大型煤制合成气技术进展刘增胜(中国石化集团宁波技术研究院　宁波　315103)摘要　煤气化技术是洁净煤技术的重要组成部分,各种煤气化炉型和气化技术都有各自的优点和不足之处,选择适合的煤气化技术对煤化工项目至关重要。

介绍了目前国内大型煤制合成气中广泛应用的Shell 煤气化工艺、Texaco 水煤浆气化工艺及近年来研发成功的具有自主知识产权的多元料浆加压气化技术、多喷嘴对置式水煤浆气化技术、两段式干煤粉加压气化技术和四喷嘴对置式干粉煤加压气化技术的工艺特点、应用情况。

这些技术将是目前和未来大型煤制合成气的技术支撑。

关键词　煤制合成气　气化技术　进展 本文作者的联系方式:liuzengs@Progress i n Technology for Large 2Sca le M anufacture of Synga s fro m Coa lL iu Zengsheng(SI N OPEC N ingbo I nstitute of Technol ogy 315103)Abstract Coal gasificati on is an i m portant co mponent of coal cleaning technol ogy,and coal gasifi 2er ty pes and gasificati on p r ocesses have their res pective advantages and shortcom ings,s o the selecti on of an app r op riate coal gasificati on p r ocess is of the ut m ost i m portance in a p r oject for che m ical p r ocessing of coal .Pr ocess features and utilizati on are described of large 2scale manufacture of syngas fr om coal in Chi 2na at p resent,such as the widely 2used Shell coal gasificati on p r ocess,the Texaco coal 2water slurry gasi 2ficati on p r ocess,the successfully devel oped p r ocesses in recent years with independent intellectual p r op 2erty,viz .,the multi 2slurry p ressure gasificati on p r ocess,the multi 2nozzle opposed water 2slurry gasifica 2ti on p r ocess,the t w o 2stage dry pulverized coal p ressure gasificati on p r ocess,and the four 2nozzle op 2posed dry pulverized coal p ressure gasificati on p r ocess .These p r ocesses will become the technical sup 2port for large 2scale gasificati on of coal f or the p r oducti on of syngas at p resent and in future .Keywords syngas fr om coal gasificati on technol ogy p r ogress 除德国之外,我国是研究开发与应用煤气化技术最多的国家,涉及到固定床、流化床、气流床等各种方法。

我国煤炭资源丰富,大力发展煤化工不仅有利于我国能源的合理利用,而且在石油和天然气短缺的情况下,对促进我国能源与环境的协调发展具有极其重要的战略意义。

1　Shell 煤气化工艺1.1　工艺流程Shell 煤气化技术是当今世界上较为先进的现代洁净煤气化技术之一。

自1976年以来,Shell公司先后在荷兰阿姆斯特丹、德国汉堡和美国休斯敦建成3套煤气化中试及示范装置,在取得大量试验数据和操作经验后,首次应用于荷兰布根伦250MW 整体煤气化燃气-蒸汽联合循环发电工厂,于1993年开始投入运行。

该技术在大化肥装置上的应用尚属首次。

Shell 煤气化工艺流程如图l 所示[1]。

原料煤经初步破碎后由皮带送至磨煤和干燥单元,加入适量助熔剂后磨成粉煤并进行干燥,然后经粉煤仓缓存给料,由高压氮气流态化输送的粉煤与配加的氧气及蒸汽在4.1MPa 条件下同时5图1　Shell煤气化工艺流程进入气化炉煤烧嘴喷入炉膛内,在瞬间完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程,气化产物为粗合成气,煤灰熔化后以液态形式排出。

气化炉顶部约3.96MPa,1500℃的高温粗合成气经209℃激冷气激冷至900℃以下进入废热锅炉生产蒸汽,回收热量后再进入陶瓷过滤器进行干式除灰及湿法洗涤系统。

经除灰洗涤处理后含尘量小于1mg/m3和(CO+H2)体积分数大于89%的粗合成气送往后工序,经进一步净化后作合成氨生产原料。

气化炉内产生的高温熔渣自动流入气化炉下部的激冷室,激冷形成数毫米大小的玻璃体经排渣系统出界区。

炉渣和干粉灰均可作建筑材料的生产原料。

1.2　技术特点(1)煤种适应性广,从无烟煤、烟煤、褐煤到石油焦,在添加合适的助熔剂的情况下均可气化。

(2)采用干粉煤进料,气化温度为1500～1600℃,碳转化率高达99%以上,有效气(CO+ H2)体积分数大于89%,氧耗比水煤浆气化工艺低15%～25%。

(3)热效率高,即煤制合成气的能效利用率高,煤中约83%的热能转化为合成气的主要成分,约15%的热能被回收为中压蒸汽,总热效率达到98%左右。

(4)单炉生产能力大,目前已投运的气化炉日处理煤量达2000t。

(5)气化炉采用水冷壁废锅结构,内壁“以渣抗渣”,无耐火砖衬里,维护量少,无需备用炉。

(6)气化操作采用先进的控制系统,其中包括Shell公司专有的工艺计算机控制技术。

(7)气化炉高温排出的熔渣经激冷后形成玻璃状颗粒,性质稳定,对环境几乎没有影响。

1.3　实际应用(1)岳阳中石化Shell煤气化项目是由中石化和Shell公司各出资50%建设的合资项目,装置规模为煤气化装置日处理原煤2000t,生产合成气140200m3/h,配套输储煤系统和空分装置,空分装置产氧量48000m3/h,生产的粗合成气供巴陵石化分公司生产合成氨和尿素。

(2)湖北双环科技股份有限公司煤代油改造工程是以劣质煤为原料,为化肥装置提供合成气,宁波工程公司设计采购施工(EPC)总承包部分包括煤气化主装置和空分装置。

煤气化装置规模以及空分装置能力与岳阳项目相同。

(3)中石化安庆分公司油改煤工程采用Shell 煤气化工艺,为原安庆化肥装置提供合成气和为炼厂提供廉价氢气。

宁波工程公司是煤气化主装置和空分装置EPC总承包商,其它工程内容由宁波工程公司承担工程设计任务。

煤气化装置规模以及空分装置的能力与岳阳、湖北项目相同。

(4)柳州化学工业集团有限公司年产260kt 合成氨改扩建工程以Shell粉煤气化制气,用于生产合成氨、尿素、碳酸氢铵、硝酸铵、甲醛和甲醇等产品。

气化装置日投煤1032t,配套空分装置制氧能力28000m3/h。

2　Texaco水煤浆气化工艺2.1　技术特点由于Texaco水煤浆气化工艺技术具有工艺6流程简单、不污染环境、对煤种适应性强、生产能力大、气化压力高、合成气质量好、开停车方便、加减负荷较快、气化炉结构简单、可连续供料及操作稳定等优点,所以该技术是当前世界上发展较快的第2代煤气化技术,已在合成氨、甲醇、含氧化合物、洁净煤气化联合循环发电等方面得到较为成功的应用,在我国已有十多年的发展历史。

按气化压力来区分,我国水煤浆气化工艺可以分为4.0,6.5和8.7MPa 3个等级。

2.2　工艺流程南化公司大化肥装置8.5MPa 水煤浆气化工艺流程如图2所示。

图2　8.5M Pa 水煤浆气化工艺流程 烟煤制成质量分数59%～62%的水煤浆,与氧气在8.5MPa,1350℃的急冷气化炉中发生部分氧化反应制取原料气,并将含有效气(CO +H 2)体积分数75%～80%的粗原料气经初步洗涤后送至净化单元。

气化炉和碳洗塔排出的炭黑水分别在3.50,0.91,0.15和-0.08MPa 下闪蒸降温后回收冷凝液,浓缩后的炭黑浆送炭黑过滤装置[2]。

2.3　实际应用南化公司8.5MPa 煤气化装置在实际应用中的成功经验及有待解决的问题主要有以下几个方面。

(1)煤气化装置于2007年3月将负荷提至约100%,气化炉稳定运行约4h 。

由于净化系统在原料改造过程中未作大的改动,目前气化炉维持在约83%的负荷下运行,不具备满负荷运行的条件,但甲醇洗等后工序的CO 2处理量已达到原始设计中以渣油/沥青为气化原料的满负荷CO 2处理量。

(2)估算以烟煤为气化原料,83%负荷下的碳转化率为96.5%,有效气(CO +H 2)体积分数平均为80.36%,满足设计要求。

根据3个月的粗渣分析统计,含碳质量分数<10%的样本率在70%以上,估计碳转化率应不低于96%。

(3)目前,气化炉在7.5～8.2MPa 下操作,相对于同样煤种的4.0MPa 气化炉(如上海焦化厂),NH 3(0.025%)和CH 4(0.10%～0.15%)的生成量明显增加,炭黑水pH 低(出真空闪蒸罐pH 约5.5)。

气化炉在高压下运行时,工艺气中炭黑夹带量明显减少,且装置热损失少,但泄漏率和闪蒸系统检修频次较大。

(4)经初步估算,装置的煤耗、氧耗与设计值吻合,装置的清江水消耗和分散剂消耗高于设计值,由于备用气化炉采用热备方式,燃料气的消耗较大。

(5)装置采用1开1备的运行方式,系统可靠性和稳定性较差,同时气化压力高,设备和仪表选型困难。

(6)气化炉设计压力高、能力大,使设备、阀门和管道的维护、修理难度增大,生产操作强度也大幅增加。

3　具有自主知识产权的气化技术3.1　多元料浆加压气化技术多元料浆加压气化技术是西北化工研究院在7多年气流床煤气化技术研究的基础上开发的一种气流床加压气化技术,是第2代煤气化技术中比较先进的一种合成气生产工艺。

山东华鲁恒升大化肥装置的原料以水煤浆为主,添加来自其它工序的甲醇残液、高沸点烷烃、废油等原料混合进入气化炉,与来自空分装置高纯度的气态氧气在高温、高压下进行部分氧化反应;生成的粗煤气和熔融态的灰渣经气化炉下渣口、下降管进入水冷式激冷室,然后粗煤气经下降管与上升管之间的环隙并经气化炉工艺气出口挡液板除去部分细灰和水汽,再经文丘里洗涤器洗涤后进入水洗塔进行再次洗涤和降温后送变换工序。