四種煤氣化技術(shù)及其應用

河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2008年第25卷四種煤氣化技術(shù)及其應用李瓊玖,鐘貽烈,廖宗富,漆長(cháng)席,周述志,趙月興(成都益盛環(huán)境工程科技公司,四川成都610012)摘要:介紹了4種煤氣化工藝技術(shù),包括殼牌工藝、德士古水煤漿氣化工藝、思德工藝、灰熔聚流化床氣化工藝,對其技術(shù)特點(diǎn)、工藝流程、主要設備及應用實(shí)例進(jìn)行了詳細闡逑,并對4種工藝進(jìn)行了對比。關(guān)鍵詞:煤氣化;殼牌工藝;德士古;恩德工藝;灰熔聚工藝;煤氣爐中圖分類(lèi)號:TQ546文獻標識碼:A文章編號:003-3467(2008)03-0004-04Four Coal Gasification Technologies and Their ApplicationLI Qiong-jiu, ZHONG Yi-lie, LIAO Zong-fuQI Chang-xi, ZHOU Shu-zhi, ZHAO Yue -xingChengdu Yisheng Environment Engineering Techology Co Ltd, Chengdu 610012, China)Abstract: Four coal gasification technologies, including Shell technology, Texaco coal-water slurry gasifi-cation, Enticknap process, ash agglomeration fluidized bed gasification technology are introduced, and thetechnical features, technological process, main equipment and application example of the four technologiesare described in detailKey words: coal gasification Shell technology i Texaco; Enticknap process i ash agglomeration technology gas stove1殼牌粉煤氣化制取甲醇合成氣比其它氣化工藝更寬。對于高灰分、高水分、含硫量高的煤種同樣適應②氣化溫度約1400~1700℃1.1殼牌工藝技術(shù)的特點(diǎn)碳轉化率高達99%以上,產(chǎn)品氣體相對潔凈,不含殼牌煤氣化過(guò)程(SCGP工藝)是在高溫加壓下重烴甲烷含量極低,煤氣中有效氣體(CO+H2)高進(jìn)行的是目前世界上最為先進(jìn)的第FG代煤氣化達90%以上。③氧耗低,與水煤漿氣化相比氧氣工藝之一。按進(jìn)料方式殼牌煤氣化屬氣流床氣化,消耗低,因而與之配套的空分裝置投資可減少。④煤粉氧氣及蒸汽在加壓條件下并流進(jìn)入氣化爐內,單爐生產(chǎn)能力大,目前已投入運轉的單爐氣化壓力在極為短暫的時(shí)間內完成升溫、揮發(fā)分脫除、裂解、為3MPa,日處理煤量已達200⑤氣化爐采用燃燒及轉化等一系列物理和化學(xué)過(guò)程。一般認為,水冷壁結構無(wú)耐火磚襯里維護量少氣化爐內無(wú)由于氣化爐內溫度很高,在有氧存在的條件下,碳、轉動(dòng)部件,運轉周期長(cháng),無(wú)需備爐。⑥熱效率高煤揮發(fā)分及部分反應產(chǎn)物(H2、Co等)以發(fā)生燃燒反中約83%的熱能轉化在合成氣中約15%的熱能被應為主;在氧氣消耗殆盡之后發(fā)生碳的各種轉化反回收為高壓或中壓蒸汽,總的熱效率為98%左右。應過(guò)程進(jìn)入到氣化反應階段,最終形成以CO、H2⑦氣化爐高溫排出的熔渣經(jīng)激冷后成玻璃狀顆粒,為主要成分的煤氣離開(kāi)氣化爐。性質(zhì)穩定,對環(huán)境幾乎沒(méi)有影響。氣化污水中含氰殼牌粉煤氣化的技術(shù)特點(diǎn):①干煤粉進(jìn)料,加壓化合物少,容易處理,必要時(shí)可做到零排放對環(huán)境氮氣輸送,連續性好,氣化操作穩定。氣化溫度高,保護十分有利。⑧殼牌公司專(zhuān)利氣化燒嘴可根據需煤種適應性廣,從無(wú)煙煤、煙煤、褐煤到石油焦均可要選擇氣化壓力2.5-4.OMPa,設計保證壽命為氣化對煤的活性幾乎沒(méi)有要求對煤的灰熔點(diǎn)范圍8000h,荷蘭 Demkolec電廠(chǎng)使用的燒嘴在近4年中國煤化工收稿日期:2007-10-13CNMHG作者簡(jiǎn)介:李瓊玖(1930-),男,教授級高級工程師研究員長(cháng)期從事化工設計,建設生嚴工程技術(shù)工作,主編(合成氨與碳一化學(xué))《醇醚燃料與化工產(chǎn)品鏈工程技術(shù)》專(zhuān)著(zhù)發(fā)表論文百余篇電話(huà):(028)86782889。第3期李瓊玖等:四種煤氣化技術(shù)及其應用的運行中尚未更換過(guò),累計運行時(shí)間超過(guò)7500h,中生成氣態(tài)的硫化物、鹵素、分子態(tài)氮痕量氰化氫。這是氣化裝置長(cháng)周期運行的又一重要保證。⑨氣化氰化氫及硫氧化碳(COS)被催化轉化為氨及硫化操作采用先進(jìn)的控制系統,其中包括殼牌公司專(zhuān)有氫,鹵素和氨經(jīng)水洗塔洗滌除去。水洗后的合成氣的工藝計算機技術(shù),設有必要的安全聯(lián)鎖及控制系送入后續工序。統,使氣化操作于最佳狀態(tài)下進(jìn)行。在氣化爐內氣化產(chǎn)生的高溫熔渣,自流入氣化1.2工藝流程爐下部的渣池進(jìn)行激冷,高溫熔渣經(jīng)激冷后形成數目前,殼牌煤氣化裝置從示范裝置到大型工業(yè)毫米大小的玻璃體,可作建筑材料或用于路基化裝置均采用廢鍋流程,簡(jiǎn)略流程圖見(jiàn)圖1。1.3主要設備循環(huán)氣去激冷循環(huán)壓縮機殼牌煤氣化裝置的核心設備是氣化爐和合成氣冷卻器殼牌煤氣化爐主要由內筒和外筒兩部分構成回既氣化爐內筒上部為燃燒室,下部為激冷室,煤粉及氧高壓氮合成氣粗合二氧化璜氣在燃燒室反應,溫度為1600℃左右。為了避免高溫、熔渣腐蝕及開(kāi)停車(chē)產(chǎn)生應力對耐火材料的破高壓氧氣壞而導致氣化爐無(wú)法長(cháng)周期運行,殼牌氣化爐內筒采用水冷壁結構,僅在向火面有一層薄的耐火材料返回飛灰涂層,正常操作時(shí)依靠掛在水冷壁上的熔渣層保護圖1殼牌氣化裝置簡(jiǎn)略流程金屬水冷壁氣化爐內筒與外筒之間有空隙氣層,內殼牌煤氣化工藝(SCGP)是以干煤粉為原料純筒僅承受微小壓差。與其他氣化爐不同殼牌氣化氧作為氣化劑,液態(tài)排渣,屬加壓氣流床氣化工藝。爐采用側壁燒嘴,并且可根據氣化爐能力由4-8個(gè)原煤先行破碎、研磨成煤粉并經(jīng)干燥處理,再用氮氣燒嘴中心對稱(chēng)分布。將送入貯罐內的煤粉與氧氣和蒸汽一起送進(jìn)氣化爐殼牌煤氣化爐包括膜式水冷壁、環(huán)形空間和壓的燃燒室。上述過(guò)程中所使用的氧氣和氮氣均由同力外殼等,下部裝有破渣機及鎖渣罐,膜式水冷壁懸套空氣分離裝置所產(chǎn)生。噴入氣化爐的煤粉、氧掛在壓力殼體中。氣和蒸汽是在高于氣化壓力0.5MPa下通過(guò)對列式①膜式水冷壁:殼牌在阿姆斯特丹的實(shí)驗氣化燒嘴進(jìn)入爐膛,在氣化爐內1400-1700℃、3.5~爐內都有耐火襯里,但根據實(shí)際操作經(jīng)驗,殼牌認為40MPa的條件下發(fā)生化學(xué)反應。高的氣化溫度確即使最先進(jìn)的耐火磚,在高溫、高熱負荷和熔渣不斷保煤中所含的灰分熔渣沿氣化爐膜壁自由流下至氣侵蝕的環(huán)境下,也難以保證高強度和長(cháng)壽命運行化爐底部,變成一種玻璃狀不可瀝濾的爐渣而排出。所以,確定在氣化爐的高壓殼體中安裝用沸水冷卻這個(gè)溫度亦防止有毒熱解副產(chǎn)物的形成,并可以獲的膜式水冷壁(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“膜式壁”),使工藝過(guò)程得高的碳轉化率(≥99%),還確保了粗合成氣基本(即氧化反應)在有膜式壁圍成的空腔內進(jìn)行。氣上沒(méi)有比甲烷重的有機組分?；瘔毫τ赏獠康母邏簹んw承受,內件只承受壓差,屬氣化爐頂的合成氣(~1500℃)用返回的粗合低壓設備。膜式壁一方面提高了SCGP的效率,不成氣激冷至850~900℃,然后進(jìn)入合成氣冷卻器需要外加蒸汽,并可副產(chǎn)中、高壓蒸汽;同時(shí)也增強即廢熱鍋爐)作進(jìn)一步冷卻,氣化爐內膜式水冷壁了工藝操作強度,但膜式壁增加了工程設計的難度及廢鍋可同時(shí)產(chǎn)生高、中壓蒸汽。從氣化爐出來(lái)的和制造的復雜程度。②環(huán)形空間:環(huán)形空間位于壓合成氣中所攜帶的少量灰分顆粒在組合式陶瓷過(guò)濾力容器和膜式壁之間。設計環(huán)形空間是為了容納器中分離除去,干灰進(jìn)入灰鎖斗,然后送往儲倉,可水/蒸汽的輸出/輸入管和集管,而且便于檢查和維作為水泥的配料。干法除塵后合成氣中含塵約為修。環(huán)形空間的尺寸為800mm,膜式壁作為懸掛系10×10-6,經(jīng)水洗后含塵量為1×106。離開(kāi)氣化統放在氣化爐內,很好地解決了熱補償問(wèn)題。③壓工序的合成氣中含有80%~83%的原煤能量,被稱(chēng)力殼中國煤化工采用標準化設計為冷煤氣效率。由氣化爐和合成氣冷卻器產(chǎn)生的蒸可按CNMH造,材料一般用汽含有另外的14%~16%的原煤能量低鉻鋼。國內設計、國內制造時(shí),可采用國內生產(chǎn)的煤炭中所含的硫、鹵素及氮化合物在氣化過(guò)程1 ArMoR材料。④內件:為了確保材料能承受實(shí)際河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2008年第25卷的工藝條件,又考慮易于制造和維修、便于安裝和焊件比較惡劣。由于溫差大,如何消除或減少熱應力接,內件材料采用IN625及DN1735,高速激冷器給設備帶來(lái)的損害也是必須周密考慮的問(wèn)題。合成及激冷環(huán)采用IN825。⑤燒嘴:燒嘴的空氣動(dòng)力學(xué)氣冷卻器的金屬外筒為受壓容器承受的溫度不高設計和所產(chǎn)生的熱量效果是SCGP多年研究開(kāi)發(fā)后(設計溫度約350℃)。內件由圓筒型水冷壁和若確定的。工程設計不僅要考慮噴嘴的基本機械設計干層盤(pán)管型水冷壁組成,盤(pán)管型水冷壁各層之間密要求,還要考慮制造上的要求。燒嘴的可靠性和壽封分隔為消除水冷壁上的積灰,廢鍋可根據需要設命不低于連續一年以上運轉。氣化爐燒嘴安放在氣置若干數量的氣動(dòng)敲擊除灰裝置,定期或不定期進(jìn)化爐下部對列式布置數量一般為4~6個(gè)。⑥破行振動(dòng)除灰。渣機:殼牌原設計氣化爐底部無(wú)破渣機,在生產(chǎn)操作氣化爐和合成氣冷卻器頂部用導氣管連接,導過(guò)程中曾發(fā)生鎖斗閥堵塞?，F增設破渣機,不會(huì )再氣管內部也為水冷壁結構。出現大渣堵塞情況。⑦鎖渣罐:與德土古煤氣化爐1.4殼牌煤制甲醇設計大型工藝流程設備的組合致單元。合成氣冷卻器用于回收高溫煤氣的顯熱,既要60萬(wàn)va(120萬(wàn)va)生產(chǎn)單元方塊流程詳見(jiàn)承受高溫高壓,又要承受煤氣中粉塵的沖涮操作條圖2。國產(chǎn)化或購買(mǎi)國外閑置設備粉煤1套爐(引進(jìn))1套(國產(chǎn))1套7MPa粉煤氣化6 MPL等壓合成甲醇精餾精甲醇15萬(wàn)ua液氨(30萬(wàn)ta)6MPa甲醇弛放氣(120萬(wàn)a)CO+Hx+Nz6 MPa氨合成壓縮}甲烷化中亞聯(lián)尿C變換聯(lián)尿及氨合成全部國產(chǎn)化或利用已有生產(chǎn)裝置,不需配套尿素26萬(wàn)ⅵa(大顆粒)原成都化肥(52萬(wàn)a)生產(chǎn)技術(shù)圖2煤制甲醇60萬(wàn)va(120萬(wàn)a)生產(chǎn)單元方塊流程產(chǎn)品規模精甲醇60萬(wàn)va;合成氨(利用弛放排放或少排放的目的。④含N2的6MPa甲醇弛放氣)15萬(wàn)ta;大顆粒尿素26萬(wàn)υa。氣回收經(jīng)CO變換成CO2和H2,送人已有合成氨和原料及動(dòng)力消耗:煙煤97.5萬(wàn)va;電約3萬(wàn)尿素生產(chǎn)裝置或在等壓下進(jìn)行聯(lián)尿代替專(zhuān)門(mén)的COkW·h;原水500m3/h脫除同時(shí)生產(chǎn)尿素。由于粉煤氣化系用高壓N2將煤制甲醇的組合單元技術(shù):①殼牌粉煤加壓純煤粉吹入爐中,于是合成氣中含有一部分N2,需在氧氣化炭的利用率為99%,1臺爐子生產(chǎn)60萬(wàn)Ua甲醇合成中弛放出來(lái),采用聯(lián)氨聯(lián)尿技術(shù),在60萬(wàn)甲醇合成氣,C0+H2甲醇合成氣可滿(mǎn)足配氫氣生ta煤制甲醇中,甲醇弛放氣可生產(chǎn)15萬(wàn)ta合成產(chǎn)120萬(wàn)va甲醇,氣化壓力7MPa的合成氣在等氨經(jīng)變換后的變換氣聯(lián)尿可生產(chǎn)26萬(wàn)va尿素。壓下合成甲醇,免去復雜的合成氣壓縮機,并節省壓通過(guò)多聯(lián)產(chǎn)后,使原料煤炭得到充分利用,如煤中硫縮所需動(dòng)力。②活化甲基二乙醇胺用于合成氣凈化物回收成硫黃,弛放氣(CO+H2+N2)回收成尿化,同時(shí)具有物理和化學(xué)吸收作用,增強了吸收效素產(chǎn)品,既免去煤炭直接燃燒利用排放出大量的率,既無(wú)冷熱癥(同低溫甲醇洗比),又有利于大型H2S毒物及CO2和粉塵造成對環(huán)境的巨大危害,又化,1套可滿(mǎn)足60萬(wàn)∽a甲醇生產(chǎn)能力,且有我國自可以變廢為寶。主的知識產(chǎn)權。③甲醇合成和精餾設備國產(chǎn)化或購我國最先引進(jìn)殼牌氣化爐的湖北雙環(huán)油改煤工買(mǎi)國外大型天然氣制甲醇閑置設備配套僅用1臺程,是國內外第一家采用該技術(shù)制取合成氨原料氣結構簡(jiǎn)單的一段壓縮的離心式循環(huán)機,所組成單系的項目,采用3.5MPa干煤粉氣化技術(shù)取代原32列流程短、設備少能耗低、投資省的先進(jìn)成熟可靠MPaA舞造氣。已經(jīng)采用或裝置。在電力豐富地區或靠近水力發(fā)電用水電解配準備中國煤化工柳州化肥廠(chǎng)、湖南氫,在大煉焦廠(chǎng)用焦爐氣高壓非催化轉化制氫都可洞庭CNMHG公司、湖北枝江化充分利用粉煤氣化的合成氣中所含有的CO滿(mǎn)足雙肥廠(chǎng)、安徽安慶化工總廠(chǎng)、大連大化公司合成氨廠(chǎng)、噸甲醇產(chǎn)量翻番達120萬(wàn)va甲醇,可做到CO2零云南云天化集團等15家以上。第3期李瓊玖等:四種煤氣化技術(shù)及其應用7德士古水煤漿氣化制取甲醇合成氣由淬冷室溢流出的含灰淬冷水,經(jīng)換熱、閃蒸、冷卻入沉淀槽,上部清水一部分人濕式球磨機,一部2.1水煤漿加壓氣化制合成氣工藝技術(shù)特點(diǎn)分送污水處理廠(chǎng)。而大部分灰水和一部分過(guò)濾水,德士古水煤漿氣化技術(shù)制取合成氣,除氧耗較變換冷凝液一起為洗滌水和淬冷水循環(huán)使用。沉淀高外,它具有以下優(yōu)點(diǎn)①原料靈活性。對煤的性狀槽下部的漿經(jīng)板框壓濾機將細渣和灰水分離,細渣如粒度、濕度、活化性和燒結等較不敏感,任何能制成濾餅狀堆放。成濃度可輸送漿料的含炭固體都適用。②氣化效率送變換工序的氣體,經(jīng)預熱器加熱到315℃送高。把煤漿送進(jìn)氣化爐,在高溫高壓下于瞬間內幾人變換爐在耐硫催化劑作用下進(jìn)行CO變換反應乎都轉化為合成氣,氣化效率高達96%以上。③投出變換氣體進(jìn)人換熱器后再入廢鍋副產(chǎn)中壓蒸汽回資少成本低。由于氣化效率高給中型工藝裝置提收廢熱后經(jīng)鍋爐給水、脫鹽水預熱器以回收熱量,供了高饋給量和高產(chǎn)氣量的可能,從而縮減了裝置再水冷卻到40℃后人MDEA脫硫脫碳工序。的占地面積和投資。又使用了價(jià)格低廉的煤,使合德土古煤氣化技術(shù)的關(guān)鍵設備是煤氣爐,屬于成氣生產(chǎn)成本也大幅度降低。④簡(jiǎn)單、可靠。氣化氣流床濕法加料液態(tài)排渣的加壓煤氣化工藝,是當爐無(wú)可動(dòng)部件。燒嘴清掃迅速容易,不需等氣化爐前世界發(fā)展較快的第二代煤氣化方法我國陜西渭冷卻下來(lái)就可拆換。煤漿供料系統仿照液體碳氫化河化肥廠(chǎng)引進(jìn)6MPa加壓氣化爐,山東魯南化肥廠(chǎng)合物供料系統證明安全可靠。⑤工藝效率高。經(jīng)購買(mǎi)生產(chǎn)許可證設計265MPa加壓氣化爐。水煤由簡(jiǎn)單的途徑就可實(shí)現把原料幾乎完全轉化為產(chǎn)品漿氣化技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn):開(kāi)停車(chē)方便,加減負荷較氣。為了做到完全轉化,還可把廢棄固體中的高含快,煤種適用廣泛碳轉化率高生產(chǎn)過(guò)程無(wú)污染。炭量部分回收后,再循環(huán)到煤漿制備和氣化爐中去。德土古煤漿氣化技術(shù)不僅能生產(chǎn)合成氣,而且能生氣流中的顯熱通過(guò)直接急冷或間接氣冷予以回收。產(chǎn)出燃料氣及高壓蒸汽,有如下特點(diǎn):①煤種適應性⑥生產(chǎn)氣容易精制。因不生成焦油、苯酚等有害的強,可用粉煤、次煙煤、石油渣等不受灰熔點(diǎn)高低的副產(chǎn)品,所以容易精制?？梢垣@得適合于甲醇及氨限制;②合成氣質(zhì)量好,有效(CO+H2)≥80%,煤合成和碳一化學(xué),復合循環(huán)發(fā)電、城市煤氣等用的凈氣甲烷含量低(CH4<0.1%),可作生產(chǎn)氨、甲醇產(chǎn)化原、燃料氣。⑦運轉適應性強。在負荷變化時(shí)容品的原料氣,也可用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等;③合成氣成易起動(dòng)或停運。⑧有利于環(huán)保。高的反應溫度消除本低廉,與天然氣、渣油相比煤制合成氣綜合價(jià)格了較甲烷為重的碳氫化合物的形成。煤中含有的硫最低。④在加壓和高溫(1400-1500℃)下操作,黃以亞硫酸銨和熔融硫黃形式予以回收,作化工原煤灰熔融后呈液態(tài)排出氣化爐,炭轉化率可高達料;煤中10%-20%的灰分經(jīng)處理后可用作生產(chǎn)水96%~98%以上,氣化效率高,高溫煤氣產(chǎn)生的熱可泥的原料。以直接或間接回收;⑤氣化壓力高、單臺能力大,最22水煤漿氣化工藝流程及設備(或采用渭河廠(chǎng)6大燃煤量達200臺、壓力6.7MPa的裝置,產(chǎn)品MPa氣化爐)為高壓氣,可節省壓縮所需的能耗和費用。自動(dòng)化煙煤由煤礦制成水煤漿用管道輸送氣化裝置煤程度高,采用DCS計算機控制;⑥工藝操作比較靈漿槽貯存(內設攪拌器)煤漿濃度60%~62%,粒度活,負荷適應性廣,可在70%~100%負荷范圍內正200目以下加熱到70℃后,由煤漿泵加壓到5.2常操作。⑦氣化爐結構簡(jiǎn)單,無(wú)機械傳動(dòng)裝置;⑧三MPa與空分氧壓縮機送來(lái)的富氧一起經(jīng)德士古噴嘴廢污染少,由于爐溫高,煤氣中氰化物等有毒物質(zhì)產(chǎn)進(jìn)入氣化爐。生很少,幾乎無(wú)廢氣排放,廢水中不含酚和焦油,部氣化爐在6MPa、約1400℃下操作,噴入的原分含H2SHCN、NH3的污水采用生化處理達標后排料瞬間反應氣化,產(chǎn)物(CO+H2)達78%~80%,其放或返回制漿使用,灰渣可作水泥或建筑材料,三廢余為CO2、N2、H2S、COS、CH4等,高溫氣體經(jīng)淬冷后處理簡(jiǎn)單,易于達到環(huán)保要求。出氣化爐,再由文丘里洗滌器、碳洗滌塔洗掉氣體中漿加壓氣化法分淬冷、廢鍋流程和半的灰塵。粗合成氣體淬冷后用水蒸氣飽和使氣/水廢鍋中國煤化工資少粗煤氣水汽比為1:1.65,溫度為247℃進(jìn)入變換工序?；以杀容^CNMHG制氨和甲醇。廢熔融狀態(tài),隨氣流沿爐壁下流,經(jīng)淬冷破渣進(jìn)入渣鍋流程投資高但可利用高位能廢熱副產(chǎn)高壓蒸汽,罐,間斷排入渣池,再經(jīng)分離送往渣堆場(chǎng)。適于聯(lián)合循環(huán)電和含氧化學(xué)品生產(chǎn)。(未完待續)