多种煤气化技术的应用与评述.pdf

2 0 0 7年第 5期总第 9 l 期 革新与综述 多种 煤气化技术的应 用与评述 刘功年 安徽淮化集 团2 3 2 0 3 8 1 煤气化装置的现状 我公司属大型煤化工企业，建有新、老两套合成氨生产装置。老装置煤气化采用 U G I 炉固定层常压制气工艺。新装置采用 T e x a c o炉水煤浆加压气化工艺。 我公司已建、正在建设和拟建煤气化装置有 1 UGI 炉8台 其 中 03 0 0 0 mm 5台，02 7 4 0 mm 3台 ，采用常压固定层间歇制 气或富氧 0 2 6 5 ％连续制气。生产能力总氨 1 8 万 其中合成氨 1 2 万 ，甲醇 6 万 。运转正常。 2 T e x a c o炉3台 2开一各 ，02 8 0 0 mmX01 3 4 0 0 mm采用水煤浆加压气化，操 作压力P 4 ．0 MP a ，t 1 3 5 O ～1 4 0 0 ℃，生产能力合成氨 1 8 万 。运转正常。 3 恩德炉 1台 04 6 6 0 mmX02 8 8 9 0 mm ，采用常压粉煤流化床气化。操作压力 P 常压，操作温度 t 1 0 0 0- 5 0 ℃。生产能力2 0 0 0 0 N m ／ h 煤气 即合成氨 4 ．5万 。 试车后因故停运。 4 二段炉2台 02 4 0 0 mm01 6 7 4 0 n u n ，采用常压固定床气化。操作压力P 常压，操作温度 t --1 0 0 0- 5 0 ℃，生产能力C O 4 0 0 0 N m 3 ／ h 。运转正常。 5 正在建设 多元料浆气化炉 3台 2开一备， 0 2 8 0 0 m m ／ 3 2 0 0 m mXO1 1 7 2 0 m m ， 采用多元料浆加压气化 。操作压力P ----6 ． 5 MP a ，操作温度 t 1 3 5 0 1 4 o 0 ℃，生产能力 合成氨 3 O万 。 6 拟建装置GS P炉 暂定5台 02 6 0 0 ／ 3 6 0 0 m mX 1 3 5 0 mm ，采用加压粉煤气 化。操作压力P 4 ． 0 MP a ，操作温度t ----1 8 5 0 ℃，生产能力甲醇 1 8 O万 。 2 煤气化装置运行 2 ． 1 原料元素分析 见表 1 表 1 项 目 C H N S O A 焦炭 自产 8 1 ． 4 1 0 ． 4 6 O ． 7 3 0 ． 4 4 0 ． 4 4 1 6 ． 3 2 义 马煤 6 0 ． 9 1 4 ． 0 O ． 9 3 O ． 7 2 1 1 ． 8 5 2 1 ． 7 9 淮南煤 6 3 ． 1 O 3 ． 1 8 O ． 5 7 O ． 7 1 1 2 ． 3 8 2 0 ．O 6 2 ．2 煤气成份分析 见表 2 2 ． 3 成本分析 近年来， 由于煤炭市场价格上涨， 直接影响企业经济效益。 新、 老两套装置的实际物耗，’ 综合能耗及吨氨制造成本相差较大，以2 0 0 6 年实际运行数据为例 见表 3 。 上述对比，综合能耗相比8 3 ．2 k g 标煤， 制造成本相差 9 9 6 ．0 3 元，以全年 1 8万t 合成氨 计相差 1 7 9 0 0万元。 综上所述 维普资讯 2 0 0 7年第 5期总第 9 l 期 革新与综述 l 2 ●_ 一 1 各种煤气化 工艺 中， 气化操作压力 T e x a c o炉已达 6 ． 5 MP a ，为最 高； 操作温度 GS P 炉最高，可达 1 8 5 0 ℃；有效气体含量以G S P炉最高达 8 4 ％以上，间歇炉次之。 2 我公司曾测定同 1台 UG I 炉 02 7 4 0 ，块焦 2 5 ～7 5 mm富氧连续气化，产气 量为 1 4 5 7 7 Nm ／ h 。 小块 白煤 8 ～2 0 mm 富氧连续气化， 产气量为 1 0 4 9 6 Nm ／ h 。 块焦 2 5 ～ 7 5 mm间歇制气 ，产气量为 7 2 6 0 Nm ／ h 。可见富氧连续制气可提高单炉生产能力。 3 在新合成氨装置中 1台 T e x a c o炉 02 8 0 0 ，操作压力为 4 ． 0 MP a时 ，单炉能力为 C OH2 为 2 ． 6 5万 Nm ／ h 。而在建的 3 0万 妇 合成氨装置中，同样一台气化炉当操作压 力提升为 6 ． 5 MP a时，单炉 生产能力 C OH 2 为 4 ． 2 7万 Nm ／ h ，显而易见，提高操作压 力，是提高单炉生产能力的重要途径，是煤气化技术发展的方向。 总之，生产实际表明固定床气化技术与气流气化技术不论是在综合能耗上， 还是在最 终成本上，差距是显著的，这就是老企业进行技术改造 ，选择先进技术替代落后技术 的根本 所在。 表 2 项 目 C O H2 C 02 C H 4 N2 Ar 02 H2 S CO S UGI 炉 间歇 4 2 ． 6 3 8 ． 6 8 ． 3 0 ． 2 l 0 ． 2 0 ． 1 UGI 炉 富氧 4 2 ． 5 2 9 ． 7 1 3 ． 5 0 ． 4 1 3 ． 7 0 ． 2 T e x a c o炉 4 2 ． 5 3 5 ． 3 4 2 1 ． 5 2 0 ． 0 1 0 ． 4 8 0 ． 1 4 二段炉 6 7 ． 0 1 ． 1 2 9 ． 0 0 ． 4 2 ． 1 0 ． 4 恩德炉 试运转 2 8 ． 7 0 3 5 ． 2 0 2 0 ． 5 0 2 ． 4 1 2 ． 9 0 0 ． 2 0 0 ． 1 O 多元料浆炉 设计值 4 6 ． 2 1 3 3 ． 5 7 1 9 - 2 6 0 ． 1 1 0 ． 5 5 0 ． 3 0 GS P炉 设计值 6 0 ． 6 3 2 3 ． 5 9 4 ． 9 5 1 0 ． 6 7 0 ． 1 1 表 3 焦炭 煤 氧气 电 蒸汽 循环水 综合能耗 制造成本 项 目 补 充水 k g k g Nm k Wh t m 标准煤 元 老装置 1 4 1 8 ． 2 3 3 3 6 ． 0 1 3 1 2 ． 6 1 ． 5 4 1 5 0 1 0 6 1 6 5 0 ． 8 2 4 2 9 ． 4 1 新装置 1 7 9 9 ． 8 1 0 0 7 ． 5 1 8 7 ． 1 1 ． 9 0 2 5 0 9 ． 8 1 5 6 7 ． 6 1 4 3 3 ． 3 8 3 煤气化技术的初步评述 我公司的煤气化技术按生产装置化学工程特征可分为 1 固定床气化 U G I 炉、二段 炉 2 流化床 恩德炉； 3 气流床 T e x a c o炉、多元料浆气化炉 、G S P炉。 现仅对上述煤气化技术进行初步评述 。 3 ． 1 固定层常压 间歇或 富氧连续气化技术 传统的固定层常压或富氧连续气化技术，在我国中、小型企业中得到广泛使用。据不完 全统计 ，中型化肥企业使用 UGI 炉 02 7 4 0 、03 0 0 0 近 4 0 0台，小型化肥企业中使用各种 规格的固定层造气炉 0 2 4 0 0 ， 0 2 6 0 0 多达 5 0 0 0台以上。 笔者近期考察某煤化工有限公司， 新建的两套 “ 1 8 3 0 ”装置，建有 0 2 6 0 0 常压固定床气化炉 3 2台，其中 2 8台运行。可见， 固定层制气技术 目前在 国内化肥企业中仍占主导地位 。该技术的主要特 点是 1 工艺成熟可靠，投资省，建设工期短。 2 原料要求较高，气化压力低，生产能力小，能耗高。 3 同 1 台 U G I 02 7 4 0 m m富氧连续气化的生产能力是间歇气化能力的 2 倍以上， 维普资讯 2 0 0 7年第 5期总第 9 l期 革新与综述 l 3 但 C O2 含量略高，同时因需富氧 ，增加了建设投资。 4 富氧连续制气无吹风气排放。 但间歇制气吹风气排放量大， 污染物含量多 C O 6 ％ 以上，H2 S 0 ． 8 ～1 ． 0 g ／ m 以上 ，排放污水中有害物质浓度 高，环境污染严重。 因此，随着煤气化技术的发展 ，生产规模的大型化和环境保护要求的严格，该技术将被 逐渐淘汰。 3 ．2 常压流化床连续气化技术 国内恩德炉和灰熔聚炉采用常压流化床连续气化。除我公司建 l 台恩德炉以外，黑龙 江化工总厂和 吉林长山化肥厂各建 2台 4 0 0 0 0 Nm ／ h煤气的恩炉德炉 即合成氨能力为 2 x 9 万 。现运转正常。天津勃海化工集团新建 2台灰熔聚炉 3 2 0 0 m m合成氨能力 8 万 t ／ a ，已于去年投产。加压气化的灰熔聚炉的示范装置正在建设中。该技术的特点 以恩 德炉为例 1 适用的煤种为褐煤，不粘结性煤和弱粘结性煤，同时要求煤有较高活性 9 5 0 ℃， o t 6 5 ％ 和灰熔点 F T I 2 5 0 ℃。 进炉煤料 H 2 O 8 ％。 粒径 8 4 ％含量高，煤气中不含 甲烷及其它烃类 。 4 进炉煤中 H 2 o 2 ％，属于干粉煤进料。氧耗低，能耗低。 5 炉内采用水冷格栅结构 ，无耐火材料，维修量小，设备运转周期长 。 6 属洁净煤气化技术。气化过程无废气排放，灰水循环使用 ，基本无排放 。 7 原料煤的干燥 、磨制粉煤 粒径 0 ． 2 mm，占 8 0 ％ ，加压输送 ，是一套复杂、庞 大的系统，投资及动力消耗高。 8 在正常运行中，为了便于调节炉温 ，需向炉 内送入 4 ． 2 MP a的过热蒸汽 。以日投 煤量 1 0 0 0 t 计 ，每小时投入的蒸汽量为 8 ． 5 ～1 0 ． 5 t 。同时，为防止熄火，保证安全生产，炉 内设燃气烧嘴，每小时耗煤气 3 5 0 0 4 0 0 0 Nm ／ h ，相当于损失合成氨 1 t 以上 。仅上述两项 费用，每天约 5 ． 0万元 ，全年 1 5 0 0万元以上。可见操作运转费用偏高，在一定程度上影响 其经济性。 4 对煤气化技术选择 的建议 4 ． 1 煤种首先决定了气化技术的选择 。发展煤化工、优先考虑使用 当地煤。当地能采到什 么样的煤，就必须选择适应煤的气化技术及与其配套的气化炉。 如果原料煤热值较高， 灰熔 点 1 3 5 0 ℃、灰份 1 5 ％，熔渣 流动性好 ，则选用水煤浆加压气化技术为上策 。这是 由于国内 已掌握 了该技术， 有连续稳定运转的成功经验 。 新装置一般都能顺利投产， 短期内达到连续、 稳产、高产 、长周期运行 。无技术风险，无投资风险。 4 ．2 从装置规模而言， 1 0 2 0 万 的合成氨或甲醇装置， 仍可选 U G I 炉 0 2 4 0 0 、 0 2 6 0 0 、 03 0 0 0 、03 6 0 0 ，恩德炉或灰熔聚炉。合成氨、甲醇能力在 2 0万 t ／ a以上的装置应选择气流 床煤气化技术及与其配套的 T e x a c o 炉、s h e l l 炉或G S P炉较为合适。 4 ． 3 气流床煤气化技术代表 当代煤气化发展的方向。 下转第 2 1页 维普资讯 2 0 0 7年第 5期总第 9 l期 革新与综述 2 l 1 一是上气道管上 2 是旋风除尘器顶； 3 是烟 囱阀后 。 第三种方式是造气流程未改造的产物 ，吹风时阻大；第二种方式吹风时阻力小 ， 有利于 提高吹风强度，但与上行煤气阀一样存在一个上行温度问题。 、 笔者认为如上行温度超过 3 5 0 ℃时，吹风气回收阀放在旋风除尘器顶上较好。个别厂家 上行温度较高， 又将吹风气回收阀放在上气道上， 结果吹风气中可燃气体成分较高， 此时主 要原因是吹风气回收 阀高温时易磨损，造成煤气泄漏所致 。 6 关于煤棒与煤球制气 的问题 近几年，煤价上涨较快，各厂加强型煤制气的技术研究和改造，中氮、小氮厂家改型煤 制气的很多，型煤设备制造厂家也多。到底，煤棒与煤球制气哪个更好，似乎也难分清楚， 现不论是煤棒还是煤球 ，采用腐植酸粘结剂的较多。 笔者认为煤棒与煤球的成型机理决定了煤棒制气要优于煤球。 煤棒在加工过程中， 煤粉 通过煤棒机的螺旋叶片挤压发热， 发生了塑性变形， 提高了粉煤的自粘结性， 热强度得到了 大大的提高，这就是煤棒可实现单烧，而煤球只能掺烧的基本原因。 当然，现有的煤棒装置大部分没有烘干系统， 存在劳动强度大， 入炉水分高等缺点。 相 信煤棒的干燥问题是可以较好解决的。 上接第 1 4 页 气流床煤气化技术代表当代煤气化发展的方 向，是基于气流床气化技术 的先进性 。 1 粉煤进料 气流床是气固并流 ，气体与固体在炉 内的停留时间几乎相同，一般仅 几秒钟。 粉煤气化的目的是通过增大煤的比表积来提高气化反应的速度。 当煤的粉径由 1 0 c m 降至 0 ．0 1 m m时，其比表面积扩大 1 0 倍，这样就可以极大地提高气化的反应速率， 从而提 高气化炉的生产能力和碳的转化率。 2 气化压力 向高压化发展气化压力由常压、低压 P 1 ． 0MP a 向高压 P 2 ． 0 ～ 8 ．5 M P a 气化发展，从而提高气化效率，碳转化率和气化炉的能力，实现气化装置大型化 和能量高效回收利用，降低合成气的压缩能耗或实现等压合成，降低生产成本。 3 气化温度向高温发展。 气流床气化温度较高。 T e x a c o 炉、 s h e l l 炉气化温度为 1 3 5 0 - - - 1 4 5 0 ℃，G S P炉气化温度高达 1 8 5 0 ℃。在高温下，碳的转化率特别高，特别是煤中的挥发 份如焦油、氮、硫化物、氰化物等可得到充分的转化， 得到产品煤气有效或份含量高，同时 消除或减少了污染环境的有害物质，利于实现清洁生产。 4 气化炉向大型发展T e x a c o 炉、s h e l l 炉及 G S P 炉单投煤量已达 2 0 0 0 t ， 装置大型 化便于实现自 动控制和优化操作，降低能耗和操作费用。 5 液态排渣。应该说液态排渣是对传统固态排渣的进一步发展。气化过程中，在高 温下，灰渣以熔融状态排出气化炉。由于实现液态排渣， 渣中含碳量极低， 提高了碳的利用 率。排出的炉渣大多为惰性物质，无毒无害，更有益于环境保护。 因此，气流床煤气化技术应是煤气化技术的首选技术 。 建议， 每个企业可从自身的条件出发， 根据国内已有的经验，认真研究每一种煤气化技 术的优缺点，选择更合适本企业的煤气化方式。 维普资讯