多元料浆气化技术
气化装置采用西北化工研究院的多元料浆 加压气化技术，以水煤浆和纯氧为原料，气化 压力为6.5MPa(G)，反应温度大约（1320℃） 有效气成份（CO+H2）高达80%左右，该工艺 对煤种的适应范围较宽 • 碳转化率最高可达98%；煤气中甲烷含量低， 惰性气含量也低，煤气质量好，是生产甲醇 合成气的理想原料气。
基本原理
• 低温甲醇洗工艺用冷甲醇作为吸收溶剂， 利用低温下酸性气体在甲醇中溶解度比较 大的特性脱除原料气中的酸性气体(主要是 CO2和H2 S)。 • 低温甲醇洗工艺的主要流程是多段吸收和 解吸的组合。高压低温吸收和低压高温解 吸是吸收分离法的基本特点。以煤气化为 前提的低温甲醇洗工艺的完整流程必须包 括3部分，即吸收、解吸和溶剂回收
• 气化装置是以煤为原料，经部分氧化生成 粗合成气，然后经过变换得到符合下游装 置H2/CO 要求的变换气，送往净化装置进 行净化处理。 • 气化装置主要包括原料贮存与准备、煤浆 制备、气化、灰水处理、变换五个生产单 元
煤浆制备
气化
灰水处理1
灰水处理2
变换
变换装置由变换系统与热回收系统 两部分组成。 采用耐硫变换催化剂，其活性组分 为Co-Mo。 •变换反应，以下列方程式表示： •CO+H2O ——→ H2+CO2
GSP煤气化工艺流程简图
小结
• GE- Texaco工艺气化指标比干法气化差些， 煤耗、氧耗等主要指标均高，分别约高出10% 和15%，但其工艺配置、流程简洁，专有设备 台件少，系统设备国产化率高达90%，而且国 内已经有过引进消化吸收的工程开发，积累了 建设和生产管理的经验，建成投产后很快能达 标生产。 • 缺点是煤种选择上要注意内水低些，以使煤浆 浓度＞60%；灰融点不超过1320℃，以使运行 周期更长。
单位重量燃料燃烧时放出的热量称为发 热量，人为规定以每公斤发热量7000千卡的 煤作为标准煤，并以此标准折算耗煤量。
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气化
目前商业运行的主流气化技术
TEXACO（GE） 在美国EASTMAN 化工 化工 83年 84年 95年
水煤浆
四喷嘴
在美国Cool-water IGCC 在山东兖矿国泰
混合好，气化反应完全,转化率高，多喷嘴使气化炉
负荷调节范围大，有利于装置的大型化
• 激冷室：增加多层横相分隔器，破除泡沫，减少灰水
夹带 • 灰水处理：三级/四级闪蒸；换热器改为蒸发热水塔， 不易堵塞
工艺流程简图
GSP粉煤气化工艺 • GSP 工艺技术由前民主德国的德意志燃料研 究所(German Fuel Institute) 开发, 始于上世 纪70 年代末。最初目的是用高灰分褐煤生产 民用煤气 • 1979年在弗来堡(Freiburg) 分别建立了一套 3MW 和5MW中试装置 • 1984 年, 在黑水泵市的劳柏格(Laubag) 电厂 建立了一套130MW 冷壁炉的商业化装置, 原 料处理能力为30t/h
硫化物对甲醇生产的危害
• 甲醇生产中，硫化物必须予以清除，否则 会对生产造成极大危害，主要危害表现在 以下几点： • 毒害催化剂，使催化剂中毒、失活。 • 腐蚀设备 • 污染环境
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• 低温甲醇洗在煤气净化中的应用： • 吸收法根据不同原理分化学吸收和物 理吸收两种类型，物理吸收法中特别 适用于净化的是Rectisol法，即低温甲 醇洗。 • 以甲醇为吸收溶剂可以把气体中所有 的杂质除掉且净化度很高，这项技术 自50年代以来经世界各地的大型工业 装置证明是先进和经济的。
工艺条件的选择
4、水煤浆浓度： 为提高综合气化效率和降低氧、煤耗，必须 在满足水煤浆输送的前提下，尽可能提高煤 浆浓度，减少入炉水量。但水煤浆浓度的提 高，意味着水煤浆的动力不稳定性加剧，水 煤浆产生分层现象，而且粘度增加，动力消 耗加剧，严重时可能导致泵送困难。 煤浆浓度一般控制在60%左右。
工艺流程简述
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2012年7月23日
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• 煤气化净化中心所属装置
煤气化 净化中心
气化
变换
净化
硫 回收
制 冷压 缩机
什么是煤？
煤是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化 学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿产，一 种固体可燃有机岩，主要由植物遗体经生物化学作 用，埋藏后再经地质作用转变而成。俗称煤炭。 煤大致可分为：褐煤、烟煤和无烟煤。 煤的组成：固定碳、水分、灰分、挥发分、以 及少量的硫、磷。
一氧化碳变换的目的
合成甲醇最主要的原料是H2、CO和少量的 CO2。甲醇合成原料气的氢碳比为： F=H2-CO2/CO+CO2=2.1-2.15 一氧化碳变换是将煤气中的一氧化碳和饱和 水蒸汽在催化剂的作用下进行一氧化碳变换反 应，转化为氢气和二氧化碳，即除掉了粗煤气 中的部分一氧化碳，又生成了对后工序有用的 氢气，做为后系统甲醇合成的原料气；同时， 部分反应热被废热锅炉回收，副产低压蒸汽、 预热脱盐水的锅炉给水。
小结
• 华东理工的对置式四喷嘴气化工艺技术，属国 内自主开发技术，在消化吸收GE-TEXACO工 艺的基础上，加以改进创新，克服了GETEXACO气化技术的弱点及弊端，有利于气化 系统长周期稳定运行；该工艺流程简洁，没有 专有设备，系统设备国产化率高达95%。到目 前为止，工艺烧嘴的结构、材质及使用寿命日 趋完善， 并且积累了大量的建设和生产管理经 验。
德士古水煤浆气化工艺特点
• 水煤浆进料简单可靠，气化炉结构简单，
有利于稳定操作 • 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 • 碳转化率高达98%以上
• 调节比大、负荷变换简单
德士古水煤浆技术概况
• 对环境污染较小，三废处理较方便
• 德士古工艺对煤种有较强的选择性，最适宜气
配套24万吨甲醇/年和71.8MW联合发电装置，由兖矿 集团公司、华东理工大学共同承担，并于2005年12 月、2006年1月通过国家石化协会考核和鉴定
多喷嘴对置式水煤浆气化
• 工艺流程与德士古水煤浆气化技术相似，在气化炉、 灰水处理装置上进行了改进 • 气化炉：上部水平对置4个喷嘴，高效雾化+撞击三相
工艺条件的选择
2、压力：气化反应是体积增大的反应，提高 压力对化学反应的平衡不利。 提高压力有利于提高反应速度 加压气化喷嘴雾化效果好 加压下气体体积小，气化炉生产强度高，缩 小了设备的容积 加压气化可以节省动力 加压气化有利于气体的净化
工艺条件的选择
3、氧气用量：氧气用量通常采用比氧耗 [Nm3 (O2)／Nm3 (CO十H2)]来表示。 比氧耗愈高，意味着气相中二氧化碳含量愈 高，气化炉操作温度愈高，更多的碳被燃烧 掉，不仅降低了有效气产率，而且反应温度 过高，容易烧坏喷嘴和气化炉的耐火衬里。 但氧用量过低，气化炉内温度低，水煤浆转 化不完全，生成气中甲烷含量高。
低温甲醇洗的发展历史
• 低温甲醇洗净化技术是20世纪50年代初林 德公司和鲁奇公司联合开发，1954年首先 用于煤加压气化后的粗煤气的净化，随后 用于城市煤气等的净化。 • 目前全球共有低温甲醇洗装置100多套，其 操作压力为2.4~8.0MPa（a）不同，被用 于合成氨、合成甲醇、城市煤气、工业制 氢、合成油等化工工艺过程中煤气化、重 烃气化的变换气、富氢气的脱硫脱碳。
粉煤
Shell
在荷兰DEMKOLEC
IGCC
94年
GSP
在德国黑水泵市
IGCC 84年
德士古水煤浆技术概况
德士古（Texaco）公司由重油气化工艺启发，于 1948年提出水煤浆气化工艺 第一套中试装置于1948年在洛杉矶孟特培罗实 验室建成，规模1.5吨煤/天 德国鲁尔化学/鲁尔煤公司（RCH/RAG）于 1978年对水煤浆制备、烧嘴、耐火材料、渣水处理 和废热回收等进一步研究和改进，为工业化奠定了 基础
小结 • Shell工艺技术先进（气化部分），但综合前端 制粉、加压进料，空分的送氮量以及后端耐硫 变换的补加蒸汽，节能效果乃至工艺技术的先 进性要大打折扣，工程实施技术要求高、难度 大，施工周期相对长，试生产到正常连续生产 的磨合期相对较长。 • 对下游为甲醇产品的气化装置，采用 CO2 作为 煤粉的加压输送介质，在 CO2 减压时会产生干 冰。
壳牌粉煤气化工艺流程简图
多喷嘴对置式水煤浆气化
九五国家重点科技攻关项目“新型多喷嘴对置式水煤浆
气化技术”，由华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、天辰化学 工程公司共同承担，并于2000年10月通过国家石油和化学工
业局考核和鉴定
十五国家（863）重大课题“新型水煤浆气化技
术”在鲁南建成1150吨煤/日多喷嘴对置式气化炉，
低温甲醇洗工艺原理
气体在甲醇中的溶解度
低温甲醇洗工艺原理
低温甲醇洗是指在一定的压力和低温下，把 变换气中所含的酸性气体CO2、H2S、COS和硫 醇等脱除的工艺过程。由于甲醇吸收酸性气体的 过程没有化学反应发生，因此属于物理吸收。 吸收原理：以低温甲醇为吸收剂，利用CO2 、H2S、COS和硫醇等酸性气体比H2、N2、CO 在甲醇中的溶解度大的特性，除去变换气中的酸 性气体，吸收了酸性气体的甲醇再经过闪蒸、汽 提和加热，释放也CO2、H2S等，使甲醇再生循 环使用。
耐硫变换
• 全部变换
–全部粗煤气经过变换 • 变换率靠调整气体的水/气来实现 ，生产控 制难度较大 ，催化剂用量大 ，有机硫的转 化会降低到60％左右 • 本装置采用部分变换流程
耐硫变换
• 部分变换
–部分粗煤气进变换炉 • 优点：催化剂用量少；95％有机硫可转化为 H2S；H2/CO的调整靠配气，容易调整；变 换炉及粗煤气预热器设备小 • 缺点：有部分未经变换煤气中的有机硫没有 回收。但是可在低温甲醇洗中脱除
水煤浆加压气化原理
• • • • • • • 1、碳的燃烧和气化反应： C+O2=CO2 C+1/2O=CO C+H2O=CO+H2 2、水煤气的平衡反应： C+CO2=2CO CO+H2O=CO2+H2