初探煤氣化工藝方案的選擇

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1、初探煤氣化工藝方案的選擇1幾種煤氣化工藝及特點(diǎn)介紹煤氣化是煤化工的龍頭技術(shù)，是煤潔凈利用技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，C1化學(xué)的基礎(chǔ)。煤氣化技術(shù)是發(fā)展煤基化學(xué)品、煤基液體燃料、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、制氫、燃料電池等過程工業(yè)的基礎(chǔ)，是這些行業(yè)的共性技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)和龍頭技術(shù)，對我國經(jīng)濟(jì)和保障國家安全具有重要的戰(zhàn)略意義。煤氣化過程采用的氣化爐爐型，目前主要有以下3種：固定床﹙UGI、魯奇﹚；流化床﹙灰熔聚、UGAS、魯奇CFB、溫克勒、KBR、恩德等﹚；氣流床﹙Texaco、Shell、GSP、PRENFLOW、國產(chǎn)新型水煤漿、二段干煤粉、航天

2、爐等﹚。1.1固定床制氣工藝1.1.1常壓固定床間歇制氣工藝工藝特點(diǎn)是：常壓氣化，固體加料10-50mm，固體排渣，間歇?dú)饣諝夂驼羝鳉饣瘎?，吹風(fēng)和制氣階段交替進(jìn)行，適用原料白煤和焦碳，氣化溫度800～1000℃。代表爐型有美國的U.G.I型和前蘇聯(lián)的U.G.Ⅱ型。工藝過程都比較熟悉，這里從略。技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：歷史悠久，技術(shù)成熟，設(shè)備簡單，投資省，生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)豐富。技術(shù)缺點(diǎn)：技術(shù)落后，原料動(dòng)力消耗高，炭轉(zhuǎn)化率低70～75%，產(chǎn)品成本高，生產(chǎn)強(qiáng)度低，程控閥門多，維修工作量大，廢氣、廢水排放多，污染嚴(yán)重，面臨淘汰。1.1.2常壓固定床連續(xù)

3、制氣常壓固定床連續(xù)制氣工藝的技術(shù)特點(diǎn)：常壓氣化，固體加料，床體排渣，連續(xù)制氣，富氧空氣﹙氧占50%﹚或氧氣加蒸汽做氣化劑，無廢氣排放，適用煤種白煤和焦碳。技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是：連續(xù)制氣，爐床溫度穩(wěn)定，約為900～1150℃，操作簡單，程控閥門少，維修費(fèi)用低，生產(chǎn)強(qiáng)度大，碳轉(zhuǎn)化率高，約80～84%。技術(shù)缺點(diǎn)：需要空分裝置，投資比較大。11固定床連續(xù)制氣工藝的技術(shù)突破在于以氧氣或富氧空氣加蒸汽做氣化劑，由于氣化劑中氧含量的增加，氣化反應(yīng)過程中，燃燒產(chǎn)生的熱量與煤的氣化和蒸汽分解所需要的熱量能夠?qū)崿F(xiàn)平衡，可以得到穩(wěn)定的反應(yīng)溫度和固定的反應(yīng)床層，

4、可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)制氣，不用專門吹風(fēng)，無廢氣排放，生產(chǎn)強(qiáng)度和能源利用率都有了很大的提高。1.1.3固定床加壓氣化工藝：前西德魯奇公司(Lurgi)開發(fā)。工藝特點(diǎn)：加壓氣化，固體加料，固體排渣，連續(xù)氣化，氧氣和蒸汽作氣化劑，設(shè)有加壓的煤鎖斗和灰儲(chǔ)斗，適用煤種：褐煤、次煙煤、活性好的弱粘結(jié)煤。技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：加壓氣化3.1MPa，生產(chǎn)強(qiáng)度大，碳轉(zhuǎn)化率高約90%。技術(shù)缺點(diǎn)：反應(yīng)溫度略低700～1100℃，甲烷含量較高，煤氣當(dāng)中含有焦油和酚類物質(zhì)，氣體凈化和廢水處理復(fù)雜，流程較長，投資比較大。1.2流化床工化工藝流化床氣化工藝的總體特點(diǎn)是：以粉煤或

5、小顆粒的碎煤為原料氣化，氣化劑以一定的速度通過物料層，物料顆粒在氣化劑的帶動(dòng)下懸浮起來，形成流化床，由于物料層處于流化狀態(tài)，煤粉和氣化劑之間混合更允分，接觸面積更大，煤粉和氣化劑迅速地進(jìn)行氣化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的煤氣出氣化爐后去廢熱回收和除塵洗滌系統(tǒng)，反應(yīng)產(chǎn)生的灰渣由爐底排出。氣流床反應(yīng)物料之間的傳熱和傳質(zhì)速率更快，過程更容易控制，生產(chǎn)能力也有了較大的提高。下面就流化床氣化工藝發(fā)展過程中的幾種工藝的技術(shù)特點(diǎn)分別作一下介紹。1.2.1溫克勒﹙Winkier﹚常壓流化床氣化工藝：是前西德萊菌褐煤公司和伍德公司20世紀(jì)20年代開發(fā)的，是世

6、界上最早的流化床氣化工藝。工藝特點(diǎn)：常壓氣化，粉煤進(jìn)料粒度小于9.5mm，干法排渣,氧氣或空氣加蒸汽作氣化劑，爐體上部有分離空間，使煤氣當(dāng)中夾帶的半焦和灰顆粒分離，并且用一次空氣加蒸汽進(jìn)一步氣化，氣化溫度815～1100℃，碳轉(zhuǎn)化率70～73%，適用煤種：褐煤、次煙煤、弱粘結(jié)性煤。主要技術(shù)問題：爐底的爐箅經(jīng)常出現(xiàn)局部高溫，結(jié)渣,偏爐現(xiàn)象。爐出口氣體帶出物較多，排灰的含碳量較高。2.2.2恩德常壓流化床氣化工藝：是朝鮮恩德郡七.七化工廠20世紀(jì)60年代在常壓溫克勒氣化工藝的基礎(chǔ)上開發(fā)的。工藝特點(diǎn):常壓氣化，粉煤進(jìn)料粒度小于10mm

7、，干法渣11,氧氣或空氣加蒸汽作氣化劑，取消了爐箅，改造為布風(fēng)噴嘴向爐內(nèi)送氣，解決了爐底結(jié)渣的問題，氣化溫度950～1050℃，在爐氣出口增設(shè)了旋風(fēng)分離氣，返料從爐底入爐循環(huán)使用。技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：煤種適從性寬，可氣化褐煤、次煙煤、弱粘結(jié)性煤，返料循環(huán)使用，碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)76％，極少產(chǎn)生焦油。技術(shù)缺點(diǎn)：氣化壓力低，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，排灰含碳量高。1.2.3循環(huán)流化床粉煤氣化工藝CFB：20世紀(jì)70年代魯奇公司開發(fā)。工藝特點(diǎn):該技術(shù)的工藝過程和恩德粉煤氣化工藝比常相似，所有不同的是CFB技術(shù)的旋風(fēng)分離器分離的粉塵直接從氣化爐上部進(jìn)入氣化爐

8、爐膛，多重循環(huán)，使循環(huán)物料和新鮮物料之比高達(dá)40倍以上，導(dǎo)致碳粒的反復(fù)氣化，因而碳的轉(zhuǎn)化率很高，可達(dá)90%。由于夾帶固體物料的速度大大低于氣流速度，氣體和固體間的滑動(dòng)速度較大，因而物料和氣化劑間的混介更充分，接觸時(shí)間更長，氣化效率較高?？梢杂谜魵饧涌諝?、富氧空氣