GSP煤氣化技術(shù)生產(chǎn)合成氣的工藝分析

第33卷第H期現代化工No1. 20132013年11月Modern Chenical industry93·GSP煤氣化技術(shù)生產(chǎn)合成氣的工藝分析黃偉,馬雨聯(lián)(東華工程科技股份有限公司,安徽合肥230024)摘要:GSP煤氣化技術(shù)具有原料適應性廣,氣化爐和燒嘴設計獨特新穎,技術(shù)經(jīng)濟指標先進(jìn)環(huán)保性能良好等特點(diǎn),是一種先進(jìn)的煤制合成氣工藝技術(shù)。對GSP煤氣化技術(shù)用于煤制合成氣的工藝流程和技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了介紹和分析。關(guān)鍵詞:CSP;煤氣化;組合燒嘴;水冷壁;煤制合成氣中圖分類(lèi)號:TQ546.2文獻標志碼:A文章編號:0253-4320(2013)11-0093-04Analysis of GSP coal gasification technology for production of synthesis gasHUANG Wei. MA Yu-lianEast China Engineering Science and Technology Co, Ltd, Hefei 230024, China)Abstract: GSP has the advantages of wide flexibility of feedstock, unique and innovative design of gasifier andburner, advanced technical and economic indexes and good environmental performance etc. It is one of the most advancedcoal syngas technologies. In this paper, the process and technical characteristics of GSP coal gasification technology forsyngas are described and analyzedKey words: GSP; coal gasification; combined burner; cooling screen; synthesis gas from coal近年來(lái),我國能源供應日趨緊張,因此,發(fā)展新化技術(shù)的全部權利包括全部知識產(chǎn)權由西門(mén)子公司型煤化工正成為我國能源建設的重要任務(wù)。建設煤取得,公司更名為西門(mén)子燃料氣化技術(shù)公司化工產(chǎn)業(yè),生產(chǎn)煤基清潔燃料,是當前和未來(lái)幾十年 Siemens Fuel Gasification Technology gmbH&Co.我國能源建設的重要需求。煤氣化技術(shù)是煤炭潔KG(SFGT)]。西門(mén)子CSP氣化技術(shù)已建成的項目?jì)?、高效和綜合利用的基礎技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù),其應用3個(gè):德國黑水泵1臺200MW(投煤量720vd)領(lǐng)域極為廣泛。目前世界上大型現代化煤氣化技術(shù)帶水冷壁氣流床氣化爐;捷克 Sokolovka Uhelna廠(chǎng)主要有固定床加壓氣化技術(shù)[如魯奇加壓氣化1臺140MW帶耐火磚氣流床氣化爐;神華寧煤167(Iurg)爐、液態(tài)排渣魯奇(BCL)爐]、水煤漿加壓氣萬(wàn)t甲醇制烯烴項目,采用5臺500MW(投煤量約流床氣化技術(shù)[如德士古( Texaco)爐、E-CAS爐]和200t/d)帶水冷壁氣流床氣化爐3。其中,神華寧干粉煤加壓氣流床氣化技術(shù)(如 Shell i粉煤氣化技煤167萬(wàn)t甲醇制烯烴項目已經(jīng)安全運行2年多。術(shù)、GSP粉煤氣化技術(shù)、 Prenflo氣化工藝)等。在煤制合成氣方面,GSP加壓氣流床氣化技術(shù)融合了2GSP煤氣化技術(shù)生產(chǎn)合成氣的工藝流程Texaco和She氣化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),在原料適應性、氣GSP氣化爐釆用千煤粉進(jìn)料,純氧流化床氣化、化爐結構及大型化、消耗指標、投資成本、運行費用液態(tài)排渣粗合成氣激冷工藝流程。圖1為GSP氣以及單位煤氣成本等方面具有明顯的優(yōu)勢,是一種化工藝流程示意圖。GSP氣化工藝主要由粉煤密相先進(jìn)的煤制合成氣工藝技術(shù)2輸送系統、氣化反應系統、排渣系統、粗合成氣處理1GSP煤氣化技術(shù)的發(fā)展及應用系統、黑水處理系統5部分組成。2.1粉煤輸送系統GSP干煤粉加壓氣流床氣化技術(shù)是1976年由每臺氣化爐配有專(zhuān)用的煤粉輸送系統,由1個(gè)前民主德國 VEB Gas- kombat的黑水泵公司開(kāi)發(fā)常壓煤倉,幾個(gè)二氧化碳緩沖罐,4個(gè)煤鎖斗和1個(gè)并投入商業(yè)化運營(yíng)的大型干煤粉氣化技術(shù),迄今已給料器組成。如圖2所示,干燥的磨制粒度不大于完成了不同規模、多個(gè)地域煤種中試裝置的基礎研50mm的粉煤從煤倉流到煤鎖斗,煤鎖斗循環(huán)操作究和工藝驗證。1984年在德國黑水泵市建成1套將煤加到加料斗。煤在加料斗中流化后在氣力作用200MW冷壁爐的商業(yè)化裝置,原料煤處理能力為下被送入氣化爐燒嘴。來(lái)自高壓緩沖罐的二氧化碳720Ud,穩定可靠運行達20多年。2006年GSP氣用來(lái)密封件中國煤化工CNMHG收稿日期:2013-06-25作者簡(jiǎn)介:黃偉(1982-),男,大學(xué),工程師,從事化工工藝和管道設計工作,huangwei@chinaecec.com?，F代化工第33卷第11期粉煤密相輸送系統蒸汽氧組合成氣干煤粉組合成氣處理系統常壓低壓蒸汽低壓蒸汽煤倉文丘里先滌器O罐CO激冷室黑水處理系統激冷水破渣機、×排渣系統黑水處理渣鎖斗少量廢水細灰濾餅廢氣□專(zhuān)利設備范圍粉狀渣圖1GSP氣化工藝流程圖相對較高每立方米懸浮煤粉和載氣中固體含量約煤倉為350~500kg,根據負荷不同,流速在3~9m/s低壓氮氣2.2氣化反應系統粉煤、氧氣和蒸汽混合后由燒嘴進(jìn)入氣化爐反二氧化碳應室快速氣化,生成富含一氧化碳和氫氣的粗合成氣。反應的溫度在1500~1750℃,壓力為4.2MPa煤粉去氣化爐煤中的灰分轉化成熔渣,熱粗合成氣和熔渣通過(guò)反應室底部的排渣口進(jìn)入到氣化爐激冷室,通過(guò)噴霧二氧化碳化激冷水,溫度冷卻到約220℃。冷卻的粗合成氣在進(jìn)入到粗合成氣處理(洗滌)系統前達到飽和狀圖2煤粉輸送系統示意圖態(tài)。冷卻固化的熔渣從氣體中分離出來(lái),通過(guò)重力作用流到灰渣處理系統的破渣機。多余的激冷水送來(lái)自磨煤及干燥系統的粉煤通過(guò)氣力輸送,沿往氣化閃蒸系統。切線(xiàn)接入煤倉頂部的屋頂狀附件中,并在此與載氣GSP氣化爐采用組合式氣化燒嘴,由配有火焰分離。載氣經(jīng)過(guò)濾后排出系統。每個(gè)煤倉有4個(gè)出檢測器的點(diǎn)火燒嘴和生產(chǎn)燒嘴組成故稱(chēng)為組合式口,每個(gè)出口對應一個(gè)煤鎖斗。煤倉上安裝有松動(dòng)氣化燒嘴。組合燒嘴安裝在氣化爐的頂部,采用下元件,從松動(dòng)元件導入連續氮氣以保持煤倉處于惰噴式進(jìn)料方式。如圖3所示,點(diǎn)火燒嘴中央通道用性氣氛中,并防止煤粉在煤倉內壓實(shí),促進(jìn)粉煤從煤于火焰監測。在點(diǎn)火燒嘴中央通道周?chē)沫h(huán)形通倉進(jìn)入到煤鎖斗時(shí)的流動(dòng)。壓力控制口火始檢測口為了克服常壓煤倉和帶壓操作的給料斗之間的點(diǎn)火可燃氣體口e壓差,4個(gè)煤鎖斗循環(huán)操作,交替裝人粉煤。煤鎖斗氧氣/氮氣口卻水出口冷卻水進(jìn)口冷二氧化碳口裝填完成以后,用充壓氣體分上、下兩股為鎖斗充壓氧氣/蒸汽口氧氣/蒸汽至給料斗的操作壓力。待煤鎖斗和給料斗之間的壓冷卻水進(jìn)粉煤進(jìn)料口冷卻水出口力達到平衡,煤鎖斗即可將粉煤輸送至給料斗。煤鎖斗排料結束,重新卸壓至常壓,準備下一次裝料。冷卻水進(jìn)口中冷卻水出口卸壓氣經(jīng)過(guò)濾后排放出系統。給料斗的下段設有機械攪拌器,粉煤在此通過(guò)中國煤化工松動(dòng)氣和攪拌器的作用下流化后在壓差作用下以均CNMHG圖3GSP氣化爐組合燒嘴結構示意圖質(zhì)密相流的形式被送入氣化爐燒嘴。密相流的密度2013年l月黃偉等:NP煤氣化技術(shù)生產(chǎn)合成氣的工藝分析95道,燃料和氧化劑通過(guò)點(diǎn)火燒嘴導入燒嘴口,被電弧套冷卻系統,冷卻反應器的外部。水冷壁和承壓殼點(diǎn)燃。點(diǎn)火燒嘴旁的主燒嘴將作為氣化燒嘴。達到體之間的間隙受燃料氣或情性氣體的吹掃,間隙之裝置操作壓力后(42MPa),氣化的粉煤和所需的間的溫度小于200℃。氧氣均通過(guò)氣化燒嘴供應。粉煤通過(guò)4條煤粉輸送水冷壁水冷管內的水采用強制密閉循環(huán),以從管線(xiàn)輸送輸送端切線(xiàn)地進(jìn)入氧氣周?chē)沫h(huán)形空間,反應室邊緣帶走熱量。在循環(huán)系統內,有1個(gè)廢熱這樣可以確保粉煤均勻分布。鍋爐生產(chǎn)低壓蒸汽,將其熱量移走,使水冷壁水冷管與氧氣發(fā)生燃燒反應時(shí),燒嘴出口會(huì )產(chǎn)生高溫內水溫始終保持恒定范圍。因此每個(gè)通道都設計各自的水夾套來(lái)強制冷卻受到激冷室為一承壓空殼,外徑和氣化室一樣,上部高熱負荷的部件,以延長(cháng)燒嘴的壽命。燒嘴的冷卻設有若干冷激水噴頭。通過(guò)注入激冷水,熱原料氣水系統設計為循環(huán)系統,帶有1個(gè)換熱器、離心泵和在當前壓力下驟冷至飽和溫度由激冷室中部引出。1個(gè)壓力容器。燒嘴冷卻回路的壓力始終高于操作激冷水供應具有一定富裕量,確保完全激冷。未蒸壓力,這樣可以防止管路事故破裂時(shí)熱氣體進(jìn)入冷發(fā)部分激冷水流入激冷室底部此處積聚了渣可溶卻回路。解鹽和煤灰顆粒。激冷水主要由收集和緩沖的氣體GSP氣化爐分為上下2個(gè)部分,如圖4所示,上冷凝液、循環(huán)灰水、文丘里洗滌水和脫鹽水組成。激部為反應室,下部為激冷室,反應器和激冷器作為一冷水量根據進(jìn)入主燒嘴氧氣流量和產(chǎn)生的原料氣量個(gè)單元設置在公共的壓力殼體內。反應室由承壓鋼調節。熔渣遇冷固化成玻璃狀的顆粒落入水浴中,殼和水冷壁2部分組成。水冷壁的主要作用是抵抗排入渣鎖斗。爐體內1350~1750℃高溫及熔渣的侵蝕。如圖52.3排渣系統所示,水冷壁由水冷盤(pán)管及固定在盤(pán)管上的抓釘與每臺氣化爐配有1套灰渣處理系統?；以幚鞸iC耐火材料共同組成。在反應器正常運行時(shí),液系統將氣化爐底部排出的渣水混合物進(jìn)行處理,破渣將附著(zhù)在內表面上,掛渣層可以保護水冷壁防止除大的顆粒,進(jìn)行冷卻,然后將渣從水中分離出來(lái)?；瘜W(xué)腐蝕和磨損。由于所形成的渣層保護,水冷壁濕渣送往收集區進(jìn)行處理。渣水送往黑水處理系統的表面溫度會(huì )小于500℃。反應器的上部被一個(gè)不進(jìn)行進(jìn)一步處理。帶壓力的夾套封閉,低壓循環(huán)灰水流入夾套,形成夾氣化爐激冷室中的廢渣首先在破渣機中進(jìn)行破料蒸汽/氧氣碎,粉碎的渣通過(guò)重力落入集渣罐和渣鎖斗中,并使噴嘴用撈渣機將其移除,從而使廢渣的壓力從氣化爐內的操作壓力減到常壓。當渣鎖斗處于集渣狀態(tài)時(shí)加壓水出口們氣化室水冷壁渣水在渣鎖斗和氣化爐激冷室間循環(huán),將廢渣從破水夾套渣機中沖刷至渣鎖斗。每間隔一定時(shí)間,渣鎖斗將加壓水入口激冷水進(jìn)行減壓,并將積累的廢渣排放到撈渣機上。在這段時(shí)間內,集渣罐暫時(shí)收集氣化爐產(chǎn)生的廢渣。渣激冷室成氣出口鎖斗清空后用沖洗灌中的水沖洗,之后用沖洗灌中的水充滿(mǎn)后加壓,然后繼續集渣。撈渣機分離來(lái)自渣鎖斗的水和渣,將濕渣送往配套輸送系統進(jìn)行運送和圖4GSP氣化爐結構示意圖儲存。渣水由泵送至黑水處理系統進(jìn)行進(jìn)一步處理2.4粗合成氣處理系統粗合成氣洗滌系統位于氣化爐激冷室下游,主水冷壁冷卻水一要設備包括1臺噴射式洗滌器、1臺文丘里洗滌器、1臺帶高壓噴霧泵和凝結器的高壓噴嘴以及1臺用液態(tài)渣作附加分離器的原料氣分離罐。SiC耐火材料在噴掛渣層中國煤化亍器中原料氣與抓釘洗滌液充CNMHG頂粒與氣態(tài)水溶圖5GSP氣化爐水冷壁結構示意圖物會(huì )溶入洗爾犰時(shí)沈你礅屮,沈滌廢水排放至激冷水系統循環(huán)使用。原料氣進(jìn)入下游的高壓噴射96現代化工第33卷第!1期段,通過(guò)高壓噴嘴系統噴射的脫鹽水進(jìn)一步脫除原(6)工藝流程短,裝置大型化,設備規格尺寸料氣中殘留的懸浮微粒和細灰。原料氣分離罐用于小,投資少,建設周期短。GSP氣化技術(shù)采用干粉煤分離原料氣中的夾帶液滴和收集原料氣冷凝液。經(jīng)加料、水冷壁和激冷、洗滌除塵流程,流程簡(jiǎn)單,設備過(guò)洗滌以后的粗合成氣含塵量低于1mg/m3。臺數少;氣化爐釆用頂部燒嘴下噴進(jìn)料,反應室下部2.5黑水處理系統設激冷室,結構緊湊;日投煤量為1900t的GSP氣氣化爐排出的黑水經(jīng)兩級閃蒸系統進(jìn)行減壓和化爐外徑約為3.5m,幾何尺寸小,質(zhì)量輕,易于運脫氣后,送往黑水處理系統。每2臺氣化爐共用1輸和組裝,有助于減少建設周期和投資費用。套黑水處理系統。來(lái)自閃蒸和排渣系統的黑水供往(7)GSP煤氣化工藝可靠性好,連續運行周期沉降槽,并加入絮凝劑以加速細小固體的凝結和沉長(cháng),運行費用低。水冷壁結構簡(jiǎn)單,氣化爐設備溫度降。沉降槽中的濃桕使用真空帶式過(guò)濾機來(lái)脫水并低,氣化爐、水冷壁和組合燒嘴的使用壽命長(cháng),運行去除固體脫除的固體灰渣運往外部進(jìn)行處理。濾周期長(cháng),維護工作量小,運行費用低。液與沉降槽中的清相收集后送往氣化爐用作洗滌(8)操作彈性大。CSP氣化爐采用組合式燒嘴水激冷水或者渣鎖斗沖洗用水。一部分灰水被送及特殊的燒嘴結構,單爐操作負荷可在70%~往廢水處理系統以便控制氣化系統中水的鹽度。110%靈活調節,保證了較大的操作彈性3GSP煤氣化技術(shù)在煤制合成氣方面的優(yōu)勢(9)開(kāi)停車(chē)操作方便,且時(shí)間短,從冷態(tài)達到滿(mǎn)負荷僅需1~2h;自動(dòng)化水平高整個(gè)系統操作簡(jiǎn)作為一項先進(jìn)的煤氣化技術(shù),GSP加壓氣流床單安全可靠。氣化技術(shù)用于煤制合成氣具有以下優(yōu)點(diǎn)46(10)環(huán)保性能好。液態(tài)熔融渣經(jīng)激冷后呈玻(1)煤種適應性強。CSP氣化技術(shù)采用干煤粉璃態(tài)沒(méi)有污染并可作建材原料;氣化溫度高,有機作氣化原料不受原料成漿性的影響;由于氣化溫度物分解徹底無(wú)有害氣體排放;污水排放量小,污水高,可以氣化高灰熔點(diǎn)的煤,故對煤種的適應性更為中有害物質(zhì)含量低易于處理可以滿(mǎn)足越來(lái)越高的廣泛,從較差的褐煤、無(wú)煙煤到石油焦均可使用,也環(huán)保要求?？梢?xún)煞N煤摻混使用。4結語(yǔ)(2)技術(shù)指標優(yōu)越。該技術(shù)的原材料消耗比德士古技術(shù)低12%~13%;氧耗比水煤漿加壓氣化技GSP干粉煤加壓氣流床氣化技術(shù)作為新一代大術(shù)低10%-15%;碳轉化率可達99%;冷煤氣效率型先進(jìn)的煤氣化技術(shù)之一,兼有殼牌和德士古氣化高達80%以上;經(jīng)過(guò)冷激和洗滌,粗合成氣含塵量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)其氣化爐和燒嘴的設計合理加料技術(shù)<1mg/m3,同時(shí)有較高的水汽比,變換工段無(wú)需外先進(jìn),原料適用性廣,工藝流程簡(jiǎn)潔運行穩定可靠,補蒸汽技術(shù)經(jīng)濟指標優(yōu)越,環(huán)保性能良好,在煤制合成氣方(3)合成氣中(CO+H2)體積分數高達90%以面有非常廣闊的應用前景。當然,GP加壓氣流床上;而甲烷體積分數低于0.1%,且不含重烴。氣化技術(shù)也有其局限性,例如干粉煤輸送流程復雜,(4)粗煤氣成本低。粗煤氣成本比殼牌技術(shù)約易發(fā)生堵塞的問(wèn)題,與其他大型煤氣化技術(shù)相比,工低13%,單位產(chǎn)品(CO+H2)成本比德士古技術(shù)約業(yè)化運行裝置較少需要更多的實(shí)際運行經(jīng)驗。低20%。參考文獻(5)燒嘴和水冷壁的使用壽命比較長(cháng),維護費用低。GSP氣化爐只有一個(gè)組合式燒嘴,該燒嘴獨[1]許世森,張東亮,任永強大規模煤氣化技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006有的特點(diǎn)就是每個(gè)通道都設計有各自的水夾套來(lái)冷[2]李大尚CSP技術(shù)是煤制合成氣(或H2)工藝的最佳選擇[卻,極大地延長(cháng)了燒嘴使用壽命燒嘴主體的使用壽煤化工,2005,(3):1-6.命預計達10年;氣化爐采用水冷壁結構,無(wú)耐火磚[3]北京索斯泰克煤氣化技術(shù)有限公司CSP煤氣化技術(shù)的應用門(mén)].應用化工,2006,35(1):66-73襯里,維護費用較低;通過(guò)水冷壁面掛渣來(lái)保護水冷[4】崔意華袁善錄.CSP加壓氣流床氣化技術(shù)工藝分析[J煤炭轉壁過(guò)熱燒漏,從而延長(cháng)水冷壁的使用壽命,預計水冷[5]徐振剛中國煤化工壁使用壽命為20年;由于水冷壁的冷卻作用,氣化及其在中國的應用前爐殼體的溫度低于250℃,預計氣化爐的使用壽命景[]CNMHG[6]章榮林.對GSP干法粉煤加壓氣化工藝技術(shù)的評述[J].氮肥與可達25年。甲醇,2006,1(3):9-12.■