基于Aspen Plus的煤气化黑水处理方案对比

煤气化工艺是煤炭综合利用的核心技术，对于发展煤炭清洁能源有重要意义，是当前煤炭行业持续健康发展的关键环节，也是石化能源领域的研究热点。随着煤化工行业环保政策“零排放”的要求，煤化工发展趋势日益严峻，所以，降低煤气化工艺的能耗、水耗、煤耗，减少废水排放，提高气化效率和能量利用率，变成了当今急需解决的问题。

对重质油加工工程进行研究讨论，通过对直接换热与间接换热两种黑水闪蒸工艺的模拟，将两种工艺的水耗、能耗等方面进行对比分析，为黑水闪蒸工艺的选择提供参考。

煤气化工艺合成气激冷流程里，自激冷室而出的黑水，在黑水闪蒸系统中，经过两次或者三次闪蒸罐进行闪蒸处理，降低排出黑水闪蒸系统的黑水温度，释放出溶解在黑水里面的大部分酸性气体并且回收热量，闪蒸出的酸性气进入硫回收系统或者送往焚烧炉进行处理。

自气化炉出口的合成气进入黑水闪蒸装置，间接换热是利用高压闪蒸不凝气以及低压闪蒸不凝气对高压循环水进行预热，然后在用少量低压蒸汽加热高压循环水，作为激冷水级水洗塔洗涤水，有效回收黑水热量。

间接换热工艺流程模拟如图1所示。

间接换热工艺流程图

Fig. 1 Process flow chart of indirect heat transfer

D1 一级闪蒸罐 D2二级闪蒸罐 D3三级闪蒸罐 D4 酸性气分液罐 E1 高压闪蒸气冷却器 E2 中压闪蒸气冷却器 E3 低压闪蒸气冷却器 E4 黑水冷却器

自气化炉出口的合成气进入黑水闪蒸装置，直接换热是利用经过和换热的高压循环水，直接与闪蒸气同时进入减湿器进行接触换热，换热后的循环水排出黑水闪蒸装置。

直接换热工艺流程模拟如图2所示。

直接换热工艺流程图

Fig. 2 Direct heat transfer process flow chart

D1 一级闪蒸罐 D2二级闪蒸罐 D3三级闪蒸罐 T1 减湿器 E1 中压闪蒸气冷却器 E2 循环水冷却器 E3 酸性气冷却器I  E4 酸性气冷却器II  E5黑水冷却器

本次模拟采用的气化炉压力为6.5 MPa，反应温度为1400℃，有效气产量600000 Nm³/h，干基焦耗量280 t/h。所用石油焦规格见表1。

表1石油焦规格

Table 1 Specifications of petroleum coke

在间接换热工艺中，中压闪蒸冷凝器采用自除氧水泵来的高压灰水进行换热；低压闪蒸冷凝器采用自除氧水泵来的高压灰水进行换热；真空闪蒸冷却器采用循环冷却水进行换热，其中经过中压闪蒸冷凝器与低压闪蒸冷凝器进行热交换的闪蒸气进入闪蒸分离器。

在直接换热工艺中，中压闪蒸冷凝器采用自除氧水泵来的高压灰水进行换热，换热后的高压循环水直接进入减湿器，与闪蒸气进行接触换热，而真空闪蒸冷凝器则采用循环冷却水进行换热。

两种黑水闪蒸工艺水耗对比见表2。

表2 间接换热与直接换热水耗对比

Table 2 Comparison of indirect heat exchange and direct heat exchange

通过对各个物料能耗进行计算汇总，可以得到间接换热工艺与直接换热工艺二者能耗总量，主要统计了以下物料：自碳洗塔来黑水、自气化炉来黑水、高压灰水、循环冷却水、冷凝液等。

两种黑水闪蒸工艺能耗对比见表3。

表3 间接换热与直接换热能耗对比

Table 3 Comparison of energy consumption between indirect heat transfer and direct heat transfer

通过对黑水闪蒸间接换热工艺与直接换热工艺的模拟对比分析可以得出，黑水闪蒸间接换热工艺比直接换热工艺的能耗低，水耗低；直接换热工艺的优点是对飞灰处理比间接换热工艺好，对后续系统的操作与维护优于间接换热工艺。以现阶段情况来看，新增煤气化装置或改造煤气化装置应当更多的考虑直接换热工艺。

撰稿人：解娅男

审稿人：高星