煤气化废水预处理工艺的节能改造应用

惠贵鹏，景 玮，张雪平

（伊犁新天煤化工有限责任公司，新疆 伊宁 835000）

伊犁新天煤化工年产20 亿m3煤制天然气项目采用赛鼎工程有限公司碎煤加压气化工艺技术，由于采用固定床逆流气化，煤气化过程中产生的废水中油、酚、氨及酸性气体等含量较高，因此，项目配套煤气水分离及酚氨回收装置对废水进行预处理。根据水与油不互溶的特性，在煤气水分离装置利用重力沉降原理回收副产物重芳烃、多元烃等，并在酚回收装置利用汽提和萃取原理进一步脱除煤气化废水中的酸性气、氨气和酚类等物质，降低煤气化废水中的油及COD 含量，提高其可生化性，然后在污水处理装置经过酸化水解、生化处理及超滤和反渗透等工艺处理措施，降低水中的浊度、硬度及COD 等，以实现废水循环利用和零排放[1-2]。

煤气水分离及酚氨回收装置运行初期，存在固废处理困难、油水分离效果不好、萃取效率较低及运行成本高的问题，本文对其在设备改造、流程优化及运行方式调整方面采取的措施和达到的节能降耗效果进行了介绍，供同类企业参考。

1.1 优化煤气水分离膨胀气流程，回收有效气

气化装置来的高温高压煤气水经降温后进入含尘煤气水膨胀器中，利用气体在液体中因压力突然降低而使溶解度降低的原理，将溶解在其中的CO、CO2、NH3、H2S 等气体分离出来后收集到膨胀气系统，送至气化火炬或热电锅炉焚烧。原设计流程一方面对膨胀气组分中体积分数约11%的CO、CH4、H2等有效气直接焚烧造成浪费，另一方面煤气水分离各系列产生的膨胀气气量大且带水多，造成提压外送膨胀气的鼓风机运行负荷高，故障率高。

通过工艺技术改造，增加从煤气水分离到煤锁气气柜入口膨胀气管道，利用系统压力将膨胀气送入煤锁气气柜，经煤锁气压缩机提压后送入变换出口煤气中，回收有效气成分，减少直接焚烧增加的CO2排放，同时膨胀气不经过膨胀气鼓风机，设备故障率降低，鼓风机运行电流降低约60%。根据测算，每年回收有效气可增产天然气约144 万m3，每天减少电消耗约7 700kWh。

1.2 初焦油分离器搅拌器采取间断运行

煤气水分离装置6 个系列均有4 台初焦油分离器，每台设备安装了2 台功率7.5 kW 的减速机来带动搅拌器，对设备底部黏稠的含尘重芳烃进行刮动搅拌。由于减速机轴瓦、搅拌器轨道、托辊等故障频繁，设备停运隔离检修周期长。为解决固废问题，煤气水分离装置各系列分别新增了1 台三相离心机[3]，将初焦油分离器底部含尘重芳烃通过泵送入三相离心机，实现油、水和渣的分离，设备底部含尘重芳烃沉积情况大大减少。

为减少用电负荷及降低设备故障率，调整初焦油分离器搅拌器为间断运行，将运行时间缩短为原来的20%，设备故障率由原来的30%降低到8.3%，节省了检修维护费用，同时每年可节约用电量约14 万kWh。

1.3 提高喷射煤气水泵吸入口，减少设备故障

为洗涤分离气化炉出口粗煤气中携带的粉尘颗粒等，煤气水分离装置设有18 台喷射煤气水泵，为加压气化、变换冷却装置提供高压喷射煤气水。由于喷射煤气水泵进口管线吸入口偏低，运行时会将大量重芳烃、含尘重芳烃、焦油尘等杂质吸入泵内，造成机泵运行电流波动大、机封泄漏频繁、振动值持续升高等现象，致使该泵故障率高，检修频繁，导致无法正常为加压气化和变换冷却装置送高压喷射煤气水。

为解决上述问题，将缓冲槽内的喷射煤气水泵吸入口提高1 m，减少缓冲槽锥底油尘杂质从泵吸入口管线进入叶轮，改善了泵进口水质，减少水泵零部件磨损，提高泵的运行周期。改造后机泵故障率下降22%，节省了检修维护费用，同时喷射煤气水泵效率有所提高且能够保持流量稳定，同等负荷下可减少2 台泵运行，全年可节约用电约400 万kWh。

1.4 增加脱氨塔塔釜酚水泵进出口连通管线

原设计酚回收装置脱氨塔塔釜液经脱氨塔塔釜酚水泵加压后（压力1.2 MPa～1.4 MPa），再经酚水二级换热器换热后进入脱氨水冷却器，冷却后脱氨水进入萃取单元。脱氨水冷却器工艺侧入口压力为1.0 MPa～1.1 MPa，而其设计值为1.0 MPa（操作压力0.8 MPa），易导致脱氨水冷却器浮头内漏、垫片损坏，造成工艺侧脱氨水泄漏到循环水侧，污染循环水系统。

通过技改，在脱氨塔塔釜酚水泵进口阀前和出口阀后增加连通管线及阀门，在酚回收脱酸脱氨系统开车热运正常后，停运脱氨塔塔釜酚水泵，利用塔釜压力（0.45 MPa）将脱氨水输送至后系统，可有效降低脱氨水冷却器工艺介质侧压力和换热器管壳程压差，降低脱氨水冷却器发生内漏的几率。改造可节省脱氨水冷却器和脱氨塔塔釜酚水泵的用电和检修维护费用，每年可节约用电约264 万kWh。

2.1 利用0.5 MPa 蒸汽替换1.5 MPa 蒸汽作为脱酸脱氨单元再沸器热源

酚回收脱酸脱氨系统再沸器原设计采用1.5 MPa蒸汽进行加热，蒸汽消耗量约为70 t/h，主要由汽轮机抽汽获得，成本较高。0.5 MPa 蒸汽主要由各工段废锅产生，成本较低，且夏季存在严重过剩现象，需放空处理，造成能量损失。经过传热核算和对脱酸脱氨系统降温降压操作调试，发现使用0.5 MPa 蒸汽可以达到酚水脱酸脱氨的工艺要求。因此使用过剩的0.5 MPa蒸汽来替代高能级的1.5 MPa 蒸汽，减少蒸汽浪费和降低下网电量，可有效解决全厂水、电、汽的平衡问题。按照全年1 套酚回收脱酸脱氨系统长期使用0.5 MPa 蒸汽计算，可节约1.5 MPa 蒸汽56 万t，节能降耗和经济效益显著。

2.2 利用低压冷凝液替换0.5 MPa 蒸汽作为换热站热源

伊犁新天煤化工公司设置有3 座换热站，冬季期间运行，为全厂提供采暖及热水伴热，设计使用0.5 MPa 蒸汽加热。由于冬季0.5 MPa 蒸汽伴热负荷高，使用该低压蒸汽加热采暖水则造成0.5 MPa 蒸汽欠缺，通过技术改造，使用温度较高的回收冷凝液加热采暖和伴热循环水，可有效平衡公司各等级热源使用，达到合理利用和节能降耗的目的。

3.1 更换萃取塔填料，节醚效果明显

酚回收装置萃取塔（3 系列6 台）原所使用内件填料共4 段：1 段Φ2.6 m×2.2 m TJG-3 型高效格栅板填料+TJH-30 波纹板填料，3 段Φ2.4 m×5 m TJG-3高效格栅板填料+TJH-30 波纹板填料。在投料运行的2 年中，该塔内件填料分散效果较差，萃取剂与酚水两相接触不充分，萃取塔的实际萃取级数（约2.0 个理论级）低于设计理论级数（4.0～5.0 个理论级），为保证脱酚效果，提高了溶剂比，溶剂比实际运行值在1∶4.0 左右，远高于设计值1∶7.0，因此脱酚及溶剂回收单元的能耗较大。

对萃取塔填料进行更换，将原4 段填料更换为6段填料：1 段Φ2.6 m×2.4 m FG-Ⅰ+FG-Ⅲ型格栅填料、4 段Φ2.4 m×3.9 m 及1 段Φ2.4 m×3.68 m FG-Ⅱ+FG-Ⅲ型格栅填料，并使用新配套的酚水及溶剂进料分布器。改造后，增加了填料装填体积，减小了萃取段填料间距，将原安全阀口与溶剂进口位置互换，在塔釜新开出料口，将出料位置下移。

经过调试对比，改造后的萃取塔萃取效率显著提高，理论萃取级数由原来的2.0 提高至3.5，二异丙基醚消耗较改造前降低了80 g/t，混合酚产量和品质均有提高；
萃取塔的溶剂比由原来的1∶4.0 可以降低至1∶6.0，吨稀酚水醚耗约为180 g，萃取塔运行负荷提高了约30%，系统运行稳定的情况下可由3 套酚回收装置运行调整为2 套运行1 套备用，既节能降耗又便于系统切换消缺，同时稀酚水送生化污水的指标能控制总酚质量浓度在500 mg/L 以下、COD 在3 000 mg/L以下，为生化污水稳定运行创造了良好条件。更换萃取塔填料后，除节约蒸汽和用电外，每年可节约溶剂二异丙基醚400 t，可降低费用600 万元。

3.2 更换酚塔塔盘，提升混合酚质量

酚回收装置酚塔原设计负荷为40 m3/h，实际运行负荷达到70 m3/h，在更换脱酚单元萃取塔填料后降至50 m3/h～60 m3/h，但还是超出酚塔设计负荷25%以上，且精馏段经常出现浮阀和塔盘脱落的情况，超负荷运行导致醚损耗大、压降高、能耗大、混合酚收率和质量低等问题。

对酚塔塔盘进行了升级改造，将原常规F1 浮阀塔盘更换为ADV 高效浮阀塔盘，改善了原塔盘效率低、开孔率偏小的问题，改造后酚塔的处理能力在35 m3/h～55 m3/h，满足其操作弹性为40%～140%的要求，酚塔全塔压降不超过30 kPa（平均在15 kPa～25 kPa），混合酚中性油体积分数平均小于0.5%，酚及同系物质量分数提高了10%，既节约溶剂消耗，又提高了副产品经济效益。

伊犁新天煤化工天然气项目针对煤气水分离和酚回收装置废气回收、脱酸、脱氨、脱酚工艺运行中存在的问题，通过工艺技术改造、设备运行方式优化、萃取塔更换高效率填料和酚塔更换高效塔盘等方式，一方面优化了稀酚水出水指标，为下游污水生化处理提供良好条件，另一方面可以节电节汽、减少溶剂消耗、提高副产品质量，为企业创造更好的经济和环保效益。