GSP煤气化技术生产合成气的工艺分析

第33卷第H期现代化工No1. 20132013年11月Modern Chenical industry93·GSP煤气化技术生产合成气的工艺分析黄伟,马雨联(东华工程科技股份有限公司,安徽合肥230024)摘要:GSP煤气化技术具有原料适应性广,气化炉和烧嘴设计独特新颖,技术经济指标先进环保性能良好等特点,是一种先进的煤制合成气工艺技术。对GSP煤气化技术用于煤制合成气的工艺流程和技术特点进行了介绍和分析。关键词:CSP;煤气化;组合烧嘴;水冷壁;煤制合成气中图分类号:TQ546.2文献标志码:A文章编号:0253-4320(2013)11-0093-04Analysis of GSP coal gasification technology for production of synthesis gasHUANG Wei. MA Yu-lianEast China Engineering Science and Technology Co, Ltd, Hefei 230024, China)Abstract: GSP has the advantages of wide flexibility of feedstock, unique and innovative design of gasifier andburner, advanced technical and economic indexes and good environmental performance etc. It is one of the most advancedcoal syngas technologies. In this paper, the process and technical characteristics of GSP coal gasification technology forsyngas are described and analyzedKey words: GSP; coal gasification; combined burner; cooling screen; synthesis gas from coal近年来,我国能源供应日趋紧张,因此,发展新化技术的全部权利包括全部知识产权由西门子公司型煤化工正成为我国能源建设的重要任务。建设煤取得,公司更名为西门子燃料气化技术公司化工产业,生产煤基清洁燃料,是当前和未来几十年 Siemens Fuel Gasification Technology gmbH&Co.我国能源建设的重要需求。煤气化技术是煤炭洁KG(SFGT)]。西门子CSP气化技术已建成的项目净、高效和综合利用的基础技术和关键技术,其应用3个:德国黑水泵1台200MW(投煤量720vd)领域极为广泛。目前世界上大型现代化煤气化技术带水冷壁气流床气化炉;捷克 Sokolovka Uhelna厂主要有固定床加压气化技术[如鲁奇加压气化1台140MW带耐火砖气流床气化炉;神华宁煤167(Iurg)炉、液态排渣鲁奇(BCL)炉]、水煤浆加压气万t甲醇制烯烃项目,采用5台500MW(投煤量约流床气化技术[如德士古( Texaco)炉、E-CAS炉]和200t/d)带水冷壁气流床气化炉3。其中,神华宁干粉煤加压气流床气化技术(如 Shell i粉煤气化技煤167万t甲醇制烯烃项目已经安全运行2年多。术、GSP粉煤气化技术、 Prenflo气化工艺)等。在煤制合成气方面,GSP加压气流床气化技术融合了2GSP煤气化技术生产合成气的工艺流程Texaco和She气化技术的优点,在原料适应性、气GSP气化炉釆用千煤粉进料,纯氧流化床气化、化炉结构及大型化、消耗指标、投资成本、运行费用液态排渣粗合成气激冷工艺流程。图1为GSP气以及单位煤气成本等方面具有明显的优势,是一种化工艺流程示意图。GSP气化工艺主要由粉煤密相先进的煤制合成气工艺技术2输送系统、气化反应系统、排渣系统、粗合成气处理1GSP煤气化技术的发展及应用系统、黑水处理系统5部分组成。2.1粉煤输送系统GSP干煤粉加压气流床气化技术是1976年由每台气化炉配有专用的煤粉输送系统,由1个前民主德国 VEB Gas- kombat的黑水泵公司开发常压煤仓,几个二氧化碳缓冲罐,4个煤锁斗和1个并投入商业化运营的大型干煤粉气化技术,迄今已给料器组成。如图2所示,干燥的磨制粒度不大于完成了不同规模、多个地域煤种中试装置的基础研50mm的粉煤从煤仓流到煤锁斗,煤锁斗循环操作究和工艺验证。1984年在德国黑水泵市建成1套将煤加到加料斗。煤在加料斗中流化后在气力作用200MW冷壁炉的商业化装置,原料煤处理能力为下被送入气化炉烧嘴。来自高压缓冲罐的二氧化碳720Ud,稳定可靠运行达20多年。2006年GSP气用来密封件中国煤化工CNMHG收稿日期:2013-06-25作者简介:黄伟(1982-),男,大学,工程师,从事化工工艺和管道设计工作,huangwei@chinaecec.com。现代化工第33卷第11期粉煤密相输送系统蒸汽氧组合成气干煤粉组合成气处理系统常压低压蒸汽低压蒸汽煤仓文丘里先涤器O罐CO激冷室黑水处理系统激冷水破渣机、×排渣系统黑水处理渣锁斗少量废水细灰滤饼废气□专利设备范围粉状渣图1GSP气化工艺流程图相对较高每立方米悬浮煤粉和载气中固体含量约煤仓为350~500kg,根据负荷不同,流速在3~9m/s低压氮气2.2气化反应系统粉煤、氧气和蒸汽混合后由烧嘴进入气化炉反二氧化碳应室快速气化,生成富含一氧化碳和氢气的粗合成气。反应的温度在1500~1750℃,压力为4.2MPa煤粉去气化炉煤中的灰分转化成熔渣,热粗合成气和熔渣通过反应室底部的排渣口进入到气化炉激冷室,通过喷雾二氧化碳化激冷水,温度冷却到约220℃。冷却的粗合成气在进入到粗合成气处理(洗涤)系统前达到饱和状图2煤粉输送系统示意图态。冷却固化的熔渣从气体中分离出来,通过重力作用流到灰渣处理系统的破渣机。多余的激冷水送来自磨煤及干燥系统的粉煤通过气力输送,沿往气化闪蒸系统。切线接入煤仓顶部的屋顶状附件中,并在此与载气GSP气化炉采用组合式气化烧嘴,由配有火焰分离。载气经过滤后排出系统。每个煤仓有4个出检测器的点火烧嘴和生产烧嘴组成故称为组合式口,每个出口对应一个煤锁斗。煤仓上安装有松动气化烧嘴。组合烧嘴安装在气化炉的顶部,采用下元件,从松动元件导入连续氮气以保持煤仓处于惰喷式进料方式。如图3所示,点火烧嘴中央通道用性气氛中,并防止煤粉在煤仓内压实,促进粉煤从煤于火焰监测。在点火烧嘴中央通道周围的环形通仓进入到煤锁斗时的流动。压力控制口火始检测口为了克服常压煤仓和带压操作的给料斗之间的点火可燃气体口e压差,4个煤锁斗循环操作,交替装人粉煤。煤锁斗氧气/氮气口却水出口冷却水进口冷二氧化碳口装填完成以后,用充压气体分上、下两股为锁斗充压氧气/蒸汽口氧气/蒸汽至给料斗的操作压力。待煤锁斗和给料斗之间的压冷却水进粉煤进料口冷却水出口力达到平衡,煤锁斗即可将粉煤输送至给料斗。煤锁斗排料结束,重新卸压至常压,准备下一次装料。冷却水进口中冷却水出口卸压气经过滤后排放出系统。给料斗的下段设有机械搅拌器,粉煤在此通过中国煤化工松动气和搅拌器的作用下流化后在压差作用下以均CNMHG图3GSP气化炉组合烧嘴结构示意图质密相流的形式被送入气化炉烧嘴。密相流的密度2013年l月黄伟等:NP煤气化技术生产合成气的工艺分析95道,燃料和氧化剂通过点火烧嘴导入烧嘴口,被电弧套冷却系统,冷却反应器的外部。水冷壁和承压壳点燃。点火烧嘴旁的主烧嘴将作为气化烧嘴。达到体之间的间隙受燃料气或情性气体的吹扫,间隙之装置操作压力后(42MPa),气化的粉煤和所需的间的温度小于200℃。氧气均通过气化烧嘴供应。粉煤通过4条煤粉输送水冷壁水冷管内的水采用强制密闭循环,以从管线输送输送端切线地进入氧气周围的环形空间,反应室边缘带走热量。在循环系统内,有1个废热这样可以确保粉煤均匀分布。锅炉生产低压蒸汽,将其热量移走,使水冷壁水冷管与氧气发生燃烧反应时,烧嘴出口会产生高温内水温始终保持恒定范围。因此每个通道都设计各自的水夹套来强制冷却受到激冷室为一承压空壳,外径和气化室一样,上部高热负荷的部件,以延长烧嘴的寿命。烧嘴的冷却设有若干冷激水喷头。通过注入激冷水,热原料气水系统设计为循环系统,带有1个换热器、离心泵和在当前压力下骤冷至饱和温度由激冷室中部引出。1个压力容器。烧嘴冷却回路的压力始终高于操作激冷水供应具有一定富裕量,确保完全激冷。未蒸压力,这样可以防止管路事故破裂时热气体进入冷发部分激冷水流入激冷室底部此处积聚了渣可溶却回路。解盐和煤灰颗粒。激冷水主要由收集和缓冲的气体GSP气化炉分为上下2个部分,如图4所示,上冷凝液、循环灰水、文丘里洗涤水和脱盐水组成。激部为反应室,下部为激冷室,反应器和激冷器作为一冷水量根据进入主烧嘴氧气流量和产生的原料气量个单元设置在公共的压力壳体内。反应室由承压钢调节。熔渣遇冷固化成玻璃状的颗粒落入水浴中,壳和水冷壁2部分组成。水冷壁的主要作用是抵抗排入渣锁斗。炉体内1350~1750℃高温及熔渣的侵蚀。如图52.3排渣系统所示,水冷壁由水冷盘管及固定在盘管上的抓钉与每台气化炉配有1套灰渣处理系统。灰渣处理SiC耐火材料共同组成。在反应器正常运行时,液系统将气化炉底部排出的渣水混合物进行处理,破渣将附着在内表面上,挂渣层可以保护水冷壁防止除大的颗粒,进行冷却,然后将渣从水中分离出来。化学腐蚀和磨损。由于所形成的渣层保护,水冷壁湿渣送往收集区进行处理。渣水送往黑水处理系统的表面温度会小于500℃。反应器的上部被一个不进行进一步处理。带压力的夹套封闭,低压循环灰水流入夹套,形成夹气化炉激冷室中的废渣首先在破渣机中进行破料蒸汽/氧气碎,粉碎的渣通过重力落入集渣罐和渣锁斗中,并使喷嘴用捞渣机将其移除,从而使废渣的压力从气化炉内的操作压力减到常压。当渣锁斗处于集渣状态时加压水出口们气化室水冷壁渣水在渣锁斗和气化炉激冷室间循环,将废渣从破水夹套渣机中冲刷至渣锁斗。每间隔一定时间,渣锁斗将加压水入口激冷水进行减压,并将积累的废渣排放到捞渣机上。在这段时间内,集渣罐暂时收集气化炉产生的废渣。渣激冷室成气出口锁斗清空后用冲洗灌中的水冲洗,之后用冲洗灌中的水充满后加压,然后继续集渣。捞渣机分离来自渣锁斗的水和渣,将湿渣送往配套输送系统进行运送和图4GSP气化炉结构示意图储存。渣水由泵送至黑水处理系统进行进一步处理2.4粗合成气处理系统粗合成气洗涤系统位于气化炉激冷室下游,主水冷壁冷却水一要设备包括1台喷射式洗涤器、1台文丘里洗涤器、1台带高压喷雾泵和凝结器的高压喷嘴以及1台用液态渣作附加分离器的原料气分离罐。SiC耐火材料在喷挂渣层中国煤化亍器中原料气与抓钉洗涤液充CNMHG顶粒与气态水溶图5GSP气化炉水冷壁结构示意图物会溶入洗尔犰时沈你礅屮,沈涤废水排放至激冷水系统循环使用。原料气进入下游的高压喷射96现代化工第33卷第!1期段,通过高压喷嘴系统喷射的脱盐水进一步脱除原(6)工艺流程短,装置大型化,设备规格尺寸料气中残留的悬浮微粒和细灰。原料气分离罐用于小,投资少,建设周期短。GSP气化技术采用干粉煤分离原料气中的夹带液滴和收集原料气冷凝液。经加料、水冷壁和激冷、洗涤除尘流程,流程简单,设备过洗涤以后的粗合成气含尘量低于1mg/m3。台数少;气化炉釆用顶部烧嘴下喷进料,反应室下部2.5黑水处理系统设激冷室,结构紧凑;日投煤量为1900t的GSP气气化炉排出的黑水经两级闪蒸系统进行减压和化炉外径约为3.5m,几何尺寸小,质量轻,易于运脱气后,送往黑水处理系统。每2台气化炉共用1输和组装,有助于减少建设周期和投资费用。套黑水处理系统。来自闪蒸和排渣系统的黑水供往(7)GSP煤气化工艺可靠性好,连续运行周期沉降槽,并加入絮凝剂以加速细小固体的凝结和沉长,运行费用低。水冷壁结构简单,气化炉设备温度降。沉降槽中的浓桕使用真空带式过滤机来脱水并低,气化炉、水冷壁和组合烧嘴的使用寿命长,运行去除固体脱除的固体灰渣运往外部进行处理。滤周期长,维护工作量小,运行费用低。液与沉降槽中的清相收集后送往气化炉用作洗涤(8)操作弹性大。CSP气化炉采用组合式烧嘴水激冷水或者渣锁斗冲洗用水。一部分灰水被送及特殊的烧嘴结构,单炉操作负荷可在70%~往废水处理系统以便控制气化系统中水的盐度。110%灵活调节,保证了较大的操作弹性3GSP煤气化技术在煤制合成气方面的优势(9)开停车操作方便,且时间短,从冷态达到满负荷仅需1~2h;自动化水平高整个系统操作简作为一项先进的煤气化技术,GSP加压气流床单安全可靠。气化技术用于煤制合成气具有以下优点46(10)环保性能好。液态熔融渣经激冷后呈玻(1)煤种适应性强。CSP气化技术采用干煤粉璃态没有污染并可作建材原料;气化温度高,有机作气化原料不受原料成浆性的影响;由于气化温度物分解彻底无有害气体排放;污水排放量小,污水高,可以气化高灰熔点的煤,故对煤种的适应性更为中有害物质含量低易于处理可以满足越来越高的广泛,从较差的褐煤、无烟煤到石油焦均可使用,也环保要求。可以两种煤掺混使用。4结语(2)技术指标优越。该技术的原材料消耗比德士古技术低12%~13%;氧耗比水煤浆加压气化技GSP干粉煤加压气流床气化技术作为新一代大术低10%-15%;碳转化率可达99%;冷煤气效率型先进的煤气化技术之一,兼有壳牌和德士古气化高达80%以上;经过冷激和洗涤,粗合成气含尘量技术的优点其气化炉和烧嘴的设计合理加料技术<1mg/m3,同时有较高的水汽比,变换工段无需外先进,原料适用性广,工艺流程简洁运行稳定可靠,补蒸汽技术经济指标优越,环保性能良好,在煤制合成气方(3)合成气中(CO+H2)体积分数高达90%以面有非常广阔的应用前景。当然,GP加压气流床上;而甲烷体积分数低于0.1%,且不含重烃。气化技术也有其局限性,例如干粉煤输送流程复杂,(4)粗煤气成本低。粗煤气成本比壳牌技术约易发生堵塞的问题,与其他大型煤气化技术相比,工低13%,单位产品(CO+H2)成本比德士古技术约业化运行装置较少需要更多的实际运行经验。低20%。参考文献(5)烧嘴和水冷壁的使用寿命比较长,维护费用低。GSP气化炉只有一个组合式烧嘴,该烧嘴独[1]许世森,张东亮,任永强大规模煤气化技术[M].北京:化学工业出版社,2006有的特点就是每个通道都设计有各自的水夹套来冷[2]李大尚CSP技术是煤制合成气(或H2)工艺的最佳选择[却,极大地延长了烧嘴使用寿命烧嘴主体的使用寿煤化工,2005,(3):1-6.命预计达10年;气化炉采用水冷壁结构,无耐火砖[3]北京索斯泰克煤气化技术有限公司CSP煤气化技术的应用门].应用化工,2006,35(1):66-73衬里,维护费用较低;通过水冷壁面挂渣来保护水冷[4】崔意华袁善录.CSP加压气流床气化技术工艺分析[J煤炭转壁过热烧漏,从而延长水冷壁的使用寿命,预计水冷[5]徐振刚中国煤化工壁使用寿命为20年;由于水冷壁的冷却作用,气化及其在中国的应用前炉壳体的温度低于250℃,预计气化炉的使用寿命景[]CNMHG[6]章荣林.对GSP干法粉煤加压气化工艺技术的评述[J].氮肥与可达25年。甲醇,2006,1(3):9-12.■