煤氣化技術(shù)的選擇與對比

第35卷第1期化工設計通訊Vol 35 No2009年3月Chemical Engineering Design CommunicationsMar.2009煤氣化技術(shù)的選擇與對比邵洪興(吉林長(cháng)山化肥集團長(cháng)達有限公司,吉林松原131109)摘要:分析了我國為原料生產(chǎn)合成氨、甲醇氣化方法的選擇、對比及煤氣化技術(shù)的廣闊前景。關(guān)鍵詞:煤氣化方法;氣化特點(diǎn);氣化方法比較;前景中圖分類(lèi)號:TQ546.11文獻標識碼:A文章編號:1003-6490(200901-00141.1粉煤流化床加壓氣化0引言粉煤流化床加壓氣化又稱(chēng)之為沸騰床氣化,這是一種成熟的氣化工藝,在國外應用較多,該工藝可直我國是以煤炭為主要一次能源的國家煤炭的轉接使用0~6mm或0~10mm的碎煤作為原料,但亦化利用是國家經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱。而以煤為原料不希望1mm以下的細粉過(guò)多,備煤工藝簡(jiǎn)單,氣化劑生產(chǎn)合成氨、甲醇最重要的是氣化技術(shù)的選擇。目前同時(shí)作為流化介質(zhì),爐內氣化溫度均勻,但氣化溫度國內外以煤為原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品的工廠(chǎng)中采用了各較低小于1000左右碳反應不完全渣和飛灰中碳種煤氣化工藝,如常壓固定床間歇氣化、魯奇碎煤加含量高,煤氣中有效成份較低,近年來(lái)流化床氣化技壓氣化、粉煤流化床氣化、粉煤氣流床氣化,包括術(shù)已有較大發(fā)展,開(kāi)發(fā)了如德國的高溫溫克勒Shdl妒爐、 GSP, Texaco爐等等,各種氣化方法均有其(HTw),美國的U-cBs等加壓流化床氣化新工藝各自的優(yōu)缺點(diǎn)對原料煤的品質(zhì)均有一定的要求其在一定程度上解決了常壓流化床氣化存在的帶出物工藝的先進(jìn)性技術(shù)成熟程度互有差異。選擇哪種煤過(guò)多等問(wèn)題但仍然存在帶出物含量高碳含量高且氣化技術(shù),至關(guān)重要。又難分離、碳轉化率偏低煤氣中有效成分低、而且要1氣化技術(shù)的選擇求煤高活性高灰熔點(diǎn)等多方面問(wèn)題。該氣化工藝操作壓力偏低,煤氣污水中有少量焦油、酚等。因此流氣化工藝發(fā)展到今天,可以作為大型化工企業(yè)選化床氣化比較適合中、小化工企業(yè)采用擇的氣化方法主要有以下幾種類(lèi)型:粉煤流化床氣化1.2氣流床氣化工藝、氣流床氣化工藝、固定床加壓氣化技術(shù)、碎煤加成熟的粉煤氣流床氣化工藝主要以 SHELL壓熔渣氣化液態(tài)排渣技術(shù)。中國煤化工漿加壓氣化為代表CNMH(氣化劑,在高溫收稿H期:2009-01-04作者簡(jiǎn)介:邵洪興,吉林長(cháng)山化肥集團長(cháng)達有限公司技改處工程師。聯(lián)系電話(huà):0438-2967123;手機13664380208第1期郡洪興:煤氣化技術(shù)的選擇與對比高壓下進(jìn)行熔渣氣化,粗煤氣中有效組分含量高,僅殼牌(She)氣化技術(shù)特點(diǎn):有微量的甲烷,不產(chǎn)生焦油、萘和酚水,煤氣質(zhì)量好,(1) Shell干粉氣化技術(shù)是將原料煤千磨粉碎后,最適合作合成氣。煤粒度80%(重量)≤0.2mm,粉煤在氣化爐中用氧1.2.1德士古( Texaco)氣化技術(shù)和高壓蒸汽在高溫下以氣流床形式氣化,對原料煤種德士古氣化屬于氣流床氣化,是德士古公司根據的適應性較廣泛,但仍然對煤質(zhì)有一定的要求,灰熔油氣化技術(shù)的思路開(kāi)發(fā)出來(lái)的。它是將煤磨成水煤點(diǎn)易在1300~1350℃,煤的可磨系數應為易磨或中漿,加入添加劑、助熔劑等形成粘度為800-1000厘等難磨,煤中灰含量不能太高。泊,煤漿濃度為60%以上的漿狀物加壓后噴入爐內(2)氣化爐為鋼制外殼,內壁為熔渣掛壁形成耐與純氧進(jìn)行燃燒和部分氧化反應在1300~1400℃火層,不需專(zhuān)門(mén)的耐火磚。以下氣化,生產(chǎn)合成原料氣(3)氣化爐操作溫度高,干粉煤在數秒內全部氣相比之下,水煤漿氣化技術(shù)經(jīng)過(guò)我國有關(guān)科研、化,可以使用褐煤、煙煤等多種煤,碳轉化率高達設計、生產(chǎn)、制造部門(mén)的多年研究,已基本掌握德土古99%,煤氣中甲烷含量低,在0.05%(體積)左右,有水煤漿氣化技術(shù),并能設計大型工業(yè)化裝置國產(chǎn)化效氣體(CO+H2)達90%以上,適宜作合成氣;由于氣率可達90%以上,技術(shù)支撐率高,生產(chǎn)管理經(jīng)驗多、化溫度高(1400-1500℃),符合環(huán)保要求粗煤氣中風(fēng)險少。不含焦油、萘、酚等雜質(zhì),煤氣凈化及污水處理流程簡(jiǎn)德土古(Texo)氣化技術(shù)特點(diǎn):單(1)利用水煤漿便于高壓泵送的特點(diǎn),可以制備(4)采用液態(tài)熔渣排放,灰渣成玻璃狀固體,沒(méi)壓力很高的粗煤氣,便于化式產(chǎn)品的后續生產(chǎn)過(guò)程的有污染,易堆放,可作為建筑材料。銜接,因而 Texaco氣化爐對于化工廠(chǎng)更具有吸引力(5)操作彈性大,可以迅速改變生產(chǎn)負荷(2)能充分利用廠(chǎng)區周?chē)囊磺形鬯磥?lái)制作(6)操作壓力相對來(lái)說(shuō)不高,為30-4.0MPa水煤漿有利于解決污水的處理問(wèn)題?？偟膩?lái)說(shuō)殼牌氣化技術(shù)是比較先進(jìn)的氣化技術(shù),(3)氣化爐運行費用較低,不像干法供煤那樣,但是由于其氣化爐的結構特點(diǎn)使得該氣化技術(shù)一次需要花費能量去干燥濕煤。投資較大。一臺套2000d投煤量的氣化裝置需10(4)碳的轉化率不是很高,一般只有96%~億元人民幣,采用該氣化技術(shù)給企業(yè)帶來(lái)非常大的投98%,影響氣化效率的提高。資壓力。(5)濕煤氣中的水蒸汽含量較多,熱煤氣效率的1.2.3GSP氣化技術(shù)提高要靠較復雜的顯熱回收設備。GSP氣化技術(shù)是德國未來(lái)能源公司開(kāi)發(fā)的氣化(6)氣化所需的氧耗較多大約是1kgO2/kg干技術(shù),是一下噴式加壓氣流床液態(tài)排渣氣化爐,操作壓力2.0~4.0MPa,用粉煤、氧氣鼓風(fēng),其結構及工作(7)爐堂耐火磚的壽命短、價(jià)格高、更換時(shí)間長(cháng),原理與德士古氣化爐相似。未來(lái)能源公司的前身是水煤漿泵和噴嘴易于磨損,更換頻次高,影響氣化爐原東德的德意志燃料研究所 Deutsches運行周期。Brennstoffinstitut Freiberg(DBI),是當時(shí)東德從事與1.2.2殼牌(She)氣化技術(shù)煤有關(guān)的各種技術(shù)研發(fā)最高研究機構,未來(lái)能源公司殼牌煤氣化工藝是由殼牌國際石油公司開(kāi)發(fā)的在不同煤種廢渣、裂解木炭、石油焦以及各種化學(xué)廢干法粉煤加壓氣流床氣化技術(shù)殼牌公司從50年代料方鳾⌒“的4SP氣化技術(shù)不僅開(kāi)始開(kāi)發(fā)油氣化技術(shù),已積累了豐富油氣化經(jīng)驗。近可使氣,還可以使有年來(lái)我國引進(jìn)十幾套She氣化裝置用于合成氨和些常規CNMHG和廢料轉化為合合成甲醇到今年上半年湖北雙環(huán)氣化裝置投入運成氣。因此,采用水冷壁氣化反應器有很大的優(yōu)勢。行其它的裝置均在建設中。隨著(zhù)全球煤化工產(chǎn)業(yè)、特別是我國煤化工需求的化工設計通訊第35卷快速增長(cháng),最近被西門(mén)子收購的上述未來(lái)能源公司計火。該噴嘴在正常操作時(shí)以低負荷保持點(diǎn)燃狀態(tài),可劃在近幾年將黑水泵廠(chǎng)這臺氣化爐改回燃煤運行,利用氣化爐自產(chǎn)煤氣。用該氣化爐進(jìn)行煤的氣化工業(yè)試驗以適應更多的煤(7)采用激冷流程,高溫煤氣在激冷室上部用若氣化需求。干水噴頭將煤氣激冷至200℃左右,然后用文丘里除GSP煤氣化技術(shù)特點(diǎn):塵器將煤氣含塵量降低到lmg/m3以下。這種工藝(1)原料煤適應范圍寬,CsSP氣化對煤質(zhì)要求不技術(shù)簡(jiǎn)單,設備及運行費用較低。除噴嘴和水冷壁、苛刻粒度250-500m,灰份1~20%(w%),灰熔部分閥門(mén)、特殊儀表外絕大部分設備可國產(chǎn)化。點(diǎn)1100~1500℃,灰熔點(diǎn)高于1500℃的煤,從經(jīng)濟與殼牌氣化技術(shù)相比,CSP氣化技術(shù)由于其氣化角度考慮應加入助熔劑。130MW的工業(yè)裝置實(shí)現了爐的結構簡(jiǎn)單,使得項目一次投資較較小。一臺套灰熔點(diǎn)高達1450℃的褐煤氣化工業(yè)應用。2000/d投煤量的氣化裝置不足4億元人民幣,采用(2)水冷壁結構即所謂的“以渣抗渣”的結構。該氣化技術(shù)是一種比較經(jīng)濟現實(shí)的考慮采用四根(130MW)螺旋盤(pán)管,其外徑僅比氣化爐(受1.3固定床加壓氣化工藝壓筒體內徑)小約50mm,水冷管的直徑約80魯奇爐加壓氣化是加壓固定床氣化的代表,在90mm,水冷壁上焊有抓釘,水冷壁內壁涂有SiC耐火30年代已工業(yè)化,屬第一代煤氣化工藝,技術(shù)成熟可材料,水冷壁與筒體之間間隙用惰性氣體或冷煤氣填靠,是目前世界上建廠(chǎng)數量最多的煤氣化技術(shù)。八十充。水冷壁管及外殼材料均為碳鋼。年代以來(lái),我國已引進(jìn)四套現代化魯奇氣化裝置,其GSP氣化爐釆用水冷壁結構,避免了因高溫、熔渣腐蝕及開(kāi)停車(chē)產(chǎn)生應力對耐火材料的破壞而導致中三套用于生產(chǎn)城市煤氣,一套用于生產(chǎn)合成氨,在氣化爐無(wú)法長(cháng)周期運行。由于不需要耐火磚絕熱層設計、安裝和運行方面均已取得豐富經(jīng)驗。魯奇爐采而且爐內沒(méi)有轉動(dòng)設備,所以運轉周期長(cháng),可靠性高。用固態(tài)排渣,爐溫偏低,煤與氣化劑逆向運動(dòng),煤氣中(3)噴嘴火焰溫度約1800-20℃,平均停留甲烷含量高特別適合于作為城市煤氣;另外粗煤氣時(shí)間約10s,反應速率高,因而氣化裝置的生產(chǎn)能力中含有一定量的焦油、酚氨等有害物需脫除這些有大。有效氣體(C0+H2)含量高達9%以上,碳轉化害物質(zhì)?；瘜W(xué)工業(yè)第二設計院經(jīng)過(guò)幾十年的摸索近率~99%。幾年開(kāi)發(fā)了廢水污循環(huán)的工藝,成功的解決了魯奇氣(4)氣化爐原料從爐頂部噴入,采用單噴嘴四化工藝的難點(diǎn)。層噴料結構(130MW的工業(yè)裝置),每層之間用水冷。魯奇爐煤氣化技術(shù)特點(diǎn):鋼(1)魯奇爐碎煤氣化技術(shù)系固定床氣化,固態(tài)排用100的高速氧+蒸汽旋轉式將10m/左右粉渣,對煤種有一定的要求,適宜弱粘結性較高灰熔點(diǎn)煤噴人爐內使煤均勻混合、燃燒、氣化,碳轉化率達的5~50mm的碎煤。99%。(2)生產(chǎn)能力大。自工業(yè)化以來(lái),單爐生產(chǎn)能力(5)GSP供料系統釆用400kg/m3惰性氣體密相持續增長(cháng)。這種增加主要是靠操作的不斷改進(jìn)。氣流輸送,合格粉煤經(jīng)煤鎖倉三管并流進(jìn)料,每根進(jìn)3)氣化爐結復雜,爐內設有破粘和煤分布器料管都設有固體物料(固-氣混合)的流量計、密度爐算等轉動(dòng)設備制造和維修費用大。計。用通過(guò)的粉煤供入量調節人爐氧氣和蒸汽量。(4)人爐必須是塊煤,原料來(lái)源受一定限制。供料系統安全可靠。氣化爐溫度主要根據氣化室與出爐煤氣中含佳油酚等,污水處理和煤氣激冷室的壓差變化來(lái)調節控制。正常情況下其壓差凈化中國煤化工含碳5%左右。為20~30mbar(200~300H20)。CNMH藝技術(shù)的特點(diǎn)是(6)氣化爐點(diǎn)火升溫迅速負荷彈性可在50%~工藝技術(shù)成熟先進(jìn)、可靠,在大型煤氣化技術(shù)中投資110%運行。氣化爐設有專(zhuān)門(mén)的點(diǎn)火噴嘴,采用電點(diǎn)相對較少。第1期邵洪興:煤氣化技術(shù)的選擇與對比171.4碎煤加壓熔渣氣化液態(tài)排渣技術(shù)定床碎煤加壓氣化相比,碎煤融渣加壓氣化技術(shù)也是碎煤加壓液態(tài)排渣氣化技術(shù)是傳統固態(tài)排渣氣一種適當先進(jìn)、經(jīng)濟實(shí)惠、切實(shí)可行的氣化技術(shù),但是化爐的進(jìn)一步發(fā)展,氣化爐內襯耐火襯里,其特點(diǎn)是該技術(shù)尚在開(kāi)發(fā)階段待云南解化集團有限公司采用氣化溫度高,氣化后灰渣呈熔融態(tài)排出,因而使氣化碎煤融渣加壓氣化改造技術(shù)運行一段時(shí)間后,隨著(zhù)工爐的熱效率與單爐生產(chǎn)能力提高,煤氣成本降低。液程的進(jìn)展該技術(shù)也可以作為可選擇的一種氣化技術(shù)。態(tài)排渣氣化爐上部設有布煤攪拌器,可氣化較強粘結性的煙煤。氣化劑從氣化爐下部噴嘴噴人氣化時(shí),2幾種氣化方法比較灰渣在高于灰熔點(diǎn)T2溫度下呈熔融狀態(tài)排出,熔渣幾種氣化方法比快速通過(guò)氣化爐底部出渣口流入激冷器,在此被水激冷而成固態(tài)爐渣,然后通過(guò)灰鎖排出。序號項目殼牌粉德國GSP碎煤加碎煤熔煤氣化化學(xué)工業(yè)第二設計院和云南煤化集團有限公司1氣化工藝液態(tài)排渣液態(tài)排渣固態(tài)排渣液態(tài)排渣目前正在與 ADVANTICA公司合作熔渣氣化技術(shù)對褐煤、褐煤、次煙原有的一臺中800魯奇氣化爐進(jìn)行改造,在200年2適用煤種五月已經(jīng)投入運行,目前運行狀況良好。目前,該公油渣等無(wú)煙煤等煤、垃圾等司建設萬(wàn)ta二甲醚項目,氣化裝置將開(kāi)發(fā)46003氣化壓力M2.0-4.02.0-4021-3021-30氣化溫度/℃1400-15001400-1600900~12001300~1350氣化爐,目前已進(jìn)入詳細設計階段。單爐最大投碎煤融渣加壓氣化與魯奇固定床氣化方法相比,5煤敏(Ud)30020001000-15001000~1500具有以下特點(diǎn)與優(yōu)勢:6有效氣體耗330-360330-360200-250200-260(1)從爐頂進(jìn)入的原料煤與產(chǎn)品氣逆流接觸,受氧量(Nm3)熱后被干燥、干餾,因此冷煤氣效率可以達到90%。7碳轉化率/%≥99998冷煤氣效率/%-82(2)氣化強度大。由于液態(tài)排渣氣化煤氣中的9有效氣含量/%90%90-9265-7084水蒸汽量很少氣化單位質(zhì)量的煤所生成的濕粗煤氣11操作彈性/%50-13030-110體積遠小于固態(tài)排渣,因而煤氣氣流速度低,帶出物已投人有一臺運減少,因此在相同帶出物條件下,液態(tài)排渣氣化強度12技術(shù)成熟度行出成熟行技術(shù)開(kāi)發(fā)階段可以有較大提高。(3)較高的氣化效率使得熔渣氣化工藝的蒸汽3結論消耗及氧氣消耗與其他氣化方法相比均較低。(4)由于出爐煤氣的溫度較低(~500℃),煤氣煤的氣化技術(shù)煤氣化是一種較為成熟的加工工中含有的焦油會(huì )附著(zhù)在設備及管道表面因此整個(gè)裝藝,我國非常重視煤氣化技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)特別是置大部分設備及管道都可以采用碳鋼材料從而降低以煤為原料的合成氨和甲醇等生產(chǎn)工藝,配套的煤氣投資?；夹g(shù)基本上是靠自己的力量發(fā)展起來(lái)的。(5)因水蒸汽耗量大為降低,且配入的水蒸汽僅各種氣化方法均有其各自的優(yōu)缺點(diǎn),對原料煤的滿(mǎn)足于氣化反應,蒸汽分解率高,煤氣中的剩余水蕉品質(zhì)均有一定的要求,其工藝的先進(jìn)性技術(shù)成熟程汽很少,故而產(chǎn)生的廢水遠小于固態(tài)排渣。度互有差異。因此要根據煤種、用途、技術(shù)成熟可靠(6)由于液態(tài)排渣氣化劑的汽氧比遠低于固態(tài)度及投資等來(lái)選擇氣化方法個(gè)人認為氣化技術(shù)的排渣所以氣化層的反應溫度高,碳的轉化率增大,可選擇中國煤化工排序:煤種,造價(jià)以達到99%,煤氣中CO含量較高。熔渣氣化產(chǎn)生的應用CNMH率,配套單元(空玻璃狀爐渣含污染物極少,對環(huán)境和人類(lèi)影響極其輕分、給料、渣水處理),凈化技術(shù),大型化潛力等等。微,可以作為水泥填料、制磚材料或用作筑路。與固(下轉第30頁(yè))化工設計通訊第35卷調整。種情況,我們對泵進(jìn)行了改造,將現場(chǎng)的油溫油壓信9.5入口緩沖槽拉空號引到主控DcS操作盤(pán)上,這樣主控操作人員可以由于廢水升壓泵P20/P6201/P8201的入口緩隨時(shí)進(jìn)行監控,同時(shí),又增加了油溫高報和油壓低聯(lián)沖槽Ⅴ3117/V6117/8117的體積較小,約為2m3,鎖并把泵的機械密封由單擊改為串聯(lián)雙級,從而有極易被廢水泵拉空,從而使泵損壞,為此,我們在該槽效的保證了廢水泵的安全運行設置了液位低報警和液位低聯(lián)鎖,一旦槽的液位低于聯(lián)鎖值聯(lián)鎖動(dòng)作廢水升壓泵將會(huì )自動(dòng)跳車(chē),從而既10結語(yǔ)可以防止槽被拉空影響后系統又可以防止泵發(fā)生汽化而損壞泵通過(guò)對三聚氰胺裝置生產(chǎn)廢水處理系統的工藝96廢水升壓泵損壞技術(shù)的有關(guān)介紹及對其在運行中出現的問(wèn)題的分析廢水升壓泵的參數為轉速:23700/min,操作壓和解決使我們對三聚氰胺裝置生產(chǎn)廢水處理工藝技力:最高120MPa,操作溫度:165℃,軸溫:正常術(shù)有了一個(gè)全面的了解,同時(shí)積累了一定的操作經(jīng)90℃,所以其操作條件非?？量?當主控室的DCS操驗從而為我們在日常生產(chǎn)過(guò)程中穩定操作生產(chǎn)廢水作盤(pán)上卻只能看到泵的運行信號而顯示不出泵正常處理系統,保證該系統安穩長(cháng)期運行奠定了基礎,為運行時(shí)的油溫和油壓,導致廢水泵故障頻發(fā)。針對這三聚氰胺裝置的長(cháng)久、安全高產(chǎn)運行創(chuàng )造了條件!(上接第17頁(yè))還有,氣化技術(shù)應用于煤化工的市場(chǎng)實(shí)際上是有限目前煤化工如火如茶,大型化的氣化爐似乎挺的更大的市場(chǎng)可能會(huì )在ICCC發(fā)電、鋼鐵、工業(yè)燃料火,但小的化肥廠(chǎng)更需要百?lài)嵓壍臓t子,造價(jià)要低,技氣等行業(yè)等等。術(shù)要成熟。這個(gè)市場(chǎng)比大型化的氣化爐要大的多。(上接第22頁(yè)確保樣氣連續地通入試劑中。要更換檢漏試劑(9)洗氣瓶中的樣氣應與溶液充分接觸,保證有(4)進(jìn)高壓設備的檢漏氮氣總管壓力應控制在氨就能發(fā)生反應02MPa以下。(5)用于配制檢漏試劑的脫鹽水應是千凈的不4結語(yǔ)得含有氨,否則會(huì )引起誤判斷。(6)用于檢漏的氮氣應不含氨及其它雜質(zhì)。我公司三套尿素裝置的高壓設備檢漏改為氮氣(7)監測用檢漏試劑中的酸濃度不能太高,否則檢漏一年多以來(lái),運行效果很好,曾經(jīng)因為氮氣中含微量泄漏不會(huì )使試劑變色,達不到檢漏的目的。有微量的氨使檢漏試劑變色,由于發(fā)現及時(shí),很快就(8)運行中應時(shí)常關(guān)注洗氣瓶中溶液是否鼓泡,查明了引起變色的原因。上接第24頁(yè))沖洗與氨加熱器E103出口的聯(lián)通閥門(mén)恢復反應器應器泄壓。高壓氨系統改造后氨沖洗夾套泄漏的次的氨鄒件紅儲后應能夠通過(guò)升華排塔安數明顯減少,處理起來(lái)也方便了許多。2008年8月全中國煤化統的改造是很成功底,三聚氰胺裝置的高壓氨夾套總管段突然大量泄的有CNMH山中的安全隱患,大漏,導致FIC064無(wú)量,反應器底部加不進(jìn)氨。當班幅度減少了檢修工作量,使裝置提前開(kāi)車(chē),創(chuàng )造了很人員確認后,立即將泄漏段切出、排放,并打開(kāi)及時(shí)氨可觀(guān)的經(jīng)濟效益。