180万吨甲醇项目煤气化工艺技方案选择.

180万吨甲醇项目煤气化工艺技方案选

择

(1 国外煤气化技术概况

以煤为原料的气化方法主要有移动床、流化床和气流床等。

a、移动床气化技术

移动床气化技术较为先进的有鲁奇(Lurgi气化技术。该技术虽然能连续加压气化,但由于气化温度低,生成气中甲烷含量大,同时生成气中含苯、酚、焦油等一系列难处理的物质,净化流程长;尤其是该技术只能用块煤不能用粉煤,因而原料利用率低,大量筛分下来的粉煤要配燃煤锅炉进行处理。

此技术经过英国煤气公司和鲁奇公司于二十世纪七十年代联合开发,开发出一种新炉型(BGL气化炉,将鲁奇炉固态排渣改为熔融排渣,同时提高了气化反应温度,提高了块煤中粉煤的利用率,气化效率和气体成分有了很大改进,废水排放量及组分减少,污染问题也有所改善。现有一台工业示范炉在德国黑水泵厂运行,用于处理城市垃圾,所用原料为各种城市垃圾、废塑料和烟煤。

BGL气化炉气化压力为2.0~4.0MPa,气化温度约为550℃。

我国云南解放军化肥厂于2004年引进了一台BGL气化炉,气化炉直径约为

φ2800mm。

b、流化床气化技术

流化床气化技术主要有德国温克勒(Winkler流化床粉煤气化技术。该技术压力较低,建有生产燃料气的装置,目前没有生产合成气的装置。

c、气流床气化技术

气流床气化技术有美国GE公司水煤浆加压气化(GEGP技术、荷兰壳牌谢尔(Shell粉煤加压气化技术、德国未来能源公司GSP粉煤气化技术。

(2 国内气化工艺技术概况

a、固定床气化

固定层间歇气化技术,该工艺以无烟煤为原料,采用空气和蒸汽作为气化剂;投资低,技术成熟,目前我国小氮肥、小甲醇厂90%以上采用该工艺生产。

该技术气化效率低,单炉产气量少,常压间歇气化,吹风过程中放空气对环境污染严重,每吨合成氨的吹风放空气量达2800~3100立方米。该技术在国外已被

淘汰。

国内固定床气化还有富氧连续气化技术,虽然该技术连续气化无吹风气排放,污染较少,但只能采用焦炭或无烟煤作原料,原料价格高;且生成气中氮气含量高,

不适合作合成甲醇的原料气。

b、流化床气化

国内流化床气化主要有中科院山西煤化学研究所开发的灰熔聚流化床粉煤气化技术,该技术可用多种煤质作原料,如烟煤、焦炭、焦粉等,使用粉煤在1100℃下气化,固体排渣,无废气排放。该技术工业示范装置已于2001年在陕西城固氮肥厂建成,小时耗煤量4O.2吨。其煤种适应性广,操作温度约为1000℃,反应压力为

0.03MPa(G。气化炉是一个单段流化床,结构简单,可在流化床内一次实现煤的破粘、脱挥发份、气化、灰团聚及分离、焦油及酚类的裂解。带出细粉经除尘系统捕集后返回气化炉,再次参加反应,有利于碳利用率的进一步提高。产品气中不含焦油,含酚量低。碳转化率为90%。主要的缺点是合成气中(CO+H2为68~72%,有效气体成分较低,其次是气化压力低、单炉产气量小。

c、恩德粉煤气化

恩德粉煤气化技术,适用于灰分不大于40%的褐煤、长焰煤、不粘或弱粘结的煤粉(0~10mm。气化剂采用蒸汽和富氧,富氧分为两段加入气化炉,在常压下进行气化反应,反应温度为1000~1100℃,固态排渣,无废气排放。气化炉无炉筚,空筒气化,操作可靠,气化炉运转率可达92%。单炉产气量有10000Nm3/h,

20000Nm3/h,40000Nm3/h等。合成气(CO+H2为62~65%,CO2为27~28%,其它为惰性组分。由于气化剂为富氧,故合成气中氮气含量高,故此合成气适用于作为合成氨原料气。主要的缺点也是有效气体成分较低、且含氮高,不适合作甲

醇合成气。气化压力低、单炉产气量小。

d、气流床气化

我国煤气化技术科研人员经过多年努力研究,开发出了具有中国知识产权的煤气化技术,即华东理工大学同兖矿集团等单位合作开发的水煤浆多喷嘴撞击流气化技术,该技术氧耗、煤耗比GE气化技术低,碳转化率可达98%,有效气体成分

(CO+H281~85%,这些指标均比GE气化技术高。该技术中试装置经过72小时考核,通过了科技部组织的评审和验收,取得了多项国家专利。德州华鲁恒升公司大氮肥国产化工程及兖矿国泰化工有限公司均采用了该技术,两项目分别于2004年12月和2005年7月投料试车。经过2年多的运行,该技术已成熟。原化工部临潼化肥研究所(现西北化工研究院早在60年代末就已开展水煤浆纯氧气化的研究,70年代初建立日处理原料煤50吨的气化装置。从水煤浆制备、纯氧气化、灰水处理等试验中取得工艺流程、工艺参数确定、设备材料的选择、自动控制,软件开发等工程数据。本世纪初西北化工研究院又开发出了以煤、石油焦、石油沥青等含碳物质和油(原油、重油、渣油等、水、添加剂等经优化混配形成多元料浆气化技术,已成功地应用于油气化装置的改造,并建有工业化装置,如浙江丰登公司年产3万吨合成氨、浙江巨化年产6万吨合成氨和山东华鲁恒升公司年产30万吨合成氨装置等,其他采用该项技术的几套大型煤化工装置也正在实施中。该技术部分设备已获得国家专利。

本世纪初该院又开发了焦煤、水、添加剂的混合煤浆气化技术,已成功地应用于

油气化装置的改造,建有工业化装置,该技术部分设备已获得国家专利。

(3煤气化技术的选择

根据180万吨甲醇产量,日处理原料煤量约为10020吨(收到基,因此煤气化技术应选当今世界上较为先进的气流床工艺技术。

气流床工艺技术包括GE水煤浆气化、Shell粉煤气化、GSP粉煤气化、国内多喷嘴撞击流水煤浆加压气化工艺、西北化工研究院多元料浆加压气化工艺等。

a、GE煤气化技术

GE气化技术为原煤加入一定量的水,通过棒磨机制成约60-65%的水煤浆,水煤浆经高压煤浆泵加压送至气化炉,与自空分来的高压氧气进行部分氧化反应制得

合成气。

气化炉中水煤浆与氧发生如下主要反应:

CmHnSr+m/2 O2—→mCO+(n/2-rH2+rH2S

CO+H2O—→H2+CO2

气化反应在气化炉反应段瞬间完成,生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S、

COS、微量的NH3等气化气。

气化过程中,煤炭中的硫元素、卤元素(Cl、P、氮元素分别生成硫化物(H2S、COS、Cl2、N2、及痕量的NH3、HCN。

煤炭的高温气化,使煤中的灰份变成玻璃状不可沥滤的炉渣而排出。