煤制甲醇项目低温甲醇洗装置尾气管道的选型

煤炭加工与综合利用CoAL PROCESSING COMPREHENSIVE UTILIZATIONNo.10.2014爆制甲醇顶目低温甲醇装置尾气苣道的选型翁希旭,马飞(兖州煤业榆林能化有限公司,陕西榆林719000摘要:兖州煤业榆林能化有限公司甲醇厂60万υ/a煤制甲醇项目低温甲醇洗装置尾气管道原设计为不锈钢材质,经过分析论证,最终选用价格较为低廉的涂塑复合钢管,经过多年运行,效果良好,大大节约了投资成本。关键词:煤制甲醇;低温甲醇洗;尾气管道;涂塑复合钢管中图分类号:TQ223.1文献标识码:A文章编号:10058397(2014)10006403兖州煤业榆林能化公司60万ta甲醇项目以表1低温甲醇洗装置的尾气成分体积分数煤和空气为主要原料,采用水煤浆加压气化技术体积分数/%制备粗合成气,经部分耐硫变换、低温甲醇洗净化得到满足甲醇合成要求的精制合成气,再经合0.5240.173成和精馏得到精甲醇。1问题提出的背景HO0.982CH, OH0.0020.097低温甲醇洗装置采用德国鲁奇的低温甲醇洗脱COS41.0×10-6硫脱碳技术,进入低温甲醇洗装置变换气中的CO2体积分数达到3.3%。变换气中的CO2气体经过吸从表1可见,尾气的主要组成为CO2、N2和收、解析、洗涤等过程后,系统满负荷运行时通过少量的H2O,在正常生产中属于连续排放。由于尾气烟囱排放的尾气量可达116万m3/h,压力管道中存有少量的水易和CO2气体生成碳酸对管(A)为0.188MPa,温度为66℃。工艺软件包中尾道产生腐蚀,德国鲁奇公司设计的尾气排放管道气的成分体积分数见表1采用304L不锈钢材质。在进行系统设计优化的过程中,本着满足使收稿日期:201410-17作者简介:蓊希旭(1980-),男,河北承德人,2012年毕用及节约成本的原则,对在此环境下(弱酸性、业于西北工业大学理学院,工程硕士,兖州煤业栒林能化有限公常温常压)的管道选材进行充分的调研论证基础司工程师。上,榆林能化公司相关技术人员提出了使用在给4结语液和变换高温冷凝液用量和引入高温高压密封水的方法,可以替代灰水补水,在不减负荷、停车(1)由于气化炉两对烧嘴相对独立,且每台的情况下,实现低压灰水泵双泵在线抢修。配置高压煤浆泵提供对置的一对烧嘴煤浆,一对烧嘴高温高压密封水串髙温热水管线,还可实现高温停车,另一对烧嘴仍可维持系统生产运行,从而热水泵双泵故障的在线抢修。实现高压煤浆泵隔离检修,再利用带压连投技(3)利用锁斗安全阀代替锁斗进口阀手动排术,重新投料并入系统。渣操作,在进行换阀准备工作的同时,锁斗系统(2)配置高温高压密封水串变换高温冷凝液可以实现正中国煤化工时间,减少管线,通过增加07MPa脱盐水、变换低温冷凝换阀过程中CNMHG2014年第10期翁希旭,等:煤制甲醇项目低温甲醇洗装置尾气管道的选型水和煤矿上广泛使用的一种涂塑复合钢管的建也增加,使阴极去极化过程加快,从而大大增加议,复合管的基体材料选用普通碳钢管,钢管内腐蚀速率。低温甲醇洗装置尾气管道运行压力较外衬为高分子PE材料。低,故压力的影响可以忽略。(4)流速的影响。随着流速加快,H2CO3和2尾气排放采用涂塑复合钢管的可行性分析H·等去极化剂能更快地扩散到电极表面,使阴2.1普通钢管在尾气环境下的腐蚀极去极化增强,腐蚀产生的Fe2迅速离开金属表干燥的CO2在常温下对碳钢管道没有腐蚀作面,阻止金属表面保护膜形成,并且对已形成的用,但低温甲醇洗装置尾气中含有0.98%的水保护膜起破坏作用,形成活化一钝化微电池,从分。水分与二氧化碳形成的碳酸对钢材具有腐蚀而使腐蚀速率大大增加。气体携着液体强烈地冲作用。CO2对钢材的腐蚀一般有二种形式:CO2击钢铁表面,产生强烈的液击,导致严重的冲刷溶于水生成的碳酸造成的腐蚀和CO2氧化引起的剥蚀。剥裂。在剥裂腐蚀过程中,金属表面形成离散的(5)管道材料的影响。碳钢的基体组织为铁多孔氧化团,在Fe2O4氧化物中出现碳。反应机素体(Fe)和渗碳体(Fe3C),当碳钢表面浸在碳理如下酸溶液中,形成微电池,其中铁素体电极电位较CO2+H,o-H,Co低,成为微电池阳极,渗碳体则为阴极。阳极过H2CO3+e—H'+HCO程是铁素体溶解受到腐蚀,即:H+HH2↑2Fe-2Fe2‘+4e。Fe+H2CO3FeCO3+H2↑与此同时,电子由阳极移向阴极,使水中的在运行中,低温甲醇洗装置尾气管道的腐蚀氧与电子结合生成氢氧根离子,即影响因素很多,大致可分为两大类:一类是二氧4e+2H2O+O2-4(OH)。化碳介质工况的影响,如工作温度、压力、含水在溶液中,Fe与(OH)相遇生成Fe(OH)2,量、流速、pH等。另一类为材料的影响,如材即:2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2料中C、Cr等的含量Fe(OH)2与碳酸反应生成FeCO3,即:(1)二氧化碳介质中含水量的影响。介质中Fe(oH)2+H2CO3-FeCO, +H20.水分是影响二氧化碳腐蚀的一个至关重要的因由此破坏碳钢表面生成的保护膜。素。二氧化碳的腐蚀发生从根本上说是由于水对此外,二氧化碳的腐蚀中还有pH等影响因钢铁表面的润湿作用。二氧化碳溶解于水中后,素。低温甲醇洗装置尾气管道腐蚀的发生,主要在金属表面形成了电解质溶液,即:CO2+是二氧化碳含量、介质的温度、压力、水分、冲H2O-H12CO3,从而构成了金属的电化学腐蚀的刷等因素共同作用的结果。基本条件。溶液中电离出的H作为Fe腐蚀反应2.2尾气排放使用钢塑复合材料管的可行性中的一种主要阴极去极化剂,增加金属的腐蚀速2.2.1聚乙烯特性度,且随着压力的增大,水分增多,二氧化碳溶聚乙烯的种类主要有:①低密度聚乙烯解度也大幅度增加。高压聚乙烯;②线形低密度聚乙烯;③中密度(2)温度的影响。温度小于60℃,二氧化碳聚乙烯、双峰树脂;④高密度聚乙烯、低压聚的腐蚀比较严重。资料及相关文献表明,温度大乙烯。于100℃,腐蚀却很少发生。温度对尾气管道腐聚乙烯有良好的物理性能,聚乙烯为白色蜡蚀的影响,更主要的表现为在临界温度附近的状半透明材料,柔而韧,比水轻,无毒,具有优影响。越的介电性能。对有机蒸汽透过率较大。常温下(3)压力的影响。在压力较低时,二氧化碳不溶于任何中国煤化工可少量溶解的腐蚀相对较轻微。压力较高时,腐蚀会加速。于甲苯、乙CNMHG中。随着压力的增加,二氧化碳气体溶解于水的幅度聚乙烯有优异的化学稳定性,室温下耐盐66煤炭加工与综合利用2014年第10期酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、胺类、氢氧化钠、氢(1)保留了传统金属管材的钢度及强度,远氧化钾等各种化学物质,硝酸和硫酸对聚乙烯有远优于塑料管、铝塑管;较强的破坏作用。聚乙烯容易光氧化、热氧化、2)具有内壁光滑、磨擦阻力小不结垢的特臭氧分解,在紫外线作用下容易发生降解,碳黑点,外壁更加美观豪华对聚乙烯有优异的光屏蔽作用。受辐射后可发生(3)重量轻、韧性好、耐冲击、耐压强度高;交联、断链、形成不饱和基团等反应。适用温度更宽,达-30~100℃;22.2聚乙烯作为钢管内衬材料的优点(4)与管件连接方式可采用绞丝、承插、法(1)良好的物理性能,密度小、重量轻、运兰、沟槽、焊接等多种方式,省工省力;输、安装方便(5)与管件连接部位热膨胀系数差小,更安2)使用温度范围广,低温性能优良,特别全可靠;适用于高寒地区及各种恶劣环境;(6)价格性能比合理,综合造价低、比铜管、(3)弹性模量小,当温度波动时其内应力较不锈钢管更经济。小,可有效地保证管道和安全使用;3.2管道产品的价格与使用寿命(4)导热系数低,仅有0.42W/(m·K),可通过相关技术人员论证分析,涂塑复合钢管以起到良好的保温作用;市场价格仅为不锈钢管(304L)价格的1/3,在弱(5)具有良好的电性能;酸工作环境中尾气排放管道采用涂塑复合钢管代(6)有良好的化学稳定性,耐腐蚀性能好,替不锈钢材质(304L)是可行的,并且可大大降低由于HDEP分子无极性,在一般环境中不受土投资成本,延长管道的使用寿命。壤、电力、酸、碱等因素的腐蚀;3.3使用试验(7)低摩阻,防止结垢为确保使用钢塑复合材料管的可靠性,委托(8)具有良好的柔韧性和耐冲击性;了专业厂家进行制作并做了相关的试验,最终确(9)脆化温度低(-70℃);定低温甲醇洗装置二氧化碳尾气排放管道采用涂(10)聚乙烯材料具有良好的抗刮痕能力。塑复合钢管,安装工程材料见表2。具体加工要求如下尾气排放管道的定型(1)设计条件:压力(G)0.3MPa,温度3.1涂塑复合钢管的性能特点60℃表2Q235B内外衬高分子PE尾气排放管道安装工程材料明细名称执行标准数量螺旋钢管38“(965mmx10mm)sY/T5036/HG20553Ia系列47.lt90°弯头38"(965mm×10mm)GB13401A系列,长半径10个38°,CL501HG20623, WN-RF(2)管道之间釆用焊接方式,每段焊缝处防4结语腐层现场进行处理(3)复合管的内外衬层结实可靠,不存在脱尾气排放管道采用涂塑复合钢管代替不锈钢离或有起泡现象;材质(304L),节省投资一百余万元,低温甲醇洗4)基体材料Q235B螺旋管标称壁厚允许偏装置自2008年12月运行以来,二氧化碳尾气排差±10.0%;放管道运行状况良好,未有衬塑材料破损和管道5)复合管内外涂层材料的最小厚度平均为腐蚀现象件滥只立需要,经济和中国煤化工0.8~0.9mm。社会效益显CNMHG