献］　Ｅ１］　白庭河，等：空气冷凝水析出对离心式压缩机　液。　４．２气化炉降负荷生产运行平稳性的影响［Ｊ］．石油化工设备，２０１１，　４０（１）：３９．　当出现合成气带液现象时，可以肯定一个原因　是，合成气在洗涤塔内流速过快，因此通过降低生产　［２］　周永宁。脱硫塔带液问题探讨［Ｊ］．中氮肥　１９８９，（５）．　负荷，使合成气流量下降，一定程度上降低合成气流　速，从而降低合成气带液的量，来维持生产。　［３］ｓｈｅｌｌ煤气化技术交流文件．　［４］董谊仁，裘俊红，陈国标．填料塔液体分布器　４．３　增大排放，增加洗涤效果　通过增加洗涤塔排放量，使洗涤水中的固含量、　的设计口］．化工生产与技术，１９９８，（２）．　［５］　孙希瑾，陈建娟，秦岭．大型填料塔液体分布　氯离子等含量降低，使洗涤水较干净的清洗合成气，　从而减小合成气带水。　器的设计应用［Ｊ］．石油化工设计，２００２，　（１９）．　Ｓｈｅｌｌ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｗａｓｈｉｎｇ　ｔｏｗｅｒ　ｏｕｔｌｅｔ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｇａｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｃａｕｓｅｓ　ＬＩ　Ｑｉａｎｇ　（Ｓｈｅｎｈｕａ　ｏｒｄｏｓ　ｃｏａｌ　Ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ　ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，０１７２０９）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗａｓｈｉｎｇ　ｔｏｗｅｒ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｅｘｐｏｕｎｄｓ　ｔｈｅ　ｐｈｅｎｏｍｅｎａ　ａｎｄ　ｈａｒｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗａｓｈｉｎｇ　ｔｏｗｅｒ　ｅｘｐｏｒｔ　ｓｙｎｇａｓ　ｗｉｔｈ　ｌｉｑｕｉｄ，ｆｉｎｄ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ　ｇａｓ　ｌｉｑｕｉｄ　ｓｃｒｕｂｂｅｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｆｌｕｉｄ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ａｎｄ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｌｉｑｕｉｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｑｕｅｎｃｈ　ａｉｒ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　ｒｕｎｎｉｎｇ　ｓｍｏｏｔｈｌｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｗａｓｈｉｎｇ　ｔｏｗｅｒ；Ｗｉｔｈ　ｗａｔｅｒ；Ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎ；Ｍｅａｓｕｒｅｓ；Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ；Ｒｕｎ．