德士古气化炉的优缺点

德士古气化炉的优缺点

淮化“1830”工程是于2000年建成投产的一套年产18 万吨合成氨并加工成30 万吨尿素的生产装臵, 它由空分、气化、净化、合成、尿素等几个工序组成, 其中气化是制备合格煤气的工序, 采用的是最新一代德士古水煤浆加压气化工艺技术。该工艺是美国德士古石油公司受重油气化的启发, 于1948 年首先开发的煤气化工艺, 后经前西德鲁尔煤/鲁尔化学公司在磨煤、热回收方面的进一步改进, 以及日本对系统关键设备进行合理改造后, 逐步形成比较完善的煤气化工艺。相继在美国、德国、日本等地建成了多套工业性示范及工业化生产装臵, 其系统工艺技术已基本成熟。

淮化公司的气化装臵由磨煤、低压煤浆泵、煤浆槽、高压煤浆泵、气化炉、收排渣系统、洗气系统及渣水系统组成。投产 6 年来, 总体运行情况良好, 同时也暴露出一些问题。在此之前, 国内的上海焦化厂、山东鲁南化肥厂、陕西渭河化肥厂等企业都先后建成投产了多套类似的煤气化装臵。虽然在煤浆制备、操作压力及装臵能力等方面存在小的差异, 但核心技术基本相同。根据公司六年来的使用实践, 结合国内其它兄弟单位的使用经验以及国外的相关资料, 总结出德士古水煤浆加压气化工艺技术相对于传统的固定床、流化床等气化工艺, 具有如下优点: (1) 煤种适应性广。德士古气化工艺可以利用次烟煤、烟煤、石油焦、煤加氢液化残渣等。不受灰熔点限制( 灰熔点高可加助熔剂) , 同时因煤最终要磨制成水煤浆,故不受煤的块度大小限制。原设计为河南义马煤, 但在近几年煤炭市场紧俏的情况下, 我们经常掺烧山东、陕西等地的煤种, 经过局部的工艺调节, 同样能够平稳运行。 ( 2) 连续生产性强。气化炉的原料———煤浆、氧气的生产是连续的, 因此也就能够连续不断地进入气化炉。排渣经排渣系统固定程序控制, 不需停车, 气化开停少, 系统操作稳定。迄今单炉连续稳定运行最长已达53天。

( 3) 气化压力高。气化炉内的高压, 首先是相同质量的产品气大幅度减小了比容积, 提高了单炉产量; 其次产品气具有的高压节省了煤气压缩所需要的能耗和费用。对于淮化公司4.0MPa 级的气化炉而言, 仅在合成气压缩一项, 年节约开支约合950 万元( 根据单炉实际产干气量34500Nm3/h、气体平均分子量23、出炉压力3.85MPa 及市场电价折算而得) 。对于压力级别更高的气化工艺而言, 则收益更多。( 4) 合成气质量好。国内外已有的德士古水煤浆气化工艺产品煤气中有效成份( CO+H2) 一般都在80%以上。淮化公司采用的义马煤因成浆性较差, 煤气中CO+H2≥75%, CH4<0.1%, 可作为生产氨、甲醇的原料气, 也可用于联合循环发电。( 5) 气化温度高。气化炉运行温度一般在1100～1540℃, 提高了煤的碳转化率。淮化公司气化炉实际运行温度在1370±30℃左右, 碳转化率高达96%～98%以上; 同时, 高温产生的热能回收后生产蒸汽, 能满足其它工序的生产需要。( 6) 安全性能好。由于德士古工艺采用湿法磨煤,避免了干磨法中煤粉这一易燃易爆物质给工业生产带来的巨大安全隐患。德士古公司最初的设计为将原料煤干燥后磨制成煤粉, 再进入混合槽调配成煤浆。1978年, 前西德鲁尔煤/鲁尔化学公司在德国豪伯荷森建成一套工业性示范装臵, 该装臵是在对德士古煤气化法进一步研究的基础上建成的, 其相对于最初的德士古工艺两大显著特点就是将煤的干磨改为湿磨以及提供了比较完善的热回收流程。( 7) 有利于环保。首先, 德士古气化工艺由于气化炉内温度高, 所以不生成焦油、酚等污染环境的副产物,废水主要成份是含氰化合物, 远比煤焦产生的废水易于处理; 其次, 气化系统的水在本系统内循环使用, 外排废水很少( 在0.5t/tNH3 以下) , 远比其它气化方法产生的废水量少; 第三, 配制水煤浆时, 可利用工厂排出的含大量有机物、较难生化处理的废水。如淮化公司使用焦化含酚废水16t/h, 用于配制水煤浆, 从而大幅度降低了因满足环保要求而支出的废水

处理费用; 第四, 气化炉渣为固态排放物, 没有飞灰等带出, 不污染环境, 而且是良好的建筑材料。当然, 德士古气化工艺虽然与传统的煤气化工艺比较有诸多优势, 但它并非完美无缺, 需进一步改进的明显不足有以下几点: ( 1) 制浆噪音大。煤在磨制( 球磨、棒磨) 成煤浆的过程中, 由于磨料( 钢球、钢棒) 的相互碰撞, 不可避免地产生噪音污染, 一般制浆厂房的噪音都在95dB 以上, 给现场操作人员的身体健康带来极为不利的影响。( 2) 煤浆泵备件消耗高。淮化公司用于给气化炉送料的高压煤浆泵, 使用的是液压隔膜泵。其主要备件隔膜及单向阀的使用寿命基本在4～6 个月, 其中单向阀每套价格在11500 元左右, 隔膜每只约8000 元, 每台泵需用单向阀 6 套, 隔膜 3 只, 维护费用很高; 并且到目前为止, 该类备件完全依赖进口, 购买周期长, 给稳定生产带来隐患。( 3) 水煤浆气化氧耗高。德士古气化炉氧耗一般都在400Nm3/1000Nm3 ( CO+H2) 以上。为了降低氧耗, 需选择灰份低、灰熔点低的煤, 且煤的成浆性要好, 以便制得高浓度的煤浆, 减少气化炉内气化水而耗氧。当煤的灰份、灰熔点上升, 成浆性能降低时, 氧耗将大幅度提高, 同时助熔剂、煤浆添加剂、炉砖的消耗也迅速上升,降低了系统的经济效益。( 4) 需备用热源。德士古气化炉投料时, 其炉内温度必须在1000℃以上方可, 这就要求本系统外有备用热源设备, 已经超出了大部分工矿企业常规的水、气、汽公用工程; 另外, 如果需要维持热备用炉, 其能耗是很大的, 需煤气150～1500Nm3/h、空气150～1500Nm3/h 及部分抽引蒸汽和冷却水。( 5) 气化炉耐火材料寿命短。气化炉耐火材料一般包括背衬砖、支撑砖及向火面砖。其中向火面砖的使用寿命是决定气化炉能否长周期运行、降低生产成本的关键因素之一。在淮化公司新建“1830”的时候, 世界上使用最多的是法国砖、奥地利砖及美国砖, 进口到国内一

炉砖需要75 万美元( 约合人民币600 万元) , 其使用寿命在1～1.5 年左右。渭河化肥厂开车一年三台气化炉向火面砖即已全部更换。近年来, 随着国内生产厂家对耐火砖生产工艺的不断改进, 国产砖的质量已基本达到进口砖同等水平。如淮化公司三台气化炉, 除原始安装选用的是法国沙瓦砖外, 其后更换的均为国产砖, 使用效果基本相当, 大致都在12000～15000h 左右。迄今使用情况最好的为2# 炉所用的河南新乡砖, 已突破18000h。尽管如此, 一炉砖超过100 万元的费用, 仍然是制约气化系统经济效益的关键因素。( 6) 排渣系统阀门损耗大。淮化公司气化炉的收渣、排渣系统介质为水激后的固态煤熔渣, 具有很高的硬度, 因此对系统阀门造成很强的磨损伤害, 经常引起收、排渣系统阀门内漏、开关故障从而影响生产。该部分阀门因要对抗高硬度炉渣的冲刷, 故阀门材料必须具有很高的硬度和很强的耐磨性, 目前国内的制造水平还难以满足这些要求, 基本依赖进口。每台阀门的价格均在数十万元至百余万元, 耗费巨大, 且同样存在购买周期长的问题。( 7) 洗气、渣水系统易堵塞。由于煤气出炉时不可避免地携带一定量的煤渣灰, 渣水内含灰就更不必说。因此, 随着运行时间的延长, 在洗气、渣水系统沉积, 引起阻力增加及管路堵塞。据统计, 淮化公司因洗气系统阻力大及渣水系统堵塞造成的停炉约占全部停炉次数的50%。从操作性能、运行稳定性及经济效益等各方面综合评价, 德士古水煤浆加压气化工艺优势远远强于劣势。对于热备用炉问题, 淮化公司通过强化生产及设备管理, 目前已基本做到计划性停炉, 消除了维持热备用炉的能耗费用; 对于进口备件周期长、费用高的问题, 淮化公司早在三年前就已经着手实施备件国产化, 已与国内多个相关生产厂家取得联系并部分已经取得成功; 对洗气系统的阻力问题, 淮化公司已对洗气系统的关键设备—碳洗塔作了技术改造。当然, 对于核心工艺的“氧耗高”等问题, 则需进一步探索, 加以改进和完善。