新兩段式液態(tài)排渣氣化爐生產(chǎn)合成氣工藝研究

第29卷第9期煤氣與熱力Vol. 29 No. 92009年9月GAS & HEATSep. 2009燃氣氣源與加工利用新兩段式液態(tài)排渣氣化爐生產(chǎn)合成氣工藝研究董躍'，張瑜'，張永發(fā)”，楊力(1.太原重工股份有限公司煤化工設備分公司，山西太原030024; 2.太原理工大學(xué)煤科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室，山西太原030024; 3.山西中天煤化有限公司,山西太原030024)摘要:分析了兩段式氣化爐和液態(tài)排渣BGL氣化爐的特點(diǎn),提出了以高揮發(fā)分煤為原料,純氧、CO2和水蒸氣為氣化劑的新兩段式液態(tài)排渣氣化爐結構，討論了用該兩段式液態(tài)排渣氣化技術(shù),聯(lián)合熱解煤氣(CH2)炭催化轉化技術(shù)生產(chǎn)合成氣的工藝流程。關(guān)鍵詞:兩段爐;煤氣化; 液態(tài)排渣; 合成氣中圖分類(lèi)號: TU996文獻標識碼: B文章編號: 1000 - 4416(2009)09 -0B13 -05Study on Syngas Production Process in New Two-stage Slagging GasifierDONG Yue，ZHANG Yu，ZHANG Yong-fa，YANG LiAbstract: The characteristics of two-stage gasifier and BCL slagging gasifier are analyzed. Thestructure of a new two-stage slagging gasifier using high volatile coal as raw material, pure oxygen and wa-ter vapor as gasification agent and having the pulverized coal injection function is put forward. The tech-nological process of syngas production which combines this two stage slagging gasification technology withcarbon catalytic conversion of pyrolyzed coal gas ( CH4) is discussed.Key words: two-stage gasifier; coal gasification; slagging; syngas1概述結果;討論了以高揮發(fā)分塊煤為原料,用兩段式液態(tài)我國煤炭資源豐富,已探明的煤炭可采儲量為排渣氣化技術(shù),聯(lián)合熱解煤氣(CH,)炭催化轉化技8000x10* t。其中長(cháng)焰煤、不粘煤和弱粘煤的儲量術(shù)重整制合成氣的工藝。占我國煤炭?jì)α康?2% ,褐煤約占14%。這些煤種2兩段爐的特點(diǎn)適合于完全氣化制氣工業(yè)。利用這些煤種的碎煤或意大利尼基( SIIRTEC NICI)公司開(kāi)發(fā)的兩段爐粉煤的氣化技術(shù),如固定床、氣流床技術(shù)已取得了長(cháng)煤氣化技術(shù),20世紀50年代前后,在歐洲廣泛地應足進(jìn)展。雖然塊煤氣化技術(shù)在我國已有長(cháng)久的歷用于城市燃氣和燃料氣生產(chǎn),20世紀80年代開(kāi)始史,但相對技術(shù)進(jìn)展比較緩慢。本文在分析兩段式在我國推廣,其技術(shù)成熟可靠。氣化妒[.21和液態(tài)排渣'lBCL氣化爐特點(diǎn)的基礎兩段爐以弱粘結性高揮發(fā)分塊煤為原料,將煤上,提出了以純氧、CO2和水蒸氣為氣化劑的兩段式的千餾和氣化分段在同-爐體內完成。其上段是干液態(tài)排渣氣化爐設計概念;介紹了炭催化|4)熱解煤餾段,下段是干餾半焦的氣化段。兩段爐有混合煤氣(CH,)重整制合成氣( CO + H,)5-71的部分研究氣型和水煤氣型兩類(lèi)。水煤氣型兩段爐運行過(guò)程和.中國煤化工基金項目:國家重點(diǎn)基礎研究發(fā)展計劃(2005CB221202)YHCNMHG，B13.第29卷第9期煤氣與熱力www. gasandheat. com普通的水煤氣爐運行過(guò)程相似,不需要空分制氧,間CH4 轉化處理。歇制取水煤氣,過(guò)程復雜,環(huán)境問(wèn)題明顯;混合煤氣表2給出了一組混合煤氣型兩段爐的氣化過(guò)程型兩段爐(見(jiàn)圖1) ,以空氣和水蒸氣為氣化劑,在氣指標?；闻c半焦發(fā)生氣化反應,產(chǎn)生的氣化煤氣-部分合格塊煤從爐體下部導出(底煤氣),另一部分上升進(jìn)入上部干餾段,利用其顯熱對煤料進(jìn)行低溫千餾,這部分氣菜倉Et- 一煤粉化氣和干餾氣混合從爐體上部導出(頂煤氣)。進(jìn)F-一頂煤氣人干餾段的氣化氣,在干餾段和煤料直接換熱,熱交低壓蒸汽一干餾段換充分,降溫幅度較大,出口溫度約80~120心。采H-一底煤氣包用空氣作氣化劑時(shí),頂煤氣和底煤氣的產(chǎn)量比根據氣化段水光套氣化煤種的不同比例有所不同?；旌厦簹庑蛢啥螤t頂煤氣、底煤氣及混合氣組成見(jiàn)表1?；冶P(pán)表1數據表明,采用氧氣為氣化劑時(shí),混合氣中空氣、蒸汽-水封H2+CO的體積分數為75.9%,可用于醇醚合成。但是其CO2含量和CH。含量較高,H2、CO體積分數之比遠低于理想值2,因此需進(jìn)行變換,即脫碳和圖1 混合煤氣型兩段爐結構簡(jiǎn)圄表1混合煤氣型兩段爐煤氣組成( 體積分數)%氣化劑，煤氣COCO2H,S+C0S N2 +ArC.H。02頂煤氣22. 10.29. 400.795.2642.09 .0.260.08空氣+蒸汽底煤氣12. 2526. 506.991. 10一52.400.050.70混合氣17.0027. 884.503.100.3047.20-富氧+蒸汽混合氣.38. 4037. 5018.003.500. 402.20表2混合煤氣型兩段爐氣化過(guò)程指標8.8]續表2焦油和輕油產(chǎn)率/%5.34.01干爐清產(chǎn)率/%12.67 .C.H,0.15爐渣含碳率/%1500.40帶出物產(chǎn)率/%0.5煤氣組分體積對設備特性和氣化過(guò)程指標等綜合分析表明,分數/% .H混合煤氣型兩段爐有如下特點(diǎn):N47.45①煤氣中帶出物量顯著(zhù)減少。 單段煙煤發(fā)生爐煤氣中帶出物量約3% ~5% ,實(shí)際生產(chǎn)中由于人其他0.01爐煤粒度達不到指標要求,帶出物量還要高于上述煤氣熱值下限高熱值6.70設計指標。帶出物大部分在豎管沉淀池中變?yōu)榻褂?MJ.m~3)低熱值6. 10渣,需用抓斗抓出,難以處理,易污染周?chē)h(huán)境。法單位質(zhì)量人爐煤煤氣產(chǎn)率/(m' . kg~")3.159國LGIE兩段爐在爐頂設有振動(dòng)篩,人爐煤再次篩頂煤氣出口溫度/C100~ 120分,帶出物量約0.5% ~0. 6% ,使帶出物產(chǎn)生的焦底煤氣出口溫度/C500 -600油渣大大減少。燃料的氣化強度/(kg.m~2 .h~I)303②焦油質(zhì)量高。 單段煙煤發(fā)生爐副產(chǎn)的焦油單位質(zhì)量煤消耗蒸汽量/(kg. kg")0.319 5系中中國煤化工由系低溫焦油,流動(dòng)單位質(zhì)量煤消耗空氣量/(m'●kg"')1. 897CN MHC.易裝運,焦油產(chǎn)率氣化效率/% .78也略有增川。.B14.www. gasandheat. com董躍,等:新兩段式液態(tài)排渣氣化爐生產(chǎn)合咸氣工藝研究第29卷第9期③兩段爐加煤斗采用雙閥(總是- 開(kāi)-關(guān))，進(jìn)料煤煤氣泄漏量少,對環(huán)境友好。密封媒斗。7④酚水少,易處理。由于頂煤氣出口溫度低,煤分布器攪拌器可采用間冷技術(shù)冷卻,減少了含酚廢水,使其易處.煤氣急冷器-. 耐火襯襯里理-水夾套⑤存在的問(wèn)題有:灰渣含碳量高,一般灰渣含煤氣出口-.+.氣化劑人口碳質(zhì)量分數為15% ;由于爐體增高,熱損失增大。受壓外殼.3移動(dòng)床氣化及液態(tài)排渣技術(shù)特點(diǎn)排渣口"魯奇(Lurgi)加壓氣化,是工業(yè)化最早的煤加壓循環(huán)急冷水人口-熔渣急冷窒氣化技術(shù),在國內外得到廣泛應用。其主要特點(diǎn)如-密封遣斗下:D可使用小粒度、高水分、高灰分劣質(zhì)煤氣圖2液態(tài)排渣魯奇BGL氣化爐化。復3 BGL熔渣氣化爐的操作數據18.]②采用逆流氣化 ,煤料在爐內停留時(shí)間長(cháng),產(chǎn)品氣出口溫度低。氧耗低、煤耗低、氣化效率和煤轉煤種弗朗西斯 路辛頓|曼頓化率(包括副產(chǎn)品在內)較高。(蘇格蘭)| (英國) | (英國)③副產(chǎn)約占煤量5%~6%的焦油,資源利用煤粒度/mm6~256-256-31率高。固定碳54.054.77.1④操作彈性較大,操作穩定,技術(shù)成熟。工業(yè)分析揮發(fā)分.32.931.231.5⑤煤氣組成較復雜, 甲烷體積分數達7% ~/%水分8.74.110% ,蒸汽消耗量大?；曳?.44.67.3魯爾100型加壓氣化爐為移動(dòng)床加壓氣化爐的C83.083.585.1一種試驗爐 型,設有兩個(gè)煤氣出口,上部煤氣出口和H5.55.1中部煤氣出口,具有兩段爐的部分特點(diǎn)。從上部煤元素分析9.27.7氣出口引出干餾氣和焦油。從中部煤氣出口引出氣1.41.71.6化氣(溫度為800 C)。由于增加了中部煤氣出口，0.5爐頂的煤氣流速降低很多,減少了干餾煤氣中的粉C10.4塵量,改善了操作條件和焦油質(zhì)量。氧耗、煤耗、汽葛金粘結指數BEC6耗都隨壓力增加而降低。其產(chǎn)品氣中CO2和CH,壓力/MPa2. 462.46含量很高。操作條件汽氧體積比1.341.291.39液態(tài)排渣魯奇BCL氣化爐(見(jiàn)圖2)可克服魯出口煤氣溫度/C48013奇固態(tài)排渣灰中含碳量高等問(wèn)題。H228.627.228.1從表3中產(chǎn)品數據可以看出,H2 + CO的體積:o57.558.156.8分數較高,大于84.9%,而CO2的體積分數較低,小粗煤氣CH,6.76.8于4%。另外,其熱效率也較高,大于93%。由于其組分的C2H。含有較多的CH,,體積分數達6.7%,如果用作合成體積分數C2H0.2氣原料時(shí),需增加甲烷轉化裝置。和兩段爐相比,兩N24.23.9段爐產(chǎn)品氣中的CH4富集在頂煤氣中,轉化量約占CO22.32.93.5總產(chǎn)品氣的50% ,但BGL爐需轉化全部產(chǎn)品氣,因中國煤化工此能耗和造價(jià)都較高。MHCNMHG13.22| 13.30●B 15.第29卷第9期煤氣與熱力www. gasandheat. com續表3原料煤.煤種弗朗西斯路辛頓 曼頓H←煤粉(蘇格蘭) (英國) (英國)焦油和油類(lèi)96.000 69.000 45.000H頂煤氣氨5.500 5.500 3. 200|F一底煤氣西配4.550 0.800 1.250單位質(zhì)量受壓外殼、耐火襯襯里脂肪酸7.000 0. 1050. 340氣化段煤的副產(chǎn)輕油20.000 6. 500| 14. 500風(fēng)口物產(chǎn)率排渣口< d A-一-氣化劑人口H2S3. 800 | 12. 500 17.0000.900 1.850| 2. 350門(mén)熔渣急冷窒0.010 0.020 0.015循環(huán)急冷水-.密封渣斗噻吩0.030 0.045| 0.015HCN0.030| 0.040| 0. 010氣化強度/(kg.m-2 .h~')4160| 4141| 4 107團3兩段液態(tài)排渣氣化爐煤氣熱能產(chǎn)生強度/120.4| 120.4| 124.9③將煤熱解制氣和氣化制氣有機集成- -體,(GJ.m-2.h~')高溫熱解半焦的顯熱直接用于氣化制氣過(guò)程,比半單位質(zhì)最煤蒸汽消耗量/0.410.40| 0.46焦制氣熱能利用率高。(kg.kg")單位質(zhì)星煤氧消耗量/0.54 | 0.56| 0.61④兩段液態(tài)排淹氣化爐 采用純氧、CO2和水(kg.kg"')蒸氣為氣化劑，消除了水煤氣氣化過(guò)程中升溫、換向單位質(zhì)量煤生成粗煤氣中水0.20| 0.21| 0. 15等操作,取消了燃燒升溫過(guò)程中吹風(fēng)氣外排煙塵等的含量/(kg.kg")的污染。制氣過(guò)程可用純氧強化,連續操作,取消了4新兩段液態(tài)排渣氣化爐的結構-般固定床升溫和氣化過(guò)程間歇和換向操作,解決Shell.、GSP、Texaco在氣流床氣化方面有技術(shù)優(yōu)了機構易磨損、操作費用高等問(wèn)題,且無(wú)外排煙塵等勢。但是氣流床氣化采用煤粉(粒度為0~74 μm)污染環(huán)境的問(wèn)題。為原料,原料制備能耗高,占地大,造價(jià)高,專(zhuān)利費⑤頂煤氣出口氣流速度低,減少了混人焦油高,弱粘結性塊煤(粒度為25 ~ 50 mm)粉碎成細煤的粉塵量,提高了焦油質(zhì)量。熱解制氣過(guò)程為低溫粉,過(guò)程欠合理。魯奇爐和兩段式固定床技術(shù)適用熱解,焦油產(chǎn)率高,焦油易被獨立回收,資源利用率于塊煤氣化。但魯奇爐熱解和氣化過(guò)程混合進(jìn)行，高,經(jīng)濟性好。生產(chǎn)的混合煤氣量大,產(chǎn)品氣中輕質(zhì)焦油含量高,脫⑥頂煤氣出口溫度低,可采用間接法冷卻,減焦油運行操作難度大,更重要的是其產(chǎn)品氣中含體少了含酚污水的量,有利于環(huán)保。另一方面,熱效率積分數為6.7%的CH, ,如果把這種氣體直接用于提高。合成,那么CH。含量偏高,轉化處理這種氣體時(shí)需⑦造價(jià)和成本降低。耗用大量的能量。因此，魯奇爐產(chǎn)品氣不適宜直接⑧原料塊煙煤 的價(jià)格和一般固定床制合成氣用于醇醚合成。兩段爐使CH,在頂煤氣中富集,處采用焦炭、半焦或無(wú)煙塊煤價(jià)格相比,低40% ~理該氣體和處理上述的混合氣體相比,處理量大大60%。減少,但存在灰渣中碳含最高的問(wèn)題?；诒緝啥问揭簯B(tài)排渣氣化技術(shù)設計的生產(chǎn)合綜合上述兩段爐和魯奇BGL爐的技術(shù)分析,本成氣的工藝流程見(jiàn)圖4。文提出新兩段液態(tài)排渣氣化爐的結構見(jiàn)圖3。分析煤經(jīng)過(guò)篩分后,加人兩段式液態(tài)排濟氣化爐進(jìn)認為該爐有如下特點(diǎn):行熱解和氣化反應,產(chǎn)生的熱解煤氣經(jīng)回收焦油等①利用高揮發(fā)分弱粘結性塊煤制合成氣,充化學(xué)中國煤化工\炭催化重整反應分利用資源。器。|YHCNMHGI 068 C時(shí)重整產(chǎn)②充分回收煤熱解 焦油等化學(xué)產(chǎn)品。品氣中H,體積分數達到63. 1%，而CH體積分數.B 16.www. gasandheat. com董躍,等:新兩段式液態(tài)排渣氣化爐生產(chǎn)合成氣工藝研究第29卷第9期[3]徐立新 ,郭峰.液態(tài)排渣鍋爐高溫受熱面結焦及積灰空氣一-座分裝置}.蒸汽問(wèn)題的分析與對策[J].化工設備,2004,12 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