用組合氣化爐發(fā)展現代煤化工的建議

June 2005現代化工第25卷第6期. 48Moderm Chemical Industry2005年6月T29設備用組合氣化爐發(fā)展現代煤化工的建議吳楓,閆文艷,閻承信(煙臺化工設計院,山東煙臺264001)摘要:當前發(fā)展煤化工碰到的第- -個(gè)難題就是如何選擇適宜高效、經(jīng)濟實(shí)用的大型氣化爐。由于煤質(zhì)的特殊性,至今尚沒(méi)有各方面都令人滿(mǎn)意的煤氣化技術(shù)。本文中提出采用氣流床和固定床組合氣化爐的方案:向氣流床氣化爐出口煤氣噴入Lurgi爐出口含有焦油的粗煤氣,以降低氣流床氣化爐的出口溫度,并使Lurgi爐出口煤氣中的焦油等有機物得以氣化和裂解。關(guān)鍵詞:煤化工;組合氣化;應用;建議中圉分類(lèi)號:TQ545文獻標識碼:A文章編號:0253 - 4320(2005)06 - 0048 -04Suggestions on development of modern coal chemical processing withcombined gas stovesWU Feng，YAN Wen-yan, YAN Cheng-xin(Yantai Academy of Chemical Engineering Design, Yantai 264001 , China)Abstract: How to choose large- scale gas stoves with characteristics of feasibility ,high eficiency and econoy is the firstproblem to develop the chemical processing of coal nowadays . A process for coal gasification which could meet the characteristicsabove mentioned hasn't been found up to now , due to the particularity of coal. In this paper , the scheme for adopting combinedgas stoves between flow bed and fixed bed is put forward a fllows:the crude gas containing tar from the outlet of Lurgi stovewas sprayed into the gas from the outlet of flow bed stove ,so as to decrease the outlet temperature of flow bed stove, gasify anddecompose organic compounds such as tar in the gas from Lurgi stove.Key words: chemical processing of coal; combined gasifcation; application; suggetion近年來(lái)由于國際石油價(jià)格飛漲,由煤制合成油、例也大-一些。而煤氣化裝置又是煤化工企業(yè)的主要甲醇、二甲醚以及烯烴等產(chǎn)品已具有一定的競爭力。污染源,如何正確合理地選擇用于現代煤化工企業(yè)我國一些富煤的省份利用本地的煤炭資源,就發(fā)展的氣化爐型,是當前各煤化工項目都十分關(guān)注又難現代煤化工產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了大量的前期工作,擬建的大以抉擇的問(wèn)題。由于沒(méi)有萬(wàn)能氣化爐,因而煤氣化批項目中煤炭加工量大部分在200萬(wàn)t/a以上,投資裝置已成為當前發(fā)展煤化工的瓶頸。筆者建議采用在50億元以上，都擬建在坑口附近,集煤炭開(kāi)采加組合氣化爐作為發(fā)展現代煤化工項目的主選爐型，工和化工利用以及發(fā)電于-體,核心技術(shù)大部分從現就組合氣化爐的有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討。國外引進(jìn)。近年來(lái)國內外雖然對煤化工的有關(guān)技術(shù)1大型加壓氣化爐的開(kāi) 發(fā)、應用現狀進(jìn)行了大量的開(kāi)發(fā)和試驗研究,但目前尚無(wú)新型的現代化煤化工企業(yè)投人運營(yíng)(南非Sasol廠(chǎng)為20世現代煤化工項目要求煤氣化爐具有以下特點(diǎn):紀80年代前建廠(chǎng))。目前我國雖已具備了發(fā)展現代①對煤質(zhì)的適應能力強,以滿(mǎn)足直接氣化坑口煤炭，煤化工的基本條件,形勢也迫切需要用煤化工產(chǎn)品.的要求;②氣化爐的能力要大(500~2000 t/d);替代部分石油,以減少我國對進(jìn)口石油的依賴(lài),但還③對環(huán)境友好,無(wú)污染或低污染;④氣化效率和碳轉是應該先建各種示范性工廠(chǎng),取得經(jīng)驗后再大面積化效率要高;⑤運行安全可靠,便于維護和管理,可推廣應用較為穩妥。用率應達到95%以上?，F代煤化工企業(yè)的龍頭一煤 氣化裝置是至關(guān)目前可供選擇的工業(yè)化大型氣化爐主要有氣流重要的,它直接影響企業(yè)的投資和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的經(jīng)濟中國煤化工定床Lurgi爐,每種爐性。南非Sasol廠(chǎng)采用Lurgi 法氣化和凈化技術(shù),其型|Y片C NMH G煤質(zhì)的要求較為嚴投資約占整個(gè)工程投資的65% ,生產(chǎn)成本所占的比格,一般適用于灰分質(zhì)量分數< 13%、灰熔點(diǎn)(Ft)低收稿日期:200 - 03- ;修回日期:2005 -04-29作者簡(jiǎn)介:吳楓(1966- ),女,大學(xué),高級工程師,主要從事化工設計及設計管理等工作,wendy9158@ yahoo . com. cn。2005 年6月吳楓等:用組合氣化爐發(fā)展現代煤化工的建議49于1 300C、成漿性較好的煤種;Shell爐可以氣化灰熔點(diǎn)低于1500%的任何煤種,氣化效率和碳轉化效率都較Texaco爐的高,但其干法加料系統不如濕法塊煤1000C加料系統安全可靠,裝置投資昂貴;Lurgi干灰氣化I飛灰|400-600C爐適于氣化弱黏結和不黏結性塊煤,對煤的灰分和冷激環(huán)水分含量要求不太嚴格,但存在煤氣水的污染問(wèn)題。對于擬建的煤化工項目,除了要根據當地的煤質(zhì)特點(diǎn)選擇適宜的氣化爐外,還要考慮裝置國產(chǎn)化h,飛灰的程度。目前我國已完全掌握了Lurgi 爐技術(shù),國產(chǎn)塵飽和化率達到9S%以上;濕法加料的Texaco爐國產(chǎn)化率粉煤氧蒸汽|氧也已達到90%以上;Shell爐尚未有國產(chǎn)化的先例，灰渣粉煤|水|灰渣飛灰返回制粉系統目前已全套引進(jìn)能力為1 000 V/d和2 000 V/d的裝1-lurgi 氣化爐;2- Shell 氣化爐(1 400- 1 600);置,其技術(shù)費和設備費較前2種爐型高出很多。鑒3-廢熱鍋爐;4- 干法除塵器于今后我國將有很多煤化工項目上馬,不能全部依圖1氣流床氣化爐與 Lurgi爐組合示意圖.靠引進(jìn),應加大國產(chǎn)化的力度。2氣流床氣化爐與 Lurgi爐的組合3組合氣化爐的優(yōu)越性為充分發(fā)揮現有氣化爐的優(yōu)勢,揚長(cháng)避短,筆者3.1提高了冷煤氣效率設想采用氣流床氣化爐與Lurgi 爐組合的氣化裝置。Lurgi 爐的氣化方式是固定床逆流氣化法,在現氣流床氣化法的共同特點(diǎn)是順流氣化,反應物有的氣化方法中其氣化效率最高,也是最成熟和最在爐內的停留時(shí)間很短,因而需要較高的氣化溫度經(jīng)濟實(shí)用的,其冷煤氣效率可達80%以上,包括焦(>1 300%)才能夠取得較高的碳轉化效率和氣化油等的煤氣效率不低于90% ,出口煤氣溫度一般在效率,這樣就使得氣化爐出口煤氣帶走的顯熱較多。400~600。如將氣流床氣化爐的出口煤氣溫度由Shell爐出口煤氣帶走的顯熱約占人爐煤熱值的1 400~1 500C降至950~1 000C,約需1倍左右的13%左右,Texaco爐的約占20% (不含潛熱),雖然這Lurgi爐煤氣冷激。Shell 氣化爐的冷煤氣效率一般些顯熱在后面的廢熱鍋爐中可部分回收用于產(chǎn)生蒸約為80% ,在用Lurgi爐煤氣冷激時(shí),由于焦油等重汽,但冷煤氣效率要降低13% ~ 20%,應該說(shuō)這是烴物質(zhì)的裂解氣化,混合冷煤氣效率可達83% ~降低氣流床氣化法冷煤氣效率的主要原因。為了利85% ;Texaco爐目前的冷煤氣效率約為71% ~ 76%，用這部分高溫煤氣的顯熱,Destec(現改稱(chēng)globale-在用Lurgi爐煤氣冷激后,其混合冷煤氣效率也能達gas)氣化法采用二段氣化,在上段噴人部分水煤漿到80%左右。由此看來(lái),氣流床氣化爐在與Lurgi以降低出口煤氣溫度和提高氣化效率的措施顯然是爐組合后,其混合冷煤氣效率可提高3~5個(gè)百分合理的。而Shell法用循環(huán)煤氣冷激將出口煤氣溫點(diǎn),這是其他氣化方法難以達到的。度降至900C,以防止液渣在后續系統粘結。Texaco3.2徹底消除 了Lurgi爐的煤氣水污染問(wèn)題法則采用水冷激或龐大昂貴的廢熱鍋爐,以除掉液由于Lurgi氣化法是固定床逆流氣化,因而煤氣渣并降低煤氣的出口溫度,這些都是為了保證后續中含有焦油輕油、酚、氨等物質(zhì),在后面的冷卻凈化系統的安全運行而不得不使用的方法。過(guò)程中產(chǎn)生大量的含有焦油、酚、氨的煤氣水,這是為有效合理地利用氣流床氣化爐出口煤氣的高Lurgji氣化法的主要污染源,也是該法的主要缺點(diǎn)。溫顯熱,筆者建議噴人Lurngi爐出口含有焦油的粗煤為了消除污染并回收副產(chǎn)品,必須設置煤氣水分離、氣,以降低氣流床氣化爐的出口煤氣溫度,并使Lur-脫酚中國煤化工置,同時(shí),在煤氣凈gi爐出口煤氣中的焦油等有機物得以氣化和裂解，化時(shí)沒(méi)采用低溫甲醇洗.徹底解決了Lurgi 爐煤氣的污染問(wèn)題。另外Lungi爐法),HCNM HC過(guò)程和生產(chǎn)裝置粗煤氣中含有較多的水蒸氣,對冷激和氣化均較有利。龐大而復雜,不僅投資大,占地面積大,而且所回收氣流床氣化爐與Lurgji 爐組合示意圖如圖1的副產(chǎn)品數量有限。為了治理污染須投入大量的人.所示。力和財力,經(jīng)濟效益較差,還有可能造成二次污染?，F代化工第25卷第6期如將Lurgi 爐與氣流床氣化爐組合,則Lurgji 煤的Lurgi爐,每臺Lurgi 爐的能力為500 Vd,產(chǎn)氣量氣中的焦油、輕油、酚等物質(zhì)在950~1000C的高溫約為5萬(wàn)m2/h(千氣),2 000 V/d的Shell氣化爐產(chǎn)氣下均被裂解和氣化,徹底除去了這些污染物質(zhì),從而量約為16萬(wàn)m'/h(干氣) ,煤氣組成(體積分數)為:使氣體的進(jìn)一步加工利用變得簡(jiǎn)化;Lungi煤氣中的CO2 3.8%、CO 62.1%、H2 28.2%、N2 4.5%、其他氨不能全部被裂解除去,但可以在后續的洗滌冷卻1.4% ,濕氣含水蒸氣體積分數約5% ;Lurgi爐的煤過(guò)程中被水吸收,對緩解系統的腐蝕是有益的,整個(gè)氣組成為: CO2 27.0%、Co 22.8%、H239.8%、N2洗滌冷卻和水系統設備均可采用碳鋼;由于Lurgi煤1.3%、CH47.6% .其他1.5%,濕氣含水蒸氣體積分氣中的輕油被裂解,因而煤氣的凈化脫硫裝置得以數可達40%。如按Shell氣化爐出口煤氣溫度為簡(jiǎn)化,不必采用低溫甲醇洗法工藝,可降低投資。1500,冷激后的溫度降到1000C,Lurgi爐出口煤3.3提高了裝置能力,簡(jiǎn)化了 系統流程氣溫度為500C計,大約需要1倍左右的Lurgi 煤氣以Shell氣化裝置為例,在與Lurgi 爐組合時(shí),等.(濕氣)冷激,氣量約為16.84萬(wàn)m2/h(含水蒸氣體積于用Lurgi爐出口煤氣替代了Shell 爐原有的循環(huán)煤分數約40%),折合干氣為10.104 萬(wàn)m2/h, 所以正氣進(jìn)行冷激,因而可取消原Shell法的循環(huán)煤氣壓縮常生產(chǎn)時(shí)開(kāi)2臺、備用1臺Lurgi爐即可滿(mǎn)足要求。機等設備,同時(shí)原系統的廢熱鍋爐、煤氣冷卻器、干如果考慮到在冷激過(guò)程中伴有焦油裂解和氣化等吸法除塵等設備的容量不必增加,即可通過(guò)用Lurgji煤熱反應的發(fā)生,需要的冷激氣體量將少于上述的氣冷激后的混合煤氣,使裝置能力提高近1倍?；鞌盗?。合煤氣中由于沒(méi)有重烴物質(zhì),故可以直接走Shel氣冷激后的混合煤氣量約為27萬(wàn)m2/h(干氣), .化和凈化流程,徹底取消了Lungi爐的煤氣冷卻和煤其組成為:CO2 12% ~ 14%、C0 45% ~ 47%、H2.氣水分離與處理等繁雜的系統,使系統裝置得以簡(jiǎn)化。32% ~34%、CH42.5% ~3.5%、N23% ~4%,含水蒸3.4合理利用 了煤炭資源Lurgi-爐使用6~ 40 mm的小塊煤,粉煤可供氣氣體積分數約為27%,基本不含焦油和重烴物質(zhì),流床氣化爐使用,這樣既合理地利用了煤炭資源,又H2/CO體積比約為0.72。該混合氣體經(jīng)凈化后可節省了磨煤等裝置的能耗。由于我國煤炭的灰熔點(diǎn)直接用于漿態(tài)床合成甲醇、二甲醚、合成油等產(chǎn)品。普遍較高,一般灰熔點(diǎn)在1 250~ 1 500C的煤只要但由于氣體中含有較多的水蒸氣,應變換調整H2與是粘結性不太強，均可選用Shell爐與Lurgji 干灰爐CO體積比,對后面的合成工序更為有利。的組合氣化方式,可取得比較令人滿(mǎn)意的氣化效果。氣體脫硫和脫CO2裝置可采用聚乙二醇二甲醚3.5 降低了裝置的投資和能耗(NHD)法或低溫甲醇洗法,在需要脫除大量的CO2由于我國已能夠自主設計和制造φ 3 800 mm時(shí),宜選用低溫甲醇洗法。本方案考慮利用變換尾部的Lurgi加壓氣化爐,每臺氣化爐的投資僅為2 000的余熱進(jìn)行吸收制冷,以降低低溫甲醇洗法的能耗。萬(wàn)元左右,加上管道安裝及土建工程費用,3臺Lurgji以2 000v/d Shell氣化爐配3臺φ 3800 mm的爐的總投資最多為1億元,僅為Shell氣化裝置投資Lurgi爐為基礎計算,可生產(chǎn)的化工產(chǎn)品規模如圖2的1/5左右。所示。粉煤2 000 ud由于Lurgi爐在氣化過(guò)程中伴有4.8萬(wàn)m2/hp1500C,3.1 MPa生成CH4的放熱反應,因而氣化效率空氣較高,煤耗低,氧耗也僅為Shell 爐的臣分9塊罐I10隨成勢一千除塵一選涂炮和一座換1/2,其不足之處是蒸汽耗量較高。在N,去氮合成。 出Lg'化}J00C,3.1 MPa與Shell爐組合時(shí),混合煤氣可通過(guò)廢合成氣H;與C0體積比∞2:1,壓力2.6 MPa乙烯10.7萬(wàn)va +凈化- -吸收制冷一熱鍋爐產(chǎn)生高壓蒸汽,經(jīng)發(fā)電后抽取丙烯8.9萬(wàn)v/a供Lurgi爐氣化使用。丁烯2.6萬(wàn)Va .甲博中國煤化工.60萬(wàn)4組合氣化爐的應用C, 1.1萬(wàn)va:MYHCNMH(尾氣發(fā)電尾氣發(fā)電尾氣發(fā)電尾氣發(fā)電燃料電池、甲酸、以Shell爐與Lurgi干灰爐組合為氣發(fā)電1.3萬(wàn)M .12萬(wàn)kw i 12萬(wàn)W 16萬(wàn)W 13萬(wàn)kW 醋酸、醋酐等 1例。1臺處理能力為2000l/d的注:盧線(xiàn)框內為其他產(chǎn)品方案Shell氣化爐須配備3臺φ3800mm圖2 2000V/d Shell氣化爐與Lurgji爐組合的產(chǎn)品規模2005年6月吳楓等:用組合氣化爐發(fā)展現代煤化工的建議，51本方案為一個(gè)基本的組合單元,考慮生產(chǎn)單- -加料爐的流程。 在與濕法加料爐組合時(shí),應重點(diǎn)發(fā)產(chǎn)品,尾氣用于燃氣輪機聯(lián)產(chǎn)電力,這樣能源利用率展多噴嘴對置式氣化爐,但噴嘴應設在氣化爐的下高,環(huán)保效果好,也可以部分緩解我國電力緊張和環(huán)部,采用Shell爐的結構形式,這樣組合的好處是可境污染嚴重的局面。如要擴大規?；蛏a(chǎn)多種產(chǎn)以充分發(fā)揮濕法加料的安全優(yōu)勢，流程簡(jiǎn)單,易于操品,應再上幾個(gè)單元組合爐,一般最好為2個(gè)系列以作控制,省去了輻射式廢熱鍋爐,完全采用國內技術(shù)上的單元組合,這樣更有利于工廠(chǎng)的連續穩定生產(chǎn)和裝備,投資較少。和設備的維護管理,使工廠(chǎng)獲得更好的經(jīng)濟效益。6實(shí)施步驟5對濕法加料爐的改進(jìn)建議(1)本組合氣化爐方案屬工程應用技術(shù),難度不Texaco爐和國內自行開(kāi)發(fā)的“多噴嘴對置式水大,可在現有氣化裝置上進(jìn)行工程試驗和示范,但要煤漿爐”的主要問(wèn)題是不能提高爐溫,氣化水煤漿的先進(jìn)行工程仿真計算研究等工作,并在氣流床氣化能耗太大,因而改進(jìn)的重點(diǎn)是如何提高爐溫和降低爐現場(chǎng)模擬Lurgji 爐出口煤氣,并將其噴人氣流床氣煤漿中水的比例。在目前耐火材料沒(méi)有重大突破的化爐進(jìn)行試驗,以取得有關(guān)設計數據。情況下,惟一有效的辦法就是將耐火磚改為水冷壁，(2)我國是世界上擁有氣化爐型最多的國家,有這樣雖然要增加2%~ 4%的熱耗,但氣化煤漿中水條件博采眾長(cháng),消化吸收引進(jìn)的各種氣化爐,在現有的熱耗要遠遠大于水冷壁的熱耗。原料水煤漿中煤爐型的基礎上進(jìn)--步開(kāi)發(fā)適用于我國的具有自主知與水質(zhì)量比和氣化水所耗的熱量占入爐煤熱值分別識產(chǎn)權的氣化爐。當前條件下特別要加強消化吸收如表1所示。Shell氣化技術(shù),盡快實(shí)現國產(chǎn)化。限1 原料水煤漿中煤與水質(zhì)量比和氣化水(3)應繼續重點(diǎn)開(kāi)發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的“多噴所耗的熱量占入爐煤熱值嘴對置式水煤漿爐”,并進(jìn)行有關(guān)試驗和改進(jìn)。煤與水質(zhì)量比60:40 65:35 70:30 75:25(4)對于灰熔點(diǎn)較低的煤種,最好采用BG/L液所耗熱量占人爐煤熱值/% 12.09.7 7. 76.0渣氣化爐與氣流床氣化爐組合,但目前我國尚未掌表1數據說(shuō)明,只要將水煤漿中煤的質(zhì)量分數握BG/L液渣氣化爐技術(shù),不具備工業(yè)化的條件。由60%提高到70%,氣化過(guò)程減少的熱耗就足以抵據稱(chēng)云南解放軍化肥廠(chǎng)準備將現有的Lurgi 干灰爐消水冷壁的熱耗。這樣水煤漿氣化爐就可以氣化灰改造為液渣爐,目前正在進(jìn)行準備工作。熔點(diǎn)>1400C的煤,從而對原料煤的適應性與Shell7結語(yǔ)法基本相同。因此濕法加料爐的改進(jìn)重點(diǎn)應放在如何提高煤漿濃度以及研究開(kāi)發(fā)采用液體CO2等潛熱將氣流床氣化爐與Lurgi爐優(yōu)化組合,可以達到小的物料制漿,以替代水煤漿。提高氣化效率、消除污染、運轉安全可靠、降低投資、只要煤的成漿性較好,煤漿質(zhì)量分數能達到提高經(jīng)濟效益的目的。這個(gè)組合方案的實(shí)施難度不65%以上,用水冷壁的濕法加料爐與Lurgi 爐組合流大,值得擬建的煤化工項目和有關(guān)人員認真研究和程的煤氣化效率和各項指標都將優(yōu)于單獨采用濕法探討,也希望國家有關(guān)部門(mén)予以重視?！?005國際橡塑展即將在廣州開(kāi)幕規模盛大的橡塑工業(yè)展一- -2005 國際橡塑展將于區、化工及原材料專(zhuān)區、橡膠設備專(zhuān)區、半制成品專(zhuān)區以6月21- -24日于廣 州琶洲的廣州國際會(huì )議展覽中心舉.及出口機械專(zhuān)區。其中化工及原材料專(zhuān)區2005年再有行。此次展覽,展場(chǎng)面積將達77000m2,將有來(lái)自?shī)W地利、新突破,中國煤化工。廈會(huì )期間，加拿大、法國、德國、意大利、日本中國、中國臺灣省、英國將安排以配件生產(chǎn)論壇、及美國10個(gè)國家或地區的展團參展,展商達1 000多家。食品及飲TCH.cNMHG新科技與物料2005國際橡塑展設立八大專(zhuān)區:機械專(zhuān)區、飲料及以配合市場(chǎng)高速發(fā)展專(zhuān)題研討會(huì )、改性塑料及嶄新注塑塑料包裝設備專(zhuān)區、輔助設備及測試儀器專(zhuān)區、模具專(zhuān)技術(shù)在電子電器行業(yè)的應用專(zhuān)題研討會(huì )。(金波)