潔凈煤氣化工藝淺析

第42卷第3期化肥設計June 20042004年6月Chemical Fertilizer Design設計技術(shù)|潔凈煤氣化工藝淺析汪壽建(中國五環(huán)化學(xué)工程公司,武漢430079)摘要:從環(huán)境保護 、煤種適應性和煤利用效率方面闡述了潔凈謀氣化工藝的特點(diǎn)，介紹了德士古水煤漿氣化和殼牌粉煤氣化工藝,從煤種適應性、氧氣消耗、碳轉化率、熱效率及合咸氣有效成分方面對這2種工藝進(jìn)行了對比。結果表明，殼牌謀氣化是潔凈堞氣化技術(shù)的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞:潔凈煤氣化技術(shù);德士古水煤漿氣化工藝;殼牌謀氣化工藝中圈分類(lèi)號: TQ440.62文獻標識碼: A文章編號: 1004- 8901(2004)03 - 0015 -03Briefly Analyzing the Clean Coal Gasification ProcessWANG Shourjian(China Wwhuan Chemical Enginering Corporntion, Wuhan, 4300790, China)Abstract: The characteristics of gasification process of clean coal were described from the aspects of environmental protecion, adaptation ofcoal kinds and utilization eficiency of coal, the Texaco water coel slurry gasification process and Shell pulverized coal gasification process were in.troduced, contrast was made for the two kinds of processes from the aspects of adaptation of coal kinds, axygen consumption, carbon reformnationrate, heat eficicncy and efective compnents of synthesis gases. The result indicats that the Shell c∞oal gasification proces is the developmentaldirection of the clean coal gasification technology.Key words: clen coal gaificaion technology; Texaco water coal slury gaification proes; Shell coal gaifiction process從20世紀80年代初期，隨著(zhù)“潔凈煤氣化滲出;氣化污水不含焦油、酚等,容易處理。表技術(shù)”的開(kāi)發(fā)研究,潔凈煤氣化工藝取得了重大1為殼牌干煤粉氣化的配套裝置一煤粉制 備的進(jìn)展，并進(jìn)行了商業(yè)化運行。該技術(shù)采用先進(jìn)的污染物排放量。氣流床反應器,以水煤漿和干粉煤為原料,大規該工藝在環(huán)境保護方面體現了“清潔生產(chǎn)”的模單系列加壓氣化并實(shí)現了工業(yè)化。其氣化指標宗旨,污染物排放嚴格執行國家標準，如:《環(huán)境好，有利于環(huán)境保護，成為煤氣化技術(shù)的主流?？諝赓|(zhì)量標準》、<《大氣污染物綜合排放標準〉等。從煤氣化技術(shù)發(fā)展進(jìn)程看,早期的煤氣化大都使表1主要污染物排放量 t用塊煤和小粒煤作為原料制合成氣,稱(chēng)為第1代，類(lèi)污染源名稱(chēng)排放量主要污染物煤氣化工藝。粉煤氣化稱(chēng)為第2代煤氣化工藝或別/m'.h-I名稱(chēng)濃度排放量/kg.-m-3 (kg-h~1者稱(chēng)為潔凈煤氣化工藝。兩代煤氣化工藝之間最廢氣制粉工藝尾氣35000粉塵S0 1.75大的差異是在環(huán)境保護、煤種適應性以及煤利用SO253018.5效率方面。碎煤倉排放氣3000 粉塵<1000.3石灰石倉排放氣3000 粉塵< 1001環(huán)境保護煤粉倉排放氣8000粉塵< 1000.8廢渣制粉廢渣200(kg/h)主要為子潔凈煤氣化工藝在環(huán)境保護方面做到了潔注:以投煤量為1 000 tld計算。凈、安全、無(wú)污染或最小污染的排放達標。如殼牌干煤粉氣化工藝對環(huán)境污染影響較小,氣化過(guò)作者簡(jiǎn)介:汪壽建(1956年-),男,江蘇無(wú)錫人, 1982 年畢業(yè)于程基本無(wú)廢氣排放;系統排出的融渣和飛灰含碳武漢| 中國煤化工經(jīng)理，從事化工工低，可用作水泥等建筑材料,堆放時(shí)也無(wú)污染物程的設YHCNMHG化肥設計2004年第42卷業(yè)裝置使用氣化壓力在2.8~6.5 MPa,氣化溫2煤種適應性度在1 300~1 400 C, CO+ H2達到80%以上。潔凈煤氣化工藝原料適應性強，德士古水煤表2煤氣化工藝主要 性能評價(jià)指標漿氣化工藝對原料煤的要求除含水分較高的褐煤項殼牌粉煤氣化德士古水煤漿氣化外,大部分煙煤、石油焦等均可作為氣化原料，適用煤種褐煤、煙煤、石油焦煙煤、 石油焦尤以年輕煙煤為佳。對煤的粒度、粘結性、硫含氣化壓力/MPa2.0~4.04.0~6.5量沒(méi)有嚴格要求。氣化用煤的灰熔點(diǎn)溫度在低于氣化溫度/心1 400~1 6001 300~1 4001 350 C時(shí)有利于氣化。煤中灰分含量以不超過(guò)單爐最大投煤量/td~12 00020%為宜,制成60% ~65%濃度的水煤漿運行較耗氧量/m3●(kn)~3(00+H) 330~360380~430為經(jīng)濟。殼牌干粉煤氣化工藝對煤種適應性更為碳轉化率/%95~98冷煤氣效率/%80~8570~76廣泛,從較差的褐煤、次煙煤、煙煤到石油焦均可使用，也可使兩種煤摻混氣化,對煤的灰熔點(diǎn)表3煤氣化工藝典型氣體組分適應范圍比其他氣化工藝更寬，即使是高灰分、氣體 成分/%德士古水煤漿氣化高水分、高硫的煤種也能使用。H227.2335.920064.S747.543煤利用效率0021.5312.93N24. 180.84評價(jià)煤氣化利用效率的指標主要有冷煤效CH40.12率、比氧耗、比煤耗和碳轉化率等。Ar1. 161.46冷煤效率為η冷=煤氣的熱值/氣化用煤的H2S1.231.19熱值，%;計算η冷時(shí),煤和煤氣的熱值應取同H+0091.80 _83.46一基準，如統一使用低熱值或高熱值;比氧耗為5殼牌粉煤氣化工藝生產(chǎn)1 000 m' (0O+ H2 )氣體的用氧量(氧以%計);比煤耗為生產(chǎn)1 000 m'(00+ H2 )氣體的用.殼牌粉煤氣化是殼牌公司開(kāi)發(fā)的獨具特色的煤量(煤以%計);碳轉化率為η碳=煤氣中的含潔凈煤氣化工藝。Shell 公司在渣油氣化技術(shù)取碳量/氣化用煤中的含碳量，%;煤氣中的含碳量得工業(yè)化成功經(jīng)驗的基礎上，于1972 年開(kāi)始從= V煤x(0O% +0O2 % +CH %)x 12/22.40事研究。1978年第1套中試裝置在德國漢堡建殼牌粉煤氣化和德士古水煤漿氣化在冷煤效成并投入運行。1987 在美國休斯敦建成的日投率、比氧耗、比煤耗、碳轉化率、合成氣有效成煤量250~ 400 t的示范裝置投產(chǎn)。1993 年在荷分等主要性能評價(jià)指標見(jiàn)表2。2種潔凈氣化工蘭的丹馬克電廠(chǎng)建成投煤量2 000 t/d 的大型煤藝典型氣體組分見(jiàn)表3。氣化裝置。該裝置用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電,為單系列操作,裝置開(kāi)工率達95%以上。4德士古水煤漿氣化工藝殼牌粉煤氣化對煤種適應性更廣，從較差的.德士古公司在70年代以前就開(kāi)發(fā)了以天然褐煤、次煙煤、煙煤到石油焦均可使用。即使是氣和重油為原料生產(chǎn)合成氣技術(shù)。70 年代的石高灰分、高水分、高硫煤對氣化影響也不大,還油危機促進(jìn)了德士古公司尋找替代能源和潔凈的可將2種煤摻混運行。對煤的灰熔點(diǎn)適應范圍比煤氣化技術(shù)開(kāi)發(fā)。經(jīng)過(guò)多年研究,推出了水煤漿其他氣化工藝更寬。殼牌氣化溫度- -般在1 400氣化工藝。該工藝采用水煤漿進(jìn)料、液態(tài)排渣、~1 550 C,合成氣中有效組分高, 00+ H2達到在氣流床中加壓氣化，水煤漿與純氧在高溫、高90%以上。因而氣化消耗煤量可降低。壓下反應生成合成氣。國內已在渭河、魯南、上6 2種潔凈煤氣化的主要區別海焦化、淮南等地引進(jìn)了多套裝置。除含水分高的褐煤以外，大部分煙煤、石油焦等均可作為德德士古氣化工藝中煤以含有約35%的水懸士古煤氣化爐的氣化原料,制成60% ~65%濃度中國煤化工只適于煙煤和硬的水煤漿,煤中灰分含量以不超過(guò)20%為宜。工TYHCN MHC 5%.若要使用第3期汪壽建潔凈煤氣化工藝淺析泵送水煤漿,就必須使其含水量超過(guò)70%，這在火材料，對氣化爐操作溫度的要求比德士古氣化工藝上是不可行的。因此褐煤等煤種不適用于濕爐寬松。同時(shí)由于氣化噴嘴安裝在氣化爐側壁,法供料的氣流床工藝。并且噴嘴數量為4~6個(gè),負荷調整范圍寬。噴德士古氣化爐內需用氧氣供煤燃燒,然后將嘴運行周期約8 00 h,能保證氣化裝置長(cháng)周期煤水懸浮液中的水分蒸發(fā)過(guò)熱到1300~1 400運行。 2種潔凈煤氣化工藝主要差異見(jiàn)表4。C，當水煤漿濃度為65%時(shí),即在1. 54 kg的水表4殼牌粉煤氣化與德士古水煤漿 0化主要差異煤漿中，1 kg煤要蒸發(fā)0.54 kg的水,并將其加序項目殼牌氣化工藝德士古氣化工藝熱到1 400C，約需2900 kJ熱量。1 kg干硬煤號1煤種中的灰分的熱量是25000 kJ,即原料煤熱值的11. 6%被%5.7~35 .<20浪費。當干法粉煤原料經(jīng)過(guò)干燥后再進(jìn)入氣化爐2 進(jìn)料方式60% ~65%水煤漿時(shí),用于加熱蒸發(fā)煤中水分的熱量要少得多。氣化系列配置 單系列、無(wú)備用爐多系列、 有備用爐德士古氣化爐內砌耐火磚,因此要求煤的灰原料輸送方式氮氣送貯倉、 高壓氮低壓泵送煤漿槽、 高氣送氣化爐噴嘴壓煤漿泵送氣化爐噴融點(diǎn)<1 350 C,否則影響耐火磚使用壽命。殼.s噴嘴配置,使多噴嘴、對稱(chēng)布置、單噴嘴、三流道、固牌氣化工藝用千煤粉進(jìn)料,采用水冷壁結構,無(wú)用壽命可調節、8000h定式、非可調、1 S00耐火材料襯里，因此可提高氣化溫度,煤種選擇范圍更寬。6爐壁冷卻水冷壁、掛渣、無(wú)耐熱壁爐、 2層特種耐火磚村里火磚德士古氣化，合成氣有效成分(0O+ H)為7熱回收煤氣冷激、合成氣廢輻射廢鍋、對流廢80% ;而殼牌氣化爐的有效氣體成分可達到90%鍋:噴水激冷以上,二氧化碳含量只有2%,其余是氮氣等成8除塵袋式過(guò)濾器干法+濕激冷室+文丘里+高分。排出的灰渣中含碳量小于1%，碳的轉化率法洗滌塔效洗族塔~9%。煤中的碳已最大程度地得到了利用。綜上所述,殼牌粉煤氣化工藝比德士古水煤德士古氣化爐由于結構上的不同,使得氣化漿氣化工藝在煤種適應性、氧氣消耗、碳轉化爐運行周期有較大差別。德士古爐內砌耐火磚，率、熱效率及合成氣有效成分等方面均占有一定目前國產(chǎn)耐火磚使用壽命不到1年,國外耐火磚的優(yōu)勢。殼牌粉煤氣化是今后潔凈煤氣化發(fā)展的也只有1~2年。德士古氣化噴嘴連續運行周期主要方向之一。僅2月左右。殼牌氣化爐采用水冷壁結構,無(wú)耐收稿日期: 2004-01-06中國五環(huán)化學(xué)工程公司又獲3項發(fā)明專(zhuān)利2004年4月23日，中國五環(huán)化學(xué)工程公司在專(zhuān)利申該工藝包括合成二甲醚過(guò)程,分離和吸收合成氣中二甲報工作中有3項技術(shù)通過(guò)了國家知識產(chǎn)權局的審查,取醚，分餾含=甲醚的溶液制取高純度二甲醚過(guò)程。特點(diǎn)得了中國發(fā)明專(zhuān)利證書(shū)。具體內容如下:是將合成氣冷凝到-20C~10C，分離合成氣中部分二(1)專(zhuān)利名稱(chēng):一種由合成原料氣-步法制取二甲醚甲醚，用甲醇水溶液吸收合成氣中未冷凝的二甲醚。本冷卻冷凝分離工藝。專(zhuān)利號: 01133650。該發(fā)明提出了發(fā)明采用甲醇水溶液吸收，甲醇循環(huán)使用，可降低運行費-種由合成原料氣一步法制取二甲醚冷卻冷凝分離工藝用10%以上。方法。該方法包括合成二甲醚，分離合成氣中的二甲醚，(3)專(zhuān)利名稱(chēng):一種二水法濕法磷酸生產(chǎn)工藝方法。分餾出二甲醚產(chǎn)品。特點(diǎn)是將合成氣冷卻冷凝到-20 C專(zhuān)利號: 01138286。該發(fā)明提出了一種由硫酸萃取磷礦~ 10C,分離合成氣中的二甲醚，冷卻冷凝后的尾氣增生產(chǎn)二水法濕法磷酸工藝方法，包括萃取反應,磷酸料漿壓后循環(huán)使用，冷卻冷凝產(chǎn)物通過(guò)精餾制得質(zhì)量濃度為過(guò)魂分離，尾氣洗滌過(guò)程。特點(diǎn)是反應料漿從反應窒到99.5%以上的二甲醚產(chǎn)品。該方法取消了吸收塔和甲醇消化室的溢流在設備內實(shí)現，尾氣通過(guò)文丘里洗滌器和精餾塔，從而簡(jiǎn)化了流程,降低了精餾過(guò)程能耗。旋風(fēng)洗滌塔組合洗滌流程用水進(jìn)行洗滌。本發(fā)明對磷礦(2)專(zhuān)利名稱(chēng): - -種由合成原料氣直接制取二甲醚甲有較好的適應性，能提高五氧化二磷回收率，改善石膏結醇水溶液吸收工藝。專(zhuān)利號: 01133649。 該發(fā)明提出了晶，提高過(guò)中物排放量。一種 由合成原料氣直接制取二甲醚甲醇水溶液吸收工藝。中國煤化工量管理部TYHCNMHG