煤气化工艺技术的选择

第9期滑体之煤气化工艺技术的选择1.综沭与煤气化工艺技术的选择述评滑体之(中原大化集团有限责任公司,河南 濮阳457000 )摘要介绍了 常见煤气化技术及应用情况包括固定床、流化床和气流床以及我国在水煤浆气化和干粉气化方面的最新成果提出了科学选择煤气化工艺技术的建议。关键词煤化工;煤气化;工艺;应用中图分类号:TQ54文献标识码:A文章编号:1003 -3467( 2005 )09 -0001 -03 .Selection of Process Technologies of Coal GasificationHUA Ti - zhi( Zhongyuan Dahua Group Co. Ltd. , Puyang 457004 , China )Abstract : The common coal gasification process technologies , including fixed bed , fluidized bed and gasstream bed and the latest achievement in coal slurry gasification and dry powder gasification and their ap-plication are introduced. The selection of process technology of coal gasification on the basis of scientificanalysis is suggested.Key words coal chemistry ; coal gasification ; process ; application煤炭通过气化转化成煤气是煤炭化工、整体煤常见的固定床(慢移动床)气化炉有间歇式气气化联合循环发电、煤气化多联产等技术的关键和化炉( UGI )和连续式气化炉(鲁奇Lurgi )两种,目前龙头技术。自发展以煤为原料的石油替代能源战略都是已淘汰或落后的气化技术。固定床间歇式气化在我国确立之后，各地纷纷上马或正在积极酝酿着炉国外已于20世纪60年代初废弃。我国于20世各种规模的煤化工项目,掀起了又一轮煤化工热。.纪40年代引进UGI炉50年代改烧无烟煤主要用本文对我国煤气化技术的现状作简单介绍,并对如于制氨和甲醇;至今尚有600余家在使用。随着能何科学选择煤气化工艺提出建议。源政策和环境的要求越来越高不久的将来会逐步1煤气化技术简介为新的煤气化技术所取代。煤气化工艺以煤炭(块煤、焦炭或粉煤)为原连续式气化炉应用碎煤加压气化技术20世纪料采用空气、氧气、二氧化碳和水蒸气为气化剂在30年代由德国鲁奇( Lurgi )公司开发成功是逆向气气化炉内高温环境下进行热化学反应。其主要气化化煤在炉内停留时间长达1 h反应炉的操作温度反应是煤与气体介质之间的反应即气、固两相之间和炉出口煤气温度低碳转化率高，气化效率高,可的非均相反应同时也有气体反应物之间的均相反以使用劣质煤气化,在世界各国得到广泛应用。但应。这些反应进行的程度决定于气化炉的操作条气化炉结构复杂炉内设有破粘和煤分布器、炉篦等件即温度、压力、气化剂与煤炭的接触时间及煤炭转动设备制造和维修费用大;入炉煤必须是不粘块的化学反应活性、表面情况等。其产品可作为燃料煤原料采购成本较高;出炉煤气中含焦油、酚等污气原料气或合成气与气化炉炉型有关。气化炉的水处理和煤气净化工艺复杂、流程长、设备多增加分类按煤与气化剂的相对流动方式可分为逆流、并了投资和成本。逆流和并流与其相对应的则是固定床、流化床和气中国煤化工城市煤气。我国云南解流床气化炉。化集MHcNMH咳技术生产合成氨。鲁1.1 固定床气化炉奇气化炉生产合成气时，气体成分中甲烷含量高收稿日期2005 -08 -03作者简介滑体之( 1968- )男工程师从事煤化工及其下游产品的设计开发电话( 0393 )8956220。河南化工●2.HENAN CHEMICAL INDUSTRY2005年第22 卷(8% ~10% ) ,且生产流程长投资大;因此鲁奇气化炉底部连续加入，从中心管(射流区)送入部分氧化炉不适宜生产合成气。气在炉内1 050~1 100 C的高温下进行快速气化1.2 流化床气化炉反应被粗煤气夹带的未完全反应的残碳和飞灰经流化床气化炉的气化剂由炉下部吹入,使细粒两级旋风分离器回收再返回炉内进行气化碳转化煤(小于6 mm )在炉内呈并逆流反应煤粒(粉煤)率达90%以上。局部高温,有利于灰渣分离排灰和气化剂在炉底锥形部分呈并流运动,在炉上筒体系统简单粗煤气中几乎不含焦油、酚等有害物质部分呈并流和逆流运动,使炉内的煤粒在流化状态煤气容易净化。缺点是碳转化率较德士古和鲁奇炉下气化在燃烧产生的高温条件下，气固两相充分混低。合接触发生煤的还原反应最终实现煤的气化。该技术的工业化示范装置建在陕西城固化肥常见的流化床气化炉有温克勒( Winkler )灰团厂2002年3月通过陕西省科技厅组织的验收。它聚( U-Gas )循环流化床( CFB )加压流化床( PFB以陕西彬县烟煤为原料,日处理原煤100~120t所是PFBC的气化部分)以及中国科学院山西煤炭化产合格气有效成分( CO + H2 )≥68% ,甲烷含量不学研究所研发的灰熔聚气化炉等。目前较成功的流高于2.0% ,送入合成氨生产系统。该技术可用于化床气化炉有鲁奇公司开发的循环流化床( CFB )和生产燃料气、合成气和联合循环发电特别适用于中中国科学院山西煤炭化学研究所研发的灰熔聚气化小氮肥厂替代间歇式固定床气化炉,以烟煤替代无炉。烟煤生产合成氨原料气,可以使合成氨成本降低1.2.1 循环流化床气化炉( CFB )15% ~ 20%[11。鲁奇公司开发的循环流化床气化炉( CFB )可气目前汉中成化有限公司亦有-套工业化装置运化各种煤也可以用碎木、树皮、城市可燃垃圾作为行。气化原料水蒸气和氧气作气化剂,气化比较完全，1.3 气流床 气化炉气化强度大是固定床的2倍碳转化率高( 97% ),气流床气化炉从原料形态分为水煤浆、干煤粉炉底排灰中含碳2% ~3%气化原料循环过程中返两类。气流床对煤种(烟煤、褐煤)粒度、含硫、含回气化炉内的循环物料是新加入原料的40倍炉内灰都具有较大的兼容性其清洁、高效代表着当今煤气流速度为5~7 m/s有很高的传热、传质速度气气化技术发 展潮流。化压力0.15 MPa，气化温度视原料情况进行控制,1.3.1德士古( Texaco )气化炉一般控制循环旋风除尘器的温度在800~1 050 CTexaco水煤气化炉雷同于1952年开发成功的之间。鲁奇公司的CFB气化技术在全世界已有60渣油气化炉经过1975年、1978年低压与高压中试多个工厂采用,正在设计和建设的还有30多个工装置(激冷流程)以及1978年西德Oberhausen的厂。RCH/ RAG示范装置(废炉流程,日处理煤150t,CFB气化炉基本是常压操作,1 kg 煤消耗气化4.0 MPa )考核与经验积累于1982年建成TVA装剂水蒸气1.2kg ,氧气0. 4kg ,可生产煤气1.9 ~置(日处理煤180 t二台炉,- -开一备6.5 MPa),2.0m'。煤气成分( CO + H2 )>75% ,甲烷含量1984年建成日本UBE装置(日处理煤1 500t三开2. 5%左右二氧化碳含量在15% ,低于德土古炉和一备3.6 MPa )以及Cool Water IGCC电站(日处理鲁奇MK型炉煤气中二氧化碳含量有利于合成氨煤910t二台炉4.0MPa)这些装置投运后都取得:的生产。但国际上尚无生产合成气先例在未取得成功。目前Texaco最大商业装置是Tampa电站属应用于合成氨厂的工业化成功经验之前应慎重。于DOE的CCT -3 ,该装置为单炉,日处理煤20001.2.2灰熔 聚流化床气化炉t气化压力为2.8 MPa，氧纯度为95% ,煤浆浓度自20世纪80年代开始,中国科学院山西煤炭68%_冷煤气效率76%净功率250MW,辐射锅炉化学研究所独立研究开发了具有国际先进水平的灰直径中国煤化工01。熔聚流化床粉煤气化技术。灰熔聚炉属单段流化MHCN M H G我国共引进4套Tex-床结构简单煤种适应性宽,对煤的灰熔点没有特aco水煤浆气化装置即鲁南(二台炉,一开一倍单殊要求。以0~8mm粒径的干粉煤为原料气化压炉日处理煤450t 2.8 MPa)吴泾(4台炉三开一力0.03 MPa ,用富氧(氧浓度为92% ,压力不小于备单炉日处理煤500t A4.0 MPa)渭河(三台炉二0.13 MPa)水蒸气作气化剂。粉煤和气化剂从气开一备单炉日处理煤为820t 6.5 MPa )淮南(三第9期滑体之煤气化工艺技术的选择台炉无备用,单炉日处理煤500 t A.0 MPa),这4为了提高煤气化的气化率和气化炉气化强度,套装置均用于生产合成气,7台用于制氨5台用于发达国家加快了新一代煤气化技术的开发和工业化制甲醇。进程。总的方向是:气化压力由常压向中高压( 8. 5引进的水煤浆气化装置具有以下优点:①水煤MPa )发展,气化温度向高温( 1500~1 600 C )发浆制备、输送、计量控制简单、安全、可靠②设备国展气化原料向多样化发展固态排渣向液态排渣发产化率高投资省。主要缺点①褐煤的制浆浓度约展。59% ~61% ;烟煤的制浆浓度为65% ;因气化煤浆.针对我国煤种多、烟煤多、粉煤多、煤质变化大中的水量要耗去入炉煤的8%比干煤粉为原料氧的特点我国加大力度研制开发先进的煤气化技术,耗高12% ~20% ,所以效率较低。②因为水分(约在流化床(含循环)煤及煤浆燃烧、两相流动与混40% )入炉,气化炉不能用水冷壁,只能以砖抗渣合、传热、传质、煤化学、气化反应、煤岩形态、磨煤与(耐火材料)。因此对入炉煤的灰熔融性温度限制干燥、高温脱硫与除尘等科学领域与工程应用等方很严,而我国煤种灰熔融性温度普遍较高,加入面取得了大量研究成果,并在较短的时间内开发出CaCO,助熔剂后又会引起耐火砖腐蚀和灰水结垢等了具有自主知识产权的水煤浆气化炉和干煤粉气化问题。鲁南化肥厂和渭河化肥厂投产后被迫改换煤炉的中试装置。种。③筑炉(含烘炉)周期长必须设置备用炉。今年6月初,由华东理工大学等单位合作开发1.3.2 Shell 气化炉建设的四喷嘴对置式水煤浆气化工业装置运行成.Shell气化炉壳体直径约4.5 m 4个喷嘴位于功。该装置日处理煤750t气化压力6.5 MPa。运炉子下部同一水平面上沿圆周均匀布置,借助撞击行结果表明,该炉工艺指标优于德士古气化炉:比煤流以强化热质传递过程炉内横截面气速相对趋于耗降低约9% ,有效气( CO+H2 )成分高约1%碳转均匀。炉衬为水冷壁总重500t。炉壳与水冷管排化率大于98%。在操作方面也有较多优势,如激冷之间有约0.5 m间隙有环形平台作安装、检修用。室液位稳定、易于控制带水量降低，交叉流式洗涤煤气携带煤灰总量的20% ~ 30%沿气化炉轴冷却水分布器的水均布、洗涤、冷却性能好等,至线向.上运动在接近炉顶处通入循环煤气激冷激冷2005年7月累计运行已超过600 h。煤气量约占生成煤气量的60% ~ 70%煤气降温至依托多喷嘴对置式中试气化炉,上述单位又共900 C熔渣凝固出气化炉沿斜管道向上进入管同承担了国家十五”科技攻关计划粉煤加压气化式余热锅炉。煤灰总量的70% ~ 80%以熔态流入制合成气新技术研究与开发”课题。设计装置日处气化炉底部渣池遇水激冷凝固,自炉底排出。粉煤理煤15 ~45t操作压力2.0 ~2.5MPa操作温度由氮气或二氧化碳携带进入喷嘴。输送气的选择取1 300~1 400 C于2004年7月正式投运。结果表决于煤气的用途合成氨用氮气合成甲醇用二氧化明,该干粉气化炉气化运行指标高于水煤浆气化炉碳。工艺氧(纯度为95% )与蒸汽也由喷嘴进入气接近Shell干粉气化炉。该技术具有自主知识产权化温度为1 500~1 700 C，气化压力为3. 0 MPa以对清洁、高效利用我国丰富的煤炭资源满足国民经上冷煤气效率为79% ~81%。济与社会可持续发展需求具有重要意义前景十分Shell煤气化技术优点:采用干煤粉进料,氧耗.广阔2。比水煤浆低15% ;碳转化率高,可达99% ;煤耗比水3煤气化工艺的选择煤浆低8% ;调节负荷方便,关闭一对喷嘴,负荷则在具体选用煤气化工艺时必须以科学的态度降低50%煤种适应性广;膜 式水冷壁结构熔渣附既要根据技术发展水平考虑工艺的先进性,又要根于水冷壁表面使用寿命长水冷壁局部损坏后修补据实际情况考虑工艺的合理性。以自身或附近的原.方便(其寿命为20年喷嘴寿命为1年) ;能量利用料煤源为基础,以产品煤气的用途为目标同时考虑率高其中80% ~83%以合成气形式回收,14% ~煤中国煤化工设备的生产能力相配16%以蒸汽形式回收。主要缺点:设备投资大于水套。fYHC N M H G现状结合我国的国情，煤浆气化技术气化炉及废热锅炉结构复杂加工难有如下建议:度大,目前壳牌仅授权西班牙BBE和印度L&T公①小氮肥改造可采用灰熔聚流化床气化炉整司制造。套装置与国外引进技术相比,减少投资60%左右,2我国煤 气化技术的最新进展改造投资小吨氨制气成本可大幅降低经济效益明河南化工●4.HENAN CHEMICAL INDUSTRY2005年第22卷1 3-丙二醇生产技术及成本分析吉振坡,石相如,曲振峰(洛阳石化宏达实业总公司,河南 洛阳471012)摘要介绍了三种已用于工业化生产的13-丙二醇的合成技术对投资建设13-丙二醇生产装置的前景进行了对比、分析指出开发1 3-丙二醇生产技术是当务之急。关键词:1 3-丙二醇;生产;成本分析中图分类号:TQ223. 162文献标识码:A文章编号:1003 - 3467( 2005 )09 -0004 -03Production Technology and Cost Analysis of 1 3 - PropanediolJI Zhen- po , SHI Xiang-ru , QU Zhen - feng( Luoyang Petrochemical Hongda Industrial & Commerical Co. Ld. , Luoyang 471012 , China )Abstract :Three kinds of production technologies of 1 3 - propanediol used already in industrial prospectof building production unit of 1 3 - propanediol is compared and analyzed. It is pointed out that the de-velopment of production technology of 1 3 - propanediol is an urgent matter.Key words :1 3 - propanediol ; production ;cost analysis13-丙二醇(13-PDO)是良好的溶剂、抗冻3-羟基丙醛( 3-HPA)B-HPA在Ni、Pl或Ru催剂、保护剂,由于它含有双功能基,可以参与多个化化剂的作用下通过控制不同反应温度进行一步或学合成反应例如经脱水可以生产氧杂环丁烷作为两步加氢反应制得高纯度的1 3- PDO。溶剂或通过开环与PTA发生聚合反应,生产聚对丙烯醛水合反应和3 - HPA的加氢反应是该工苯二甲酸丙二醇酸PTT )。艺路线的关键,直接关系到产品的收率和质量而反1 1 3-丙二醇的生产技术应的关键技术是催化剂的催化效果。Degussa公司1.1 丙烯氧化法选用掺钠的酸性离子交换树脂如含亚甲基亚胺二乙丙烯氧化法(或丙烯醛水合加氢法)是由德国酸螯合官能团的聚苯乙烯/二乙烯基苯型阳离子交Degussa公司、Hoechst Celanese公司、DuPont公司和换树脂作催化剂,丙烯醛的转化率可达到80%~日本触媒公司研究、开发的-种以丙烯(或丙烯醛)90% 3- HPA的选择性可达81% ~ 85% ;DuPont公为原料生产低成本13- PDO的生产工艺。丙烯在司则选用聚酰胺/聚羧酸型树脂作催化剂发现此类氧化锑或其他金属氧化物催化剂的作用下与氧气反.树脂的交换体积变化小变换容量可通过提高羧酸应生成丙烯醛;丙烯醛在固体酸催化剂特别是螯合官能团密度来进行大范围调节,有利于工业装置。型树脂催化剂的作用下,与水进行双键水合得到为有效抑制3 -HPA进-步反应,日本触媒公司在显。②中氮肥改造可采用华东理工大学等开发的四单位也应抓住时机加紧消化吸收引进技术为我所喷嘴对置式水煤浆气化炉,该技术已通过工业化试用增强自主创新能力形成有自主知识产权的新技验对煤种(特别是高硫煤)粒度有较大兼容性具.术。中国煤化工有单系列、大容量、加压、高效、洁净的技术优势与参考我国的能源资源国情相适应具有与国际先进技术MHc N M H G去进料煤气化技术在中国竞争的能力。③建设大型煤化工或IGCC发电项的进展与发展趋势[ J]中国电力2004 (6)49-52.目,首选Shell气化炉。我国的干粉气化工艺虽已通[2] 华东理工大学兖矿鲁南化肥厂,中国天辰化学工程过中试但工业化之前必须引进大型干粉气化炉这公司.粉煤加压气化技术简介[ EB/OL ] http :cct. ec-ust. edu. cn/pcg. pdf 2004-12-11.是国内大型煤化工必须面对的现实。国内科研设计