收稿日期:2007-08-31
作者简介:李彩艳(1979-),女,辽宁凌源人,2003年毕业于沈阳化工学院,助理工程师,现从事煤气化技术研发工作。联系电话:135********
固定床造气工艺与德士古水煤浆气化工艺的比较
李彩艳1 李 峥1 张 爽2
(11山东滕州木石兖矿鲁南化肥厂国家工程中心,山东277527;21兖矿国泰公司CO 车间,山东 277527)
摘 要:对固定床造气工艺和德士古水煤浆气化工艺进行了比较,以德士古水煤浆加压氧化法等先进工艺代替固体床造气工艺降低了能耗和产品成本,是解决广大中小企业现状的有效途径。
关键词:固定床;德士古;气化;工艺比较
中图分类号:TQ113126+4 文献标识码:A 文章编号:1003-6490(2007)04-0023-04
0 引 言
我单位是以煤为原料生产尿素的中型氮肥厂,分新老两个系统:设计生产能力均为年产合成氨8万t ,尿素13万t ,其中新系统另配套10万吨甲醇。老系统为固定床造气工艺,共3台Φ3m 造气炉、3台Φ316m 造气炉和1台新上Φ318m 造气炉(为在316m 炉子基础上的自主改进炉型)。新系统为于1993年建成并投运的德士古水煤浆气化工艺示范装置:原设计操作压力216MPa ,投煤量400t/d ,气化炉一开一备。于2000年新上1台国产化的气化炉,2004年新上一套闪蒸系统。通过多年的技术改造,现实际操作压力为217MPa ,单炉日投煤量450t ,运行方式为两开一备。本文将以我单位这两套系统为例对两种气化工艺进行比较。
1 两种造气工艺简述
111 固定床造气工艺
我厂固定床造气以无烟煤为原料,由程控机控制
各阀门,按照吹风、上吹、下吹、二次上吹、吹净等五个阶段,常规3min 一个循环及特定的循环时间,将空气、蒸汽、加氮空气间断地送入发生炉内与炽热的碳反应,生产出合格的半水煤气。
原料由煤场送往破碎机、筛分,然后由皮带机运到煤气炉上方的煤仓内,通过自动加焦机,定时加到发生炉内。燃烧气化后的灰渣,由发生炉机械排灰装置不断排到灰斗,然后定时排放,用汽车运走。
在半水煤气的制造过程中,是碳与蒸汽、空气混合反应,存在着吸热和放热两个相反的过程。由于在上、下吹阶段通入的空气主要为了调节合成氨原料气的配氮目的,故用量受到限制,碳与空气反应放出的热量不足以补充蒸汽分解时吸收的热量,所以要间歇送风提高炉温。
在实际生产中采用五个阶段反复循环的过程:11111
吹风阶段
第33卷第4期2007年12月
化工设计通讯
Chemical Engineering Design Communications
Vol 133No 14Dec 12007
碳与氧的化学反应,放出大量热量贮存于燃料层中,为制气反应提供热量。吹风气中主要成分是二氧化碳,同时生产少量一氧化碳。在正常情况下为充分利用一氧化碳的反应热,把吹风气送入吹风气余热锅炉,产生3182MPa、450℃的蒸汽送汽机发电。当吹风气余热锅炉停车时,吹风气直接经废热锅炉后,由烟囱放空。
11112 上吹制气
蒸汽、加氮空气→煤气炉→燃烧室→废热锅炉→洗气箱→洗气塔→脱硫塔→气柜。
该阶段加入空气的目的,主要是为了调节合成氨原料气中(CO+H2)/N2=311～312的配氮目的,故称为“加氮空气”。另外还可相应提高气化层的温度。11113 下吹制气
蒸汽、加氮空气→燃烧室→煤气炉→洗气箱→洗气塔→脱硫塔→气柜
下吹制气的目的主要为保持气化层的温度,稳定气化层位置在一定的区域和范围内。
上吹和下吹为制气的主要阶段。
11114 二次上吹
流程同上吹制气。
下吹阶段后的煤气炉下部空间残留的是煤气,为使吹风时从炉下进入的空气通过燃料层有一个安全条件,再次进行上吹,既排净炉下的煤气又生产部分煤气。
11115 空气吹净
空气→煤气炉→燃烧室→废热锅炉→洗气箱→洗气塔→脱硫塔→气柜
二次上吹之后,煤气炉上部、燃烧室、废热锅炉、上吹管道空间均充满煤气,为回收这部分煤气,增加短暂的空气吹净与生产的空气煤气,一并送往气柜。
通过以上五个阶段,气化层的温度已有较大幅度下降,半水煤气的产量与质量均有待提高。故需再次从吹风阶段开始的下一循环。
112 德士古水煤浆加压气化技术
德士古气化包括下列装置:①煤浆制备;②煤浆给料;③气化框架;④渣水处理;⑤气化火炬原料煤经皮带输送至煤贮斗,然后通过称量给料机加入磨煤机(球磨机或者棒磨机),同时在磨煤机中加入水、添加剂一起磨制成浆(以前高灰熔点的煤种制备水煤浆时需加入石灰石作助熔剂,先通过对不同煤种的合理配比,取消了助熔剂的加入)。制成的煤浆进入煤浆出料槽,经低压煤浆泵送至振动筛,除去大颗粒后进入煤浆储槽,然后经高压煤浆泵送入工艺烧嘴,同时来自空分界区的氧气(纯度>9916%)也送入工艺烧嘴。在三流式的工艺烧嘴头部混合后喷入气化炉,在1380℃左右的高温下发生部分氧化反应产生水煤气。煤灰中的无机物在高温下迅速被熔化产生熔渣,与反应生成的粗煤气并流经渣口及下降管进入到激冷室。下降管的底部插入激冷室的液面下,来自洗涤塔循环泵的激冷水通过激冷环均匀分布使下降管内壁上形成一层水膜,激冷水与粗煤气、熔渣并流进入激冷室液相,经初步洗涤的煤气出下降管沿上升管与下降管之间的环隙进入激冷室上部的分离空间,气水分离后出激冷室
。
图1 固定床造气半水煤气制备流程
11煤气发生炉;21燃烧室;31洗气箱;41废热锅炉;
51洗气塔;61燃料贮仓;71烟囱
经冷却和水蒸汽饱和的煤气在气化炉出口管道处用除氧水喷淋,是为了防止煤气中夹带的灰颗粒在出口管道处积聚而堵塞管口。
水煤气经过文丘里时与高压灰水泵来的灰水直接接触使气体进一步增湿,增湿后的水煤气经下降管进入洗涤塔液相,然后沿升气管出来经转向帽进入洗涤塔的中部分离空间,分离后的气体经过两块冲击式塔板。每层塔板上有带盖板的冲击孔,洗涤塔板上液层高度63mm,上塔板的液体经溢流堰通过降液管送入下一层塔板。气体首先由下塔板冲击孔进入,经盖板转向折流与塔板上的液层接触,气体中夹带的微粒
42化工设计通讯第33卷
进一步沉降于液相中,洗涤后的合成气离开塔板进入塔顶部的旋流板除雾器,经高效离心作用分离掉合成气夹带的雾沫和液滴后离开洗涤塔,送下游工序。
气化炉激冷室排出的黑水和洗涤塔锥体底部排出的黑水,分别由各自的管道通过一开一备的节流减压阀进入高压闪蒸罐。经高压闪蒸罐、中压闪蒸罐、真空闪蒸罐三级闪蒸处理。从真空闪蒸罐锥底排出的黑水自流送入重力沉降槽。在沉降槽内通过加入絮凝剂溶液加快槽内固体颗粒的沉降,黑水中几乎全部的固体物质通过重力沉降除去。沉降槽内澄清后的灰水溢流进入灰水罐(C -1303),同时为防止系统结垢,在溢流口加入水质稳定剂。灰水罐内有一隔板,将罐体分为高压灰水端和低压灰水端两部分,沉
降槽溢流的灰水进入低压灰水端,闪蒸冷凝液进入高压灰水端,低压灰水泵的吸入口连接在灰水罐接受澄清液的一端,灰水通过低压灰水泵送到锁斗冲洗水罐,去锁斗冲洗水罐的冲洗水首先经过低压灰水换热器,降温后进入冲洗水罐。高压灰水泵的吸入口连接在灰水罐接受闪蒸冷凝液的一端,灰水由高压灰水泵送出,依次通过中压罐顶换热器、高压罐顶换热器加热后送入文丘里洗涤器。
在水煤气管道上有一组背压控制放空阀,放空气进入火炬水封槽,经液封后到火炬放空燃烧;正常生产时来自压力闪蒸分离罐排出的酸性气体经另一条放空管进入火炬水封槽,放空气燃烧的目的是降低环境污染
。
图2 水煤浆制备流程图
11输煤皮带;21煤缓冲槽;31皮带称量给料机;41磨煤机;51圆筒箱;61水浆槽;71低压水煤浆泵;81水煤浆振动筛;91大水煤浆储槽;101高压水煤浆泵
2 主要设备
211 固定床造气主要设备
煤气发生炉、空气鼓风机、燃烧室、废热锅炉、洗气塔、燃料贮仓、气柜、烟囱212 德士古气化主要设备
煤磨机、气化炉、文丘里洗涤器、煤气洗涤塔、高压煤浆泵。
3 两种造气方式主要特点及区别
311 主要的原料
固定床造气主要原料为:山西无烟块煤、加氮空气、蒸汽。
德士古气化的主要原料为:本地高硫煤、纯氧、一次水、脱氧水。
312 所得水煤气(半水煤气)的区别
德士古气化工艺产品水煤气和固定床造气产品半水煤气的主要区别:
(1)水煤气是2135MPa 、193℃的饱和水汽,含水
较多,半水煤气是常压、40℃的饱和水汽,含水少。
(2)水煤气与半水煤气的成分不同:水煤气的有
效气体成分CO +H 2含量高;水煤气中总硫含量高、水煤气中N 2含量低、水煤气的压力温度高。
5
2第4期李彩艳,李 峥,张 爽:固定床造气工艺与德士古水煤浆气化工艺的比较
图3 德士古气化与渣水洗涤
11烧嘴冷却水回水分离罐;21烧嘴冷却水槽;31烧嘴冷却水冷却器;41烧嘴冷却水泵;51气化炉;61锁斗循环泵;71锁斗;81捞渣机;
91文丘里洗涤器;101黑水过滤器;111洗涤塔;121锁斗冲洗水罐;131高压闪蒸罐;141真空闪蒸罐;151澄清槽;161灰水槽; 171除氧槽;181酸性气分离罐;191真空闪蒸分离器;201真空泵;211真空泵分离器;221絮凝剂槽;231洗涤塔循环泵;241冷凝液泵
313 两种气化工艺的特点
固定床造气工艺是在我国采用比较早的气化工艺,在中小氮肥企业应用广泛,生产经验丰富。固定资产投资较少,原料单一,必须采用山西无烟块煤,能耗高、吨合成氨成本高,常压操作,气体中含焦油、酚类。采用常压间歇气化,气化过程中存在吹风气污染,废水排放量大等问题,环保压力较大。
德士古水煤浆加压气化炉在极高温度下运行(1 300～1500℃),气化强度高,单炉能力大,气体中不含焦油、酚类,非常适合化工生产和先进发电系统的要求。德士古气化工艺的优点包括,煤种适应范围较宽,水煤浆气化炉一般情况下不宜气化褐煤(成浆困难),工艺灵活,合成气质量高,产品气可适用于化工合成,制氢和联合循环发电等。气化压力高,生产能力高,不污染环境,三废处理较方便。该工艺缺点是,高温气化为使灰渣易于排出,要求所用煤灰熔点低(小于1300℃),含灰量低(低于10%～15%),否则需加人助熔剂(CaO或Fe2O3)并增加运行成本。我厂通过对不同灰熔点的配比,已经取消助熔剂的加入。此外,高温气化炉耐火材料和喷嘴均在高温下工作,寿命短、价格昂贵、投资高,气化炉在高温运行,氧耗高,也提高了煤气生产成本。需建设空分装置,一次性投资高。但是装置建成后,能耗、产品成本都有显著降低。
4 结 语
目前大多数中小氮肥企业均面临下列问题:①原料煤单一,价格高,供应困难;②动力供应紧张,优惠电价难以保证。企业生存发展面临巨大的压力。通过对工艺原料结构和动力结构的调整,以德士古水煤浆加压气化等先进工艺替代现有固定床造气工艺,降低能耗、及产品成本,是解决广大中小企业现状的有效途径。
62化工设计通讯第33卷
Abstract
Several Points for Attention During Desulf urization System Design in Methanol Plant
L IU Wei2ping,REN Bi2long
(S handong Hongriakang Chemical
Co1,L td,L inyi276021,China) Abstract:This article introduces how to optimize the desulfurization system according to the production process and process requirements of methanol plant using coal as raw material1As a result,investment and operating cost are decreased1
K ey w ords:water gas;desulfurization;after2conversion
desulfurization;conversion;wet desulfurization;
sulfur recovery;circulating water
Study on Iodide R emoval F rom A cetic A cid Synthesized By Low2pressure Methanol H ydroxyl Process
CHEN G ang,XIA Jing2feng
(Acetic Acid Plant of Jiangsu S uopu
Group,Zhengjiang212006,China) Abstract:This article introduces the removal of iodide from acetic acid obtained by low2pressure methanol hydroxyl process1
K ey w ords:acetic acid;indide removal;progress
Study on H ydrogen R ecovery From the
B low2out gas in Methanol Synthesis
WAN G Zhi2hong
(Hebei Qian’an Chemical Co,ltd,Qian’an064412,China) Abstract:It introduces and compares two method of the hydrogen recovery in the blow2out gas in methanol synthesis for reforence1
K ey w ords:methanol synthesis;blow2out gas;hydrogen recovery;membrane separation;pressure
swing absorption(PSA)
R eason and Solution to W axing for Meth anol Synthesis
XU Mei2tong
(Engineering Development Depart ment of L unan
Eertilizer Factory,Tengz hou277527,China) Abstract:This article introduces the reason,harm, prevention and solution of waxing problem in methanol synthesis1
K ey w ords:wax;yield rate of methanol;catalyst;reaction
temperature
Adding a H ydrogen M aking Plant for Meth anol Plant
Y AN G J un
(Xinao Energy Group Co1,L td,Neimenggu014300,China) Abstract:Without old system,catalyst reduction shall undergo in the order of process flow1This causes a waste of useful gas1This article suggests to add a hydrogen making plant for catalyst reduction1
K ey w ords:methanol plant;hydrogen making plant;catalyst reduction;economic benefit
Summary of<4800Conversion System Operation
LU Ping,MEN G Qin2shun
(Jiangsu Hengsheng Fertilier Co1,L td,Xinyi221400,China) Abstract:This article describes the process flow,equipment structure,control scheme and running of<4800conversion plant1
K ey w ords:conversion;equipment;control;runing
C omp arsion B etw een Fixed2B ed G as M aking P rocess and T exaco C o al2W ater Mixture G asification P rocess
L I Cai2yan1,L I Zheng1,ZHAN G Shuang2 (11N ational Engineering Center of L unan Fertilizer,
Tengz hou277527,China;21CO Workshop of Goutai Com pany of Yankuang Group,Tengz hou277527,China) Abstract:This article makes a comparsion between fixed2bed gas making process and texaco coal2wated mixture gasification process1
K ey w ords:fixed2bed;Texaco;gasification;process;
comparison
Summary of Operation of C arbon Dioxide R emoval By Pressure Swing Adsorption T echnology
GE Shao2ming
(Yangz hou Gaohua Chemical Indust ry Co1,
L td,yangz hou225600,China)
Abstract:A brief introduction is given for the principle and application of pressure swing adsorption1The carbon dioxide, H2S and organic sulfur can be removed by pressure swing adsorption,which is low in investment and operating cost and has been used successfully in chemical industrial production1 K ey w ords:conversion gas;purification;pressure swing