GSP工艺技术 GSP工艺技术

GSP工艺技术

  • 期刊名字:中氮肥
  • 文件大小:816kb
  • 论文作者:唐宏青
  • 作者单位:中国石化集团宁波工程有限公司
  • 更新时间:2020-10-22
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论文简介

第2期中氮肥No. 22005年3月M-Sized Nitrogenous Fertilizer ProgressMar.2005GSP工艺技术唐宏膏(中国石化集团宁波工程有限公司,甘肃兰州730060)[摘要]GSP工艺技术是一种大中型先进煤气化技术。介绍了该气化技术的开发过程,对气化炉结构、工艺流程、技术特点及气化后工艺对气化炉选择的影响作了分析,并提出了若干看法和建议[关键词]GSP;煤气化;气化炉[中图分类号]TQ546.2[文献标识码]A[文章编号]1004-9932(2005)02-001405GSP ProcessTANG Hong-qing(Sinopec Ningbo Engineering Co., Lanzhou 730060, China)Abstract: GSP process is a large and medium-scale gasification process. The development of theprocess is introduced in this paper. Comments are made on the structure of gasifier, process, technicalfeature and effect on gasifier selection by the process after gasification. Views and suggestions aresubmittedKey words: GSP; coal gasification; gasifier要是在 Texaco和Shel之间,对GSP的关注比0前言较少。据查,1998年的一篇文献上有人推荐GSP工艺技术是20世纪70年代末由GDR过。当今国内在与壳牌公司签订了十几台(原民主德国)开发并投入商业化运行的大中型煤Shel炉以后,再回头研究GSP炉技术,是值得气化技术。与其他同类气化技术相比,该技术因同仁们仔细回味的。采用了气化炉顶干粉加料与反应室周围水冷壁结构,因而在气化炉结构以及工艺流程上有其先进1技术开发和机构变迁之处GSP工艺技术(或称为加压气流床气化技人们一定有这样的疑问,20~30年来,为什术)由前民主德国的德意志燃料研究所( German么只有少数项目使用GSP技术?众所周知,在德 Fuel institute)开发,始于上世纪70年代末。最国统一之后,人们从心理上不太喜欢以前GDR初的目的是用高灰分褐煤生产民用煤气。1979的技术。然而,拥有GSP技术的是 Babcock旗年在弗来堡( Freiburg)分别建立了一套3MW冷下一家子公司,它是壳牌技术的独家生产者和供壁炉( Colling Screen)和5MW冷墙炉( Cooling应者,所以,似乎又形成了一股“热”,因为它具wal1)中试装置,完成了一系列基础研究和工艺有 Texaco和 Shell的优点,且未“热”之前的价验证工作。试验的煤种来自德国、中国、波兰、前格又比较便宜,当然会受到欢迎苏联、南非、西班牙、保加利亚、澳大利亚、捷国内对煤气化炉的选择和讨论历程经久,主克等国家1984年,又在黑水泵市( SchwarP中国煤化工厂建立了一套130CNMHG料处理能力为30[收稿日期]2004-11-22[作者简介]唐宏青(1941-),男,上海人,教授级高/h,该装置运行了10多年,未更换过气化炉烧工。中国石化集团兰州设计院副总工程师嘴的主体和水冷壁。该技术属于GDR中央煤采矿的工业研究院第2期唐宏青:GSP工艺技术·15·即建立于1956年的 Deutsches Brennstoffinstitut渣、固体熔渣、屏壁、填充物、齿形蛇管卷、加Freiberg(DBI),1991年并入 Noell gmbh公司压冷却水管组成,置于外部压力容器内,为气密的气化部,1999年被 Deutsche Babcock AG接管,膜墙结构,且内衬有起保护作用的耐火材料。气2002年9月成立未来能源公司 gmbh。可以看化过程中,反应温度比较高,产生的熔渣被烧嘴出,机构变迁受形势变化的影响。以小渣滴的形式甩至水冷壁,然后在水冷壁上形成固化熔渣层。该固化熔渣层的厚度取决于反应不同原料气化所产生的煤气组成室内的火焰温度和熔渣的粘温特性。水冷壁可以GSP工艺技术适用于各种原料,可用于处理通过固化熔渣层厚度的变化自动调节气化炉的运城市废料等在内的各种碳氢化合物(这超出了我行工况。当固化熔渣层加厚时,则传给水冷壁的们所关心的煤化工的范围)。因此,将其用于发热流量减小,从而使得排出反应室的熔渣量增多。电、城市煤气的生产也是很好的出路。表1和表如果因系统故障使反应室内热负荷突然增加,则2分别列出了试验得到的几种典型气化原料的成传给水冷壁的热流量会随之增大而使水冷壁上的分及气化所产生的煤气组成部分固体熔渣熔化。随着通过水冷壁从气化反应表1几种典型气化原料的成分%室移走热量的增多,水冷壁上的固化熔渣层又会成分无烟煤石油焦褐煤油木材泥浆废物逐渐加厚。这就是气化过程自动调节的原理,从而保证气化过程的稳定进行C92.087.066.585551.434.535.4-煤气5.212.56.15.04.4烧嘴N2.00.50.9302.50.227.51.041.520.530.5带压水1.05.30.51.00.11水分22,010.0<0.120.015.010.0灰(干)5;001.050~>0.50.5-3.0-15.0带压水激冷水-1表2不同原料气化产生的粗煤气组成%冷却夹套→+煤气粗煤气组成无烟煤石油焦褐煤油木材泥浆家庭废物22245272932溢流水655548504949CH4<0.1<0.1<0.1<0.1<0.1<0.1<0.15.56.54.32.96.35.66.71GSP工艺气化炉结构H2S0.461.30.200.10.120.360.28COs0.040.160.020.01<0.10.020.02液体熔渣NH30.40.30.240.40.40.250.3HCN和NH3的数据疑为×10-6,实际煤种测试时,两值均为零3GSP气化炉的结构GSP气化炉是由烧嘴、冷壁气化室和激冷室中国煤化工组成的加压气流床,结构见图1。CNMHG3.1冷壁气化室齿形蛇管T■GSP加压气化床气化炉水冷壁结构见图冷壁气化室的冷壁是一个多层结构,由液体熔图2GSP工艺气化炉的水冷壁结构16中氪肥第2期反应室是由水冷壁围成的圆柱形空间,上部料物料共分内中外三层。烧嘴外层是主燃料(3为烧嘴,下部为排渣口,原料与氧气、水蒸气的个进口),例如煤粉;中层是氧气和高压蒸汽;内气化反应就在此空腔内进行层进料为燃料气,作为持续点火用。该烧嘴还配炉体内温度为1400℃以上,经过5.5mm有闭路循环水冷却系统,为安全起见,该冷却系厚的液体熔渣和固体熔渣以后,温度降低到500统的循环水压高于气化炉的操作压力。冷却水也℃左右,再经过13mm厚的屏壁和填充物,温度有三层,分别在物料的内中、中外层之间和外层降低到270℃左右,加压冷却水的温度为250℃之外,这种冷却方式传热比较均匀,可以使烧嘴左右。冷壁气化炉体的优点是外层壳体内壁的温的温度保持在较低的水平,特别是烧嘴头部的温度比较低(<250℃),不容易损坏。齿形蛇管卷度不至于太高,以免将烧嘴的头部烧坏。烧嘴头在使用10a以后,没有破坏性的损坏。部的材料较好,其使用寿命预计可以在10a以3.2烧嘴上,但是,烧嘴头部金属材料的要求比较高,且GSP的烧嘴是一种内冷式多通道的多用途每年都要维修。烧嘴,共有6层通道,结构见图3。进料气体和原点火电压火焰信号一点烧嘴用料气冷址水一一冷却水氧气/蒸汽一冷却水一冷却水一一图3GSP工艺气化炉烧嘴的结构3.3激冷室却,并能在激冷室底部形成水浴激冷室是一个上部为圆形筒体和下部缩小的空腔。热粗煤气和液体熔渣、固体熔渣从气化室4气化工艺出来,经过一个喇叭口的排渣口进入激冷室,喇与其他煤气化工艺一样,GSP气化工艺过程叭口的下端是一个环行水管,激冷水由此喷出。也主要是由给料系统、气化炉、粗煤气洗涤系统洗涤后的粗煤气被冷却至接近饱和,从激冷室中组成,即备煤、气化、除渣三部分组成部排出,温度与操作压力有关(如:p=3MPa中国煤化工:于0.5mm的粒t=211℃),然后进人“气化后工艺系统”(文丘度后CNMHG输入系统送至烧里、激冷洗涤塔等)。熔渣被冷却后固化成玻璃状嘴。对于液态或污泥状的气化原料则可用泵送至的渣粒,洗涤水和熔渣从底部排出。向激冷室内烧嘴喷入的激冷水是过量的,以保证粗煤气的均匀冷气化原料与其他气化剂(氧气、水蒸气)经第2期唐宏青:GSP工艺技术17烧嘴同时喷入气化炉内的反应室,然后在高温以工业废物和生物质等为气化原料,并先后气化(1400~1600℃)、高压(2.5~4.0MPa)下发过约60种物料,包括各种变质程度和灰分含量生快速气化反应,产生以CO和H2为主要成分的的煤、城市污泥、工业废渣、石油焦以及一些固热粗煤气。气化原料中的矿物部分形成熔渣。热体废物的干馏产物等。粗煤气和熔渣一起通过反应室底部的排渣口进入实际上,这更多的是烧嘴的功能,而不是气下部的激冷室。化炉的功能。因为GSP工艺中所用的原料,在冷却后的粗煤气去洗涤系统;渣粒固化成玻Shel中也可以使用,关键是 Shell炉用的烧嘴璃状,通过锁斗系统排出;溢流出的激冷水送污是否具备这种能力。水处理系统。气化温度的选择是由原料煤的物理6.3能够获得较高的气化效率和碳转化率化学性质决定的,气化压力的确定主要取决于产GSP工艺的气化效率和碳转化率比较高,与品煤气的利用工艺Shel炉差不多,这是可以确定的,因为GSP工艺与Shel工艺的H2OC和O2/C是差不多的。5气化炉的规格实际煤种测试时(1500℃,3.0MPa,吨煤氧耗目前,GSP工艺已采用和可以设计后采用的600m3、蒸汽耗1125kg),热煤气中的H2+CO气化炉规格有3种(见表3)。规格为130MW、干基含量为95.42%,CO2干基含量为4.06%,投煤量720t/d的中型气化炉已经工业化,后两碳转化率为99.6%种是可以设计后采用的规格。6.4气化炉操作弹性大,负荷调节灵活就目前国内甲醇和合成氨来说,130MW规迄今生产的经验表明,GSP工艺的生产负荷格的中型气化炉单台至少可以生产180kt/a合可以比较灵活地进行调节,据称,可以50%的负成氨或150kt/a甲醇,这个规模足以在中型甲醇荷生产或合成氨装置上使用,对于富煤地区的中型厂,是有吸引力的。采用两台或多台并联的办法,可7气化后工艺对气化炉选择的影响以形成大型厂的生产能力。当然,单台大型炉的7.1两种气化后工艺开发,将为甲醇或合成氨装置的大型化展示更好“气化后工艺”是指气化炉出口的高温气体经的前景过回收热量、除尘和增湿,产生水煤气,满足下表3GSP气化炉的规格(2.5MPa下)个工序的需要。通常有激冷流程和废锅流程两大型特大型种。规格/MW激冷流程可以由激冷室、文丘里、炭黑洗涤投煤量/td-12200塔组成。气体的热量被水的汽化吸收,灰渣混于热粗煤气量/m3,h-15000160032000水中,气相中包含有大量的水蒸气,可以满足变气化室内径/mm3650换工艺的需要气化室高度/mm350052506700废锅流程可以由一级或多级废热锅炉、水洗和干洗除尘组成。气体的热量产生高压和中压蒸6技术特点汽,灰渣混于水中,气相中包含有少量的水蒸气。目前国内运行的 Texaco工艺中,只有激冷6.1气化炉开工率高,配件使用寿命长流程一种,但这并不意味着 Texaco工艺只能采GSP气化炉的开工率比较高,基本上是每年用激冷流程,如果需要,也可以采用废锅流程。次,烧嘴和水冷壁的使用寿命也比较长,这就訾地骨近H计的壮工艺中,只有度可以不要备炉了。若多台并联,维修烧嘴时可以锅Shell工艺只能采不必全线停车。气化炉的开停车比较灵活,所需用废CNMHG采用激冷流程。时间比较短,给稳定生产提供了基础。GSP工艺采用的是激冷流程,当然也可以采6.2气化原料的适应范围广用废锅流程。从1989年起,GSP技术开发的重点转向了7.2产品需要决定气化后工艺·18·中氮肥第2期72.1氢气和氨实际上, Texaco工艺采用激冷流程,是由于8应用产品品种的需要。目前国内煤制气的 Texaco工前面的叙述说明,在讨论煤气化应用时,应艺主要用于合成氨。气化后水煤气中的CO要与该把“气化炉”与“工艺”分开。GSP炉的应用水蒸气反应全部转化为CO2,这就需要大量的水可以分为发电、城市煤气、氢气、甲醇、氨和油蒸气,根据变换催化剂的要求,通常要达到一定六种主要产业,后四者是典型的合成气化工。的汽气比(2.0左右)。激冷流程既脱除了尘渣,合成气化工的应用是与气化方式有关的又起到增湿的作用,使气化后气体中的汽气比满GSP提供的是合成气,目前GSP炉主要用在城足变换工艺的需要。因此,激冷流程是针对制氢市煤气和发电上,正在建设的装置是GCC(捷和合成氨生产而言的。克 Vresova),气化炉的规格是140MW,在2.7.2.2甲醇MPa下操作。甲醇合成需要H2CO在2.0左右,激冷流GSP炉用于甲醇或费托合成的工艺也已经程也比较合适。如果采用废锅流程,虽然可以回在计划之中,其实这只是工艺配套问题,并不是收一部分热量,但废锅出口的水蒸气含量比较GSP所特有的,正如 Texaco、Shel炉后面配什低,水洗的增湿作用又有限,气体温度也较低么,完全是配套组合问题。GSP炉用于甲醇或费托合成(固定床工艺H2/CO为2.0)工艺中,有因此,仍然要补充一部分水蒸气到水煤气中,不定量的低位能难以利用仅工艺上比较麻烦,能量利用也不合理。由此可见,废锅流程对甲醇生产就不十分合理。9看法与建议7.2.3费托合成煤炭气化技术作为煤炭深度加工、转化的先合成油工艺中,进入合成反应器时并不需要导技术,是中国洁净煤技术的优先发展领域之水蒸气,用铁催化剂时,需要的H2/CO在0.7目前,中国正在加速发展大型煤化工(氢1.0之间,废锅流程比较合适,激冷流程就差氨、醇、油)和城市煤气、发电,这就需要配套些。GSP或 Shell炉出口的CO含量虽然偏高,使用大中型先进煤气化技术。GSP气化技术作为但只要将少量的气体进行CO变换就可以了。用项比较好的气化技术,在中国具有十分广阔的钴催化剂时,需要的H2/CO在2.0左右,采用激应用前景。在市场经济的今天,只有技术而没有冷流程也可以。价格上的优势是很难立足的,这一点,企业清7.2.4城市煤气和发电楚。但是,GSP技术的拥有者明白吗?用于城市煤气和发电时,气体中不需要大量近年来,国内对煤气化炉的选择和讨论主要的水蒸气,因此,废锅流程适合于城市煤气和发是在 Texaco和Shl之间,如果加入GSP,可以电。Shl艺及其废锅流程在国外主要用于发提供更多的选择,不要用极端的办法一定要比出电的原因也就在于此。名次,因为在不同的场合,针对可以得到的廉价7.3气化工艺与气化后工艺配置的评价原料和需要生产的产品,可以有不同的结果,关在选择气化工艺和气化后工艺配置时,不能键是要进行公正和客观的比较,避免涉及推荐单把 Texaco工艺、GSP工艺与激冷流程捆绑在位和个人的利益。起,也不能把 Shell工艺和废锅流程捆绑在一起。煤气化技术实际上包括了备煤、气化炉、气三个煤气化头和两个气化后工艺各有各的特点,化后工艺三个部分。企业在引进煤气化技术时,应该根据产品的品种来决定可以根据国内已有的经验,从企业自身的条件出应该针对同一种产品,且将气化后工艺设置为相象x姿在进行 Texaco、 Shell和GSP工艺比较时发,选择采用适宜的气化方式。“人云亦云”的思中国煤化工媒气化在中国同。而不应把 Texaco工艺和GSP工艺与激冷流定EAHCNMHG的考验和机遇程捆绑在一起,把 Shell工艺和废锅流程捆绑在[参考文献]起,进行三者投资的比较。否则,难以得到合[1]徐振刚,宫月华,蒋晓林.GSP加压气流床气化技术及其在理的结论中国的应用前景[.洁净煤技术,1998,(3):15~18.

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