鐵合金焦氣化制合成氣

第2期(總第99期)煤化工No. 2(Total No 99)2002年4月Coal Chemical IndustryApr.2002鐵合金焦氣化制合成氣門(mén)長(cháng)貴1黃曄2胡斌2(1.西北化工研究院,710600;2.陜西榆林天然氣化工有限責任公司,719000)摘要本文介紹了鐵合金焦固定床間歌氣化制取合成氣的生產(chǎn)技術(shù),針對鐵合金焦的特性,采用特殊的制氣工藝條件和操作條件在工業(yè)生產(chǎn)裝置上試燒取得了良好的結果,表明鐵合金焦完全可以作為合成氣生產(chǎn)的原料關(guān)鍵詞鐵合金焦氣化合成氣文章編號:1005-9598(2002)02-0020-04中圖分類(lèi)號:TQ54文獻標識碼:A該公司共同合作進(jìn)行了鐵合金焦的工業(yè)試燒試驗,引言以探索鐵合金焦氣化制取合成甲醇原料氣的可行神府煤田是榆林地區儲量豐富開(kāi)采方便的大型性制氣工藝條件操作控制參數及技術(shù)經(jīng)濟指標為煤田,其煤質(zhì)以老年褐煤或年輕長(cháng)焰煤為主。然而該大型工業(yè)生產(chǎn)裝置的設計和操作提供可靠幕的依據。地區卻不產(chǎn)無(wú)煙煤,一些以煤為原料生產(chǎn)合成氨甲1鐵合金焦焦質(zhì)特點(diǎn)醇的廠(chǎng)家只能舍近求遠,從外地購買(mǎi)高價(jià)無(wú)煙煤作原料,在目前當地鐵路運輸十分不方便的情況下,造成鐵合金焦的焦質(zhì)分析見(jiàn)表1這些企業(yè)生產(chǎn)成本增加,經(jīng)濟效益下降。近年來(lái),榆林表1鐵合金焦焦質(zhì)分析結果地區為了充分利用當地豐富的煤炭資源,每年生產(chǎn)近焦鐵合金焦500萬(wàn)t鐵合金焦。這種焦炭由于其理化性能特殊3焦質(zhì)較差,一直未能得到合理的利用,在當地售價(jià)非工業(yè)分析/質(zhì)量分數%I1.628.59常低廉,僅作為燃料使用,浪費了寶貴的資源。鐵合金焦(又名藍炭)是利用當地變質(zhì)程度較淺的煙煤經(jīng)中溫脫揮發(fā)分處理的一種質(zhì)量較差的焦炭,。元素分析/質(zhì)量分數%4.10與冶金焦和無(wú)煙煤相比,這種焦炭揮發(fā)分高,機械強0.920.20度和熱穩定性差,灰熔點(diǎn)溫度低。因此,用作固定床間歇氣化爐的原料,必須采用特殊的制氣工藝條件和操灰熔點(diǎn)/CI070l090作控制手段才能滿(mǎn)足合成氣生產(chǎn)的制氣要求。發(fā)熱量/·g28560陜西榆林天然氣化工有限責任公司,是一座以抗破碎強度/%76.54天然氣為原料的合成甲醇廠(chǎng),由于天然氣價(jià)格的調穩定性/%800C整和生產(chǎn)裝置的擴建,該公司從長(cháng)遠的經(jīng)濟利益和學(xué)反應活性(a值)/%37.0當地的資源優(yōu)勢出發(fā),擬采用固定床氣化技術(shù),以本1000℃地豐富的低價(jià)鐵合金焦為原料生產(chǎn)合成甲醇原料氣。利用鐵合金焦作固定床氣化的原料生產(chǎn)水煤氣15.4TiO,0.08尚未有先例和經(jīng)驗可借鑒,為此西北化工研究院和灰組成/%中國煤化工收稿日期:2001-10-186.98作者簡(jiǎn)介:門(mén)長(cháng)貴,男,1954年6月出生,1978年畢業(yè)于華東CNMHG3.85U I m/s理工大學(xué)煤化工專(zhuān)業(yè),高級工程師?，F任西北化工研究院煤結渣性/%0.2m/s氣化研究所所長(cháng)。多年來(lái)一直從事煤氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究工0.3m/s作,有多項煤氣化技術(shù)成果。2002年A月門(mén)長(cháng)貴等:鐵合金焦氣化制合成氣試燒焦樣的粒度分布如下:解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,也是解決鐵合金焦能否作為粒度/mm>75<25固定床氣化的原料在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中長(cháng)期、穩定、連重量分布/%850.5續、經(jīng)濟運行的關(guān)鍵所在焦質(zhì)分析的結果表明:鐵合金焦質(zhì)量較差,其理化特性是,揮發(fā)分含量高,灰熔點(diǎn)溫度低,抗破碎機2鐵合金焦氣化試驗械強度和熱穩定性差,反應活性較高這種焦炭的特點(diǎn)決定了它用于常壓固定床間歇氣化,無(wú)法沿用常鐵合金焦氣化試驗是在西北化工研究院固定床規的制氣工藝條件和操作控制手段,如何穩定爐況,氣化小型工業(yè)生產(chǎn)裝置上進(jìn)行的。生產(chǎn)裝置的氣化提高氣化強度,保證合格的煤氣組分是試燒中需要工藝流程示于圖1。樓料汽包氣化爐塔冷卻水洗氣箱圖1鐵合金焦試燒裝置工藝流程示意圖試燒采用固定床常壓間歇氣化制水煤氣,制氣為了探求鐵合金焦的較佳制氣工藝條件,對鐵過(guò)程分為:空氣鼓風(fēng)蓄熱、蒸汽吹凈、蒸汽上吹制氣合金焦分別進(jìn)行了不同制氣工藝條件的對比試驗,和下吹制氣、二次上吹制氣五個(gè)過(guò)程整個(gè)制氣過(guò)程試驗結果見(jiàn)表2、表3和表4。是利用自動(dòng)機控制。原料焦由自動(dòng)分布加料器定時(shí)表2工藝條件試驗結果供給。吹風(fēng)氣經(jīng)煙囪排放,粗煤氣經(jīng)除塵,兩級洗滌A-1A-2A-3后送到400m3緩沖氣柜,由緩沖氣柜穩壓、穩流、計原料焦量/kg:h-1量,連續經(jīng)過(guò)焦炭過(guò)濾器,電捕焦油器,脫除焦油,再空氣量/m3h4752430由加壓風(fēng)機升壓,經(jīng)活性炭脫硫后送到儲氣柜。紫汽量/kg:h整個(gè)試燒過(guò)程分為三個(gè)階段:預試燒;制氣工藝煤氣量/m3·h-1條件優(yōu)化試驗;連續運行考核試驗。CO2/%12.612.213.4CO/%預試燒粗l2/%煤預試燒參照已用于工業(yè)化生產(chǎn)的同類(lèi)煤種的制CH4/%312.9N2/%6.6氣工藝操作條件進(jìn)行試驗中發(fā)現,由于鐵合金焦灰O2/%熔點(diǎn)較低,在低吹風(fēng)空氣量的情況下,氣化強度和產(chǎn)H,S/mg.m-3255.0236.0270.020.024.020.0氣量較低,爐底灰層成渣性差,煤氣中CO2含量偏氣化強度/m,(m2,h)-4344541高2%~3%。出此證明,在氣化低灰熔點(diǎn)的鐵合金中國煤化工1.30135焦時(shí),為了防止爐內結疤,吹風(fēng)量過(guò)低將會(huì )導致反應化44.945.7層蓄熱量過(guò)少,難以滿(mǎn)足制氣要求,對于特定的原料CNMHG.43.應有特殊的制氣工藝條件2.2.1吹風(fēng)強度試驗考慮到鐵合金焦灰熔點(diǎn)低2.2制氣工藝條件優(yōu)化試驗機械強度和熱穩定性差,入爐焦樣粒度偏小等因素,煤化工2002年第2期表3工藝條件試驗結果焦較低的灰熔點(diǎn)特性和適宜的吹風(fēng)強度,為保證爐編號B-1B-2B-3內足夠的蓄熱量以利于提高制氣效果。分別對制氣原料焦量/kg·h511循環(huán)時(shí)問(wèn)進(jìn)行了對比試驗,兩種制氣循環(huán)時(shí)間為空氣量/m3h27502172527303mim和2.5min,制氣循環(huán)時(shí)間長(cháng),爐內溫度變化蒸汽量/kg·h大,吹風(fēng)氣中一氧化碳偏高,下吹制氣量低,蒸汽分煤氣量/m3·h-1解率低,不利于穩定爐況。制氣循環(huán)時(shí)間短,爐溫變14.213.614.0CO/%29.425.826.2化小,吹風(fēng)氣中一氧化碳含量降低,水蒸氣分解率提粗煤氣組成一H2/%47.349492高根據鐵合金焦高反應活性的特點(diǎn)宜采用短循環(huán)CH4/%2.7N2/%6.0制氣更為有利,兩種制氣循環(huán)時(shí)間的對比試驗充分O2/%說(shuō)明鐵合金焦短循環(huán)制氣時(shí)間比長(cháng)循環(huán)制氣時(shí)間的H2S/mg.m-3265245COs/mg·m-20.220.219.0技術(shù)指標較優(yōu)對于鐵合金焦低灰熔點(diǎn)的特性,通過(guò)吹風(fēng)強度要氣化強度m3:(m2h)4533461489氣產(chǎn)氣率/m2kg1.291.37試驗證明,高風(fēng)量不利于穩定爐況和提高制氣效果,指/媒氣效率/%5.94334.4考慮到物熱平衡保證制氣階段炭層有足夠的蓄熱飛灰率/%4.84.74,7量,在中等吹風(fēng)強度的情況下,必須相應地延長(cháng)吹風(fēng)表4工藝條件試驗結果時(shí)間,因此對吹風(fēng)時(shí)間進(jìn)行了對比試驗,通過(guò)對吹風(fēng)C-1 C-2C時(shí)間的試驗探索表明,鐵合金焦適宜的吹風(fēng)量和吹原料焦量/kg·h風(fēng)時(shí)間是保證炭層有足夠蓄熱量的關(guān)鍵條件?？諝饬?m3·h-196530003200在工藝條件試驗過(guò)程中,其上、下吹蒸汽量的調蒸汽量/kg·h604655節和控制是根據吹風(fēng)強度、吹風(fēng)時(shí)間和蒸汽分解率煤氣量/m3·h-781的測定結果而改變的。一般保持蒸汽分解率在40%Co/%29.650%的范圍為宜。H2/%2.3連續運行考核試驗N2/%9續運行考核試驗是在制氣工藝條件優(yōu)化試驗O2/%0.2的基礎上進(jìn)行的,選取較佳的制氣工藝條件,經(jīng)連續H2S/mg367COS/ mg20.21.815.2十五天的制氣考核試驗,氣化爐運行穩定,氣化強度和產(chǎn)氣量、煤氣組分、飛灰量和碳轉化率等各項氣化要氣化強度加m3·(m2h)538546513產(chǎn)氣率/m3·k1.481.501.42指標比較理想,連續運行考核試驗有代表性的操作冷煤氣效率/%0.952.250.3數據列于表5。飛灰率/%表5工藝條件試驗結果通過(guò)預試燒階段工藝條件的探索,吹風(fēng)強度試驗由編號D-1D-2D-3低向高進(jìn)行,分三個(gè)過(guò)程進(jìn)行試驗,第一個(gè)過(guò)程吹風(fēng)原料焦量/k量為2200m3/h~2500m3/h,第二個(gè)過(guò)程吹風(fēng)量空氣量/m3·h蒸汽量/kg·b-577627611為2500m3/h~3000m3/h,第三個(gè)過(guò)程吹風(fēng)量為煤氣量/m3·h-17867908093000m3/h~3200m3/h,同時(shí)相應調整蒸汽用量。1.813.313.6CO/%對三個(gè)過(guò)程的煤氣產(chǎn)量粗煤氣的組成成渣形態(tài),粗548.750.2飛灰帶出物量,氣化爐況等進(jìn)行綜合對比分析,低風(fēng)CH4/%1.72.32.4量時(shí),成渣較差煤氣產(chǎn)量較低粗煤氣中CO2偏N2/%高,說(shuō)明爐溫較低時(shí),不利于整個(gè)制氣過(guò)程。對比第H2S/mg·m-32:1.533.0二個(gè)過(guò)程和第三個(gè)過(guò)程,高風(fēng)量時(shí)煤氣產(chǎn)量和組成COS/mg·m8.324.027.3主反而較中風(fēng)量時(shí)差,從三個(gè)過(guò)程的吹風(fēng)強度對比試變中國煤化工525661.53驗看來(lái)鐵合金焦在所試驗的氣化爐的適宜吹風(fēng)量化CNMHG532538為2800m3/h~3000m3/h飛灰率/%2.2.2制氣循環(huán)時(shí)間及百分比分配鑒于鐵合金2002年4月門(mén)長(cháng)貴等:鐵合金焦氣化制合成氣·23·環(huán)保要求3問(wèn)題討論3.4有害物組分的分析在鐵合金焦試燒過(guò)程中,粗煤氣中H2S含量約3.1原料焦樣為350mg/m3,OS:23mg/m3,不飽和烯烴含量35針對鐵合金焦樣機械強度和熱穩定性差反應106,焦油180mg/m3,污水中的焦油、塵及有害活性高的特點(diǎn),工業(yè)生產(chǎn)中人爐原料焦應選用粒度物組分等與無(wú)煙煤固定床氣化相當,其三廢處理的較大的塊焦,盡量減少小顆粒焦炭,以提高氣化強方法可參照常規的固定床氣化三廢處理方法。度,降低帶出物和飛灰的含量同時(shí)還應注意選擇適宜的吹風(fēng)強度,防止吹風(fēng)煙氣中大量粉塵帶出而污4結論染環(huán)境。3.2粗煤氣的組成4.1以鐵合金焦為原料,采用固定床間歇氣化技術(shù)雖然鐵合金焦揮發(fā)分含量和反應活性較高,對制取合成氨或合成甲醇原料氣在技術(shù)上是完全可行提高氣化強度比較有利,然而它灰熔點(diǎn)低的特性又的。由此可見(jiàn),只要采用特殊的制氣工藝條件,鐵合限制氣化爐無(wú)法采用大風(fēng)量高爐溫來(lái)控制操作,因金焦完全可以作為生產(chǎn)合成氣的良好原料。此粗煤氣中CH4和CO2含量偏高。在工業(yè)化生產(chǎn)的4.2鐵合金焦屬于低灰熔點(diǎn)、高揮發(fā)分、機械強度大裝置上運行時(shí),爐徑放大,熱效率提高后CO2和和熱穩定性差的焦炭,用于固定床氣化難以采用大CH4含量可以進(jìn)一步下降。另外在試燒過(guò)程中由于風(fēng)量高爐溫的制氣工藝,為保證制氣反應炭層所需裝置本身的原因會(huì )導致煤氣中N2含量和下行煤氣的足夠蓄熱量和穩定的爐況,應采用“弱風(fēng)長(cháng)吹”的中O2含量也偏高工藝條件強化制氣過(guò)程,即特殊的制氣循環(huán)時(shí)間和3.3吹風(fēng)煙氣的熱量回收百分比分配。對于不同爐徑的氣化爐,其制氣工藝條鐵合金焦揮發(fā)分含量高,反應活性好,在吹風(fēng)蓄件還需進(jìn)一步探索和優(yōu)化熱過(guò)程中吹風(fēng)強度又不能太高,因此吹風(fēng)煙氣中可4.3鐵合金焦用于固定床氣化制取合成氣,既解決燃組分CO:8%~9%,H2:2%~4%,CH4:2%了當地無(wú)煙煤短缺的問(wèn)題,又為廉價(jià)鐵合金焦的綜3%,熱值達2.5MJ/m3左右,其回收利用的最佳方合利用找到一條出路,具有較高的能源利用效率和法是經(jīng)燃燒爐燃燒,回收余熱生產(chǎn)蒸汽,使氣化工藝顯著(zhù)的經(jīng)濟效益。過(guò)程中蒸汽能自給,并且可使吹風(fēng)煙氣的排放達到Iron-alloy Coke Gasification to produce Synthesis gasMEN Chang-gui! HUANG Ye2 HU Bin2(1. Northwest Research Institute of Chemical Industry, 710600;2. Shaanxi Yulin Natural Gas Chemical Industry Limited Company, 719000)Abstract The process technology to produce synthesis gas by iron-alloy coke with fixed-bed gasifica-tion has been introduced in this paper In accordance with iron alloy coke character, the test was carried outin a commercial unit by special process and operation conditions, the test results show that iron-alloy cokecomplctcly suitable for producing synthesis gas.Key words iron-alloy coke, gasification, synthesis gas更·怪怪++怪怪+++++++++峰++刊期變更通知:經(jīng)國家科技部、國家新間V中國煤化工局批準煤化工》期刊從2002年開(kāi)始由季刊改為雙月刊。CNMHG《煤化工》編輯部于于→平乎→訂→母+正→于5于→于→蛋→于受+亞于→蛋于于于于于受亞亞→