Dec.2020•38 •
化肥设计
Chemical Fertilizer Design
第58卷第6期
2020年12月
赵冬冬
(河南龙宇煤化工有限公司，河南永城476600)
摘要氮气作为曱辱合成的惰性组分，需放空调整$针对降低S h e ll煤气化工艺合成气中氮气含量的方法及措施 进行了分析研究，降低合成气中氮气含量，不仅节能降耗、提高曱辱装置产量，而且还降低了变换冷凝液中氨氮含
量，对气化炉生产系统的稳定、装置的长周期运行起到积极作用$ 关键词S h e ll煤气化；氮气含量&尤化措施
doi:10.3969'.issn.1004 — 8901.2020.06.012
中图分类号TQ546 文献标识码B 文章编号1004 — 8901(2020)06一0038 — 03
Research on Nitrogen Content Adjustment of Shell Coal Gasification Product Gas
ZHAO Dong-dong
CHenan Longyu Coal Chemical Industry Co. ^Ltd. •,'Yongcheng Henan476600 »China)
Abstract：As an inert component in methanol synthesis»nitrogen should be vented for adjustment. Analysis is m for reduction of nitrogen content in the Shell coal gasification syngas. By reducing the nitrogen content in the syngas«we can not only save ener
gy $educe consumption increase output of methanol but also reduce the ammonia-nitrogen content in the CO shift condensate, which is condu
cive to the stable,long cycle operation of the gasifier production system.
Keywords：Shell coal gasification； nitrogen content；optimization measures
doi:10. 3969/j. issn. 1004-8901. 2020. 06. 012
河南龙宇煤化工有限公司（以下简称龙宇煤化 工)气化炉采用S hell粉煤加压气化工艺，该工艺以 研磨合格的干煤粉为原料，采用空分精馏后纯度在99.5%以上的氧气为气化剂。研磨合格的煤粉经氮气加压后，与来自空分的氧气在煤烧嘴内混合后喷人气化炉膛进行不完全燃烧，所产生液态渣经激冷、破碎、降压后排出界外，所产生的夹带飞灰的合成气经激冷、除灰、洗涤[1]后送至下游变换装置。
1 Shell煤气化工艺流程
Shell煤气化工艺流程见图1。原煤在氮气环境中送人磨煤机研磨、干燥，磨制合格的磨煤输送至煤粉给料罐中备用。合格的煤粉通过载气送人气化炉煤烧嘴，与空分装置送来的高压氧气在气化炉炉膛中不完全燃烧，所产生的合成气在气化炉激冷段冷却。合成气经飞灰过滤器过滤后送人湿洗塔洗涤净化。系统所过滤的飞灰经惰性气体气提、降压后转送到飞灰贮罐；排渣系统及湿洗系统所产生的污水经闪蒸、汽提、澄清后送至污水处理站
处理。
2 Shell煤气化装置所使用的惰性气分析P1
Shell气化炉所使用的惰性气分为氮气和二氧化碳两部分。氮气主要用于气化炉激冷气压缩机密封、气化炉振打器密封、煤粉输送管道流化、飞灰 输送管道流化、除灰系统下料等；二氧化碳主要用于粉煤锁斗充压、煤烧嘴吹扫、煤进料罐充压、高温 高压飞灰过滤器气体反吹、气化炉反吹等。
3合成气中降低氮气含量的主要措施
由于煤气化系统中所涉及的诸如煤粉、氧气、飞灰、合成气等物料不与二氧化碳和氮气反应，且 都不直接对空排放，因而在煤粉输送、飞灰输送、气 化炉密封、管道吹扫等场所，考虑使用二氧化碳替代氮气的措施是可行的[3]。
作者筒介！赵冬冬（1991年一），女，河南焦作人，2014年毕业于河南化工职业学院应用化工技术专业，助理工程师，现主要从事现代煤化工操作与技术管理工作。
第6期赵冬冬Shell煤气化产品气中氮气含量调整研究•39 •
湿法洗涤
进煤
图1Sh ell煤气化工艺流程示意图
3.1二氧化碳替代氮气作为煤粉输送载气
Shell煤气化工艺中，煤粉由氮气作为载气输送 至气化炉内进行燃烧。在气化初始开车时，合成气 变换及酸性气脱除工序还没有进入生产状态，没有 产生二氧化碳，此时载气压缩机入口气为低压氮气。随着合成气变换及酸性气脱除工序开车，低温 甲醇洗洗涤吸收合成气中的二氧化碳，经甲醇再生 并送至载气压缩机入口，与空分来的氮气一起加压后送至煤气化使用。
载气压缩机入口气添加二氧化碳气体后，气化 炉内二氧化碳浓度将逐步提升，这促进气化炉内煤粉与二氧化碳、水蒸气与二氧化碳之间的反应，从 而提高产品气中一^氧化碳和氣气的含量。载气中 添加80%二氧化碳时合成气中氮气含量的变化见图2C
图2载气中添加80K二氧化碳时合成气中氮气含量的变化
通过图3、图：的对比可以直观地发现，二氧化 碳代替部分氮气作为煤粉输送载气时，合成气中有 效气(一氧化碳与氢气）明显上升。
70.00 r
60.00 - 58.13%
氢气 一氧化碳氮气 二氧化碳
图3 80K二氧化碳负荷下合成气组分
氢气 一氧化碳氮气 二氧化碳
图4氮气工况下合成气组
合
设计，需在安全阀前对管道进行吹扫，保持管道的
干燥。根据计算，每台安全阀吹扫气量为
300Nm 3/h ，
因此，从安全阀吹扫气进入合成气系统 的氮气量约3 000Nm 3/h 。
满负荷下，合成气产量为18.2万Nm 3/h ，安全 阀吹扫气按3 000 Nm 3/h 计算，将该部分氮气替换 为二氧化碳后，合成气中的氮气含量将下降 1.65%。安全阀及其吹扫气现场图片见图5。
图5安全阀及其吹扫气现场图片
3.3二氧化碳替代氮气
气化炉产生的3. 96MPa 、340°C 的合成气经过 高温高压飞灰过滤器过滤后，与湿洗系统来的合成 气混合后去激冷气压缩机，作为气化炉激冷气使 用。激冷气压缩机工艺流程见图6。
(D 16QI 0005A 分析的合成气中H $含量从 21. 77%降低到 19. 03%，减少了 2. 74%。
(2)
16QI 0005B 分析的合成气中C O 含量从 58. 13%增加到 64. 08%，增加了 5.95%。
(3) 16QI 0005C 分析的合成气中C 02含量从2. 33%增加到 9. 75%，增加了 7.42%。
(4) 16QI 0005E 分析的合成气中N 2含量从 14. 01 %减少到 3. 54%，减少了 10. 47%。
(5) 合成气中的有效气成分16QI 0005A +
16QI 0005B 的量从79. 9%增加到83. 11%，增加了
3. 21%。
煤粉载气（氮气）中添加二氧化碳，合成气组分 中的氮气量减少，不仅能够降低煤气化装置氮气消 耗，还可以减少产品气中氮气含量，使得甲醇合成 工序的弛放气减少，合成效率提高。氮气/二氧化 碳混合作为载气使用。
使用二氧化碳替代氮气作为煤粉输送载气，根 据分析结果可知，合成气中氮气含量可由14%降至3. 5%，随着负荷提升，降幅明显。3. 2
二氧化碳替代氮气作为安全阀吹扫气在S h ell 煤气化装置中，涉及合成气的安全阀 共有10台，由于合成气具有腐蚀性，为防止合成气 中水分在安全阀管道处凝结、对管道造成腐蚀，按照3
图6激冷气压缩机工艺流程
注：1 一激冷器压缩机；2 —气化炉；3 —飞灰过滤器）一湿洗塔
在正常运行时，激冷气压缩机前置气及一级密 封气流量约1 000Nm 3/h ，其目的是密封合成气，防 止其外漏。激冷气压缩机前置气及干气密封系统 见图 7 。
按满负荷下合成气产量为18. 2万Nm 3/h 计 算，该部分氮气替换为二氧化碳后，合成气中的氮 气含量将下降0.55%。3.4振打器密封气
为防止气化炉输气管、气体返回室、合成气冷 却器等部位积灰，在气化炉设计时加装了 58台振 打器(见图8)。由于受合成气腐蚀，振打器密封容
易造成密封氮气外漏，因而，密封氮气与气化炉压 力差的设定是必要的。正常运行期间，密封氮气进 入气化炉，流量约为600 Nm 3/h 。
按满负荷下合成气产量为18. 2万Nm 3/h 计 算，该部分氮气替换为二氧化碳后，合成气中的氮 气含量将下降0.33%。
4措施实施后的成果
上述措施实施后，合成气中氮气含量由14%下
降至0.97%。合成气中氮气含量的降低对甲醇氢
(下转第46页)
2
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寸
3
。目
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测量点由最高84'm降至61'm，4号振动测量点由 最高68'm降至49'm。
5.2检修后达到的效果
该汽轮机再次启机时，在升速过程中发现汽轮机临界转速由原临界转速下降600*mm，分析原因 发现是因转子做动平衡增、减平衡块及一二级叶轮打磨所致。汽轮机在过临界过程中相较以往振动偏大，接近报警值，原因为该转子虽经过返厂处理，但转子的相位不平衡量未达到合格标准（30g以内#转子还存在转动不平衡状态。进入运行区后，汽轮机轴温、位移正常，与2017年9月未出现振动、波动前
对比，前轴承箱振动数值偏大，其中，汽轮机 前轴承1号测量点20'm，2号测量点33'm，后轴承 箱3号测量点5'm，4号测量点10'm。汽轮机支
(上接第40页）
回收弛放气、变换冷凝液、甲醇产量均有不同程度的影响。
图7激冷气压缩机前置气及干气密封系统
图8 气化炉振打器及密封气现场图片
4.1合成气中氮气含量降低后对弛放气的影响
合成气中氮气含量降低前，龙宇煤化工甲醇合成弛放气约2万Nm3/h，其中H$与C O占50X左 右，氮气含量降低后，弛放气量减排7 000 Nm3/h。由此可见，合成气中氮气量的减少，显著降低了 H$与C O的放空量，提高了合成气利用率，仅此一项每 天可减少有效气放空量约8.4万Nm3。
4.2合成气中氮气含量降低后的影响
经各项措施后，系统氮气含量从14X下降为 1X左右，变换冷凝液中氨氮含量由8 000mg/L下撑、止推轴承温度最高为68Y，整体运行稳定。
考虑到转子动平衡仍然达不到合格标准，决定 重新制作一根转子，制作周期为两个月，在2018年 10月大修期间更换为新转子，更换后汽轮机1号测 振点4'm，2号测振点6'm，后轴承箱3号测振点 9'm，4号测振点5'm。机组其他参数均稳定正常。
6结语
通过对汽轮机运行过程中出现的问题进行分析总结，及时判断汽轮机振动高的原因，并结合实 际情况进行调整优化，及时有效地解决了汽轮机振动高的问题，为汽轮机长期运行积累了宝贵的经验，从而确保机组长周期稳定运行。
修改稿日期20201(05
降至400mg/L，降低了污水系统处理负荷。二氧化 碳替代氮气前后变换冷凝液氨氮变化见图9。
图9二氧化碳替代氮气前后变换冷凝液氨氮变化
47合成气中氮气含量降低后对甲醇产量的影响在实施系统氮气含量降低的各项措施时，合成气 中有效气(压与CO)比例上升约4%，甲醇增产明显。
5结语
目前，龙宇煤化工合成气系统中氮气含量已经降至为0.9X〜1.2X，氮气含量的降低促进了甲醇 产量的提高，降低了污水系统处理负荷，提高了合成效率，而且还能减少系统的氮气流量，保证了系 统的氮气压力稳定，对系统的长周期、高产、高效运 行起到了重要作用。
参考文献（
汪家铭.Sh e l l煤气化技术生产合成氨装置开车成功—].煤化 工，2006(3):49-49
[2] 郭剑峰.壳牌煤气化装置降低合成气中氮气含量的对策-].大
氮肥，2016(6):366-368.
[3] 何孝霖.壳牌煤气化装置降低合成气中氮气含量的策略-].中
国石油和化工标准与质量，2019,39(5)147-148.
修改稿日期
202009-12
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