現代煤氣化制合成氣的工藝

能源與節社2011年第7期(總第70期)ENERGY AND ENERGY CONSERVATION2011年7月.能源研究現代煤氣化制合成氣的工藝郭小杰'，李文艷”，張國杰”(1.同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司,山西 大同037001;2. 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西 大同037001;3.太原理工大學(xué)煤科學(xué)與技術(shù)教育部和山西省重點(diǎn)實(shí)驗室,山西太原030024)摘要:敘述了國內外先進(jìn)的Texaco氣化工藝,Shell氣化工藝,CSP氣化工藝等3種氣流床氣化工藝及從氣化壓力,氣化溫度及產(chǎn)出合成氣組分等方面進(jìn)行比較的結果,指出,若是煤種適合制漿選擇Texaco 氣化技術(shù)性?xún)r(jià)比較高;Shell氣化爐適合用于發(fā)電,用于煤化工存在風(fēng)險;GSP在煤化工領(lǐng)域有很大的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞:氣流床;合成 氣;煤氣化;煤化工中圖分類(lèi)號: TQ546文獻標識碼: A文章編號: 2095-0802-(2011 )07 0014-04Modern Technology of Coal Gasification to Synthesis GasGUO Xiao-jie', LI Wen-yan2 , ZHANG Guo-jie'(1. GF Coal Chemical Industry Co., Ltd. Of Datong Coal Group , Datong 037001, Shanxi, China; 2. Datong CoalTechnology Professional Technical Colleges , Datong 037001 , Shanxi, China; 3. Taiyuan University of Scienceand Technology and Key Laboratory of Ministry of Education and Shanxi Province , Taiyuan 030024 , Shanxi, China)Abstract: This paper describes the three kinds of advanced entrained flow gasification technology: Texaco, Shell and GSP gasifica-tion technology and comparied resultsfrom the vapor pressure，temperature and output of synthetic gasifcation gas composition, theauthor pointed out that, if coal is suitable for pulping, Texaco coal gasification has higher cost technology ; Shell gasifer is suitablefor power generation but has risk for coal chemical; GSP has great development prospects in the coal chemical industry.Key words: air bed; synthesis gas; gasification; coal chemical1.2 Texaco 氣化爐工藝流程0引言Texaco水煤漿氣化過(guò)程主要包括磨煤、煤漿的制備和煤炭既是中國主要的-一次能源,也是重要的化工原輸送氣化和廢熱回收、灰水處理和公用工程等工序。料。利用先進(jìn)的煤氣化技術(shù),將固體煤炭轉化為化工原原料煤塊經(jīng)碎煤機粉碎成直徑小于10 mm的碎煤,碎料,并利用其富含氧化物的特點(diǎn),生產(chǎn)加工成含氧的碳氫煤經(jīng)計量后與一定量的水混合并進(jìn)人磨煤機磨成細顆粒，化工產(chǎn)品和液體燃料,不僅可以提高煤炭的利用率,還可將煤粉加水制成濃度約為65% ~ 70%的水煤漿(若原料煤以大量降低CO2、煙塵和含硫物的排放量,改善生態(tài)環(huán)境?；胰埸c(diǎn)高,需在進(jìn)磨煤機前加一定比例的助溶劑、添加劑目前,中國大型煤化工項目引進(jìn)的煤氣化技術(shù)屬于加壓氣等)。通過(guò)滾筒篩濾去大顆粒后,流人磨機出口槽,最后經(jīng)流床氣化技術(shù),工藝供應商主要有Texaco氣化工藝, Shell磨機出口槽泵和振動(dòng)篩送進(jìn)煤漿儲槽中。煤漿儲槽中的煤漿由高壓煤漿給料泵輸送至氣化爐噴嘴,與空分裝置來(lái)氣化工藝和GSP氣化工藝。的02 -起噴人氣化爐。Texaco煤氣化工藝水煤漿經(jīng)燒嘴在高速02流的作用下破碎、霧化噴入氣化爐膛。O2 和水煤漿在1 350 C ~1 400 C高溫的爐膛1.1 Texaco 煤氣化工藝特點(diǎn)Texaco煤氣化工藝以水煤漿為原料,純氧為氣化劑,內,迅速預熱、水分蒸發(fā)、煤干餾、揮發(fā)物裂解燃燒以及C液態(tài)排渣,其加壓氣化過(guò)程屬于氣流床并流反應過(guò)程。的氣化等- - 系列復雜的物理、化學(xué)過(guò)程。生成CO,H2 ,CO2Texaco氣化爐爐體為直立圓筒型鋼制耐壓容器,爐膛內襯和水蒸氣為主的粗煤氣,經(jīng)氣化爐底部的激冷室激冷后，高質(zhì)量耐火磚,防止熾熱爐渣和粗煤氣熱侵蝕"。耐火磚氣體和固渣分開(kāi)。粗煤氣經(jīng)噴嘴洗滌器進(jìn)人碳洗塔,冷卻使用壽命一般為1 年~2年。在中國Texaco氣化爐已有除塵后,進(jìn)入CO變換工序。氣化爐出口灰水經(jīng)灰水處理.工段四級閃蒸處理后,部分灰水返回碳洗塔作洗滌水,經(jīng)16年的運行經(jīng)驗。泵進(jìn)入氣化爐。部分灰水送至廢水處理。熔渣被激冷固化后進(jìn)人破渣中國煤化工見(jiàn)圖1。收稿日期:2011-06-212 Shell 煤MHCNMHG第一作者簡(jiǎn)介:郭小杰,1982年生，男,河北盧龍人,2009年畢業(yè)于大原理工大學(xué)化學(xué)工藝專(zhuān)業(yè),助理工程師。Shell煤氣化工藝以干煤粉為原料、純氧作為氣化劑，14●.2011年第7期郭小杰，等:現代煤氣化制合成氣的工藝2011年7月液態(tài)排渣。Shell 煤氣化工藝是荷蘭殼牌公司開(kāi)發(fā)的1種化爐內,4.0MPa(G)的壓力下進(jìn)行燃燒反應,反應后的高潔凈煤氣化工藝技術(shù)。從高級煙煤至褐煤、石油焦均可作溫合成氣(1 400 c ~1700 C)在氣化爐出口被約209 C、為原料制成合成氣,操作彈性大。4.06 MPa(C)的冷合成氣激冷至約900 C ,然后,經(jīng)合成氣冷卻器冷卻至340C后進(jìn)人除灰工序。原料煤煤灰熔化并以液態(tài)形式排出。高溫氣化后,1 600 C的熔融狀爐渣和灰份向下流人氣化爐底部的灰渣激冷工序。最終將排出的渣運到廢渣場(chǎng)。Shell 煤氣化工藝流程國空分-空氣見(jiàn)圖2。煤儲水+添德士裝置倉加劑古氣_煤氣去軟水克的.對流.凈化系原料煤一n球磨化爐武度氣體統「磨煤和循環(huán)氣壓縮機煤蔡槽式廢熱鍋洗滌L干燥系統銷(xiāo)一器一水過(guò)熱蒸汽式皮|爐煤漿泵爐熱鍋沉淀口煤粉儲罐器過(guò)濾器查灰渣泵給煤圈中壓蒸汽圖1 Texaco煤氣化工藝流程奧一圈一爨2.1 Shell 煤氣化工藝特點(diǎn)Shell氣化爐采用膜式水冷壁技術(shù),液態(tài)排渣。利用氧氣-8破渣機!熔渣在水冷壁上冷卻硬化形成1層薄渣層保護爐壁不受高溫磨損,氣化爐壁利用水管產(chǎn)生中壓蒸汽以調節溫度，是煤氣化爐和鍋爐概念的結合,超過(guò)Texaco的氣化常規反應溫度1 350 C左右,使氣化爐能夠在3.5 MPa ~4. 0 MPa,1 400 C ~1700 C的溫度范圍內運行,形成渣包碳的反應圉2 Shell 煤氣化工藝流程模型,提高C的高轉化率,同時(shí),膜式水冷壁技術(shù)確保氣化爐更易大型化。3 GSP 煤氣化工藝2.2 Shell氣化爐工藝流程CSP氣化爐與Texaco、Shell氣化工藝-樣,其工藝過(guò)原料煤粉經(jīng)破碎到合格粒度(粒度≤30 mm),由貯運程也主要由給料系統、燒嘴、冷壁氣化室和激冷室、粗煤氣系統通過(guò)帶式輸送機送入碎煤倉。碎煤倉中的原料煤通洗滌系統組成,即由備煤、氣化、除渣三部分組成,屬于加過(guò)稱(chēng)重給煤機送到煤磨機中研磨,同時(shí),根據原料煤的流壓氣流床。量,按比例加入石灰石粉。3.1 CSP 煤氣化工藝特點(diǎn)從熱風(fēng)爐(燃料- -般為合成氣或甲醇馳放氣)產(chǎn)生的GSP氣化技術(shù)采用以渣抗渣原理(2) ,在氣化過(guò)程水冷熱煙氣在熱風(fēng)爐中與循環(huán)氣低壓N2混合并調配到需要壁內形成的固態(tài)渣層可自動(dòng)調節,始終保持在穩定的厚的溫度,該熱惰性氣體送到磨煤機中。磨機出口處設置旋度。該技術(shù)直接向激冷室內噴人激冷水來(lái)冷卻粗合成氣。轉分離器將粗顆粒煤粉返回磨機中,干燥后合格的煤粉吹3.2 GSP氣化爐工藝流程人煤粉袋式收集器分離收集,分離收集的煤粉經(jīng)旋轉給料原料煤被磨煤機研磨成粒度在0 mm~ 15 mm范圍器螺旋輸送機送入煤粉貯倉中貯存。分離后的尾氣經(jīng)循內,經(jīng)過(guò)熱風(fēng)爐干燥后,通過(guò)N:/CO2氣流輸送系統送至煤環(huán)風(fēng)機加壓后大部分循環(huán)至熱風(fēng)爐循環(huán)使用,部分排燒嘴。人大氣。原料煤與O,、水蒸氣經(jīng)燒嘴混合后,同時(shí)噴入氣化爐粉煤從磨煤和干燥系統輸送至粉煤貯罐,煤燒嘴循環(huán)頂部的反應室,在1400C~1 600 C .4 MPa條件下發(fā)生管和氣體中夾帶的煤粉也把煤返回此罐。粉煤貯罐、粉煤快速氣化反應,產(chǎn)生以CO和H2為主要成分的熱粗煤氣。噴吹罐由重力流動(dòng)來(lái)填充。填充完成后,噴吹罐將與其他氣化原料中的礦物形成熔渣。熱粗煤氣和熔渣- -起通過(guò)所有的低壓設備隔離,并通人高壓CO2至4.7 MPa后,打反應室底部的排渣口進(jìn)人下部的激冷室。開(kāi)下閥使煤粉自流進(jìn)人煤粉給料罐中,卸完后關(guān)閉下閥，激冷室是中國煤化工宿小組成的空腔。排出CO2氣體,鎖斗內降至常壓再重復上述流程。熱粗煤氣經(jīng)過(guò)HCNMHG激冷室,激冷水由煤粉給料倉中的煤粉由管道并與O2和水蒸氣混合后喇叭口的下端是環(huán)行水管?chē)姵?。洗滌后的粗煤氣被冷卻通過(guò)成對燒嘴送人氣化爐噴嘴。粉煤、02和水蒸氣在氣至接近飽和,從激冷室中部排出去洗滌系統。向激冷室內2011年第7期能涿與節能2011年7月噴入激冷水要求過(guò)量,以保證粗煤氣均勻冷卻,并能在激43 種氣化工藝比較冷室底部形成水浴。渣粒固化成玻璃狀顆粒,通過(guò)鎖斗系統排出;溢流出4.1氣化爐結構的區別的激冷水送污水處理系統。氣化溫度的選擇是由原料煤Texaco氣化爐噴嘴是設在爐體頂部的下噴式單- -噴的物理化學(xué)性質(zhì)決定的,氣化壓力的確定主要取決于產(chǎn)品嘴,其噴嘴中心線(xiàn)與排渣口中心線(xiàn)重合,Shell 煤氣化爐有煤氣的利用工藝。GSP氣化工藝流程見(jiàn)圖3。.4個(gè)對列式微斜向上的噴嘴,設在氣化爐體下部爐壁上。GSP氣化爐燒嘴是1種內冷式6層通道的組合式氣化燒原料煤→嘴,由噴嘴循環(huán)冷卻系統來(lái)強制冷卻。4.2 進(jìn)料方式不同'1|加壓水叭除鹽水與Shell和GSP氣化爐相比,Texaco氣化爐進(jìn)料方式不同。Texaco采用水煤漿進(jìn)料, Shell 和GSP煤氣化工藝[煤粉采用干粉加壓進(jìn)料,所以,Texaco工藝中的原料煤制備工氮氣→儲倉加壓|氣化爐汽包低壓蒸汽藝完全不同。水4.3冷卻方式不同泄壓→煤粉氣化合成氣去下游Texaco氣化爐需要耐火磚襯里,并對向火面的耐火磚加壓-鎖斗激冷室洗滌[要求很高。氣化爐熱粗合成氣先經(jīng)過(guò)水淬冷,再用廢熱鍋加料灰水處理爐回收熱量。熱量利用率較低。Shell 氣化爐設置膜式水冷壁,能夠副產(chǎn)中壓蒸氣,在經(jīng)過(guò)合成氣冷卻器回收熱量,爐渣熱量利用合理。GSP 氣化爐在底部設計了激冷室,激冷室輸送氣十-中的環(huán)形管直接向熱粗合成氣中噴水,在經(jīng)換熱器回收熱02排渣系統量。熱效率介于Texaco和Shell之間。圄3 CSP 煤氣化工藝流程4.4 3種煤氣化工藝參數一覽表3種煤氣化工藝的參數見(jiàn)表1。表13種煤氣化工藝參數- 覽表名稱(chēng)TexacoShellGS褐煤到無(wú)煙煤全部煤種石油焦，褐煤到無(wú)煙煤全 部謀種石油焦，煙煤、無(wú)煙煤.油渣。粒徑40% ~45%的<200目。油渣,生物質(zhì)。粒徑90%的<100目,含水量<|粒徑在 250 μm~500 μm。含水原料要求水煤漿質(zhì)量分數>60%。|2%(褐煤8% )的干煤粉。量<2% (褐煤8% )的干煤粉?；胰埸c(diǎn)溫度<1 350 C?；胰埸c(diǎn)溫度<1 500 C?；曳中∮?5%?；曳?% ~20%?；曳?% ~26%。氣化溫度1300 ~1400 C1450 C~1600 C1 450 ~1600 C氣化壓力6 MPa~8 MPa4 MPa耐火磚或水冷壁壽命125 a20 a噴嘴壽命60 d10a(前端0.5a~1 a)60x10° t所需氣化爐數量4臺+1臺備用1臺2臺除塵冷卻方式洗滌干法+濕洗.分離+濕洗出氣化界區溫度210 C40 C220 CC轉化率.)6% ~98%≥99%冷煤氣效率~ 80%90% ~94%有效氣體含量-總熱效率86%(含變換)88%(含變換)98%(含變換)中國煤化工操作彈性70% ~ 110%70%% ~ 110%技術(shù)成熟性高iYHCNMH G氏16●2011年第7期郭小杰,等:現代煤氣化制合成氣的工藝2011年7月Shell氣化爐很相似,煤種適用性強,氣化溫度高,煤氣化設5結語(yǔ)備制造、安裝周期短,結構框架低,開(kāi)停車(chē)操作維護方便。Texaco煤氣化爐在中國已運行了16年,積累了大量但是,該爐子特別是在合成氨、甲醇、IGCC、制氫等領(lǐng)域有的生產(chǎn)運行經(jīng)驗,一次性投資少。但是, Texaco氣化爐煤很大的發(fā)展前景。種適用性較差,燒嘴使用壽命較短、耐火磚造價(jià)高,需要備參考文獻:用爐,氣化溫度低,氣化熱效率相對低。相比其他工藝，[1] 王洪記.開(kāi)創(chuàng )21世紀煤化工的德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)Texaco 氣化爐是最經(jīng)濟的爐子。[J].化工進(jìn)展,1997(3):1-5.Shell在中國擁有23套爐子,擁有7年的運行經(jīng)驗。2] 李大尚. GSP技術(shù)是煤制合成氣(或H2)工藝的最佳選擇[J].煤化工,2005(3):1-6.Shell 氣化爐煤種適用范圍廣, 氣化效率高,安全性較高,但3] 韓梅.德士古與殼牌兩種煤氣化技術(shù)比較[J].煤炭加工與是投資較大,關(guān)鍵設備全部需要進(jìn)口,對操作人員素質(zhì)要綜合利用,1996(1):15-17.求較高。Shell 氣化爐是性?xún)r(jià)比最高的爐子。該爐子適合(責任編輯:高志鳳)用于發(fā)電,用于煤化工存在風(fēng)險。GSP氣化爐在中國只有數套裝置,運行經(jīng)驗少。和(上接13頁(yè))時(shí)間的增加而逐漸好轉,但是即使到了開(kāi)采的中后期,過(guò)處理之后才能達到國家標準。某些井排出水的礦化度仍在1 000 mg/L以上,必須經(jīng)表1 v1 號井的檢測數據單位為毫克/升日期Cl -HCO;so:-K* + Na*礦化度硬度物理特征2010-09-111 460. 382 591.524. 941 850. 924 715145. 29有大量黃色沉淀,有臭味2010-10-061 426. 712 553. 693.701 801.374 553154. 32有少量黑色沉淀,有臭味.2010-11-141 548. 592 571. 3813. 171 896. 244 765170. 77水較請，有臭味2010-12-131 413.09 2 501. 3223.871 799. 684790139. 24有大量黑色沉淀,有臭味.2011-01-121403.092485.953. 291 775. 384 704146. 79水黑,渾濁,有臭味2011-02-141383.802460.3319. 761 772. 434 582122. 73有少量黃色沉淀,水黃2011-04-181 467.75 2 521. 223. 701 467. 754 629137. 09水微黃,有臭味2011-05-261 497. 112393.181. 651 813.424 646111. 90水發(fā)綠,有臭味2011-06-201389.472393.4444.041 749. 004 672125. 58水渾濁,有臭味2011-06-281516.68.2417. 612. 261 744. 004 762113. 90水清,無(wú)味201 1-07-121 428.61 2 452. 157. 201 827. 374 680112. 04水黃綠色,有臭味2011-07-181437.69._2 457.771805.34.4 642139. 112011-07-271418.262 337. 394.531 792. 854 61399.732011-08-041 437. 692 310.647.002014. 844658.83. 72水渾濁，有臭味201 1-08-271 350.26 2 493. 891. 861 817.234515.111.71水黃綠色,有臭味_201 1-09-271 434.252 465.491. 641 809.214 580149. 534結語(yǔ)煤層氣排出水必須進(jìn)行定期監測,對不符合國家和環(huán)境效益有機統一,真正實(shí)現社會(huì )和環(huán)境可持續排放標準的指標需要經(jīng)過(guò)處理以后才能排放,以便達發(fā)展。到清潔環(huán)保的目的。煤層氣地面開(kāi)發(fā)過(guò)程中對環(huán)境的影響,主要體現[1] 郝繼峰.礦區煤層氣開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中節能減排的初步研在鉆井過(guò)程中鉆井液的使用及鉆井過(guò)程中對地下水的究[J].中國煤層氣,2008(4) :37-38.影響;采排水對地表水的影響;地面開(kāi)發(fā)活動(dòng)過(guò)程中地[2] 李國富,田永東.煤層氣井排水采氣機理淺探[J].中國煤炭,2002(7):17-18.表開(kāi)挖對自然生態(tài)壞境、農業(yè)生態(tài)環(huán)境的影響;還有鉆[3] 王志超,中國煤化工氣井采出水水質(zhì)分井泥漿對地表水的威脅。只有給予足夠的重視,采取析[J].-33.針對性的防護措施,使煤層氣地面開(kāi)發(fā)活動(dòng)對環(huán)境的fYHCNMH G任編輯:張楠)影響降低到環(huán)境可接受的范圍,使經(jīng)濟效益、社會(huì )效益●17●.