德士古水煤漿氣化技術(shù)改造工程設(shè)計介紹

1、德士古水煤漿氣化技術(shù)改造工程設(shè)計介紹林彬彬 （中國天辰化學(xué)工程公司，天津300400 ） 2004-07-161 概述能源是發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)和提高人民生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，而我國能源資源的特點(diǎn)，又決定了我國是以煤為主的能源結(jié)構(gòu)。能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中煤炭的比例分別為75.5%和 75%。據(jù)有關(guān)方面預(yù)測，即使到2010 年，我國能源結(jié)構(gòu)中，煤炭的比例仍高居71.7%和 69%。能源結(jié)構(gòu)中以煤炭為主的局面長期不會改變。一般說來，面向未來的潔凈煤氣化技術(shù)生產(chǎn)體系是以潔凈煤氣化技術(shù)為基礎(chǔ)，將城市煤氣、潔凈發(fā)電和供熱、液體燃料等清潔能源產(chǎn)品的生產(chǎn)與碳一化學(xué)深加工相結(jié)合，如聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）和碳一化學(xué)甲

2、醇、醋酸等為基礎(chǔ)的化工生產(chǎn)相結(jié)合。這種潔凈氣化技術(shù)生產(chǎn)體系與目前常規(guī)燃煤鍋爐技術(shù)相比，不但在熱效率上有較大的提高，而且對大氣環(huán)境的影響具有根本性的改變。尤其對高硫煤而言，更具有特殊的意義。預(yù)計未來，當(dāng)石油和天然氣的成本因資源枯竭會明顯上漲，煤炭不僅是能源資源，也將是化學(xué)工業(yè)惟一可靠的基本原料來源。特別是生產(chǎn)合成氨和碳一化學(xué)含氧化合物，煤化工更具有競爭力。因此，我國自80 年代末至今已相繼引進(jìn)魯南、上海三聯(lián)供、渭河、淮南、浩良河五套以水煤漿為原料的德士古氣化裝置，現(xiàn)又引進(jìn)的還有金陵化肥、神木甲醇、南化大化肥、湘火炬等裝置，同時也有兗礦、惠生等公司正在同德士古公司接觸。我國 90%以上的氮肥企業(yè)是

3、以無煙煤或焦炭為原料，使用固定床間歇?dú)饣夹g(shù)生產(chǎn)半水煤氣，作為合成氨（或甲醇）的原料氣。該氣化技術(shù)存在的主要問題：一是原料（無煙煤、焦炭）價格高，企業(yè)虧損，生產(chǎn)難以為繼；二是環(huán)境要求越來越高，間歇式固定床氣化吹風(fēng)氣排放對環(huán)境的污染較嚴(yán)重，治理困難。為了解決上述問題，使企業(yè)走出困境，就必須采用高新技術(shù)加快企業(yè)改造步伐，提高企業(yè)的競爭能力，同時隨著天然氣和油品價格的上漲，醇醚燃料和甲醇的廣泛應(yīng)用，以煤為原料的德士古水煤漿加壓氣化將有越來越廣泛的市場。2 德士古氣化技術(shù)的特點(diǎn)德士古水煤漿加壓氣化法為目前世界上先進(jìn)的氣化技術(shù)之一，屬氣流床加壓氣化法。其特點(diǎn)是該工藝對煤的適應(yīng)范圍較寬，可利用粉煤，單臺氣

4、化爐生產(chǎn)能力較大，氣化操作溫度高，液態(tài)排渣，碳轉(zhuǎn)化率高，煤氣質(zhì)量好，甲烷含量低，不產(chǎn)生焦油、萘、酚等污染物。排出粗灰渣可以用作水泥的原料和建筑材料。三廢處理簡單，易于達(dá)到環(huán)境保護(hù)的要求。生產(chǎn)控制水平高，易于實現(xiàn)過程自動化及計算機(jī)控制。（1）工業(yè)化情況Texcao 公司自 1957 年在蒙特培羅 （ Monetebello ）研究室開始以氧為氣化劑對煤、焦進(jìn)行氣化研究， 1973 年建立了一套投煤量15t/d的試驗裝置進(jìn)行加壓水煤漿氣化試驗。經(jīng)過30 年的試驗及工業(yè)化過程，德士古水煤漿加壓氣化工藝已經(jīng)發(fā)展成為一項先進(jìn)、成熟可靠的煤氣化工藝。具體工業(yè)應(yīng)用情況見表1。（2）加壓水煤漿氣化的優(yōu)點(diǎn)煤種適

5、應(yīng)性廣。年輕煙煤，粉煤皆可作原料，灰融點(diǎn)要求不超過1350，煤可磨性和成漿性好，制得煤漿濃度要高于60%為宜。氣化壓力范圍大。從2.5 8.0MPa 皆有工業(yè)化裝置，以4.0MPa 較為普遍，隨著裝置規(guī)模的大型化，6.5MPa 也越來越被采用，氣化壓力高可節(jié)省合成氣壓縮功。氣化爐熱量利用率高。有激冷工藝制得含蒸汽量高的合成氣如用于生產(chǎn)合成氨，在變換工序不需再外加蒸汽，也可采用廢鍋流程回收熱量，副產(chǎn)高壓蒸汽，但廢鍋設(shè)備價格較高，可擇優(yōu)選用。氣化爐內(nèi)無傳動裝置，結(jié)構(gòu)比較簡單。單位體積產(chǎn)氣量大，一臺直徑2800mm，4.0MPa 氣化爐產(chǎn)生氣體，可日產(chǎn)氨（或甲醇）500t ，國內(nèi)已有最大直徑3200

6、mm。有效氣成分高，CO+H280%，排渣無污染，污水污染小，易處理。因高溫氣化，氣體中含甲烷很低（CH40.1%），無焦油，氣化爐排渣無污染，可用作鋪路路渣，污水含氰化物少，易處理。產(chǎn)品氣一氧化碳和氫含量高是碳一化學(xué)最好的合成原料氣，可用來生產(chǎn)合成氨、甲醇、制氫、羥基合成原料氣，用途廣泛。碳轉(zhuǎn)化率高，最高可達(dá)98%以上。3 水煤漿氣化對煤質(zhì)的要求(1)Texaco 水煤漿氣化對煤質(zhì)適應(yīng)性較廣。除褐煤、泥煤及熱值低于22940kJ/kg 、灰熔點(diǎn)高于 1350的煤不太適用外，其他粘結(jié)性煤、含灰量較高的煤、石油焦、煙煤均可作原料。(2) 煤中灰含量對消耗指標(biāo)的影響。煤中灰含量增加會增加氧氣的消耗

7、，同時也增加每3m 有效氣（ CO+H）的煤消耗量，一般煤中灰2含量從 20%降到 6%，可節(jié)省 5%的無灰干基煤消耗，節(jié)省氧氣消耗10%左右。同時也使灰、黑水中的固含量升高，系統(tǒng)管道、閥門、設(shè)備的磨損率大大加劇。我們認(rèn)為煤的含灰量應(yīng)19%。(3) 煤的灰熔點(diǎn)。由于氣化爐內(nèi)操作溫度一般在煤的灰熔點(diǎn) T3 以上（通常要高 50100），鑒于爐內(nèi)耐火材料承受高溫的限制，要求煤的灰熔點(diǎn) T3 不要超過 1350，如果煤的性質(zhì)較好，但灰熔點(diǎn)較高一些，可采取加助熔劑如石灰石，石灰粉等把灰熔點(diǎn)降下來，以保證爐內(nèi)耐火材料使用壽命。(4) 煤的可磨性。煤的可磨性是指煤可磨碎的難易程度，通常用哈氏指數(shù)（Hard

8、grove Index）來表示。(5) 煤的成漿性。水煤漿氣化爐是將煤制成煤漿送入氣化爐，煤的內(nèi)水主要表現(xiàn)在對成漿性能的影響，一般認(rèn)為煤的內(nèi)水含量越高，煤的 O/C 比越高，親水官能團(tuán)越多， 煤的制漿難度越大。例如褐煤， 成漿性很差， 就不宜選作原料。 水煤漿加壓氣化原料煤的最高內(nèi)水10%，故對煤的成漿性很重要，在選用原料煤時除正常工業(yè)分析，一定要進(jìn)行成漿試驗，制成煤漿濃度最好在60%以上。濃度越高，耗氧量越少，煤漿濃度在65%左右為宜。4 Texaco 水煤漿氣化的工藝流程根據(jù)氣化后工序加工不同產(chǎn)品的要求，加壓水煤漿氣化有三種工藝流程，激冷流程，廢鍋流程和廢鍋激冷聯(lián)合流程。對于合成氨、甲醇生

9、產(chǎn)，多采用激冷流程，這樣氣化爐出來的粗煤氣，直接用水激冷，被激冷后的粗煤氣含有較多水蒸氣，可直接送入變換系統(tǒng)而不需再補(bǔ)加蒸汽，因無廢鍋，投資較少。如對產(chǎn)品氣用作燃?xì)馔钙窖h(huán)聯(lián)合發(fā)電工程則多采用廢鍋流程，副產(chǎn)高壓蒸汽用于蒸汽透平發(fā)電機(jī)組。對產(chǎn)品氣用作羰基合成氣、甲醇，通常采用廢鍋和激冷聯(lián)合流程。亦稱半廢鍋流程，即從氣化爐出來粗煤氣經(jīng)輻射廢鍋冷卻到 700左右，然后用水激冷到所需要的溫度，使粗煤氣顯熱產(chǎn)生的蒸汽能滿足后工序的要求。后兩種流程由于投資較大和操作復(fù)雜，現(xiàn)在德士古水煤漿氣化生產(chǎn)廠基本上不采用。5 關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化（ 1）煤漿泵魯南化肥廠同上海大隆機(jī)器廠、沈陽有色冶金機(jī)械總廠聯(lián)合開發(fā)的高低壓

10、煤漿泵應(yīng)用于魯南化肥廠德士古水煤漿加壓氣化，目前運(yùn)行良好，價格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于進(jìn)口設(shè)備。我公司設(shè)計的多套德士古水煤漿加壓氣化的低壓煤漿泵全部采用國產(chǎn)設(shè)備，由于高壓煤漿泵為氣化部分的心臟，為保證連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)目前所有的工廠基本上選用進(jìn)口的高壓煤漿泵。（ 2）耐火磚洛陽耐火材料研究院、新鄉(xiāng)耐火材料廠開發(fā)的國產(chǎn)耐火磚成功應(yīng)用于魯南化肥廠以后，經(jīng)生產(chǎn)檢驗，各項性能已超過進(jìn)口耐火磚，現(xiàn)國內(nèi)新上的德士古爐都采用國產(chǎn)耐火磚，氣化爐耐火磚使用時間基本上超過一年以上，最長的達(dá)到10000h 以上。（ 3）氣化爐燒嘴隨著華東理工大學(xué)開發(fā)出具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的四噴嘴對置水煤漿加壓氣化技術(shù)的成功，氣化爐的噴嘴已可以國產(chǎn)化，其

11、性能優(yōu)于或達(dá)到國外產(chǎn)品?，F(xiàn)國內(nèi)引進(jìn)的德士古氣化裝置為考核德士古技術(shù)性能，首次基本上采用德士古氣化爐燒嘴。綜上所述，德士古水煤漿氣化技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備除了引進(jìn)高壓煤漿泵、高壓煤漿閥及高壓氧閥外，其他的所有設(shè)備都可以采用國產(chǎn)設(shè)備。魯南化肥廠的第三臺德士古氣化爐也全部采用國產(chǎn)設(shè)備，現(xiàn)運(yùn)行良好。因此，作為世界上最先進(jìn)的以煤為原料的氣化技術(shù)之中，德士古投資為最省。6 結(jié)束語隨著石油、天然氣的價格上漲，無煙塊煤（或焦炭）的急劇暴漲，同時甲醇、二甲醚替代石油燃料及煤間接液化合成汽油、柴油在中國的發(fā)展，水煤漿加壓氣化技術(shù)作為世界上最先進(jìn)的以煤為原料的氣化技術(shù)之一，一方面從魯南化肥廠1994 年的第一臺德士古氣化爐

12、的投運(yùn)，相繼上海三聯(lián)供、渭河、淮南的投產(chǎn)，國內(nèi)已形成一套豐富連續(xù)穩(wěn)定的操作經(jīng)驗，將以最省的投資和較低的能耗來替代現(xiàn)有的渣油、石腦油及無煙塊煤（或焦炭）為原料的化肥廠的合成氣技術(shù)，另一方面世界范圍內(nèi)以煤氣化為基礎(chǔ)的多聯(lián)產(chǎn)、多聯(lián)供技術(shù)的迅速崛起，拓寬了煤的利用價值，保護(hù)環(huán)境，有利于國家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，為我國的煤化工發(fā)展提供有力的技術(shù)支持。德士古裝置合成氣洗滌的持續(xù)改進(jìn)夏洪強(qiáng)，陳方林（安徽淮化集團(tuán)有限公司，安徽淮南232038 ） 2005-09-16淮化集團(tuán)德士古水煤漿加壓氣化裝置為三臺氣化爐，兩開一備，采用美國德士古(TEXACO) 技術(shù)，由日本宇部公司(UBE)設(shè)計 , 于 2000年 8 月化

13、工投料試車一次成功, 成為國內(nèi)繼山東魯化、上海焦化、陜西渭化之后, 第四套運(yùn)行的德士古裝置。該裝置設(shè)計的灰分值為14.76%。但由于煤炭供應(yīng)的緊張，我公司原料煤的灰分一直居高不下, 大部分時間灰分在20%左右，有時甚至高達(dá)25%以上，由此造成洗滌塔阻力上升較快，致使一臺氣化爐運(yùn)行不到20 天就必須停爐清理，同時導(dǎo)致合成氣帶灰?guī)约白儞Q催化劑失活等問題。本文就灰分高造成的合成氣帶灰、帶水及洗滌塔阻力上升快等等問題進(jìn)行分析，并提出一些改進(jìn)措施。1 德士古氣化系統(tǒng)粗合成氣洗滌過程淮化裝置德士古合成氣洗滌流程示意圖見圖1。合格的水煤漿和空分來的氧氣經(jīng)德士古燒嘴噴入氣化爐燃燒室, 氧氣和水煤漿在130

14、01400、 4.0MPa 條件下 , 進(jìn)行部分氧化反應(yīng), 生成的水煤氣和熔融灰渣經(jīng)過均布激冷水的下降管進(jìn)入激冷室的水浴中，大部分的熔渣經(jīng)冷卻固化后落入激冷室底部。粗合成氣沿下降管和上升管的環(huán)隙上升出氣化爐激冷室，在合成氣出口管處設(shè)有沖洗水，以防氣體中固體顆粒在出口管累積堵塞，同時給合成氣增濕。經(jīng)過初步洗滌的合成氣進(jìn)入噴嘴洗滌器，在這里加入大量增濕水，使合成氣夾帶的固體顆粒完全濕潤，以便在洗滌塔內(nèi)快速除去。經(jīng)增濕的合成氣沿洗滌塔內(nèi)下降管進(jìn)入底部水浴中，再向上穿過水層，大部分固體顆粒沉降到塔底部，與合成氣分離。上升的合成氣沿下降管和導(dǎo)氣管的環(huán)隙向上穿過兩層沖擊式塔板，并與潔凈的噴淋水逆向接觸，洗

15、滌余下的固體顆粒，3再經(jīng)除霧器除去霧沫后送往下游工序。要求出洗滌塔的合成氣含塵量小于1mg/m。圖 1淮化裝置德士古合成氣洗滌流程示意圖2 合成氣洗滌的初步改進(jìn)2001 年下半年，煤灰分在16%20%之間，一臺氣化爐清理后一般運(yùn)行16 天左右，就會有洗滌塔帶灰?guī)F(xiàn)象，20 天左右?guī)拖喈?dāng)嚴(yán)重 , 且洗滌塔阻力上升至0.25MPa 以上 , 被迫停爐清理。車間工程技術(shù)人員在認(rèn)真分析和研究之后，認(rèn)為洗滌塔阻力上升的原因如下：（ 1）煤質(zhì)發(fā)生變化，灰分上升是主要原因；（ 2）洗滌塔有關(guān)尺寸不太合理；（ 3）工藝指標(biāo)不合理，造成氣化爐、洗滌塔洗滌效果均不好；（ 4）分散劑、絮凝劑添加量需調(diào)整，并加

16、強(qiáng)管理。在分析了原因之后，實施了以下改進(jìn)措施。（ 1）增加一排除霧器，使原三組除霧器變成四組。（ 2）對塔板進(jìn)行擴(kuò)孔，孔徑由原來的6mm擴(kuò)為 7mm，增加篩孔面積，降低孔速。（3）增加塔板堰槽高度，塔板溢流堰最終增加到134mm，水封槽溢流堰槽高度最終增加到184mm。（4）調(diào)整工藝指標(biāo)如下：33加大激冷水量，由原109m/h 增加到 120m /h 以上；3加大噴射洗滌器的水量( 超過 70m/h) ；3加大洗滌塔排黑水量( 超過 15m/h) 。（5）加強(qiáng)分散劑和絮凝劑的使用管理，保證灰水品質(zhì)。實施以上技改后， 在現(xiàn)有灰分下基本實現(xiàn)了一臺氣化爐運(yùn)行30 至 40 天不帶水、不帶灰的目標(biāo)（在

17、此灰分下工藝燒嘴也只能使用30余天，就需倒?fàn)t更換）。3 合成氣洗滌的進(jìn)一步改進(jìn)2004 年初煤炭供應(yīng)異常緊張，至2 月下旬，所供煤的灰分大部分在20% 25%之間，再次造成洗滌塔阻力上升較快，致使一臺氣化爐運(yùn)行 20 天左右就必須停爐清理。為此車間工程技術(shù)人員進(jìn)行了認(rèn)真分析和研究，并借鑒了其他德士古廠家工藝流程和工藝參數(shù)。發(fā)現(xiàn)淮化廠的水氣比波動較大，而造成這種現(xiàn)象的原因主要是洗滌塔排水不穩(wěn)定，這是因為兩臺洗滌塔共用一臺排黑水管線，排水壓差不同造成的，并且由于排水不穩(wěn)定進(jìn)一步造成洗滌塔內(nèi)有灰塵累積。為此車間決定借鑒魯化廠流程將兩臺洗滌塔排黑水分開走，以解決由相互排斥造成的排水不穩(wěn)定問題。改造前后排水流程圖見圖2（虛線部分為新增管線、閥門及其他