E-GasTM气化技术及许可项目进展

煤炭加工与综合利用COAL PROCESSING COMPREHENSIVE UTILLZATIONNo.12,2015EGa1M气化技术及许可项目进展张英素, Chancelor L wiliams, James a knox(CB&I,北京100016)摘要:介绍了E-GasM气化技术发展史、工艺生产过程、许可项目的进展情况,简述了该气化技术未来的发展方向。关键词:EGas气化技术;工艺;项目进展;发展方向中图分类号:TQ5232文献标识码:A文章编号:1005-8397(2015)120032-06作为业界领先的气化技术, E-Gas气化技小的商业化装置和示范装置。这些装置使用了各术可以将不同的固体燃料高效、安全的转化成用种不同的煤种作为原料运行了十几年。CB&I于于发电、SNG生产、制氢或化学品生产的合成2013年5月收购了EGas气化技术, Wabash气。在近30年的商业化运行中, E-Gas技术River装置的工厂经理和所有关键的工程管理人直秉承环保、安全、高效的发展理念,其设计在员都是CB&I的员工。多年的运行经验上不断得到完善,同时 E-Gas技术在投资成本、能效及装置操作灵活性方面也1 E-Gas技术发展历史维持了一个很好的平衡。E-GasM气化工艺具有成熟的商业化运行经E-Gas技术的特点包括氧气气化、连续排验,可将含碳固体原料转化成合成气。生产的合渣,以及独特的两段式气流床气化炉设计。采用成气可用于发电、制氢以满足炼厂加氢处理的需E-Gas技术可以使气化装置适应比较宽的煤种求,或用于生产替代天然气(SNG)及其它化学范围,并可以按照最终产品的需求适当调节合成品气的组分。在过去5年里,4个大型项目被授权在20世纪70年代末,由于石油和天然气的使用 E-Gas气化技术,其中2个项目在中国,价格高昂,陶氏化学公司开发出了将褐煤转化成印度和韩国各有一个项目,最终产品包括氢、合合成气用于发电的EGas-技术。整个20世纪成天然气、电力和化学品。位于韩国和印度的80年代,该技术历经一系列中试装置和示范装置两个项目将分别于2015年底和2016年初开车等工业化放大试验不断优化。EGas技术的第CB&I在中国的第一个 E-Gas技术授权始于套工业化规模的气化装置位于美国路易斯安那2012年,此后CB&I在中国开发了针对气化装置州的陶氏 Plaquemine化工联合工厂内,20世纪中几乎所有设备的本地化供应链。90年代初,该装置以 Powder river次烟煤为原料位于美国印第安纳州 Terre Haute的整体煤气生产合成气,用于其自备的联合循环电厂发电,化联合循环电厂采用 E-Gas气化技术( Wabash以补充该化工厂的电力需求River装置)自1995年起一直运行至今。在20世纪90年代末,EGas技术将其原料Wabash River装置之前,CB&I还建立了几套较适用范围扩大到了各种烟煤和石油焦。 E-Gas收稿日期:2015-12-14DOl:1016200jcnk1-2627/hd2015.12007作者简介:张英素(1965-),女,河北栾城人,1989年毕业于北京化工学院化学工中国煤化工气化业务开发总监引用格式:张英素, Chancellor L wiliams, James a Knox e-Gas气化技术及许可CNMHG2015(12):32372015年第12期张英素,等:E-GasM气化技术及许可项目进展的第二套工业化装置是位于美国印第安纳州West表1 E-Gas技术的适用原料种类和各项指标范围Terre haute镇的 Wabash River气化装置,该装置项目褐煤次烟煤烟煤石油焦于1995年开始运行。虽然原设计和运行均采用业分析质量组烟煤,但 Wabash river装置于2000年成功切换成(收到基)/%为100%石油焦运行,大大降低了原料的成本。水分25~3065~174~10EGas技术原料适应能力的扩展使得CB&I灰分10-205~98.1~140.3~0.6可从事的气化业务范围不断扩大。CB&I目前可挥发分34~4029~3325~4594~12以提供能够同时气化多种原料(包括煤、石油焦20~4033~3738~4680~90和某些重油)的气化炉,表1列出了EGas技元素分析质量术的适用原料种类和各项指标的范围。组成(干基)%除了原料的灵活性提高之外,工业化装置54~6063~6965~7587~90上 E-Gas气化炉的产能也已从最初的次烟煤处理量不足2200td(TPD),合成气产气量大约115000m3/h,提升到当前的石油焦处理量超过碳氢氮硫氧4.0-5.03.8~4.742~5.22.2~4.01.0~1.308~1.008~1.51.1~1.81.0~3304~1.104~4756~713000td,合成气产气量270000m3/h以上18~2114~203.3~110.1~1.9灰分12~2266~128.2~1603~0.62工艺说明E-Gas技术的特点是氧气气化、连续排成熔渣从气化炉排出,熔渣经循环水冷却和凝固渣,以及两段式气流床气化炉设计。如图1所后,送至排渣处理单元进行脱水,分离的水可回示, E-Gas工艺的技术界区由煤浆制备单元开收循环再用,脱水后的熔渣最后作为副产品送出始,固体原料与循环水和新鲜补充水混合研磨制界区。浆,煤浆经准确计量后,由泵送并喷入气化炉;出气化炉的高温合成气被送至下游的合成气在气化工段,煤浆与氧气一起引入气化炉生成合处理工段,进行多级冷却和净化。在合成气处理成气,含有金属和矿物质的煤灰被高温液化后形工段,合成气经废热锅炉冷却并副产高压饱和蒸水高压蒸汽不含粉尘合成气滞留器煤石油焦“细灰/半焦脱除火管式合成磨机气冷却器煤浆罐煤浆氧气氧气急冷水熔渣处理含碳循环水TERAH中国煤化工CNMHG煤炭加工与综合利用2015年第12期汽,冷却后的合成气经过粉尘过滤器后将未转化化技术通常所会遇到的产生含酚废水的挑战。的碳和灰分分离回收并送回气化炉;最后,合成气在水洗塔内进一步洗涤冷却并脱除对下游工艺3化学过程装置有腐蚀性的氯化物。在气化炉内,固体原料在还原性气氛下通过出合成气处理工段后,一少部分合成气被系列吸热和放热反应转化成合成气。即,将低循环回界区以满足各种应用,包括冷却和管嘴吹于化学计量比的氧与固体原料一起引入气化炉。扫。其余大部分合成气送出 E-Gas界区,作为气化反应所需的水蒸气通过汽化煤浆原料中的水产品气到下游单元进行处理。来提供。碳、氧气和氢气在气化炉内进行复杂的下游处理的程度和类型取决于合成气的最终相互反应,反应式如下所示:用途,一般情况下包含一套用来调节合成气中HCO+1202(-283.0 kJ/mol)与CO比例的CO变换装置,以满足最终用户的C+H2O→CO+H2(+1313kJ/mol)要求。例如,如果是为炼油厂供氢,几乎所有的CO+HO-- CO2+H2(41.2 kJ/mol)CO都需要通过变换反应变换成H2。如果用于整C+CO2→2C0(+172.5kJ/mol)体煤气化联合循环(IGCC)发电,则不需要进行CO+3H,--CH4+H,0(-2062 kJ/mol)氧化碳变换。气化装置通常都会配套酸性气体脱除(AGR)装置和硫回收装置(SRU)。由于原料中的其他化合物包括硫、氮及各种金属采用了两段式设计,EGas技术有能力优化合和矿物质通常含量较低。矿物质和金属成分一般成气的组分以满足不同应用的要求。通过改变操称为灰分,生成非晶质熔渣副产品,而硫和氮则作条件,H2、CO、CH等含量可根据项目的要求转化成硫化氢、氮气或氨,以及少量的COS和进行微调。表2为从 E-Gas工艺中可获得的合HCN。原料中的氯化物几乎完全转化成氯化氢成气预期组分。EGas工艺中的气化炉包括两个明显不同的反应段。第一段气化炉运行温度高于固体原料中灰表2不同煤种合成气产品的体积组分预期范围分的熔融温度。根据原料种类,正常操作温度介于体积组分褐煤次烟煤烟石油焦1300℃至1500℃之间。在此温度范围内,反应H2%30626~3522~3218~30速率非常快,在第一段气化炉的反应区内迅速达COr%26418到平衡。反应原料的转化程度主要取决于操作温75~156.l~15度,而操作温度主要受氧/碳进料比的影响。H2S/%0.10.1~0406~1.11.1~1.3与第一段气化炉送入氧气提供燃烧热不同,第CH,%0216~3710~2008~二段气化炉利用第段的热量来支持吸热的气化反06~0.80.5~0.7应,而无需引入氧气。根据原料特性的不同,出第H,O/%二段气化炉的最终温度介于1000℃至1050℃之0.100-0.1间。在该温度范围内,反应速度比第一段低得多,N,%0.60.7~2001~200.7~20使得某些反应无法达到平衡状态Ar/0.102~0802~0.80.2~0.84气化性能和原料特性的敏感性因为含水量高,褐煤气化一般不选用水煤浆进料的气化技术,所以 E-Gas气化褐煤可获得气化技术的工艺性能一般用原料和氧气的的操作数据有限。尽管如此,CB&I目前正在开比消耗率来表征,该度量会因原料特性不同而发一种专门针对高水分煤,如褐煤的新型气化技显著不同,以无水基原料为基准,每1000m3术,该技术可大幅度降低水煤浆进料工艺所需的(CO+中国煤化工某耗介于04氧耗,同时避免了传统的使用高含水量原料的气zm. YHCNMHG成天然气时2015年第12期张英素,等:E-GasM气化技术及许可项目进展35甲烷也会纳入合成气的定义范围。以无水基原料5工艺集成、公用工程和三废排放为基准,每1000m3合成气比氧耗一般介于04气化装置既可作为一套独立装置建设,通常06t。在比较工艺性能时,明确原料的基态是非可建于煤矿坑口以减少燃料运输成本;也可整合常重要的,因为数值可以按收到基、无水基、无进新建或现有的炼油厂和石化联合装置之中。后水无灰基给出,比较的基态不一样,性能比较就种布置方式为产品、公用工程和废物排放的整可能导致明显不同的结论。合提供了大量的优化机会。气化炉的性能对原料特性很敏感,包括水在炼油厂的配置中,EGas气化装置可接分、灰分和灰熔点、热值和活性等。如上文中的收来自炼油厂延迟焦化装置的石油焦。如需满足化学反应式所示,将原料碳转化成一氧化碳的反更高的合成气的产量要求,气化炉亦可补充外供应属于吸热反应。在 E-Gas工艺中,推动第的煤炭或来自炼油厂内部的重油。出气化炉的合段气化炉和第二段气化炉中该反应的热量都来自成气可用于制氢、发电或化学品生产。用于制氢合成气在有氧条件下的燃烧。在第一段气化炉是的合成气需经过一氧化碳变换装置、酸性气体脱利用燃烧反应释放的热量直接加热,而在第二段除装置(AGR)、变压吸附装置(PSA)等装置。气化炉是利用第一段气化炉的高温合成气所带热出酸性气体脱除装置的酸性气体可送至炼油厂量来间接加热。因为燃烧会消耗氢气和一氧化碳硫磺回收装置。变压吸附装置的尾气可送入燃料所以合成气产量及工艺效率会随着氧气消耗量的总管用于工艺加热炉的燃料,或用于过热来自上升而下降。因此,低氧气消耗的原料特性会呈EGas工艺副产的高压饱和蒸汽的燃料现比较好的气化性能。因为 E-Gas是水煤浆进料气化工艺,所以(1)水分:原料的水含量会影响煤浆制备的需要用水制备气化炉用的原料,这就为整合各种最高固体浓度。原料中的水含量越低,可达到的废水提供了可能。含油废水和含各种金属或溶煤浆中的固体浓度越高,固体浓度越高意味着随解气体的废水常常会给炼油厂和石油化工装置带煤浆送入气化炉的液态水越少,煤浆送入气化来环境保护的挑战。 E-Gas工艺具备处理这种炉后,需要热量将其中的水分蒸发。因此原料的废水的能力,在气化炉内可以分解各种有害化合水含量越低,氧气消耗量就会越低,整体性能物,并将各种金属成分固化在惰性的熔渣副产品就会越好。之中。(2)灰分和灰熔融温度:第一段气化炉的合成气送入酸性气体脱除装置前,需要冷操作温度高于灰分的熔化点或熔融点,灰分熔融却,因此会产生酸性冷凝水。该水可送往炼油形成液态炉渣会消耗本可用于促进气化反应的热厂酸性废水处理装置,其中大部分水可循环返回量。因此原料中的灰分越低,氧气消耗的需要量化煤浆制备单元,或在气化单元用于急冷合成就越低,呈现的气化性能就越好;同样的道理气。在合成气处理单元,氯化物洗涤塔产生的塔原料的灰分熔融温度越低,气化炉的操作温度越底外排水也可送往炼油厂酸性废水处理装置。低,因此可表现出更好的气化性能气化装置需要大型的低温空气分离装置3)热值和活性:热值以单位质量的能量计,(ASU)向气化炉供氧。该空分装置同时为炼油指燃烧时释放的净热量。高热值原料在气化炉内厂硫磺回收装置、催化裂化装置或其他需要高纯释放的热量更多,因此需要的氧气更少,呈现的度氧气的装置供氧。气化装置需要氮气供应,用性能更好。活性,以特定温度下的转化百分比计,于仪表吹扫和设备维修准备。炼油厂氮气以及仪指原料中的碳在特定操作温度下的转化程度。活表风的需求也可由气化装置的空分装置提供。空性高的原料达到预期转化水平所需的温度低,或分装置还可以副产其他工业气体外销,如氩气和在特定温度条件下实现的转化率更高。因此,原氙气中国煤化工料的活性越高,呈现的气化性能越好。最后CNMHG的饱和高压蒸煤炭加工与综合利用2015年第12期汽,该蒸汽可用于工艺加热,或过热后用于驱动关的工艺工程设计和现场技术支持等服务蒸汽透平或发电。E-GasM工艺所需要的工艺加浦项钢铁光阳项目的施工已接近完工(图2热蒸汽的压力等级,属于炼油厂范围内的常见拍摄于2014年10月),机械竣工完成于2015年压力等级,所以设计时可以整合到炼油厂的蒸7月,计划2015年底试车。汽平衡中。在EGaM工艺中,储罐产生的无组织排放DOsCourtesy of POScO浦项钢铁感谢浦项钢铁气可通过放空气系统收集,该物流中包含微量的氨和硫化氢,适合送入火管加热炉或硫磺回收装置的克劳斯加热炉进行处理。6许可项目进展情况61 Wabash整体煤气化联合循环发电(IGCC)图2浦项钢铁光阳项目Wabash装置的运行时间已超过20年,电力净输出262MW。 Wabash的操作人员致力于装置63 Reliance工业有限公司 Jamnagar多联产项目的持续改进,使其可靠性越来越高。基于CB&I2012年,CB&I向 Reliance工业有限公司公司与 Wabash工厂之间良好的紧密的工作关位于印度 Jamnagar的炼油厂项目中规划的气化系,其工艺和操作的改进都已经集成到了最新的装置授予了 E-Gas技术的专利许可。 RelianceEGas项目的设计之中。表3为 Wabash装置气的 Jamnagar现场有全球最大的炼油联合装置,化系统可靠性合计炼油能力达到130万bbld。 Reliance位于表3 Wabash装置气化系统可靠性的气化装置将是全球最大的气化装置项目2011年2012年2013年2014年共有10个气化炉,其中两台气化炉组成一个模废热锅炉99998.2块,共5个模块。10个气化炉将以石油焦和煤作气化炉为原料,合成气(标准状态)生产能力约为27294.3994978煤浆制备和输送系统100999997100万m3/h。气化装置生产的合成气将作为制氢、新建化工联合装置的原料和炼油厂燃料气,同时也合成气脱灰系统998100097.3为该炼油厂现有的热电联产装置提供燃料。熔渣处理系统98.7位于 Jamnagar的 Reliance气化项目于2013高温气体通道99.2年9月开始现场施工,详细工程设计和采购已经单系列可靠性92.197493.197.1完成90%以上,现场土木工程施工完成20%以62韩国浦项钢铁公司光阳合成天然气项目上。十套气化炉中共有八套已经交货到现场,其2010年3月31日,CB&I和浦项钢铁联合中四套已在框架中吊装就位。 Reliance工业预计宣布,浦项钢铁位于光阳的煤制天然气(SNG)于2016年初实现第一模块气化炉装置的开车项目选择EGaM技术为韩国本土工业提供清64中国海洋石油公司惠州煤制氬项目洁的合成天然气燃料。该项目选址在光阳市浦中国海洋石油总公司( CNOOC)其位于广项钢铁的光阳钢厂附近,韩国政府允许其每年东省惠州市的惠州炼化二期项目炼化联合装置中气化约180万t的次烟煤来实现年生产能力为的煤制氢装置选择了EGa3M气化技术。这是中50万t的管道级合成天然气。该装置包括三个国首套 E-Gas技术许可,其工艺设计包于2013系列的气化炉(二开一备),标准状态合成气年11月交付中国海洋石油,预计该装置于2017(H2+CO+CH4)产量为288000m3/h年初开车。EGas技术团队已于2010年10月交付工65山东中国煤化工艺设计包,目前正在提供对该项目与气化单元相山东sHCNMHG其位于中国2015年第12期张英素,等:E-GasM气化技术及许可项目进展37山东省的炼油厂扩能项目中的煤制氢装置选择了括建模和进行中试,产生了多项专利,下一步计E-GaS M气化技术。该EGas气化装置配置为划是建立示范装置进行示范装置试验,之后就将两开一备,标准状态合成气生产能力为230000进行工业化装置的技术许可。m3/h,计划于2017年开车73有机废水的利用利用固定床气化炉产生的废水制备高温气流7未来发展床气化所需要的煤浆是改善环境影向的好方法71用于液态沥青、石油和焦油的专用烧嘴在EGas-M气化炉的高温操作条件下,废水中的神驰项目要求EGaM开发一套可以气化炼任何有机污染物或烃类污染物(包括酚类)均将油厂液态沥青的解决方案。气化液态沥青可为业被分解成气体并增加气化炉的合成气产量。利用主提供更大的灵活性,业主可自主选择销售沥青废水制备煤浆降低了固定床气化炉的水处理成或将用作气化原料。液态沥青气化的经济性比燃本,同时降低了装置的整体水耗烧发电要高得多, E-Gas开发了一套可同时进8小结料液态沥青和煤浆的气化解决方案。在一套装置内将液态沥青和煤炭混合气化可大大减少投资成在美国 E-Gas技术用于生产合成气并副产本。这种烧嘴也可用于其他液态烃类原料,如焦高压蒸汽的时间已近30年。Eas气化炉采用油和石油。独特的两段式设计,可使用多种原料以高可靠性72适用于低阶媒的 E-STR的浆态进料方式实现高效运行。EGas在过去5E-STRTM是业内已证明成熟的EGas煤气年共获得了4个项目的技术许可转让,这些项目化工艺的升级版,其设计目的是为低阶煤气化提已经开始施工,其中的两套将于2016开车。这供一种经济且环境友好的途径,与现有的低阶些用户之所以选择EGaM工艺是因为该工艺在煤气化技术相比, E-STR工艺的成本低30%能效、低投资成本、环境足迹小和操作简便之间且不会产生有机废水。该工艺通过消耗最小量达到了完美的平衡。CB&I的EGaM技术专家注的水来生产适于化工或用于燃料的优质合成气。重与用户进行密切合作,并根据用户需求开发新E-STRM工艺经过了10年的严谨研究和开发,包的解决方案,如液体沥青烧嘴和褐煤气化炉等。2015年内蒙古煤制烯烃、乙二醇等产业发展情况2015年1—-10月,内蒙古自治区煤制烯烃产量60.25万t、乙二醇产量195万t。截止10月底,全区共有在建目5个,其中,续建项目4个,新开工项目1个,主要建设規樸为:煤制烯烃140万加a、甲醇制烯烃60万ta、乙二醇90万ta(新开工乙二醇60万ta),总授資880.45亿元,累计完成投資551.27亿元截止目前,全区已形成106万始a烯烃、60万ta甲醇制烯烃、50万ta乙二醇生产能力。2015年1-10月,内蒙古全区完成工业固定資产投资6087.21亿元,同比增长15.34%。作为内豢古优势特色产业的化工行业,完成投資1002.10亿元,同比增长848%,占全区工业固定资产投资的比重为1646%内蒙古化工投资增长首次出现大幅回落,此前近5年内增长幅度均在20%以上。另据不完全统计,前10个月,内蒙古煤制油、煤制烯烃、焦炭、电石、氯碱、甲酶等重点行业工业増加值平均增速冏比増长5%左右,低于去年同期约49个百分点,大部分煤化工企业已陷入零利润甚至亏损困境。从内蒙古自治区有关部门获悉,内蒙古化工行业经济运行正面临着前所未有的压力和考验。内蒙古政府要求,各盟市政府及行业企业积极采取针对性和灵活性措施,切实解决发展中的瓶颈问题,推动全区化工产业尽快走出低谷,实现稳健成长。目前,内蒙古政府及盟市地方政府对化片定中(转CNMHG年12月22日