煤制甲醇气化工艺选择

Size: px

Start display at page:

Download "煤制甲醇气化工艺选择"

颁煊柳
5 years ago
Views:

1 煤制甲醇气化工艺选择田志河北省迁安化肥股份有限公司摘要 : 介绍了多种现代煤气化技术的工艺流程及技术特点, 指出了选择煤气化技术要考虑的五个主要特性, 在煤制甲醇生产中推荐选用湿法煤浆气化技术关键词 : 煤气化甲醇工艺甲醇是一种用途十分广泛的基本化工原料, 由甲醇可制取多种化工产品随着我国经济快速发展, 甲醇的需求越来越大, 甲醇的生产进入一个快速发展的新时期合成甲醇的原料气主要为 H 2 CO CO 2, 这些气体按所要求的比例在一定的温度压力和催化剂作用下反应生成甲醇煤焦炭天然气石油等都可作为制取甲醇合成气的原料, 在石油和天然气供给紧张价格上涨的情况下, 以煤为原料制取甲醇合成原料气是甲醇生产的最好选择我国煤炭资源丰富, 在未来的甲醇生产中将主要以煤气化制取甲醇合成所需的原料气 1 煤气化发展历史早期的煤气炉为用块煤生产煤气的固定床炉, 经过开发采用机械炉排发展为移动床, 煤种的局限及煤气的产量和质量限制了移动床气化工艺的应用, 而采用廉价细煤和用氧气作气化剂的流化床气化工艺则改善了这些不足而得到推广气化炉在高温下运行使气化技术得到进一步提高, 碳转化率大大提高, 在高温氧气气化和液态排渣经验上, 气流床应运而生, 其操作温度在灰熔点以上, 使气化炉的出力和煤气质量大大提高 2 现代煤气化技术随着煤气化工艺在工业中的广泛应用, 煤气化技术得到不断的发展, 气化效率气化炉的出力和环保性能都得到长足的进步代表现代煤气化技术发展潮流的主要有以下几种 : 属于气流床的有 GE 水煤浆气化多喷嘴对置水煤浆气化多元料浆气化 shell 粉煤气化 GSP 煤气化 HT-L 气化两段式干煤粉加压气化, 属于流化床的有灰熔聚流化床粉煤气化等 2.1 GE 水煤浆加压气化工艺其主要工艺为 : 从煤输送系统送来原料煤, 经称重后加入球磨机 ( 棒磨机 ), 根据煤的性质在磨机中加入一定量的水和添加剂共同磨制成浓度为 60%~65% 的水煤浆煤浆经滚筒筛筛去大颗粒后流入磨机出口槽, 再先后经低压煤浆泵高压煤浆泵送入气化炉顶部烧嘴通过烧嘴, 煤浆与空分装置送来的氧气混合雾化喷入气化炉, 在燃烧室中发生气化反应气化炉燃烧室排出的高温气体和熔渣下行经激冷环被水激冷后, 沿下降管导入激冷室进行水浴, 熔渣迅速固化, 粗煤气被水饱和出气化炉的粗煤气再经文丘里喷射器和碳洗塔用水进一步润湿洗涤, 除去残余的飞灰, 然后合成气出碳洗塔进入后工序 GE 水煤浆加压气化工艺的特点 : 1

2 1)GE 水煤浆气化在理论上可广泛利用各种煤种, 包括高水分高灰分高硫分高粘结性的煤在中试装置及工业示范性装置中试烧过各种特性的煤种, 并取得了成功由于煤在磨机中被研磨成一定的粒度, 小于 8 目 (2.38mm), 故原料不受原料煤粒度的限制且可以采用多种原料混烧的办法, 最大限度地降低了原料成本但考虑到气化工艺的经济性, 对煤种应有所选择 2)GE 水煤浆气化工艺采用连续进料液态排渣, 在排渣时不影响气化炉运行, 克服了固定层气化方法间歇性排渣的缺点, 提高了生产的连续性但由于受到工艺烧嘴使用周期的限制, 一般气化炉连续运行时间也受限制, 工艺烧嘴处于高温 (1300~1400 ) 工况下, 应定期停炉检查, 以确保装置安全运行 3)GE 水煤浆气化工艺采用加压气化, 视后工序生产压力, 一般其压力等级分为 MPa 等, 省去了后工序气体压缩所需的大量功耗 4)GE 水煤浆气化在高温高压下进行, 气化强度高, 单台炉产气量大, 碳转化率高达 96%~98%, 煤气中甲烷含量低, 仅在 0.1% 左右, 有效气体 (H 2+CO) 含量较高, 在 80% 左右, 有利于作合成气使用 5) 由于 GE 煤气化工艺是在高温下进行的, 产品气中不含有焦油酚等大分子烃类, 废水中主要含氰化合物, 远比其他方法生产的废水易于处理同时气化系统的水在内部循环使用, 外排量很少且可以将难于处理的工业废水 ( 如含酚废水 ) 用于水煤浆的配制, 大大减轻了对环境的污染气化排出的废渣可用于建筑材料 ( 如水泥熟料 ) 的生产 2.2 多喷嘴对置式水煤浆气化技术其主要工艺为 : 原料煤与水固体与液体添加剂在磨煤机中磨成具有一定浓度粘度且有一定粒度分布的水煤浆水煤浆经 2 台煤浆给料泵加压后送至气化炉的 4 个工艺喷嘴由空分系统来的高压氧气也分 4 路送入气化炉燃烧室内进行部分氧化反应, 生成的粗合成气熔渣及未完全反应的碳通过燃烧室下部的渣口与洗涤冷却水沿洗涤冷却管进入气化炉洗涤冷却室, 熔渣在洗涤冷却室冷却固化, 经锁斗排放粗合成气被冷却后在洗涤冷却室的液位下以鼓泡的形式进行洗涤和进一步冷却, 由洗涤冷却室上部空间出气化炉接着经过混合器润湿及旋风分离器分离出大部分润湿的细灰, 然后送至水洗塔进一步洗涤除尘, 送后工序多喷嘴对置式水煤浆气化技术的特点 : 1) 多喷嘴对置式气化炉中水煤浆通过 4 个对称布置在气化炉中上部同一水平面的预膜式喷嘴, 与氧气一起对喷进入气化炉, 在炉内形成撞击流, 在完成煤浆雾化同时, 强化热质传递, 促进气化反应进行 2) 其新型洗涤冷却室结构运用交叉流式洗涤冷却水分布器和复合床高温合成气冷却洗涤设备, 即强化高温合成气与洗涤冷却水间的热质传递过程, 又很好地解决洗涤冷却室带水带灰液位不易控制等问题, 并使合成气充分润湿, 有利于后续工段进一步除尘净化 3) 其分级净化式合成气初步净化工序采用分级净化的概念, 由混合器分离器水洗塔等 3 个单元组合, 即先粗分再精分, 具高效节能特性混合器后设置分离器, 除去 80%~90% 的细灰, 使进入水洗塔的合成气较为洁净加入水洗塔的洗涤水比加入混合器的润湿洗涤水更清洁, 保证最终洗涤效果 4) 含渣水处理工序采用含渣水蒸发产生的蒸汽与灰水直接接触, 同时完成传质传热过程, 其先进性为无影响长周期运转的隐患, 回收热量充分, 热效率高, 工业装置运行已证实有较长的操作周期和很好的能量回收效果 5) 气化炉有效气体 (CO+H2) 达 83%, 比相同条件下的 GE 气化炉高 1.5%~2.0%; 碳转化率大于 98%, 比 GE 气化炉高 2%~3%; 比煤耗为 550kg, 比 GE 气化炉低 7%; 生产 1000Nm 3 有效气体的比氧耗为 380Nm 3, 比 GE 气化炉低 7% 2.3 多元料浆气化技术其主要工艺为 : 石油焦煤石油沥青油生物质等含碳物料与水添加剂一同进入球磨机, 进行一次湿法共磨制浆, 制备合格的多元料浆经高压料浆泵升压后, 送入多元料浆气化喷嘴, 高压氧气和料浆 2

3 经喷嘴混合雾化后喷入气化炉, 在高温及一定的操作压力的条件下, 料浆中碳与氧发生部分氧化反应, 生成以 CO H 2 CO 2 为主的粗煤气高温煤气夹带着未完全反应的碳粒及少量熔渣颗粒并流向下, 经气化炉下部的出气口进入激冷器, 在激冷器中高温煤气与激冷水充分接触, 使煤气降温冷却并饱和, 熔渣固化固化后的熔渣和未反应的碳粒进入激冷器下部的渣罐定期减压排出冷却后的煤气和激冷水由激冷器流入气水分离器, 分离器下部的灰水经减压后去沉淀池进行灰水处理, 上部出来的煤气进入文丘里洗涤塔, 经洗涤脱除煤气中的灰碳颗粒后送入变换工段多元料浆新型气化技术主要特点 : 1) 该技术原料适应性广, 可使用包括煤石油焦石油沥青渣油煤液化残渣生物质等含碳物质以及纸浆废液有机废水等通过不同原料 ( 特别是难成浆原料 ) 的制浆技术研究, 大大提高料浆的有效组成, 使煤气中 CO H 2 的含量提高, 减少单位产量 CO+H 2 的氧气和原料煤消耗, 从而可降低能耗和生产成本, 提高经济效益富有特色的固态排渣和液态排渣工艺技术, 不仅解决了高灰熔点原料的气化难题, 且从技术角度解决了原料适应性问题 2) 其长距离料浆输送技术, 解决了高浓度高粘度料浆难输送的问题 3) 新型结构的气化炉, 具有结构简单, 操作安全易控的特点, 且有利于热量回收和耐火材料保护, 使用周期延长 4) 独具特色的灰水处理技术 (Ⅰ~Ⅲ 级换热闪蒸技术 ), 减少了设备投资, 简化了工艺流程 5) 成熟完善的系统放大技术 ( 工艺设备控制 ), 解决了不同规模不同压力等级装置的气化工程化问题本技术既可用于现有装置改造, 也可用于新建装置主要设备完全立足于国内, 投资少, 效益显著 6) 通过十余年的开发和完善, 多元料浆气化技术形成了完整系统的气化专利技术 2.4 Shell 粉煤气化其主要工艺为 : 来自备煤工段的煤粉经常压粉煤仓粉煤锁斗及粉煤给料仓, 由高压 N 2 将粉煤送至气化炉喷嘴来自空分的氧气经预热后导入喷嘴粉煤氧气及蒸汽在气化炉内高温加压条件下发生部分氧化反应, 出气化炉顶部约 1500 的高温煤气经除尘冷却后, 煤气激冷至 900 左右经输气管进入合成气冷却器经回收热量后的合成气进入干法除尘 ( 高压高温飞灰过滤器 ) 湿法洗涤系统( 文丘里和洗涤塔 ), 洗涤后尘含量小于 1mg/m 3 的合成气进一步经空冷器及合成气水冷器冷却至 40 后送出合成气冷却器产生的高 ( 中 ) 压蒸汽配入粗合成气中气化炉水冷壁副产的中压蒸汽可供压缩机透平使用湿法洗涤系统排出的黑水大部分经处理后循环使用, 小部分黑水经闪蒸沉降及汽提处理后送污水处理装置 Shell 粉煤气化技术特点 : 1) 由于采用干法粉煤进料及气流床气化, 因而对煤种适应广, 可使任何煤种完全转化它能成功地处理高灰分高水分和高硫煤种, 能气化无烟煤石油焦烟煤及褐煤等对煤的性质诸如活性结焦性水硫氧及灰分并不敏感 2) 多烧嘴对喷, 操作负荷调节范围大, 单炉生产能力大目前已投产运行的煤气化装置单台气化炉投煤量达到 2000t/d 以上, 单台气化炉投煤量达 2800t/d 的煤气化装置也正在建设中 3) 由于采用高温加压气化, 因此其热效率很高, 在典型操作条件下,Shell 气化工艺的碳转化率达 99%, 合成气对煤的能源转化率为 80%~83% 此外尚有 16%~17% 的能量可以利用而转化为过热蒸汽 4) 产品气体质量好, 产品气体洁净, 煤气中甲烷含量极少, 不含重烃,CO+H 2 体积分数达 90% 5) 工艺指标先进, 煤耗氧耗低, 气化效率高, 冷煤气效率可达 80%~83%, 其余 ~15% 副产高压或中压蒸汽, 总热效率高达 98% 6) 运转周期长, 气化炉采用水冷壁结构, 牢固可靠, 无耐火砖衬里正常使用维护量小, 运行周期长, 无需设置备用炉煤烧嘴设计寿命为 8000h 烧嘴的使用寿命长, 是气化装置能够长周期稳定运行的重要保证 3

4 7) 负荷调节方便, 每台气化炉设有 4~6 个烧嘴, 不仅有利于粉煤气化, 同时生产负荷的调节更为灵活, 范围也更宽负荷调节范围为 40%~100%, 每分钟可调节 5% 8) 环境效益好, 系统排出的炉渣和飞灰含碳低, 可作为水泥添加剂或其他建筑材料, 堆放时也无污染物渗出气化污水量小且不含焦油酚等, 易处理, 需要时可实现零排放 2.5 GSP 煤气化技术其主要工艺为 : 预先被破碎到 25mm 的经过计量的去除金属的煤, 通过输送机送入磨煤机, 在磨煤机内将煤磨碎到适于气化的粒度, 磨煤的同时采用加热的惰性气流将其干燥到符合输送要求的水分含量经研磨的干燥煤粉由低压氮气送到煤的加压和投料系统此系统包括储仓锁斗和密相流化床加料斗锁斗完成加料后, 即用加压气 (N 2 或 CO 2) 加压至与加料斗相同的压力, 然后煤粉将依靠重力送至加料斗再用输送气 (N 2 或 CO 2) 从加料斗中将干煤粉送到气化炉的组合喷嘴中加压干煤粉氧气及少量蒸汽通过组合喷嘴进入到气化炉中气化炉包括带水冷壁的气化室和激冷室气化炉的操作压力 2.5~4.0MPa 根据煤粉的灰熔特性, 气化操作温度控制在 1350~1750 之间高温气体与液态渣一起离开气化室向下流动直接进入激冷室, 被喷射的高压激冷水冷却, 液态渣在激冷室底部水浴中成为颗粒状, 定期从排渣锁斗中排入渣池, 并通过捞渣机装车运出从激冷室出来的达到饱和的粗合成气经两级文氏管洗涤后, 使含尘量达到要求后送出界区 GSP 煤气化技术的主要特点如下 : 1) 采用干粉煤 ( 水分含量 <2%) 作为气化原料, 根据后续化工产品的要求, 煤粉可用氮气或二氧化碳输送, 故操作十分安全由于气化温度高, 故对煤种的适应性更为广泛, 从较差的褐煤次烟煤烟煤到石油焦均可使用, 也可以两种煤掺混使用对煤的灰熔点的适用范围比其他气化工艺更宽, 即使是高水分高灰分高硫含量和高灰熔点的煤种也能使用 2) 气化温度高, 一般在 1450~1600, 煤气中甲烷体积分数小于 0.1%, 有效气 (CO+H 2) 体积分数高达 90% 以上, 从而气化效率高 3) 氧耗较低, 与水煤浆加压气化相比, 氧耗低约 15%~20%, 可降低配套空分装置投资和运行费用 4) 气化炉采用水冷壁结构, 无耐火材料衬里水冷壁设计寿命按 25 年考虑正常使用时维护量很少, 运行周期长 5) 只有一个联合喷嘴 ( 开车喷嘴与生产喷嘴合二为一 ), 喷嘴使用寿命长, 为气化装置长周期运行提供了可靠保障 6) 碳转化率高达 99% 以上, 冷煤气效率高达 80% 以上 7) 对环境影响小, 气化过程无废气排放 2.6 HT-L 气化技术其主要工艺为 : 被高压氮气或加压二氧化碳输送的干燥煤粉颗粒与中压过热蒸汽及氧气的混合物进入气化炉顶的烧嘴, 在炉内发生气化反应生成合成气, 炉内盘管水冷壁产生中压蒸汽, 通过激冷水浴式合成气冷却及洗涤后送后工序 HT-L 粉煤气化装置的技术特性 : 1) 采用干煤粉进料, 严格控制进料煤粉的水含量与湿法比较,1kg 原料可以减少蒸发 0.35kg 水, 节约 ~2600kJ 的能量, 折算标煤 0.113kg(5500kCal/Kg), 占进煤量的 17% 粉煤气化比水煤浆气化: 冷煤气效率提高 10%, 氧耗量降低 15%~25% 有效气产量提高 6% 先进成熟的干煤粉密相输送技术悬浮速度 7~ 10m/s, 固气比 480kg/m 3, 载气量少 2) 干煤粉纯氧燃烧, 燃烧器火焰的中心温度 :1800~2150, 气化炉膛允许操作温度 :1400~1900 使煤的灰熔点可选范围宽(1250~1650 ), 气化原料可选范围广 ; 碳转化率高粗合成气品质好, 出口合成气有效气体 (CO+H 2) 90%,CH 4 130ppm 高温高压提高反应速率 3) 采用单烧嘴顶烧组合燃烧器, 燃烧负荷调节范围大, 负荷调节范围 :60%~120% 燃烧器结构设计 4

5 合理具有良好的燃烧性能 ; 集高能电点火装置液化气 ( 柴油 ) 点火烧嘴火检为一体, 独立冷却水外盘管, 拆装维护方便水冷夹套式烧嘴冷却方案, 可保证烧嘴长周期运行稳定可靠, 设计寿命 20 年, 烧嘴头部局部维护时间 6 月一次 4) 密闭式盘管水冷壁辐射室结构, 设计寿命 20 年, 四进四出结构可保证管程水流量分布均匀可控制盘管内水汽化率, 调节炉内热平衡烧嘴盘管渣口盘管分别进水, 多组冷却水盘管易于调节, 便于维护和更换 5) 自我修复式耐火材料结构, 炉内向外依次有液渣固渣 SiC 耐火材料水冷壁惰性气体保护层高铝不定型耐火材料外保温层, 水冷壁外可以形成稳定的固渣层 3~5mm, 以渣抗渣, 抵抗气体和熔渣的冲刷和磨损, 耐火材料的选材具有低的气孔率较高的高温强度较好的热稳定性, 耐火材料的施工养护维护和更换方便, 价格低 2.7 两段式干煤粉加压气化技术其主要工艺为 : 水分低于 2% 细度 85% 小于 200 目的粉煤首先储存于常压煤粉仓, 经过计量仓后靠重力落入煤粉变压仓变压仓用 N 2 充压, 当与煤粉输送仓压力平衡时, 煤粉落入输送仓, 然后被 N 2 输送至气化炉一段和二段喷嘴, 氧气经预热后与过热蒸汽混合进入一段喷嘴粉煤氧气蒸汽在气化炉一段反应区着火并进行气流式火焰反应, 反应压力达到 3.0MPa 生成以 CO 和 H 2 为主的高温粗煤气, 二段喷入的煤粉和蒸汽遇到高温粗煤气后发生煤的热解挥发分的燃烧和裂解碳的燃烧和气化等多种反应, 并将高温粗煤气冷却至 900 以下而后煤气进入位于气化炉顶部的废热锅炉, 在冷却降温后进入旋风分离器进行干法除尘旋风分离器收集的飞灰被返回气化炉一段煤粉仓进行返炭气化, 以便提高气化炉总的碳转化率, 经过干法除尘的煤气在洗涤塔内进行水洗, 进一步降温和除尘后送后系统两段式干煤粉加压气化的技术特性 : 1) 煤种适应性好, 可气化褐煤烟煤贫煤无烟煤以及高灰分高灰熔点煤, 运行稳定可靠 2) 气化炉运行时, 向下炉膛内喷入粉煤蒸汽和氧气, 向上炉膛喷入少量粉煤和蒸汽, 利用下炉膛的煤气显热进行上炉膛煤的热解和气化反应, 以提高总的冷煤气效率 3) 气化温度范围 1300~1700, 气化反应压力 0.5~4.0MPa, 碳转化率达 99% 以上, 有效气体成分 (CO+H 2) 达 90% 以上不产生焦油酚等, 不污染环境, 合成气质量好 4) 与国外先进干法气化技术相比, 冷煤气效率提高 2%~3%, 比氧耗低 10%~15% 与水煤浆气化技术相比, 冷煤气效率提高 7%~10%, 比氧耗降低 20%~30% 5) 气化炉采用水冷壁结构, 以渣抗渣, 无耐火砖衬里, 维护量少, 无需备炉, 水冷壁寿命长达 20 年, 烧嘴寿命长达 10 年气化系统全部国产化, 比国外先进干法气化炉造价低 40% 左右 2.8 ICC 灰熔聚流化床粉煤气化主要工艺为 : 经破碎到 0~8mm 并烘干的原料煤 ( 焦 ) 被气力输送进入气化炉下部, 气化剂 ( 氧气 / 蒸汽 ) 分三路经计量后进入气化炉干碎煤在气化炉中与气化剂 ( 氧气 / 蒸汽 ) 进行反应, 生成粗煤气气化炉为一不等径的反应器, 下部为反应区, 上部为分离区在反应区中, 由分布板进入蒸汽和氧气, 使煤粒流化另一部分氧气通过分气缸, 经计量后从环形射流管中心射流管进入气化炉, 在气化炉中心形成局部高温区使灰团聚形成团粒生成的灰渣经环形射流管上下灰斗定时排出系统原料煤在气化区内进行破粘, 脱挥发分气化灰团聚焦油裂解等过程, 形成的煤气从上部引出气化炉上部直径较大, 含灰的气流上升后气速降低, 大部分灰及未反应完全的半焦回落至气化炉下部流化区, 继续反应, 只有少量灰及半焦随气体带出气化炉进入下一工序从气化炉上部导出的高温煤气进入两级旋风分离器从第一级分离器分出的热飞灰, 被蒸汽吹入气化炉内部进一步燃烧气化, 以提高碳转化率从第二级分离器分出的少量飞灰排出气化炉通过旋风除尘的热煤气依次进入废热锅炉蒸汽过热器和脱氧水预热器, 最后进入洗涤冷 5

6 却系统, 所得煤气送后工序灰熔聚流化床粉煤气化工艺的特点 : 1) 煤种适应性宽, 可实现气化原料本地化灰熔聚流化床粉煤气化工艺根据射流原理, 设计了独特的气体分布器和灰团聚分离装置, 中心射流形成床内局部高温区 (1200~1300 ), 促使灰渣团聚成球, 借助重量的差异达到灰团与半焦的分离, 在非结渣情况下连续有选择地排出低碳含量的灰渣, 提高了床内碳含量和操作温度 ( 达 1100 ), 从而使其适用煤种从高活性的褐煤或次烟煤拓宽到低活性的烟煤乃至无烟煤气化强度随着煤阶程度增高 ( 由褐煤到无烟煤 ) 而降低产气率随原料热值增高而增加可通过温度和床高调节以适合不同活性的煤种 2) 操作温度适中, 多数煤种 ( 无论灰熔点高低 ), 灰熔聚操作均可在 1050 左右实现, 操作稳定, 连续运转可靠性高 3) 工艺流程简单, 气化炉及配套设备结构简单, 无特殊材质要求, 维护费用低, 设备投资低 4) 高灰煤气化能够稳定操作, 而灰含量在 25% 以下更经济灰团聚成球, 借助重量的差异与半焦有效分离, 排灰碳含量低 (<10%) 5) 炉内形成一局部高温区 (1200~1300 ), 可处理高灰高灰熔点煤, 气化强度高 6) 飞灰经旋风除尘器捕集后返回气化炉, 循环转化, 碳利用率高 7) 产品气中不含焦油, 洗涤废水含酚量低, 净化简单 8) 气化条件温和, 消耗指标低, 煤气成本低 3 选择煤气化技术原则当今的甲醇生产主要采用大规模连续化生产工艺, 要求原料气中有效成分 (H 2+CO) 高, 这就要求制取甲醇原料气的煤气化技术应成熟可靠效率高煤气化技术的好坏在很大程度上决定了全系统装置能否长周期安全稳定地运行, 也决定了产品的成本效益因此, 选择高可靠性高效率低能耗低污染, 即两高两低的煤气化新技术是发展现代煤化工的前提和基础煤气化技术选择的原则主要应考虑以下几个方面 : 1) 适用性原则我国幅员辽阔, 各地煤炭种类有很大差别, 不同煤种适用不同煤气化技术, 这就要求企业要根据所用煤的质量品种等实际情况来选择合适的煤气化工艺 2) 可靠性原则技术必须成熟和可靠, 在保证产品质量性能和生产能力的前提下应能连续长周期运转可靠性是生产长周期满负荷安全稳定运行的保证, 企业选用的技术要具有煤化工工业化运行业绩, 生产与操作技术成熟可靠, 能保证技术性能产品质量和生产能力, 应采用已充分验证并已在使用的技术不能冒险采用未经中试就转生产的技术对于尚在试验阶段的新技术新工艺新设备新材料, 应采取慎重的态度 3) 先进性原则工艺技术的先进性决定项目的市场竞争力, 拟建项目应尽可能采用先进和高新技术, 达到国内领先并尽可能接近或超过国际水平企业在选择煤气化技术时应充分研究工艺技术的现状和发展趋势, 了解是否存在更先进的工艺技术以及采用的可能性, 以保证项目的竞争能力而技术的先进性则主要应体现在产品质量性能工艺水平和装备水平等方面 4) 经济性原则经济性是企业发展的根本, 这要求所采用技术投资省消耗低运行成本和维护成本低 5) 安全环保原则煤的固有特性决定煤化工生产过程中易产生大量的煤粉煤灰煤渣煤水废气, 有的处理难度还比较大企业在选择技术时应体现以人为本, 选择的工艺技术应确保安全并实现清洁生产, 尽量少排放三废, 尽可能的减少对生态环境的影响 4 各煤气化技术选择性特性 4.1 GE 水煤浆加压气化多喷嘴对置式水煤浆气化多元料浆煤气化同属于湿法进料加压气流床气化技术 6

7 1) 适用性三种煤气化技术都对煤的适用性有特殊要求, 要求原料煤具有较好的成浆性, 低灰熔点, 含水量低, 否则就要进行煤的干燥以及加入添加剂和助熔剂, 而增加了操作难度和生产消耗 2) 可靠性三种煤气化技术都有工业化运行的装置, 具较好可靠性,GE 气化技术由于引进较早, 建设装置最多, 商业运行时间最长, 用于化工生产成熟, 经过多年的探索改进可靠性最高 3) 先进性三种煤气化技术都有很高的碳转化率 (96%~98%), 所产生煤气中有效成分 (H 2+CO) 均较高 (80%~85%), 气化装置工艺水平先进 4) 经济性三种煤气化炉内衬耐火砖价格高寿命短, 只能使用 1~2 年, 喷嘴也只能使用 60~150 天左右, 气化炉连续运行只百天左右, 运行周期短, 维护费用高, 需设备用炉由于料浆含一定水分, 所以氧耗高, 煤耗高气化过程在高压下完成, 降低了合成气压缩功耗, 同时气化强度提高, 单炉产气量大煤气中惰性气体含量很少, 在甲醇合成时循环气量小, 省压缩功, 弛放气量小, 最适合作甲醇合成气 5) 安全环保性三种煤气化技术生产的粗煤气不含焦油萘酚等杂质, 对粗煤气的净化及污水的处理流程简单, 不污染环境 4.2 shell 粉煤气化 GSP 煤气化同属于引进国外技术的干法粉煤气化工艺 1) 适用性二种煤气化技术均为粉状煤入炉, 各微粒单独完成热解气化熔渣, 不会相互粘结, 不受煤的粘结性影响, 同时由于气化温度高, 可用高灰熔点煤, 对不同煤种的适应性较强 2) 可靠性 shell 粉煤气化在国外只用于电厂, 国内引进首次用于化工, 无经验可参考从国内几套炉子开车情况来看困难还很多, 开车运行过程中出现很多问题, 连续运行周期只为 2~3 个月, 要解决所有问题尚需时日, 可靠性有待提高 GSP 煤气化技术国内也是首次引进, 国外大工业化运行经验也不多, 国内引进项目刚刚开始, 可靠性有待考证 3) 先进性二种煤气化技术气化温度高, 一般在 1400~1700 左右, 碳转化率可达 99%, 煤气中甲烷含量极少 (CH 4<0.1%), 不含重烃, 合成气中 CO+H 2 高达 90% 以上, 气化效率很高 4) 经济性二种煤气化技术与湿法进料水煤浆气化相比氧耗量低, 降低了配套的空分装置投资均采用水冷壁结构, 无耐火砖, 水冷壁使用寿命较长二者均为干法气化, 对原料煤的水含量要求比较严格 (2% 以下 ), 需进行干燥, 从而能耗高粉煤制备一般采用气流分离, 排放气需进行洗涤除尘, 否则带来环境污染, 从而增加投资又都由于干粉进料采用氮气密封及吹送, 因而气化产生的合成气中惰性组分含量约 4%~5%, 因此对于甲醇合成来说弛放气量要增加二者气化压力最高到 4.0MPa, 若甲醇合成采用 5.2MPa 合成压力, 则合成新鲜气需要压缩, 增加了运行费用 Shell 气化用循环煤气冷激, 需要增加煤气压缩循环系统, 从而增加投资和能耗 GSP 高温煤气则采用水直接冷激流程, 冷激温度下的煤气所含蒸汽满足粗煤气变换所需蒸汽, 更适合用于合成甲醇同规模气化装置若用于制合成气,Shell 粉煤气化投资比 GSP 气化高 90%, 每 Nm 3 煤气成本高 15% 左右二者技术均须依赖进口, 国内技术支撑率低, 气化炉供货周期较长关键设备国产化率低, 使气化装置投资高, 建设周期长, 因此也加大了投资风险 5) 安全环保性二种煤气化技术产生的粗煤气中不含焦油萘酚等杂质, 因此粗煤气的净化及污水处理流程简单均采用液态熔渣排放, 灰渣成玻璃状, 不污染, 易堆放, 可做水泥配料 4.3 HT-L( 航天炉 ) 气化两段式干煤粉加压气化同属于国内技术的干法粉煤气化工艺 1) 适用性二种技术均为干煤粉气化, 气化温度高, 煤灰熔点可选范围宽, 气化原料可选范围广, 可气化褐煤烟煤贫煤无烟煤以及高灰分高灰熔点煤 2) 可靠性由于二者均未有大规模工业化装置运行, 可靠性有待考证 3) 先进性两段式干煤粉加压气化技术碳转化率 >98% 煤气有效成分 CO+H 2>90% 其二段反应不进氧气, 氧耗与水煤浆气化相比, 低 20%~30%, 与现有的干煤粉气化相比, 氧耗低 15% 左右其炉膛出口煤气温度比一段气化运行时低 200~300 左右, 可控制在 1000 以下, 可省去激冷煤气, 大幅降低了气化 7

8 岛的自耗功 ; 航天煤气化有效气成分 CO+H 2 92%, 碳转化率 99% 气化炉水冷壁结构简单, 属圆筒盘管型, 水路简单, 易制造, 寿命 >10 年, 副产中压饱和蒸汽 4) 经济性两种气化炉均采用水冷壁结构, 维护量少, 寿命长, 烧嘴寿命长达 10 年气化系统全部国产化, 与国外先进干法气化炉相比, 专利使用费造价大幅降低, 每年维修费用也大大降低两种气化炉操作压力 4MPa 左右, 合成甲醇一般在 5MPa 左右, 需增加压缩功两种气化炉采用 N 2 作煤粉输送气, 使甲醇合成弛放气增加, 损失一部分有效气 5) 安全环保性两种气化炉不产生焦油酚等杂质, 合成气质量好, 不污染环境排放灰渣可综合利用, 达到洁净环保要求 4.4 ICC 灰熔聚流化床粉煤气化工艺是国内开发的比较成功的灰熔聚流化床煤气化技术 1) 适用性其工艺根据射流原理, 设计了特殊的气体分布器和灰团聚分离装置, 形成床内局部高温区, 使灰渣团聚成球, 在非结渣情况下连续有选择地排出低碳含量的灰渣, 因此, 煤种适应性广, 大大放宽了对原料的要求, 可以适应三高一低煤 ( 高硫高灰高灰熔点以及低活性 ) 2) 可靠性灰熔聚流化床操作温度适中, 干法排灰对耐火材料不存在腐蚀问题, 对耐火材料要求不苛刻, 因此流化床较温和的操作条件使其比高温气流床运行可靠性高常压及低压灰熔聚气化技术工业示范验证表明运行可靠稳定, 在加压大型化方面气化炉本身及其外围设备运行的长期可靠性还有待验证 3) 先进性有效气体成分 (CO+H 2) 碳转化率以及热效率较高有效气成分一般 75%~80%, 碳转化率可达 95%~96% 4) 经济性气化入炉煤 0~6mm, 有效利用粉煤资源, 适应现代化采煤要求, 只需简单破碎, 备煤系统简单投资省所有设备完全可以国产化, 在同等规模下, 与水煤浆气化谢尔气化技术相比, 投资大幅度降低 5) 安全环保性装置环保性好, 可以做到三废无害化处理和排放煤气中不含焦油及多酚类物质, 煤气水可经简单汽提或进行生化处理后即可回用气化炉排渣灰等均可资源化利用 5 结论在煤制甲醇生产中煤气化技术是基础关键技术, 在很大程度上影响甚至决定了甲醇生产全系统装置能否长周期安全稳定的运行以及产品的成本效益等原料煤的性质不但是选择气化方法的根本依据, 同时又是影响气化过程技术经济及能否顺利操作运行的关键企业必须首先对具有代表性的原料煤矿样 ( 选择的矿样一定要确有代表性, 以免造成后患 ) 进行分析, 取得煤的化学组分和性质的基本数据, 以便对煤质进行评价如果煤的成浆性灰熔点等指标满足湿法气化成浆的要求, 推荐首选湿法气化, 其煤气成分最适合甲醇生产并能实现等压合成在三种湿法气化技术中 GE 水煤浆加压气化技术进入国内市场时间比较长, 经过多年的运行及改进, 在工艺上已成熟, 能在最短时间内达到设计要求, 是一项成熟可靠国产率高投资省建成后就能顺利投产长周期稳定运行的工艺国内开发的对置式四喷嘴水煤浆加压气化技术也已成功应用于大型化工装置, 其气化炉喷嘴之间的协同作用好, 气化炉负荷可调节范围大, 负荷调节速度快, 适应能力强, 日投煤在 1500~2000 吨左右的大型装置适宜采用而多元料浆气化技术可以使用多种固态或液态含碳物质制备料浆, 其原料适应性更广, 该技术在装置投资建设稳定运行经济效益等方面具有显著优势, 可用于现有装置改造或新建大中型煤化工装置干法进料煤气化技术虽然不受煤的成浆性影响, 也能适应高灰熔点煤, 但普遍可靠性有待提高 Shell 煤气化技术是此类技术中引进最多的, 引进此技术的企业也大多资金雄厚技术力量强大, 可是到目前来看, 运行过程中工艺和设备问题依然存在, 待完全成熟仍需要一段时间 GSP 工艺在国内尚无工业运行装置国内的干法煤气化技术有的已完成工业示范, 有的则刚刚开始, 有待进一步提高 8

9 总之, 加压气流床煤气化技术代表着煤气化的发展方向, 其中国内开发的干法气化技术还未大规模工业化, 国外的干法气化技术投资费用很高设备国产化率低, 在甲醇合成中无工业化装置运行经验, 而湿法气化技术在装置投资建设稳定运行经济效益等方面在甲醇合成中具有显著优势, 因此 GE 水煤浆加压气化技术多喷嘴对置式水煤浆气化技术多元料浆煤气化技术是甲醇生产企业比较适用的煤气化技术 9

多喷嘴对置式煤气化技术应用经验交流会

多喷嘴对置式煤气化技术应用经验交流会国泰化工昊华国泰多喷嘴对置式煤气化技术应用情况介绍昊华能源 - 鄂尔多斯市国泰化工有限公司目录 1. 生产概况 4. 性能考核昊华国泰多喷嘴对置式气化技术应用 2. 运行经验 3. 运行指标 1 1 装置简介鄂尔多斯市国泰化工有限公司位于鄂尔多斯市杭锦旗独贵塔拉工业园区甲醇装置年操作时数 8000 小时, 主产品为甲醇 40 万吨 / 年, 副产品硫磺 2800 吨 / 年, 配套建设有公用工程和部分辅助生产设施