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1、煤直接液化工艺进料_输送及循环泵的选型 动设备 石油化工设备技术,2006,27(1)?41?Petro2ChemicalEquipment Technology 煤直接液化工艺进料、输送及循环泵的选型 日文程 (中国石油天然气华东勘察设计研究院,山东青岛266071) 摘要:煤直接液化工艺所涉及的泵,其大部分输送的介质均含有不同比例的固体颗粒,因此,首先应采用经过耐磨处理的离心式泵型,若流量过小,也可选用容积式泵。另外,煤直接液化过程中,第一、第二反应器应选用无密封式的离心泵。 关键词:煤;液化;离心泵;循环泵;选型 中图分类号:TE974文献标识码:B文章编号:100628805(2006
2、)0120041204 随着世界性石油价格的上涨,能源紧缺,由煤 直接液化成油已上升到一个战略高度,成为传统以石油为原料的炼油工艺的替代工艺,已越来越受到各国的重视。 含氢少、杂质多,通过在高温、,煤。二战时期,德国利用早期的IR工艺技术,建成了褐煤的工业化液化装置,但由于工艺条件非常苛刻,生产成本高,战后因无法维持其正常的商业运转而陆续拆除。自20世纪70年代以来,在早期煤直接液化工艺的基础上,世界各国研究开发了多种煤直接液化新工艺,其中不少新工艺已发展到每天处理几十吨至几百吨煤的工业性试验装置。由于80年代的石油降价,各国均未进行商业化煤液化装置的建设。在我国煤炭保有储量远比石油丰富,价格
3、便宜。采用煤直接液化技术制取各种油品是一种比较适合我国国情的能源发展途径,可以充分利用我国丰富的煤炭资源,调整能源结构,缓解石油进口压力。 在这种形势下,神华集团煤直油公司在上海建成6t/d煤直接液化的中试基地,用以试验煤在不同的工艺条件下,直接液化的工艺参数。该项目从2003年开始启动,2004年建成,并于2004年11月由煤直接液化出合格的石脑油,标志着中国已拥有了自己的煤直接液化工艺。 本人有幸作为该项目的机械专业负责人,参 械2,现就该项目中,亦使其他一些还没有接触过此类介质的工程技术人员,在今后针对此类介质泵的选型时少走弯路。1工艺原理及特点1.1工艺原理 煤直接液化是在高温、高压下
4、,通过加氢和催化剂作用,使油煤浆中的固态有机质直接转化为液态燃料油的工艺过程。 该工艺是通过加热实现的。当煤温度大于250时,煤结构单元的一些弱键桥开始断裂;随着温度的继续升高,键能较高的键桥也会断裂。键桥断裂产生了以结构单元为基础的自由基,自由基的特点是本身不带电荷却在键桥断裂处拥有未配对电子。自由基极不稳定,在高压氢气环境和溶剂分子分隔的条件下,经加氢后生成稳定的低分子产物(含油、水和少量气体)。在没有高压氢气和没有溶剂分子分隔的条件下,自由基又会相互结合而生成较大分子。在实际煤直接液化的 收稿日期:2005211211。 作者简介:程日文(1963-),1986年7月毕业于东北大学液体传
5、动及控制专业,获工学学士;1986年7月2004年12月,就职于中石化洛阳石化工程公司机械专业,1998年被聘为高级工程师;2005年1月现在就职于中石油华东设计院机械专业。 ?42?石油化工设备技术2006年 工艺中,煤炭分子结构单元之间的键桥断裂和自 由基稳定的步骤是在450高温、1735MPa高压(表)氢气环境下的反应器内进行的。 煤炭经过加氢液化后,剩余的无机矿物质和少量的未转化煤及催化剂颗粒还是固体状态,经过减压蒸馏将固体从液化油中分离出去。 煤的液化油中,含有较多的芳烃及较多的氧、氮、硫等杂质原子,必须再经过一次加工处理才能得到合格的汽油、柴油产品。 煤直接液化工艺中的主要工艺参数
6、是反应温度、反应操作压力、空速、溶剂与煤的比、溶剂质量及催化剂添加率。煤液化工艺的性能体现在煤转化率、残渣转化率、气体产量和液体产量等几个方面。在操作过程中力求提高煤转化率、渣油转化率和液体产量,同时尽量减少气体产量。1.2工艺特点 煤直接液化的首要任务是提高氢碳比,并脱除硫、氮、氧和灰分,而其关键是要增加氢含量,以满足煤转化为液体燃料的需要。 应满足的工艺要求: (1),; (2),4.5%(对干煤); (3)二个高压全返混反应器,一反为内循环,二反为外循环; (4)固体油浆从减压塔底排出,其量为50%(对干煤); (5)液化产品和液化用过的溶剂送加氢稳定加工。2泵的选型 在煤直接液化单元中
7、所涉及的泵包括:一级煤浆釜泵(P101);二级煤浆釜泵(P102);煤浆原料泵(P103);液硫泵(P104);催化剂油浆泵(P105);一反循环泵(P201);二反循环泵(P202);常底泵(P204);减底泵(P210)。其中,除液硫泵(P104)外,其余各泵所输送的介质,除压力和温度有所不同外,其共同点均含有不同比例的固体颗粒。以一级煤浆釜泵(P101)为例,所输送的介质中含28%的黄铁矿及27%的煤粉颗粒(小于m),其余为溶剂油。泵送诸如此类的介质,是7 一个比较“头疼”的问题。首先遇到的难点就是介质对泵的磨蚀,要求泵与介质接触部位的材质,应具备一定的抗磨蚀性;其次是针对这类介质流 动
8、性差,不易输送,易产生断流、气蚀等问题的处理,对于中试这种小规模的装置,因受到介质流量小、输送管径小等因素的制约,该问题显得尤为突出。 鉴于以上的问题,最初在确立方案时,经反复论证认为:首先应采用经过耐磨处理的离心式泵型,其密封采用机械密封,且主、辅密封面均采取 ),强制外冲洗的对策,对于高温场合(大于350采用背冷。若因流量过小离心式泵不可使用时, 则可选用容积式泵。容积式泵可采用“移开泵头”式隔膜泵,亦可采用“液体柱塞”式柱塞泵,不可采用直接接触式隔膜泵或是直接接触式柱塞泵。下面,介绍有关“移开泵头”式隔膜泵和“液体柱塞”式柱塞泵的结构,以及为什么这两类泵型可以输送此类固体介质?2.1“移
9、开泵头”式隔膜泵 如图,就是用适,即在泵正常工作,介质始终与隔膜不接触,其中的隔离液既起到了隔离作用,又起到了传递输送动力的作用。此外,该泵的结构可根据泵送介质的温度和粘度,对下延伸的隔离管段中的隔离液及介质,进行强制冷却或加热,确保隔膜工作的温度正常。 由以上两点可以看出:在“移开泵头”之后,任何介质通过注入的隔离液的隔离,介质均与隔膜无任何直接接触(但不能丢失隔离液),并通过外部的强制冷却或加热,使隔膜始终处在一种较理想的工作环境中,这样,可以提高隔膜的使用寿命,延长泵在对恶劣的介质输送中的运转周期。若能保证隔离液系统的正常工作,隔膜的使用寿命不成问题,而解决与介质接触的进、出口阀及延伸管
10、内壁的耐磨蚀性成为主要任务,例如,阀座的耐磨蚀性等。而解决进、出口阀及延伸管内管壁的耐磨蚀性,可以通过喷涂耐磨层或衬耐磨金属层等手段来解决。2.2“液体柱塞”式柱塞泵 如图2所示“液体柱塞”,式柱塞泵的工作原理,类似于“移开泵头”式隔膜泵,在动力柱塞与介质之间,强制注入一段与被输送的介质不冲突的隔离液,将动力柱塞与介质隔开,既起到了隔离作用,又起到了传递输送动力的作用。同时通过柱塞夹套,有效地实施加热或冷却。 第27卷第1期程日文.煤直接液化工艺进料、 输送及循环泵的选型?43? 反循环泵(P201),采用内循环模式。当进行煤液 化反应时,在一反(R201)上部的部分物料脱气后,通过一反(R2
11、01)内部下降管进入一反循环泵(P201)升压,经分配盘循环回一反(R201)底部,以保证悬浮床反应器内的等温升反应;反应流出物自一反(R201)上部排出,与部分循环氢混合进入煤液化第二反应器(R202,简称二反),经过煤液化二反(R202)的反应产物和循环油浆至二反(R202)反应产物分离器(V201),进行油气分离。自反应产物分离器(V201)出来的含固液体分两 (a) 泵出介质状态 路:一路进入二反循环泵(P202)升压,经循环回二反(R202)底部,同时保证二反(R202)内部的全返混;另一路经降压后去高温中压分离器(V204) 。 (b)泵吸入介质状态 (a) 泵出介质状态 图1“
12、移开泵头” 式隔膜泵的工作原理 但此类型的泵与“移开泵头”式隔膜泵也有不同之处。由于隔离液体与介质具有熔融性,在柱 塞往复运动的过程中,有少量的介质会与柱塞接触,特别是介质中那些较细小的颗粒,就有机会钻入柱塞与缸体之间的间隙中,造成柱塞与缸体之间的磨损,导至损坏。 因此,在选择输送渣浆介质时应注意。此类型的泵,不适宜用于输送介质中含有细小颗粒及熔融性颗粒的场合,通常被输送介质中的粒度应大于柱塞与缸体之间的间隙。 以上讨论了输送及进料用容积式泵型的问题,接下来,再对在煤直接液化项目中较特殊的煤液化第一、第二反应器的循环泵进行一些讨论。2.3煤液化第一、第二反应器的循环泵 自煤液化反应加热炉(F2
13、01)出来的煤浆与氢气进入煤液化第一反应器(R201,简称一反)底部,反应进料自下而上通过一反(R201)设有的一 (b)泵吸入介质状态 图2“液体柱塞”式柱塞泵的工作原理 以上简要介绍一反循环泵(P201)及二反循 环泵(P202),在煤液化过程中的主要作用。在此过程中,无论是一反循环泵(P201),还是二反循环泵(P202),其循环介质都有一些共同的特性: ),高压(表)(18MPa),含杂质率高(大高温(455 于28%)等。对于中试规模的装置,还具有流量 ?44?石油化工设备技术2006年 小的特点。 作为反应物的循环泵,要求运行可靠、平稳及周期长。显然,容积式泵已不适合,须选用离心式
14、泵。但在泵入口压力(表)在18MPa以上,介质温度为455的情况下,机械密封已不能使用。LAWRANCE公司在此类泵中,仍可使用传统的机械密封,这项技术是LAWRANCE公司的专利,不肯公布于世。其原理就是将密封处的轴径做得 )。因尽量小,如果趋于零,则其泄漏亦趋于零。 此,应选用无密封式(或称作屏蔽式)离心泵。该泵的泵头与其驱动电机的转子及定子,分别在同一密封壳体中的不同的两个腔中,电机的驱动轴与泵轴为直联式,从外部通过一台隔离液泵,向电机腔内强制注入隔离液,不仅将电机腔与泵头腔有效地隔离开来,而且还具有冷却电机腔的功能(在电机腔的内外壳体间夹有强制冷却盘管),这样壳体就可以保证在同一高温下
15、,电机侧的温度较低,以确保电机的转子及定子等零、部件的可靠运行。其系统的工作原理如图3所示。从图3可以看出:在环(P201、P202),泵组联锁有关的冲洗液压力降低”时,联锁停机,此参数一般设置为与泵的入口介质压力值(上接) 7HydroCOM系统存在的问题 (1)HydroCOM系统监测阀盖温度在实际 相等。若低于此值,则介质将会进入电机工作腔, 这种情况是决不允许发生的。另一项控制仅为报警项目,与电机工作状态有关的“电机定子温度高报警”,此项是人为控制项目不与系统控制联锁,在报警后,工程师应密切关注,若通过某种手段,例如:加大循环水量等,可以消除报警或温度不再继续升高,则不采取手动停机措施
16、;否则,应果断采取手动停机。停机后,应进行必要的检查 。 3随着煤直接液化工艺技术的不断完善,日处理量达几千、几万吨的工业化装置将会建成投产,在试验装置中作为进料及输送用的容积式泵,势必将被离心式泵所替代。 部考虑,以期系统配置最优。8结论 HydroCOM系统无级气量调节系统在C35.4压缩机上的改造是成功的: (1)HydroCOM系统可实现压缩机的流量0100%无级可调,其020%用于压缩机的无冲击开机、换机或停机; (2)HydroCOM系统在加氢裂化装置现有负荷下节能显著,年节约资金300万元以上; (3)HydroCOM系统投用能改善加氢裂化装置的操作难度,使压缩机运行更平稳; (
17、4)HydroCOM系统的整体配置有待优化,以更好满足国内用户的需要。参考文献: 1高慎琴.化工机器M.北京:化学工业出版社,1992. 3542 2中国石油和石化工程研究会.炼油设备工程师手册 S.北京:中国石化出版社,2003.429438 运行中意义不大。阀盖的温度监测探头安装在执 行器下端,但其并不能监测入口气阀的状态,其报警温度设置为125,实际运行中入口气阀的温度根本达不到125。所以此温度监测仪表在实际运行中没有任何意义,而且增加了HydroCOM系统的投资。 (2)液压油站的温度设置高高报警、油位低低报警联锁没有实际意义,在现场运行中只需要设置报警即可,建议在以后的设置中将其省
18、略,以节省投资。 (3)HydroCOM系统的液压油站的配置,DCS及PLC的组态等均由用户负责,导致整个系 统调试、运行时出现中间接口错误,导致系统整体配置不能最优化。建议贺尔碧格公司在系统配置时,以工程包的形式输出,将压缩机的改造内容全 ABSTRACTS sis,Studconnection,pre-stresselement PETRO2CHEMICALEQUIPMENTTECHNOLOGY StartedPublicationin19801Bimonthly1Jan12006Vol127No1 1 ANALYSISONOPERATIONALTROU2BLESOFBACKPRESSUR
19、ETURBINE LiYufeng,etal.NanyangFactoryofParaf2finFineChemical,P.C.473132 firstandsecondreactorsinthecoaldirectliquifi2cationprocess. KeywordsCoal,Liquification,Centrifugalpump,Recyclepump,Patternselection AbstractB3-3.43/0.981typeback-pressuresteamturbineinthepowerstationofNanyangFactoryofParaffinFin
20、eChemicalhastroublesofbearingvibration,thrustdiscandjournalscratch.Bymeansofanalysisonthefaultcause,thewaytosolvetheseproblemsisfoundout,whichprovidesvaluablereferenceforoverhaulandmaintenanceofthesamekindsofmachine.KeywordsBack-pressuresteamturbine,Oper2ation,Trouble CORROSIONANDPROTECTIVECOUN2TERM
21、EASUREFORPROCESSINGHIGHSULFURCRUDE-PARTIII LiuXiaohui.Equipment&MonitoringCenterofMaomingBranch,SINOPEC,P.C.525011 CAUSEANALYSISONTHECRACKINGOFEVAPORATORSHELLATVACUUMUNIT#1-INTERMEDIATESIDE-DRAWANDITSPROTECTIVECOUN2TERMEASURES JiaZhenzhu.RefineryofDaqingPetrochemi2calBranch,CNPC,P.C.APPLICATIONO
22、FHydroCOMREGUAL2ATIONSYSTEMINFRESHHYDROGENBOOSTER Tang Huiyun,et al. SINOPEC Yanshan Branch,P.C.102503 AbstractThisarticleuationof0amountregulationreshboosterin130Mt/amediumhydrocrackingunitofYanshanBranchofChinaPetrochemicalIncorpo2ration.Theactualsituationshowsthatthissys2temhasadvantagesofreliabl
23、eandstablegasa2mountregulation,easyoperationandsignificantenergysavings.KeywordsHydoCOM Hydrocracking, Compressor, #1-interme2diate-unithasnitsoperation.Bymicroexaminationandexaminationofchemicalcompositionaswellastestofmechan2icsperformanceshowsthatthecrackiscausedbystresscorrosion(i.e.alkalibrittl
24、eness)whichiscausedbyresidualNaOHinsteam.Therelativelyprotectivemeasuresforavoidingfromalkalibrittlenessareputforwardinthisarticle.KeywordsLowalloysteel,Evaporator,Alkalibrittleness,Protectivemeasures FEEDSTOCKANDITSDELIVERYINCOALDIRECTLIQUIFICATIONPROCESSANDPATERNSELECTIONOFRECYCLEPUMP ChengWen.Hua
25、dongSurvyandDesignInsti2tute,CNPC,P.C.266071 STUDYONTHEPROPERTYOFNEUTR2RALIZINGINHIBITORINATMOSPHER2ICVACUUMUNIT LiuXiangdong.CNPCLanzhouPetrochemicalIncorporation,P.C.730060 AbstractCentrifugalpumpswithanti-abra2siontreatedmustbeselectedtouseincoaldirectliquificationprocess,becausethefeedstockde2li
26、veredthroughpumpscontainssolidparticlesindifferentproportion.Ifsmallflowamount,adisplacementpumpcanbeused.Inaddition,seal-lesscentrifugalpumpscanbeusedforthe AbstractThisarticlediscussesonthestudyingofNH1neutralizinginhibitorbasedonthecor2rosioncauseandcorrosionmechanismofcrudeoildistillationsystema
27、ndputsforwardconcretecorrosionprotectionmeasures.Proceedfromtheoryandpractice,thestandardandrequire2mentthatshouldbehaveinneutralizerandin2hibitorismentioned.Compositionsofneutrali2zingagentandcompositionperformanceofinhib2itoramongtheNHneutralizinginhibitorsandparticularfeaturesdifferfromconventionalagent