一文了解煤化工碎煤加壓氣化技術(shù)的方方面面

一文了解煤化工碎煤加壓氣化技術(shù)的方方面面展開全文煤化工知庫CTX煤氣化技術(shù)問世100多年，工藝流程不斷完善與更新。國外煤氣化技術(shù)發(fā)展較早，相對較成熟，主要有西門子GSP氣化技術(shù)、殼牌煤氣化技術(shù)、澤瑪克熔渣氣化技術(shù)、Texaco德士古煤氣化技術(shù)等。但是近些年來，國產(chǎn)煤氣化技術(shù)發(fā)展較快，在國內(nèi)市場上已經(jīng)逐漸取代國外的引進(jìn)技術(shù)，其中碎煤加壓氣化技術(shù)發(fā)展迅速，碎煤加壓氣化技術(shù)是我國自主知識產(chǎn)權(quán)研發(fā)的工藝技術(shù)，中國化學(xué)賽鼎工程有限公司是國內(nèi)唯一具有碎煤加壓氣化工業(yè)化裝置工程設(shè)計業(yè)績的工程公司。以下對國產(chǎn)碎煤加壓氣化技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行以下探討和總結(jié)。1、碎煤加壓氣化的技術(shù)特點煤種的適應(yīng)性寬，能解決褐煤等低價煤種的利用問題廣泛的煤種適應(yīng)性，煤種從褐煤到無煙煤均可，尤其是對高水分、高灰分、高灰熔點的劣質(zhì)煤利用有德天獨厚的優(yōu)勢，能實現(xiàn)最大限度的原料本地化。中國已經(jīng)探明的褐煤儲量在1300億噸以上。主要分布在內(nèi)蒙古與東北三省相連的蒙東地區(qū)，占全國褐煤資源的3/4，其次是云南省，占全國褐煤資源的1/8左右，其他各省(區(qū))褐煤的儲量均不到總量的3%。褐煤是煤化程度最低的一類煤。外觀成褐色到黑色，光澤暗淡或呈瀝青光澤，含有較高的內(nèi)在水和不同數(shù)量的腐植酸，在空氣中易風(fēng)化破碎。最大特點是水分含量高，灰分含量高，發(fā)熱量低。褐煤的全水分可達(dá)20%?50%，灰分20%?30%，收到基地位發(fā)熱量—般為11.7-16.7MJ/kg。褐煤的特性決定其不適合儲運和長途運輸，直接用做燃料效率極低，因此褐煤的有效利用是煤化學(xué)領(lǐng)域的重要課題，碎煤加壓氣化技術(shù)可以褐煤為原料生產(chǎn)清潔燃料氣或合成氣(CO+H2)，是解決褐煤有效利用的很好途徑。在煤制天然氣項目上有相對優(yōu)勢該技術(shù)煤氣化過程中產(chǎn)生甲烷量相當(dāng)于天然氣中甲烷總量的45%左右，即有45%的甲烷是在氣化爐內(nèi)生成的。碎煤加壓氣化粗煤氣（干氣中CH4的含量為8%?13%,經(jīng)過凈化工段處理后在凈化氣中的含量為11%?18%,凈化氣體的熱值較高，特別適合于生產(chǎn)SNG產(chǎn)品，氣化所生成的CH4在最終SNG產(chǎn)品中的比例約占40%,與其它氣化技術(shù)相比較,變換冷卻及凈化裝置的規(guī)模要小1/3,投資要省1/4從而降低了甲烷合成的負(fù)荷,提高了煤制天然氣過程的效率；煤氣化過程中生成甲烷放出的熱量,可以為煤氣化提供部分反應(yīng)熱,從而降低了煤制天然氣的煤耗和氧耗。（3） 副產(chǎn)品經(jīng)濟效益可觀碎煤加壓氣化是集煤干餾和半焦氣化于一體的氣化工藝,可以回收煤中部分有機物,獲得部分石油化工的替代產(chǎn)品。碎煤加壓氣化技術(shù)通過對煤氣廢水的處理可獲得焦油、中油、石腦油、粗酚、氨等副產(chǎn)品,提高企業(yè)整體經(jīng)濟效益。（4） 運行穩(wěn)定,技術(shù)成熟碎煤加壓氣化技術(shù)運行可靠,在線率高,單爐連續(xù)運行一般可達(dá)150天以上,碎煤加壓氣化爐在國內(nèi)運行已30多年,通過不斷的經(jīng)驗積累及技術(shù)改進(jìn),碎煤氣化裝置運行穩(wěn)定、操作安全可靠,技術(shù)先進(jìn)成熟,已在國內(nèi)已廣泛使用目前運行較好的有山西天脊化肥廠（5臺）,河南義馬煤氣廠（5臺）,哈爾濱氣化廠（5臺）,山西潞安煤制合成油（6臺）,還有石家莊金石化肥廠、國電赤峰3052項目、大唐克旗煤制天然氣項目、大唐阜新煤制天然氣項目、新疆廣匯甲醇二甲醚項目、新疆慶華煤制天然氣項目、新疆新天煤制天然氣項目等合計氣化爐臺數(shù)超過200臺。（5） 投資少,消耗低碎煤加壓氣化爐與氣流床氣化爐相比投資較低,單臺氣化爐總投資約5000萬元。根據(jù)項目規(guī)模,氣化裝置正常生產(chǎn)時都設(shè)有備爐,在發(fā)生氣化爐故障或計劃停車時,啟用備爐以保障全廠生產(chǎn)穩(wěn)定。單位有效氣的氧耗低,碎煤加壓氣化（未把煤氣中的甲烷作為有效氣算）氧耗約為干粉煤氣化的60%,水煤漿氣化的52%,配套空分裝置較小,

空分裝置投資最省。該技術(shù)備煤系統(tǒng)簡單，原料煤只需要簡單的破碎、篩分使粒度控制在5-70mm即可，而不需要設(shè)置磨煤制漿及預(yù)干燥、磨煤制粉裝置，設(shè)備投資較少，流程較為簡單。且后續(xù)裝置以及空分裝置原材料、動力消耗都較低，因此單位成本較低。不足之處該氣化技術(shù)的缺點是蒸汽耗量大，污水量大且成分復(fù)雜，治理費用高和處理難度大。氣化爐單爐負(fù)荷偏低。另外氣化技術(shù)需要5mm以上的粒煤，會產(chǎn)生粉煤再利用問題。因此粉煤要與燃煤鍋爐配合，以達(dá)到煤的粒度平衡。2、碎煤加壓氣化技術(shù)的生產(chǎn)原理更汽夾羽眸;誦檜幻■?干出包碎煤加壓氣化工藝，在氣化爐內(nèi)煤向下移動，與向上流動的氣流逆流接觸，蒸汽與氧氣混合作為氣化劑由氣化爐底部通入，原料煤從

氣化爐上部加入，氣體在氣化爐內(nèi)由下至上依次通過灰層、燃燒區(qū)、氣化區(qū)、干餾區(qū)與干燥區(qū)，最終從爐子頂部排出。在此過程中煤經(jīng)過干燥、干餾和氣化后，生成粗煤氣(氣化原理圖見圖1)在氣化爐內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)主要有：燃燒反應(yīng)：C+02—C02H2+1/202—H20CnHm+(n+m/4)02—nC02+(m/2)H20部分氧化反應(yīng)：C+1/202—C0CnHm+(n/2+m/4)02—nC0+(m/2)H20蒸汽重整反應(yīng)：C0+H20—C02+H2C+H20—C0+H2C02還原反應(yīng)：C+C02—2C0直jM.出V■片碎煤經(jīng)煤鎖加入氣化爐。3、碎煤加壓氣化技術(shù)工藝流程簡述(工藝流程圖見圖直jM.出V■片碎煤經(jīng)煤鎖加入氣化爐。3.「燼化工知煤鎖裝滿煤之后，用來自煤氣變換及冷Wl:「燼化工知煤鎖裝滿煤之后，用來自煤氣變換及冷卻裝置的粗煤氣和來自氣化爐的粗煤氣分兩步對其充壓，至氣化爐操作壓力后向氣化爐加煤，之后煤鎖卸壓至常壓，卸壓的煤鎖氣送至煤氣變換及冷卻工段。減壓后，留在煤鎖中的少部分煤鎖氣用引射器抽出，經(jīng)布袋除塵后送氣化火炬燃燒后排放(G3-1)。蒸汽和氧氣混合后經(jīng)氣化爐下部的旋轉(zhuǎn)爐篦噴入，在燃燒區(qū)燃燒一部分，為吸熱的氣化反應(yīng)提供所需的熱量。氣化爐夾套產(chǎn)生的中壓蒸汽經(jīng)夾套蒸汽分離器分離液滴后與界外來的中壓過熱蒸汽混合后送往氣化劑混合管，分離出的夾套排污(W3-2)送循環(huán)水系統(tǒng)。在氣化爐的上段，剛加進(jìn)來的煤向下移動，與向上流動的氣流逆流接觸。在此過程中，煤經(jīng)過干燥、干餾和氣化后，只有灰(S3-1)殘留下來，灰由氣化爐中經(jīng)旋轉(zhuǎn)爐篦排入灰鎖，再經(jīng)灰斗排至水力排渣系統(tǒng)，灰鎖通過過熱蒸汽進(jìn)行充壓、卸壓的循環(huán)，沖渣廢水(W3-1)經(jīng)過濾后回用。離開氣化爐的粗煤氣以CO、H2、CH4和CO2為主要組分，還包括CnHm、N2硫化物(H2S)等次要組分。離開氣化爐的煤氣首先進(jìn)入洗滌冷卻器進(jìn)行洗滌，冷卻煤氣并除去可能夾帶的顆粒物。飽和并冷卻后的煤氣進(jìn)入廢熱鍋爐進(jìn)一步冷凝，氣液分離器后進(jìn)入下工序凈化、合成相關(guān)產(chǎn)品，并副產(chǎn)0.5MPa(G)低壓蒸汽，廢熱鍋爐排污(W3-3)送往循環(huán)水系統(tǒng)。在廢熱鍋爐下部收集的煤氣水部分與高壓煤氣水混合后洗滌粗煤氣，另一部分煤氣水送往煤氣水分離裝置，分離出成塵泥、潔凈煤氣水和焦油、中油等，其中焦油、中油去油加氫裝置，塵泥返回氣化爐燃燒，潔凈煤氣水經(jīng)處理后回收利用。煤鎖泄壓排出的粗煤氣經(jīng)煤氣水洗滌、分離后進(jìn)入煤鎖氣氣柜，煤鎖氣分離器底部的煤氣水大部分循環(huán)加壓后作為煤鎖氣洗滌用水循環(huán)使用，剩余小部分低壓煤氣水送往煤氣水裝置。煤鎖氣氣柜收集的煤鎖氣送到煤鎖氣壓縮機。氣化爐非正常工況下的廢氣通過火炬燃燒后排放。4、實踐應(yīng)用情況分析碎煤加壓氣化技術(shù)的優(yōu)勢是以褐煤為原料在煤制氣項目的應(yīng)用。此應(yīng)用已經(jīng)在大唐克旗煤制氣項目基本取得成功。大唐克旗煤制氣項目以內(nèi)蒙古錫林郭勒東勝利二號煤田的褐煤為原料，2009年8月開工建設(shè)，2013年12月成功運行。至今生產(chǎn)基本穩(wěn)定，但同時也暴露出一問題，如氣化爐內(nèi)襯出現(xiàn)過腐蝕現(xiàn)象，酚氨回收效果不好、污水處理運行不穩(wěn)定等。因此內(nèi)蒙古礦業(yè)(集團)興安能源化工有限公司的煤制氣項目(簡稱興安能源煤制氣項目)，認(rèn)真總結(jié)了大唐克旗煤制氣項目的運行經(jīng)驗，對其不足之處進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)。興安能源煤制氣項目位于內(nèi)蒙古興安盟科右中旗百吉納工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟園區(qū)，建設(shè)規(guī)模為公稱能力40億立方米/年煤制天然氣（含5億方天然氣液化）+50萬噸焦油加氫及相應(yīng)附屬產(chǎn)品。項目年用褐煤2150萬噸，煤源來自內(nèi)蒙古白音華煤田。項目的設(shè)計已經(jīng)完成，改進(jìn)內(nèi)容如下：（1）氣化爐內(nèi)襯腐蝕問題的解決措施經(jīng)調(diào)研，大唐克旗的氣化爐的腐蝕問題經(jīng)分析是CI—（即鹵素）K+、Na+等（堿金屬）共同作用的結(jié)果，因此興安能源煤制氣項目氣化爐內(nèi)襯設(shè)計采用E-NiCrMo-3材質(zhì)堆焊內(nèi)襯處理。經(jīng)實踐證明，用ERNiCrMo-3材質(zhì)堆焊內(nèi)襯防腐蝕的解決辦法可行。（2）對酚氨回收工藝的改進(jìn)大唐克旗煤制氣項目酚氨回收工序采用的是二異丙基醚萃取工藝，運行效果不好。興安能源煤制氣項目酚氨回收工序采用的是我國自主知識產(chǎn)權(quán)研發(fā)的單塔加壓、脫酸脫氨及甲基異丁基酮萃取工藝。該工藝的先進(jìn)性為：脫COD及脫酚效果遠(yuǎn)高于二異丙基醚萃取工藝；該工藝的操作條件較二異丙基醚萃取工藝條件更寬松；該工藝的出水指標(biāo)遠(yuǎn)低于德國的魯奇污水處理工藝的出水指標(biāo),且完全能滿足下一工段生化處理的需要：即：CODcr<3000mg/L;總酚：<500mg/L;NH3-N<300mg/L;該工藝使用的萃取劑更穩(wěn)定,不易損失；該工藝使裝置運行更加穩(wěn)定,避免了發(fā)泡體系造成的液泛；該工藝在中煤龍化哈爾濱化工有限公司運行效果非常好，且有鑒定成果。5、污水處理工序引入分鹽技術(shù)由于國內(nèi)的煤制氣項目的污水處理大多沒有做到零排放，這不符合環(huán)保的發(fā)展理念。為此興安能源煤制氣項目通過調(diào)研及科學(xué)的論證，污水處理工序上引用了內(nèi)蒙古久科康瑞環(huán)?？萍加邢薰镜募{濾及催化氧化的分鹽技術(shù)，該項技術(shù)在3.5t/h的中試裝置已經(jīng)通過中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會及內(nèi)蒙古自治區(qū)科學(xué)技術(shù)廳所組織的科技成果鑒定（中科鑒字[2014]第45號、內(nèi)科鑒字[2014]第63號）。分出的氯化鈉產(chǎn)品由中科院廣州化學(xué)所分析檢測中心分析其指標(biāo)，完全達(dá)到工業(yè)鹽標(biāo)準(zhǔn)，可以當(dāng)做PVC的原材料。該分鹽技術(shù)真正實現(xiàn)工藝廢水零排放及資源化目標(biāo)，同時能保證污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。6、 碎煤加壓氣化技術(shù)的最新動態(tài)目前，中國化學(xué)賽鼎工程有限公司正在研發(fā)5米碎煤加壓氣化爐，已經(jīng)取得階段性的成功，可以解決單爐負(fù)荷偏低的問題。碎煤加壓氣化技術(shù)的粗煤氣產(chǎn)品中富含甲烷，特別適合于生產(chǎn)城鎮(zhèn)燃?xì)饣蛎褐铺烊粴狻，F(xiàn)在國內(nèi)成熟的3.8米氣化爐與氣流床氣化工藝相比氣化強度低、單爐產(chǎn)量低，SHELL、E-GAS、GSP、TEXACO等氣流床氣化工藝處理煤量最大達(dá)到2000噸煤/天，碎煤加壓氣化典型爐型03.8米氣化爐單爐日處理量最大僅為700-800噸/天。根據(jù)國家煤化工產(chǎn)業(yè)政策，煤制天然