用组合气化炉发展现代煤化工的建议

June 2005现代化工第25卷第6期. 48Moderm Chemical Industry2005年6月T29设备用组合气化炉发展现代煤化工的建议吴枫,闫文艳,阎承信(烟台化工设计院,山东烟台264001)摘要:当前发展煤化工碰到的第- -个难题就是如何选择适宜高效、经济实用的大型气化炉。由于煤质的特殊性,至今尚没有各方面都令人满意的煤气化技术。本文中提出采用气流床和固定床组合气化炉的方案:向气流床气化炉出口煤气喷入Lurgi炉出口含有焦油的粗煤气,以降低气流床气化炉的出口温度,并使Lurgi炉出口煤气中的焦油等有机物得以气化和裂解。关键词:煤化工;组合气化;应用;建议中圉分类号:TQ545文献标识码:A文章编号:0253 - 4320(2005)06 - 0048 -04Suggestions on development of modern coal chemical processing withcombined gas stovesWU Feng，YAN Wen-yan, YAN Cheng-xin(Yantai Academy of Chemical Engineering Design, Yantai 264001 , China)Abstract: How to choose large- scale gas stoves with characteristics of feasibility ,high eficiency and econoy is the firstproblem to develop the chemical processing of coal nowadays . A process for coal gasification which could meet the characteristicsabove mentioned hasn't been found up to now , due to the particularity of coal. In this paper , the scheme for adopting combinedgas stoves between flow bed and fixed bed is put forward a fllows:the crude gas containing tar from the outlet of Lurgi stovewas sprayed into the gas from the outlet of flow bed stove ,so as to decrease the outlet temperature of flow bed stove, gasify anddecompose organic compounds such as tar in the gas from Lurgi stove.Key words: chemical processing of coal; combined gasifcation; application; suggetion近年来由于国际石油价格飞涨,由煤制合成油、例也大-一些。而煤气化装置又是煤化工企业的主要甲醇、二甲醚以及烯烃等产品已具有一定的竞争力。污染源,如何正确合理地选择用于现代煤化工企业我国一些富煤的省份利用本地的煤炭资源,就发展的气化炉型,是当前各煤化工项目都十分关注又难现代煤化工产业进行了大量的前期工作,拟建的大以抉择的问题。由于没有万能气化炉,因而煤气化批项目中煤炭加工量大部分在200万t/a以上,投资装置已成为当前发展煤化工的瓶颈。笔者建议采用在50亿元以上，都拟建在坑口附近,集煤炭开采加组合气化炉作为发展现代煤化工项目的主选炉型，工和化工利用以及发电于-体,核心技术大部分从现就组合气化炉的有关问题进行探讨。国外引进。近年来国内外虽然对煤化工的有关技术1大型加压气化炉的开 发、应用现状进行了大量的开发和试验研究,但目前尚无新型的现代化煤化工企业投人运营(南非Sasol厂为20世现代煤化工项目要求煤气化炉具有以下特点:纪80年代前建厂)。目前我国虽已具备了发展现代①对煤质的适应能力强,以满足直接气化坑口煤炭，煤化工的基本条件,形势也迫切需要用煤化工产品.的要求;②气化炉的能力要大(500~2000 t/d);替代部分石油,以减少我国对进口石油的依赖,但还③对环境友好,无污染或低污染;④气化效率和碳转是应该先建各种示范性工厂,取得经验后再大面积化效率要高;⑤运行安全可靠,便于维护和管理,可推广应用较为稳妥。用率应达到95%以上。现代煤化工企业的龙头一煤 气化装置是至关目前可供选择的工业化大型气化炉主要有气流重要的,它直接影响企业的投资和生产经营的经济中国煤化工定床Lurgi炉,每种炉性。南非Sasol厂采用Lurgi 法气化和净化技术,其型|Y片C NMH G煤质的要求较为严投资约占整个工程投资的65% ,生产成本所占的比格,一般适用于灰分质量分数< 13%、灰熔点(Ft)低收稿日期:200 - 03- ;修回日期:2005 -04-29作者简介:吴枫(1966- ),女,大学,高级工程师,主要从事化工设计及设计管理等工作,wendy9158@ yahoo . com. cn。2005 年6月吴枫等:用组合气化炉发展现代煤化工的建议49于1 300C、成浆性较好的煤种;Shell炉可以气化灰熔点低于1500%的任何煤种,气化效率和碳转化效率都较Texaco炉的高,但其干法加料系统不如湿法块煤1000C加料系统安全可靠,装置投资昂贵;Lurgi干灰气化I飞灰|400-600C炉适于气化弱黏结和不黏结性块煤,对煤的灰分和冷激环水分含量要求不太严格,但存在煤气水的污染问题。对于拟建的煤化工项目,除了要根据当地的煤质特点选择适宜的气化炉外,还要考虑装置国产化h,飞灰的程度。目前我国已完全掌握了Lurgi 炉技术,国产尘饱和化率达到9S%以上;湿法加料的Texaco炉国产化率粉煤氧蒸汽|氧也已达到90%以上;Shell炉尚未有国产化的先例，灰渣粉煤|水|灰渣飞灰返回制粉系统目前已全套引进能力为1 000 V/d和2 000 V/d的装1-lurgi 气化炉;2- Shell 气化炉(1 400- 1 600);置,其技术费和设备费较前2种炉型高出很多。鉴3-废热锅炉;4- 干法除尘器于今后我国将有很多煤化工项目上马,不能全部依图1气流床气化炉与 Lurgi炉组合示意图.靠引进,应加大国产化的力度。2气流床气化炉与 Lurgi炉的组合3组合气化炉的优越性为充分发挥现有气化炉的优势,扬长避短,笔者3.1提高了冷煤气效率设想采用气流床气化炉与Lurgi 炉组合的气化装置。Lurgi 炉的气化方式是固定床逆流气化法,在现气流床气化法的共同特点是顺流气化,反应物有的气化方法中其气化效率最高,也是最成熟和最在炉内的停留时间很短,因而需要较高的气化温度经济实用的,其冷煤气效率可达80%以上,包括焦(>1 300%)才能够取得较高的碳转化效率和气化油等的煤气效率不低于90% ,出口煤气温度一般在效率,这样就使得气化炉出口煤气带走的显热较多。400~600。如将气流床气化炉的出口煤气温度由Shell炉出口煤气带走的显热约占人炉煤热值的1 400~1 500C降至950~1 000C,约需1倍左右的13%左右,Texaco炉的约占20% (不含潜热),虽然这Lurgi炉煤气冷激。Shell 气化炉的冷煤气效率一般些显热在后面的废热锅炉中可部分回收用于产生蒸约为80% ,在用Lurgi炉煤气冷激时,由于焦油等重汽,但冷煤气效率要降低13% ~ 20%,应该说这是烃物质的裂解气化,混合冷煤气效率可达83% ~降低气流床气化法冷煤气效率的主要原因。为了利85% ;Texaco炉目前的冷煤气效率约为71% ~ 76%，用这部分高温煤气的显热,Destec(现改称globale-在用Lurgi炉煤气冷激后,其混合冷煤气效率也能达gas)气化法采用二段气化,在上段喷人部分水煤浆到80%左右。由此看来,气流床气化炉在与Lurgi以降低出口煤气温度和提高气化效率的措施显然是炉组合后,其混合冷煤气效率可提高3~5个百分合理的。而Shell法用循环煤气冷激将出口煤气温点,这是其他气化方法难以达到的。度降至900C,以防止液渣在后续系统粘结。Texaco3.2彻底消除 了Lurgi炉的煤气水污染问题法则采用水冷激或庞大昂贵的废热锅炉,以除掉液由于Lurgi气化法是固定床逆流气化,因而煤气渣并降低煤气的出口温度,这些都是为了保证后续中含有焦油轻油、酚、氨等物质,在后面的冷却净化系统的安全运行而不得不使用的方法。过程中产生大量的含有焦油、酚、氨的煤气水,这是为有效合理地利用气流床气化炉出口煤气的高Lurgji气化法的主要污染源,也是该法的主要缺点。温显热,笔者建议喷人Lurngi炉出口含有焦油的粗煤为了消除污染并回收副产品,必须设置煤气水分离、气,以降低气流床气化炉的出口煤气温度,并使Lur-脱酚中国煤化工置,同时,在煤气净gi炉出口煤气中的焦油等有机物得以气化和裂解，化时没采用低温甲醇洗.彻底解决了Lurgi 炉煤气的污染问题。另外Lungi炉法),HCNM HC过程和生产装置粗煤气中含有较多的水蒸气,对冷激和气化均较有利。庞大而复杂,不仅投资大,占地面积大,而且所回收气流床气化炉与Lurgji 炉组合示意图如图1的副产品数量有限。为了治理污染须投入大量的人.所示。力和财力,经济效益较差,还有可能造成二次污染。现代化工第25卷第6期如将Lurgi 炉与气流床气化炉组合,则Lurgji 煤的Lurgi炉,每台Lurgi 炉的能力为500 Vd,产气量气中的焦油、轻油、酚等物质在950~1000C的高温约为5万m2/h(千气),2 000 V/d的Shell气化炉产气下均被裂解和气化,彻底除去了这些污染物质,从而量约为16万m'/h(干气) ,煤气组成(体积分数)为:使气体的进一步加工利用变得简化;Lungi煤气中的CO2 3.8%、CO 62.1%、H2 28.2%、N2 4.5%、其他氨不能全部被裂解除去,但可以在后续的洗涤冷却1.4% ,湿气含水蒸气体积分数约5% ;Lurgi炉的煤过程中被水吸收,对缓解系统的腐蚀是有益的,整个气组成为: CO2 27.0%、Co 22.8%、H239.8%、N2洗涤冷却和水系统设备均可采用碳钢;由于Lurgi煤1.3%、CH47.6% .其他1.5%,湿气含水蒸气体积分气中的轻油被裂解,因而煤气的净化脱硫装置得以数可达40%。如按Shell气化炉出口煤气温度为简化,不必采用低温甲醇洗法工艺,可降低投资。1500,冷激后的温度降到1000C,Lurgi炉出口煤3.3提高了装置能力,简化了 系统流程气温度为500C计,大约需要1倍左右的Lurgi 煤气以Shell气化装置为例,在与Lurgi 炉组合时,等.(湿气)冷激,气量约为16.84万m2/h(含水蒸气体积于用Lurgi炉出口煤气替代了Shell 炉原有的循环煤分数约40%),折合干气为10.104 万m2/h, 所以正气进行冷激,因而可取消原Shell法的循环煤气压缩常生产时开2台、备用1台Lurgi炉即可满足要求。机等设备,同时原系统的废热锅炉、煤气冷却器、干如果考虑到在冷激过程中伴有焦油裂解和气化等吸法除尘等设备的容量不必增加,即可通过用Lurgji煤热反应的发生,需要的冷激气体量将少于上述的气冷激后的混合煤气,使装置能力提高近1倍。混数量。合煤气中由于没有重烃物质,故可以直接走Shel气冷激后的混合煤气量约为27万m2/h(干气), .化和净化流程,彻底取消了Lungi炉的煤气冷却和煤其组成为:CO2 12% ~ 14%、C0 45% ~ 47%、H2.气水分离与处理等繁杂的系统,使系统装置得以简化。32% ~34%、CH42.5% ~3.5%、N23% ~4%,含水蒸3.4合理利用 了煤炭资源Lurgi-炉使用6~ 40 mm的小块煤,粉煤可供气气体积分数约为27%,基本不含焦油和重烃物质,流床气化炉使用,这样既合理地利用了煤炭资源,又H2/CO体积比约为0.72。该混合气体经净化后可节省了磨煤等装置的能耗。由于我国煤炭的灰熔点直接用于浆态床合成甲醇、二甲醚、合成油等产品。普遍较高,一般灰熔点在1 250~ 1 500C的煤只要但由于气体中含有较多的水蒸气,应变换调整H2与是粘结性不太强，均可选用Shell炉与Lurgji 干灰炉CO体积比,对后面的合成工序更为有利。的组合气化方式,可取得比较令人满意的气化效果。气体脱硫和脱CO2装置可采用聚乙二醇二甲醚3.5 降低了装置的投资和能耗(NHD)法或低温甲醇洗法,在需要脱除大量的CO2由于我国已能够自主设计和制造φ 3 800 mm时,宜选用低温甲醇洗法。本方案考虑利用变换尾部的Lurgi加压气化炉,每台气化炉的投资仅为2 000的余热进行吸收制冷,以降低低温甲醇洗法的能耗。万元左右,加上管道安装及土建工程费用,3台Lurgji以2 000v/d Shell气化炉配3台φ 3800 mm的炉的总投资最多为1亿元,仅为Shell气化装置投资Lurgi炉为基础计算,可生产的化工产品规模如图2的1/5左右。所示。粉煤2 000 ud由于Lurgi炉在气化过程中伴有4.8万m2/hp1500C,3.1 MPa生成CH4的放热反应,因而气化效率空气较高,煤耗低,氧耗也仅为Shell 炉的臣分9块罐I10随成势一千除尘一选涂炮和一座换1/2,其不足之处是蒸汽耗量较高。在N,去氮合成。 出Lg'化}J00C,3.1 MPa与Shell炉组合时,混合煤气可通过废合成气H;与C0体积比∞2:1,压力2.6 MPa乙烯10.7万va +净化- -吸收制冷一热锅炉产生高压蒸汽,经发电后抽取丙烯8.9万v/a供Lurgi炉气化使用。丁烯2.6万Va .甲博中国煤化工.60万4组合气化炉的应用C, 1.1万va:MYHCNMH(尾气发电尾气发电尾气发电尾气发电燃料电池、甲酸、以Shell炉与Lurgi干灰炉组合为气发电1.3万M .12万kw i 12万W 16万W 13万kW 醋酸、醋酐等 1例。1台处理能力为2000l/d的注:盧线框内为其他产品方案Shell气化炉须配备3台φ3800mm图2 2000V/d Shell气化炉与Lurgji炉组合的产品规模2005年6月吴枫等:用组合气化炉发展现代煤化工的建议，51本方案为一个基本的组合单元,考虑生产单- -加料炉的流程。 在与湿法加料炉组合时,应重点发产品,尾气用于燃气轮机联产电力,这样能源利用率展多喷嘴对置式气化炉,但喷嘴应设在气化炉的下高,环保效果好,也可以部分缓解我国电力紧张和环部,采用Shell炉的结构形式,这样组合的好处是可境污染严重的局面。如要扩大规模或生产多种产以充分发挥湿法加料的安全优势，流程简单,易于操品,应再上几个单元组合炉,一般最好为2个系列以作控制,省去了辐射式废热锅炉,完全采用国内技术上的单元组合,这样更有利于工厂的连续稳定生产和装备,投资较少。和设备的维护管理,使工厂获得更好的经济效益。6实施步骤5对湿法加料炉的改进建议(1)本组合气化炉方案属工程应用技术,难度不Texaco炉和国内自行开发的“多喷嘴对置式水大,可在现有气化装置上进行工程试验和示范,但要煤浆炉”的主要问题是不能提高炉温,气化水煤浆的先进行工程仿真计算研究等工作,并在气流床气化能耗太大,因而改进的重点是如何提高炉温和降低炉现场模拟Lurgji 炉出口煤气,并将其喷人气流床气煤浆中水的比例。在目前耐火材料没有重大突破的化炉进行试验,以取得有关设计数据。情况下,惟一有效的办法就是将耐火砖改为水冷壁，(2)我国是世界上拥有气化炉型最多的国家,有这样虽然要增加2%~ 4%的热耗,但气化煤浆中水条件博采众长,消化吸收引进的各种气化炉,在现有的热耗要远远大于水冷壁的热耗。原料水煤浆中煤炉型的基础上进--步开发适用于我国的具有自主知与水质量比和气化水所耗的热量占入炉煤热值分别识产权的气化炉。当前条件下特别要加强消化吸收如表1所示。Shell气化技术,尽快实现国产化。限1 原料水煤浆中煤与水质量比和气化水(3)应继续重点开发具有自主知识产权的“多喷所耗的热量占入炉煤热值嘴对置式水煤浆炉”,并进行有关试验和改进。煤与水质量比60:40 65:35 70:30 75:25(4)对于灰熔点较低的煤种,最好采用BG/L液所耗热量占人炉煤热值/% 12.09.7 7. 76.0渣气化炉与气流床气化炉组合,但目前我国尚未掌表1数据说明,只要将水煤浆中煤的质量分数握BG/L液渣气化炉技术,不具备工业化的条件。由60%提高到70%,气化过程减少的热耗就足以抵据称云南解放军化肥厂准备将现有的Lurgi 干灰炉消水冷壁的热耗。这样水煤浆气化炉就可以气化灰改造为液渣炉,目前正在进行准备工作。熔点>1400C的煤,从而对原料煤的适应性与Shell7结语法基本相同。因此湿法加料炉的改进重点应放在如何提高煤浆浓度以及研究开发采用液体CO2等潜热将气流床气化炉与Lurgi炉优化组合,可以达到小的物料制浆,以替代水煤浆。提高气化效率、消除污染、运转安全可靠、降低投资、只要煤的成浆性较好,煤浆质量分数能达到提高经济效益的目的。这个组合方案的实施难度不65%以上,用水冷壁的湿法加料炉与Lurgi 炉组合流大,值得拟建的煤化工项目和有关人员认真研究和程的煤气化效率和各项指标都将优于单独采用湿法探讨,也希望国家有关部门予以重视。■2005国际橡塑展即将在广州开幕规模盛大的橡塑工业展一- -2005 国际橡塑展将于区、化工及原材料专区、橡胶设备专区、半制成品专区以6月21- -24日于广 州琶洲的广州国际会议展览中心举.及出口机械专区。其中化工及原材料专区2005年再有行。此次展览,展场面积将达77000m2,将有来自奥地利、新突破,中国煤化工。厦会期间，加拿大、法国、德国、意大利、日本中国、中国台湾省、英国将安排以配件生产论坛、及美国10个国家或地区的展团参展,展商达1 000多家。食品及饮TCH.cNMHG新科技与物料2005国际橡塑展设立八大专区:机械专区、饮料及以配合市场高速发展专题研讨会、改性塑料及崭新注塑塑料包装设备专区、辅助设备及测试仪器专区、模具专技术在电子电器行业的应用专题研讨会。(金波)