浅析灰熔聚气化技术的工程特点

化工进展374 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2008年第27卷增刊浅析灰熔聚气化技术的工程特点戴文松,蒋荣兴,郭志雄,张蓉生(中国石化工程建设公司,北京100101)摘要:系统分析了灰熔聚气化技术的工程特点,指出这些特点从工程设计的角度分析易于实现长周期连续运行,适合在化工领域应用。关键词:煤气化;灰熔聚流化床气化;工程技术灰熔聚流化床粉煤气化技术是中国科学院山西(1)备煤部分粒径0~30mm的原料煤(焦),煤炭化学研究所经过二十余年研究、中国石化工程筛分、破碎到0~8mm粒度,在回转干燥器中烘干建设公司参加加压工程技术开发,具有自主知识产(烟煤水分<5%,褐煤水分<12%)待用。权的气化技术。应用该技术的半工业试验装置于(2)进料部分入炉煤经进煤锁斗系统,由星2007年12月完成了1.0M操作压力的72运行型给料机计量,气力输送进入气化炉下部。考核,0.6MPa操作压力的工业示范装置正在建设。(3)供气部分气化剂(空气/蒸汽、氧气/蒸汽)本文仅从工程设计的角度对灰熔聚气化技术的特点分三路计量调节进入气化炉。进行分析。(4)气化部分煤在气化炉中部分燃烧产生的1灰熔聚气化技术简介高温下(950~1100℃)一次实现破粘、脱挥发分、气化、灰团聚及分离、焦油及酚类的裂解等过程,11灰熔聚气化技术的原理生成煤气灰熔聚流化床粉煤气化技术以碎煤为原料(<(5)除尘部分高温煤气带出的飞灰,大部分6~8mm),采用空气、富氧或氧气为氧化剂,水蒸经一级旋风分离器捕集,返回气化炉进一步气化,气或二氧化碳为气化剂,在适当的煤粒度和气速下,二级旋风分离器捕集的少量飞灰排出系统。使床层中粉煤沸腾,床中物料强烈返混,气固两相(6)废热回收系统及煤气净化部分除尘后充分混合,温度到处均一,煤在床内部分燃烧产生的热煤气依次进入废热锅炉、蒸汽过热器和脱氧水的高温下一次实现破粘、脱挥发分、气化、灰团聚预热器回收热量,再经洗涤塔净化冷却,送至下一及分离、焦油及酚类的裂解等过程,完成煤的气化。工序。灰熔聚流化床工艺选择性排灰技术使炉内保持较高的碳含量,从而将操作温度比传统流化床提高2灰熔聚气化技术的工程特点100~200℃,大大拓宽了适用煤种的范围。2.1适中的气化温度灰熔聚流化床气化技术核心如下。灰熔聚气化技术属于流化床气化,具有流化床(1)固流态化适当气速使煤沸腾流化传热气化技术适中气化温度的特点。气化炉内的平均温传质性能好;气化强度高;可用碎煤为原料。度通常在1000℃左右,从工程角度来说,这个温(2)中心射流形成局部高温区提高气化强度无论对于材料的选择还是结构的设计都在现今具度;促使灰渣团聚。有大量应用经验的工程技术范围内。如灰熔聚气化(3)灰渣团聚重力分离选择性排出低炭含量技术的几个关键设备气化炉耐磨衬里、高温和灰渣;炉料炭含量高结渣风险小;炉温提高煤种适高压旋风分离器、耐高温固体阀门、高温高压余热应性宽。锅炉在炼油、石化行业都有操作条件相近的类似设(4)飞灰可控循环提高碳转化率。备。因此,在灰熔聚气化技术的操作温度下,许多1.2工艺流程关键设备的开发都可以借鉴现有技术的工程经验,灰熔聚气化装置主要由备煤、进料、供气、气避免了从毫无经验的起点出发而造成的工程风险和化、除尘和余热回收及净化几个主要部分组成见过高的设备投资。图1。气化温度适中,可以借鉴现有技术的工程经验增刊戴文松等:浅析粗苯加氢精制分离工艺的优化及过程模拟375合成气出煤洗涤水13黑水出排灰氧气蒸汽排渣图1灰熔聚流化床粉煤气化工业示范装置工艺流程简图1-破碎机:2-烘干机:3-干煤料仓:4受煤斗:5平衡斗:6进煤斗:7-气化炉:8—上灰斗:9下灰斗:10——级旋风分离器:11二级旋风分离器:12—二旋细粉缓冲罐:13—二级细粉罐:14余热锅炉:15洗涤塔再加上没有复杂结构的设备,无需特殊加工使得时避免了焦油的生成。灰熔聚气化装置无论是材料还是设备、阀门都可以由于灰熔聚气化炉气化温度较低,而且配有过完全国产化,这些都保证了灰熔聚气化装置较其它,剩量较多的水蒸气,使得变换反应在气化炉内进行气化技术投资省,建设周期短。的比气流床更为彻底,其结果是合成气中的H2/CO适中的气化温度带给工程应用的另一个优点是比例较气流床气化炉高。这样,对于以生产化工产热量匹配的合理性固定床气化,由于平均气化温品为目的的气化装置,可以减小下游变换单元的变度低、离开气化炉的合成气温度低,无法发生或携换反应程度,用于生产甲醇甚至可以不经过变换,带足够数量的蒸汽进入下游装置,这样在以生产化有利于下游装置的配置。工产品为目的工程项目中,需要系统提供下游变换2.2简单可靠的原煤制备和气化炉进料方式所需要的蒸汽。而气流床气化则由于气化温度过高,原煤制备和气化炉进料方式是灰熔聚气化技术发生或带入下游的蒸汽远远超过下游工序所需要的的另一个特点。灰熔聚气化装置要求进料的颗粒直径蒸汽造成一部分蒸汽的剩余,需要为这部分蒸汽小于6~8mm,碎含量小于5%(质量分数)。大大找到合理的应用途径。而灰熔聚气化技术的气化温扩大了可用作气化的碎煤的范围,既避免了固定床气度适中,气化所产生的蒸汽除能够满足气化本身的化技术必须使用成本较高的块煤,又使得煤的破碎和需要外,通过合理的优化流程,剩余部分的蒸汽可干燥较采用粉煤进料的气流床气化大为简化,同时也以满足下游如变换工序的需要,或者只须补充少量减少了煤破碎、干燥过程的能耗。因此在工程设计中,的外来蒸汽,这无论对于原料煤中能量的利用还是备煤系统只采用了简单的碎煤机和烘干机就完成了装置平稳安全的运行都是非常有利的。气化炉进煤的制备,这不仅降低了备煤部分的投资,适中的气化温度还使得灰熔聚气化技术的氧耗而且增加了备煤部分运行的可靠性。量较低,可以减少与之配套的空分装置的规模,同灰熔聚气化炉的煤和氧气分别进料,原料煤通376化工进展2008年第27卷过进料斜管和吹送氮气送入气化炉内,没有影响气固体排渣,这在工程上就避免了液相排渣容易造成化炉运行周期的煤喷嘴。氧气在气化炉底部的3个的渣的形状不确定而引起排渣不畅和堵塞。灰团聚位置同时进入,操作灵活,可根据不同的煤种调节排渣是灰熔聚气化技术的重要特点,所形成的固渣不同的氧气比例。多为球形颗粒,不易造成排渣系统的堵塞。目前应气化炉煤进料设施采用固体输送行业广泛应用用的两种排渣方式:直接锁斗排渣和激冷水排渣都的锁斗升压方式为进料煤颗粒升压。由于进料煤粒没有出现过排渣系统堵塞的问题。固体排渣还减少的尺寸适中,采用一定的煤斗设计方式可以很好的了灰水量,有利于环保避免煤粒在输送过程重的架桥和堵塞,保证了可靠固态排渣不必控制进料的灰熔点,因此,可以的气化炉进料。另外进料煤的计量和进料方式也相用于高灰、高灰熔点的煤,对煤种的适应性较宽。对简单。两级旋风分离的合成气飞灰除尘系统与广泛应2.3正常运行条件下气化炉内存有一定的物料,可用的粉煤锅炉除尘系统相似,通过合理的旋风分离以部分补偿进料氧/煤比波动引起的气化反应温度器结构设计,再配以下游的水洗塔可以保证离开气的剧烈变化化装置的合成气达到合理的粉尘含量要求。正常运行条件下,气化炉床层内具有一定的料2.5提高操作压力是灰熔聚气化技术目前急需改位,这是灰熔聚气化炉不同于气流床气化炉的另一进的方面个显著特点。与气流床气化炉内物料以秒计的停留灰熔聚气化装置半工业试验装置在2007年12时间位相比,物料在灰熔聚气化炉内的停留时间为月已经完成72h运行考核,0.6Ma操作压力下的工数分钟甚至十几分钟,这样的停留时间显然是比较业装置正在建设。但是,与目前主流气化技术多在长的。床内存有一定的物料对于补偿进料的波动十2.5MPa以上的压力操作相比,目前灰熔聚气化装置分有利,碳氧比的微小波动不至于导致床层温度的的操作压力明显偏低。操作压力低无论对于装置的急剧变化,这就避免了气流床气化炉必须精确计量处理能力、脱硫脱碳和下游工序都是不利的。因此,原料煤的进料以保证准确地控制气化炉进料的碳氧目前正在进行提高操作压力的开发工作。比,防止碳氧比的波动造成气化炉内温度的剧烈变化。而固体流量的准确测量在目前看来还是非常困3结论难和复杂的,这也是气流床气化炉运行过程中易于灰熔聚气化技术正处于推广应用的阶段。从目出现故障的位置。由于灰熔聚气化炉炉内存有一定前开展的工程设计情况和上面的分析来看,与现在的料位,有效补偿了进料碳氧比波动而引起的床内广泛应用的气流床气化技术相比,灰熔聚气化技术温度的大幅度变化,所以进料煤流量的计量可以采具有流程相对简单、关键设备操作条件的苛刻程度用较为简单、也更加可靠的方式,对工程设计的要较为缓和、设备少,投资低,操作灵活,易于实现求也适当放宽。长周期连续运行、自动控制系统简单、煤种适应范另外,在自动控制方面,灰熔聚气化装置没有围广的特点,比较适合我国的实际情况,已经出现特殊的复杂控制回路,与现有大型气流床气化技术良好的推广势头。因此,从工程设计的角度有理由相比自动控制系统远为简单。预测,通过努力,操作压力提高到2.5~3.0MPa的2.4固体排渣和排灰方式,增加了气化炉排渣和目标后,灰熔聚气化技术在我国将会拥有较为广阔排灰的可靠性的推广前景。灰熔聚气化采用灰团聚的原理实现排渣,属于