铁合金焦气化制合成气

第2期(总第99期)煤化工No. 2(Total No 99)2002年4月Coal Chemical IndustryApr.2002铁合金焦气化制合成气门长贵1黄晔2胡斌2(1.西北化工研究院,710600;2.陕西榆林天然气化工有限责任公司,719000)摘要本文介绍了铁合金焦固定床间歌气化制取合成气的生产技术,针对铁合金焦的特性,采用特殊的制气工艺条件和操作条件在工业生产装置上试烧取得了良好的结果,表明铁合金焦完全可以作为合成气生产的原料关键词铁合金焦气化合成气文章编号:1005-9598(2002)02-0020-04中图分类号:TQ54文献标识码:A该公司共同合作进行了铁合金焦的工业试烧试验,引言以探索铁合金焦气化制取合成甲醇原料气的可行神府煤田是榆林地区储量丰富开采方便的大型性制气工艺条件操作控制参数及技术经济指标为煤田,其煤质以老年褐煤或年轻长焰煤为主。然而该大型工业生产装置的设计和操作提供可靠幕的依据。地区却不产无烟煤,一些以煤为原料生产合成氨甲1铁合金焦焦质特点醇的厂家只能舍近求远,从外地购买高价无烟煤作原料,在目前当地铁路运输十分不方便的情况下,造成铁合金焦的焦质分析见表1这些企业生产成本增加,经济效益下降。近年来,榆林表1铁合金焦焦质分析结果地区为了充分利用当地丰富的煤炭资源,每年生产近焦铁合金焦500万t铁合金焦。这种焦炭由于其理化性能特殊3焦质较差,一直未能得到合理的利用,在当地售价非工业分析/质量分数%I1.628.59常低廉,仅作为燃料使用,浪费了宝贵的资源。铁合金焦(又名蓝炭)是利用当地变质程度较浅的烟煤经中温脱挥发分处理的一种质量较差的焦炭,。元素分析/质量分数%4.10与冶金焦和无烟煤相比,这种焦炭挥发分高,机械强0.920.20度和热稳定性差,灰熔点温度低。因此,用作固定床间歇气化炉的原料,必须采用特殊的制气工艺条件和操灰熔点/CI070l090作控制手段才能满足合成气生产的制气要求。发热量/·g28560陕西榆林天然气化工有限责任公司,是一座以抗破碎强度/%76.54天然气为原料的合成甲醇厂,由于天然气价格的调稳定性/%800C整和生产装置的扩建,该公司从长远的经济利益和学反应活性(a值)/%37.0当地的资源优势出发,拟采用固定床气化技术,以本1000℃地丰富的低价铁合金焦为原料生产合成甲醇原料气。利用铁合金焦作固定床气化的原料生产水煤气15.4TiO,0.08尚未有先例和经验可借鉴,为此西北化工研究院和灰组成/%中国煤化工收稿日期:2001-10-186.98作者简介:门长贵,男,1954年6月出生,1978年毕业于华东CNMHG3.85U I m/s理工大学煤化工专业,高级工程师。现任西北化工研究院煤结渣性/%0.2m/s气化研究所所长。多年来一直从事煤气化技术的开发研究工0.3m/s作,有多项煤气化技术成果。2002年A月门长贵等:铁合金焦气化制合成气试烧焦样的粒度分布如下:解决的关键技术问题,也是解决铁合金焦能否作为粒度/mm>75<25固定床气化的原料在工业生产过程中长期、稳定、连重量分布/%850.5续、经济运行的关键所在焦质分析的结果表明:铁合金焦质量较差,其理化特性是,挥发分含量高,灰熔点温度低,抗破碎机2铁合金焦气化试验械强度和热稳定性差,反应活性较高这种焦炭的特点决定了它用于常压固定床间歇气化,无法沿用常铁合金焦气化试验是在西北化工研究院固定床规的制气工艺条件和操作控制手段,如何稳定炉况,气化小型工业生产装置上进行的。生产装置的气化提高气化强度,保证合格的煤气组分是试烧中需要工艺流程示于图1。楼料汽包气化炉塔冷却水洗气箱图1铁合金焦试烧装置工艺流程示意图试烧采用固定床常压间歇气化制水煤气,制气为了探求铁合金焦的较佳制气工艺条件,对铁过程分为:空气鼓风蓄热、蒸汽吹净、蒸汽上吹制气合金焦分别进行了不同制气工艺条件的对比试验,和下吹制气、二次上吹制气五个过程整个制气过程试验结果见表2、表3和表4。是利用自动机控制。原料焦由自动分布加料器定时表2工艺条件试验结果供给。吹风气经烟囱排放,粗煤气经除尘,两级洗涤A-1A-2A-3后送到400m3缓冲气柜,由缓冲气柜稳压、稳流、计原料焦量/kg:h-1量,连续经过焦炭过滤器,电捕焦油器,脱除焦油,再空气量/m3h4752430由加压风机升压,经活性炭脱硫后送到储气柜。紫汽量/kg:h整个试烧过程分为三个阶段:预试烧;制气工艺煤气量/m3·h-1条件优化试验;连续运行考核试验。CO2/%12.612.213.4CO/%预试烧粗l2/%煤预试烧参照已用于工业化生产的同类煤种的制CH4/%312.9N2/%6.6气工艺操作条件进行试验中发现,由于铁合金焦灰O2/%熔点较低,在低吹风空气量的情况下,气化强度和产H,S/mg.m-3255.0236.0270.020.024.020.0气量较低,炉底灰层成渣性差,煤气中CO2含量偏气化强度/m,(m2,h)-4344541高2%~3%。出此证明,在气化低灰熔点的铁合金中国煤化工1.30135焦时,为了防止炉内结疤,吹风量过低将会导致反应化44.945.7层蓄热量过少,难以满足制气要求,对于特定的原料CNMHG.43.应有特殊的制气工艺条件2.2.1吹风强度试验考虑到铁合金焦灰熔点低2.2制气工艺条件优化试验机械强度和热稳定性差,入炉焦样粒度偏小等因素,煤化工2002年第2期表3工艺条件试验结果焦较低的灰熔点特性和适宜的吹风强度,为保证炉编号B-1B-2B-3内足够的蓄热量以利于提高制气效果。分别对制气原料焦量/kg·h511循环时问进行了对比试验,两种制气循环时间为空气量/m3h27502172527303mim和2.5min,制气循环时间长,炉内温度变化蒸汽量/kg·h大,吹风气中一氧化碳偏高,下吹制气量低,蒸汽分煤气量/m3·h-1解率低,不利于稳定炉况。制气循环时间短,炉温变14.213.614.0CO/%29.425.826.2化小,吹风气中一氧化碳含量降低,水蒸气分解率提粗煤气组成一H2/%47.349492高根据铁合金焦高反应活性的特点宜采用短循环CH4/%2.7N2/%6.0制气更为有利,两种制气循环时间的对比试验充分O2/%说明铁合金焦短循环制气时间比长循环制气时间的H2S/mg.m-3265245COs/mg·m-20.220.219.0技术指标较优对于铁合金焦低灰熔点的特性,通过吹风强度要气化强度m3:(m2h)4533461489气产气率/m2kg1.291.37试验证明,高风量不利于稳定炉况和提高制气效果,指/媒气效率/%5.94334.4考虑到物热平衡保证制气阶段炭层有足够的蓄热飞灰率/%4.84.74,7量,在中等吹风强度的情况下,必须相应地延长吹风表4工艺条件试验结果时间,因此对吹风时间进行了对比试验,通过对吹风C-1 C-2C时间的试验探索表明,铁合金焦适宜的吹风量和吹原料焦量/kg·h风时间是保证炭层有足够蓄热量的关键条件。空气量/m3·h-196530003200在工艺条件试验过程中,其上、下吹蒸汽量的调蒸汽量/kg·h604655节和控制是根据吹风强度、吹风时间和蒸汽分解率煤气量/m3·h-781的测定结果而改变的。一般保持蒸汽分解率在40%Co/%29.650%的范围为宜。H2/%2.3连续运行考核试验N2/%9续运行考核试验是在制气工艺条件优化试验O2/%0.2的基础上进行的,选取较佳的制气工艺条件,经连续H2S/mg367COS/ mg20.21.815.2十五天的制气考核试验,气化炉运行稳定,气化强度和产气量、煤气组分、飞灰量和碳转化率等各项气化要气化强度加m3·(m2h)538546513产气率/m3·k1.481.501.42指标比较理想,连续运行考核试验有代表性的操作冷煤气效率/%0.952.250.3数据列于表5。飞灰率/%表5工艺条件试验结果通过预试烧阶段工艺条件的探索,吹风强度试验由编号D-1D-2D-3低向高进行,分三个过程进行试验,第一个过程吹风原料焦量/k量为2200m3/h~2500m3/h,第二个过程吹风量空气量/m3·h蒸汽量/kg·b-577627611为2500m3/h~3000m3/h,第三个过程吹风量为煤气量/m3·h-17867908093000m3/h~3200m3/h,同时相应调整蒸汽用量。1.813.313.6CO/%对三个过程的煤气产量粗煤气的组成成渣形态,粗548.750.2飞灰带出物量,气化炉况等进行综合对比分析,低风CH4/%1.72.32.4量时,成渣较差煤气产量较低粗煤气中CO2偏N2/%高,说明炉温较低时,不利于整个制气过程。对比第H2S/mg·m-32:1.533.0二个过程和第三个过程,高风量时煤气产量和组成COS/mg·m8.324.027.3主反而较中风量时差,从三个过程的吹风强度对比试变中国煤化工525661.53验看来铁合金焦在所试验的气化炉的适宜吹风量化CNMHG532538为2800m3/h~3000m3/h飞灰率/%2.2.2制气循环时间及百分比分配鉴于铁合金2002年4月门长贵等:铁合金焦气化制合成气·23·环保要求3问题讨论3.4有害物组分的分析在铁合金焦试烧过程中,粗煤气中H2S含量约3.1原料焦样为350mg/m3,OS:23mg/m3,不饱和烯烃含量35针对铁合金焦样机械强度和热稳定性差反应106,焦油180mg/m3,污水中的焦油、尘及有害活性高的特点,工业生产中人炉原料焦应选用粒度物组分等与无烟煤固定床气化相当,其三废处理的较大的块焦,尽量减少小颗粒焦炭,以提高气化强方法可参照常规的固定床气化三废处理方法。度,降低带出物和飞灰的含量同时还应注意选择适宜的吹风强度,防止吹风烟气中大量粉尘带出而污4结论染环境。3.2粗煤气的组成4.1以铁合金焦为原料,采用固定床间歇气化技术虽然铁合金焦挥发分含量和反应活性较高,对制取合成氨或合成甲醇原料气在技术上是完全可行提高气化强度比较有利,然而它灰熔点低的特性又的。由此可见,只要采用特殊的制气工艺条件,铁合限制气化炉无法采用大风量高炉温来控制操作,因金焦完全可以作为生产合成气的良好原料。此粗煤气中CH4和CO2含量偏高。在工业化生产的4.2铁合金焦属于低灰熔点、高挥发分、机械强度大装置上运行时,炉径放大,热效率提高后CO2和和热稳定性差的焦炭,用于固定床气化难以采用大CH4含量可以进一步下降。另外在试烧过程中由于风量高炉温的制气工艺,为保证制气反应炭层所需装置本身的原因会导致煤气中N2含量和下行煤气的足够蓄热量和稳定的炉况,应采用“弱风长吹”的中O2含量也偏高工艺条件强化制气过程,即特殊的制气循环时间和3.3吹风烟气的热量回收百分比分配。对于不同炉径的气化炉,其制气工艺条铁合金焦挥发分含量高,反应活性好,在吹风蓄件还需进一步探索和优化热过程中吹风强度又不能太高,因此吹风烟气中可4.3铁合金焦用于固定床气化制取合成气,既解决燃组分CO:8%~9%,H2:2%~4%,CH4:2%了当地无烟煤短缺的问题,又为廉价铁合金焦的综3%,热值达2.5MJ/m3左右,其回收利用的最佳方合利用找到一条出路,具有较高的能源利用效率和法是经燃烧炉燃烧,回收余热生产蒸汽,使气化工艺显著的经济效益。过程中蒸汽能自给,并且可使吹风烟气的排放达到Iron-alloy Coke Gasification to produce Synthesis gasMEN Chang-gui! HUANG Ye2 HU Bin2(1. Northwest Research Institute of Chemical Industry, 710600;2. Shaanxi Yulin Natural Gas Chemical Industry Limited Company, 719000)Abstract The process technology to produce synthesis gas by iron-alloy coke with fixed-bed gasifica-tion has been introduced in this paper In accordance with iron alloy coke character, the test was carried outin a commercial unit by special process and operation conditions, the test results show that iron-alloy cokecomplctcly suitable for producing synthesis gas.Key words iron-alloy coke, gasification, synthesis gas更·怪怪++怪怪+++++++++峰++刊期变更通知:经国家科技部、国家新间V中国煤化工局批准煤化工》期刊从2002年开始由季刊改为双月刊。CNMHG《煤化工》编辑部于于→平乎→订→母+正→于5于→于→蛋→于受+亚于→蛋于于于于于受亚亚→