DMF項目的2種煤氣化工藝之比選

.第47卷第3期化肥設計June 20092009年6月.Chemical Fertilizer DesignI設計技術(shù)DMF項目的2種煤氣化工藝之比選任召金',彭鍇,湯霞槐”,王 冬’(青島科技大學(xué),山東青島266061 ;兗礦嶧山化工有限公司,山東濟寧273500)摘要:論述了DMF(二甲基甲酰胺)項目中煤氣化工藝技術(shù)的選擇過(guò)程;分別闡述了多噴嘴對置式水煤漿氣化工藝和單噴嘴干堞粉氣化工藝2種工藝路線(xiàn)的技術(shù)優(yōu)勢和存在的缺點(diǎn);對比了單噴嘴粉煤氣化爐和多噴嘴水煤漿氣化爐的工藝參數和投資效益;最終選用的是單噴嘴水冷璧粉堞氣化技術(shù)。關(guān)鍵詞: DMF(二甲基甲酰胺);煤氣化工藝技術(shù);單噴嘴干煤粉氣化工藝;多噴嘴對置式水堞漿氣化工藝中圖分類(lèi)號: TQ546文獻標識碼:A文章編號:1004 - 8901(2009)03 -0013 -04Comparison and Selection for Two Kinds of Coal Gasification Process in DMF ProjectREN Zhao- jin, PENC Kai, TANG Xia-huai, WANG Dong(Qindao Science and Tehnology Uniersiy, Qindoo Shandong 266061 China; Yankuang Fengshan ChemicalEngineering Company Id. , Jining Shandong 273500 China)Abstract: Author has discused the selective process for col gasification process technology in the dimethyformamnide (DMF) projects; wuthor hasseparately described the technical sdvantage and the existing shortages for waler coal slury gasificatio proceo with multi-burmners opositely armanged andfor dry coal powder gasifcation procese with singe burmer ;has compared the process parameters and invest benefit for pulverized coal gnaifer having singlebumer with the waler coal slumy gaifer having muli-bumers; the final selection is the pulverized coal gaifcation technology of water cooled wall mem-brane gasifier having singe bumer.Key words: dimethylformamide (DMF); coal gaification proces tchnology; dry coal powder gaification procas with single bumer; waler colslury gasificatio process with rouli- bumers opositely aranged兗礦嶧山化工有限公司造氣工序采用的是固目建設上充分考慮了工藝技術(shù)的先進(jìn)性、前瞻性、定床常壓間歇氣化工藝，用無(wú)煙煤作為原料,產(chǎn)生適用性、以及安全和環(huán)保等多方面因素。在建設項的粗煤氣經(jīng)過(guò)靜電除塵、栲膠法脫硫、中低低變換、目之初對氣化技術(shù)進(jìn)行了細致周密的考察。對氣碳酸丙烯酯脫二氧化碳及銅洗(銅洗之前配以聯(lián)醇化技術(shù)的總體要求是:①適宜使用集團公司所產(chǎn)煤裝置)等凈化處理后,制得精煉氣送往合成氨裝置種(以濟二礦煤或東灘混煤作為燃料煤,北宿混煤生產(chǎn)合成氨與脫碳工段產(chǎn)生的二氧化碳聯(lián)產(chǎn)尿素?；蝓U店混煤作為原料煤) ;②技術(shù)要先進(jìn),有比較高由于固定床間歇法造氣工藝落后,原料只能用無(wú)煙的煤氣產(chǎn)氣效率;③有良好的運行周期;④屬環(huán)境煤,氣化效率- -直較低,尤其是2003年以來(lái),國內煤友好的工藝技術(shù);⑤工藝可靠、自動(dòng)化程度高、操作炭資源緊張,粗煤氣制造成本不斷上升，造成生產(chǎn)容易;⑥有較為成熟的運行經(jīng)驗;⑦項目建設安裝周成本居高不下,嚴重影響了企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。因期短,運行成本低,具有良好的經(jīng)濟效益。此,選擇合適的煤氣化技術(shù),通過(guò)對原料路線(xiàn)的改多噴嘴對置式水煤漿氣化工藝與單噴嘴干煤造,實(shí)現原料煤的本地化供應,降低原料成本,并新粉氣化工藝同屬華東理工大學(xué)、兗礦集團公司共有建DMF(二甲基甲酰胺)裝置,優(yōu)化企業(yè)產(chǎn)品結構,自主知識產(chǎn)權的新型煤氣化工藝技術(shù)。根據集團創(chuàng )造產(chǎn)品多元化，成為兗礦嶧山化工有限公司的現公司總體產(chǎn)業(yè)規劃要求,結合兗礦嶧山化工有限公實(shí)選擇。司實(shí)際情況,決定在這2種氣化工藝技術(shù)之間進(jìn)行比較選擇。1煤氣化工藝技 術(shù)的選擇要素中國煤化工工藝技術(shù)的先進(jìn)性決定項目的市場(chǎng)競爭力。作者刨:.HC N M H G人200年畢業(yè)于山東擬建項目應盡可能采用高新技術(shù),達到國內領(lǐng)先并建筑材料. L業(yè)字院,育島科技大學(xué)控制工程碩士,助理工程師,從事盡可能接近或超過(guò)國際水平。兗礦嶧化公司在項化工生產(chǎn)技術(shù)管理工作?！?8●化肥設計2009年第47卷得水冷壁氣化爐的壽命必然優(yōu)于以耐火磚為爐襯2煤氣化技術(shù)概述的氣化爐。氣流床煤氣化技術(shù)代表著(zhù)煤氣化技術(shù)的發(fā)展3多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)趨勢,是目前最高效、清潔的煤炭利用技術(shù)之一-。國際上最主要的氣化技術(shù)包括:以水煤漿為原料的新型多噴嘴對置式氣化技術(shù)是我國具有自主GE(原Texaco)、多噴嘴對置式水煤漿氣化( OMB)，知識產(chǎn)權的加壓 氣流床氣化工藝技術(shù),是在Texaco以粉煤為原料的Shell、GSP氣化。煤氣化技術(shù)基礎上創(chuàng )新的煤氣化技術(shù)。多噴嘴對水煤漿加壓氣化法與干煤粉加壓氣化法均為置式水煤漿氣化技術(shù)涉及以純氧和水煤漿為原料目前世界上較先進(jìn)的氣化技術(shù),同屬氣流床加壓氣制合成氣的過(guò)程,裝置包括磨煤.氣化、初步凈化及化法。其共同特點(diǎn)是:對煤種的適應范圍較寬,可含渣水處理單元,水煤漿氣化壓力約為6. 5 MPa,溫利用粉煤;單臺氣化爐生產(chǎn)能力較大,氣化操作溫度約為1 250 C。度高;液態(tài)排渣,碳轉化率高,煤氣質(zhì)量好,甲烷含3.1技術(shù)優(yōu)勢量低,不產(chǎn)生焦油、萘、酚等污染物;爐灰渣可以用多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)相對于國外引做水泥的原料和建筑材料,三廢處理簡(jiǎn)單,易于達進(jìn)的水煤漿氣化技術(shù)、干煤粉氣化技術(shù),在設備投到環(huán)境保護的要求;生產(chǎn)控制水平高,易于實(shí)現過(guò)資、運行費用(源于工藝指標的優(yōu)勢)及專(zhuān)利實(shí)施許程自動(dòng)化及計算機控制?？少M等方面具有較大的優(yōu)勢。與Texaco水煤漿氣氣流床氣化爐分為熱壁型和冷壁型。以水煤化技術(shù)相比,其技術(shù)特點(diǎn)如下。漿為原料的GE(原Texaco)、0MB氣流床氣化技術(shù)，(1)多噴嘴對置式氣化爐和新型預膜式噴嘴采用耐火磚熱壁型氣化爐,各裝置向火面耐火磚的的氣化效率高,技術(shù)指標先進(jìn)。與采用Texaco水煤運行壽命有限,約10 000 h。這就意味著(zhù)每1年左漿氣化技術(shù)的兗礦魯南化肥廠(chǎng)同期運行結果相比，右需要更換1次耐火磚,而每次更換耐火磚則需耗有效氣成分提高2% ~3%,CO2含量降低2% ~時(shí)約1.5個(gè)月(包括氣化爐降溫、換磚筑爐、烘爐3% ;碳轉化率提高2% ~3% ,比氧耗降低7.9% ,比等)。隨著(zhù)氣化爐大型化,熱壁型氣化爐耐火磚的煤耗降低2. 2%。用量增大,筑爐工作量及筑爐周期延長(cháng),這也是熱.(2)多噴嘴對置式氣化爐噴嘴之間的協(xié)同作壁型氣化爐大型化不利的方面。例如,直徑2.8m用好， 氣化爐負荷可調節范圍大,目前為50% ~的氣化爐,向火面Cr-AI-Zr耐火磚約需40 t,而直徑110% ,負荷調節速度快,適應能力強,有利于裝置3.4 m的氣化爐,向火面磚約需90 t。由于大型化大型化。氣化爐的筑爐難度增加,滿(mǎn)足耐火磚環(huán)向縫、縱向(3)分級式合成氣初步凈化工藝節能、高效?？p要求方面可能存在問(wèn)題,耐火磚的支撐和固定必表現為系統壓降低 ,分離效果好,合成氣中細灰含須采用新的途徑,因而有可能存在耐火磚串氣、金量低( <1 mg/m' )。屬爐壁超溫等安全隱患。采用耐火磚的熱壁型氣(4)渣水處理系統采用直接換熱技術(shù),熱回收化爐存在耐火磚有限的使用壽命和大型化約束的效率高,克服了設備易結垢和堵塞的缺陷。向題,要實(shí)現氣化裝置的長(cháng)周期高效運轉,必須對(5)多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)與單噴嘴熱壁型氣化爐進(jìn)行改革。頂置的氣化爐相比,在處理能力上有很大的優(yōu)勢。以粉煤為原料的國外Shell、Prenflo及GSP氣化該技術(shù)操作彈性大,增減負荷方便,操作負荷為爐使用水冷壁型式,內壁襯里有水冷管,僅在向火50% ~ 110%。面有1層薄的耐火材料涂層,操作時(shí)壁內形成一層(6)研發(fā)和服務(wù)的技術(shù)力量較為雄厚。渣,用“以渣抗渣”的方式來(lái)保護襯里不受侵蝕。氣32 存在的不足化爐運行時(shí),熔融灰渣遇冷壁發(fā)生相變,掛璧后形多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)存在的不足主成固態(tài)渣層、過(guò)渡層和流動(dòng)渣層,用“以渣抗渣”的要體中國煤化工偏短。目前爐頂方式來(lái)保護襯里不受侵蝕,其中過(guò)渡層和流動(dòng)層隨磚的壽CN MH在現有的高徑比著(zhù)氣化反應的進(jìn)行逐漸更新。由于熔渣導熱系數條件下優(yōu)化⊥乙操作可以延長(cháng)便部耐火磚的使用低,形成非常大的熱阻,對水冷管起到保護作用,使壽命。據專(zhuān)利商介紹,這是由于在設計最初的工業(yè)第3期任召金等DMF 項目的2種煤氣化工藝之比選●19.裝置時(shí),為了節省設備投資,將噴嘴以上空間留得對煤種的灰熔點(diǎn)范圍比其他氣化工藝較寬。對于過(guò)短。在新設計的裝置中,專(zhuān)利商已經(jīng)考慮增加噴較高灰分、較高水分、較高含硫量的煤種也同樣嘴以上空間高度,以提高頂部耐火磚的使用壽命。適應。另外,氣化工藝燒嘴是保證整個(gè)氣化裝置長(cháng)周(2)采用單噴嘴水冷壁式粉煤氣化爐,其結構期運行的關(guān)鍵設備之一,如何通過(guò)改變燒嘴結構和簡(jiǎn)單,便于操作;采用CO2輸送煤粉,工藝合理,能材質(zhì)而延長(cháng)裝置運行周期是專(zhuān)利商和各相關(guān)單位耗低;合成氣初步凈化采用激冷流程,工藝成熟,更下一步工作的重點(diǎn)。適合化工生產(chǎn)。(3)工藝技術(shù)指標先進(jìn)。碳轉化率、比氧耗、4單噴嘴水冷 壁粉煤加壓氣化技術(shù)比煤耗和合成氣有效成分等技術(shù)指標均處于粉煤4.1 技術(shù)現狀氣化技術(shù)的國際先進(jìn)水平?！笆濉逼陂g,水煤漿氣化及煤化工國家工程研(4)環(huán)保指標好。為環(huán)境友好型清潔生產(chǎn)技究中心、華東理工大學(xué)、中國天辰化學(xué)工程公司承術(shù),氣化爐高溫排出的熔渣經(jīng)激冷后成為玻璃狀顆擔了國家重點(diǎn)科技攻關(guān)課題“粉煤加壓氣化制備合粒,性質(zhì)穩定,對環(huán)境影響較小。氣化污水中含氰成氣新技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)" ,先后進(jìn)行了干煤粉進(jìn)料化物少,容易處理,有可能接近零排放。的四噴嘴熱壁氣化爐中試、干煤粉進(jìn)料的單噴嘴熱(5)氣化操作采用先進(jìn)的控制系統。流程設壁氣化爐中試、干煤粉進(jìn)料的單噴嘴水冷壁氣化爐計合理,安全聯(lián)鎖控制系統完備,易于進(jìn)行工程實(shí)中試試驗。該技術(shù)填補了國內空白,中試工藝指標施。設置了必要的DCS、ESD(緊急停車(chē)系統)系統,達到國際先進(jìn)水平。2005年3月,經(jīng)對“十五”攻關(guān)使氣化操作在最佳狀態(tài)下進(jìn)行。中試裝置進(jìn)行調整和改造,進(jìn)行了以N和CO2為輸(6)運轉周期長(cháng)。氣化爐采用水冷壁結構,無(wú)送介質(zhì)的粉煤加壓輸送研究,進(jìn)行了氮氣為載氣的耐火磚襯里,維護量較少,氣化爐內無(wú)傳動(dòng)部件,運單噴嘴干煤粉加壓氣化試驗,實(shí)施了國際上尚未見(jiàn)轉周期長(cháng),無(wú)需備用爐。報道的CO2為輸送介質(zhì)的粉煤加壓氣化運行實(shí)驗。(7)單噴嘴冷壁式粉煤加壓氣化可滿(mǎn)足不同該氣化工藝技術(shù)工業(yè)示范流程構想為:干煤粉規模煤制合成氣、制氫等產(chǎn)品的要求,可廣泛應用進(jìn)料、單噴嘴水冷壁氣化爐、激冷流程、合成氣分級于合成氨、甲醇、煉廠(chǎng)供氫、醋酸等裝置的新建或原凈化及渣水直接換熱。料替代技術(shù)改造,具有投資省、操作可靠性高的經(jīng)過(guò)“+五”期間的研發(fā)和示范,證實(shí)以粉煤為特點(diǎn)。原料的多噴嘴對置式氣化技術(shù)及單噴嘴粉煤氣化43 存在的問(wèn)題工藝是完全可行的，具有操作與調整負荷靈活,工(1)投資決策風(fēng)險大。雖然經(jīng)過(guò)實(shí)驗室小試、藝指標先進(jìn)等特點(diǎn),為進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)水冷壁氣化中試已經(jīng)形成水冷壁氣化爐的放大設計理論,形成爐技術(shù)打下了良好基礎。自主知識產(chǎn)權的干煤粉水冷壁氣化爐技術(shù),然而之為了拓展應用煤種,解決氣化高灰熔點(diǎn)煤的問(wèn)前還沒(méi)有1套工業(yè)示范裝置,將該技術(shù)應用于實(shí)際題,2007年9月建成水冷壁中試氣化裝置進(jìn)行試生產(chǎn)過(guò)程,無(wú)疑將面臨很多困難,認識上也有很多驗,中試裝置主要經(jīng)歷前期設計、加工和建設階段,不足。其工藝流程和一些指標數據和優(yōu)點(diǎn)還需要火焰穩定性調試階段,化I投料階段及長(cháng)周期運行在實(shí)際生產(chǎn)裝置運行后才能得到。對這樣的新技優(yōu)化指標階段, 2007年完成了裝置試車(chē)工作,通過(guò)術(shù),公司- -致認為尚需要- 一個(gè)消化吸收的過(guò)程。在了兗礦集團有限公司技術(shù)中心組織的驗收。工程設計、設備選型、流程配置、施工管理以及從試通過(guò)近7年的努力、國家“十五”科技攻關(guān)及車(chē)到正常運行等方面,也都要有一個(gè)全新認識“十一.五”863計劃支持,先后經(jīng)過(guò)實(shí)驗室小試、中過(guò)程。試,目前該氣化技術(shù)已經(jīng)形成水冷壁氣化爐的放大(2)國內相關(guān)設備的制造廠(chǎng)家都是第1次制作設計理論,擁有了自主知識產(chǎn)權的干煤粉水冷壁氣配套中國煤化工特別是三大件的化爐技術(shù)。外殼YHCN MH Q雄度大.制作周期4.2 技術(shù)優(yōu)勢較長(cháng)。(1)煤種適應性較好。煤種的適應性比較廣,(4)為保持水冷壁管的水量均勻分布，水冷壁●20●化肥設計2009年第47卷管內徑較小，對鍋爐給水的水質(zhì)要求高,同時(shí)對水褒1單噴嘴粉煤氣化爐與多噴喇冰煤漿氣化爐汽系統配管、設備安裝及試車(chē)的要求也高。工藝參數比較(5)從節省甲醇合成裝置的設備投資費用和序號項目單噴嘴粉煤氣化多噴嘴對置式壓縮能耗,便于實(shí)現等壓甲醇合成等方面考慮,選氣化壓力/MPs2.5-4.04.0/6.5擇濕法料漿氣化工藝,氣化壓力在6.5 MPa,可實(shí)2氣化溫度/C1 400~1 6001 200~1400單爐投煤能力/.d-1600~1 000500 ~2000現等壓甲醇的合成。而干法粉煤加壓氣化技術(shù)目4氣化爐爐型水冷壁單噴嘴熱壁式 、四噴嘴前工業(yè)裝置的氣化壓力最高只能達到4.0 MPa,5進(jìn)煤方式粉煤,氮氣輸送水煤漿 、泵送6熱回收方式激冷、廢鍋這樣合成氣經(jīng)凈化后進(jìn)入甲醇合成反應器前仍排渣顆粒排渣液態(tài)排渣需增設壓縮機以提高壓力,從而使合成氣壓縮能8單爐進(jìn)料系統1套耗增加。9控制系統簡(jiǎn)單復雜10 碳轉化奉/%9898 -99.44 單噴嘴水冷璧粉煤氣化示范裝置的產(chǎn)業(yè)化11 合成氣有效成分，>90~83加快實(shí)施單噴嘴冷壁式粉煤加壓氣化技術(shù)產(chǎn)o(CO+H2)/%業(yè)化具有以下重大意義。12冷煤氣效率/%>874 -77(1)我國東北、內蒙及西南地區有大量的褐13投資/億元~1.1-1.15煤,褐煤由于自身的特點(diǎn)更適合粉煤氣化,對單噴14 國內工業(yè)化裝置巳無(wú)2嘴冷壁式粉煤加壓氣化技術(shù)進(jìn)行工業(yè)示范,將大大正常運轉套數拓展煤種適應性,擴大煤化工原料范圍,對國家、企由表1可以看出,雖然單噴嘴粉煤氣化爐比多噴業(yè)及兗礦集團自身的發(fā)展都有促進(jìn)作用。嘴對置式水煤漿氣化爐投煤量小，但其合成氣有效成(2)應該看到,新型多噴嘴對置式水煤漿氣化分、冷煤氣效率遠超過(guò)多噴嘴對置式水煤漿氣化爐。技術(shù)的推廣取得了巨大成績(jì),它的特點(diǎn)是適合大型化。目前,國內的幾百家中小型氮肥廠(chǎng)需要技術(shù)改6結語(yǔ)造,很多有機化工廠(chǎng)需要CO和H2作為原料,這是(1)嶧化公司認為純粹從工藝技術(shù)角度考慮,一個(gè)非常龐大的市場(chǎng)。單噴嘴冷壁式粉煤加壓氣新型多噴嘴對置式水煤漿氣化工藝應該是本項目化爐可以適應處理煤量為500.750、1 000 Vd,可以水煤漿氣化技術(shù)的首選方案,但是從整個(gè)集團公司滿(mǎn)足從有機化工產(chǎn)品到30萬(wàn)Va合成氨的需求。煤化工的產(chǎn)業(yè)規劃角度考慮,選用單噴嘴水冷壁粉該技術(shù)早8進(jìn)行工業(yè)示范,可以與四噴嘴技術(shù)互為煤氣化技術(shù)具有更深層次的現實(shí)意義與長(cháng)遠意義。補充,為兗礦集團在煤化工領(lǐng)域的核心競爭力提供(2)嶧化公司充分認識到并將有意識地防范強大的保證。由此帶來(lái)的風(fēng)險:①持續關(guān)注研究收集貴州開(kāi)陽(yáng)(3)目前國內粉煤氣化技術(shù)已經(jīng)三分天下，化工氣化爐的操作運行情況;②嚴密關(guān)注水煤漿氣Shell在國內簽約19家,GSP簽約5家(含科林公司化及煤化工國家工程研究中心對中試裝置放大后1家),航天爐在安徽臨泉和河南濮陽(yáng)的示范裝置已的技術(shù)改進(jìn)方案、實(shí)施進(jìn)展以及投用后的改進(jìn)效經(jīng)開(kāi)車(chē),提供技術(shù)、設備、儀表技術(shù)服務(wù)等內容的果;③充分發(fā)揚全體員工艱苦創(chuàng )業(yè)、協(xié)力攻關(guān)的精服務(wù),發(fā)展潛力很大。神,力爭在國內建成首套單噴嘴水冷壁粉煤氣化工通過(guò)單噴嘴水冷壁粉煤氣化工業(yè)示范的實(shí)施，業(yè)示范裝置。使自主知識產(chǎn)權的氣流床煤氣化技術(shù)真正能夠與參考文獻:國外技術(shù)相抗衡,實(shí)現氣化裝置的長(cháng)周期、高效率[1]曹永東. 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