180万吨甲醇项目煤气化工艺技方案选择

180万吨甲醇项目煤气化工艺技方案选择(1)国外煤气化技术概况以煤为原料的气化方法主要有移动床、流化床和气流床等。a、移动床气化技术移动床气化技术较为先进的有鲁奇（Lurgi）气化技术。该技术虽然能连续加压气化，但由于气化温度低，生成气中甲烷含量大，同时生成气中含苯、酚、焦油等一系列难处理的物质，净化流程长；尤其是该技术只能用块煤不能用粉煤，因而原料利用率低，大量筛分下来的粉煤要配燃煤锅炉进行处理。此技术经过英国煤气公司和鲁奇公司于二十世纪七十年代联合开发，开发出一种新炉型（BGL气化炉），将鲁奇炉固态排渣改为熔融排渣，同时提高了气化反应温度，提高了块煤中粉煤的利用率，气化效率和气体成分有了很大改进，废水排放量及组分减少，污染问题也有所改善。现有一台工业示范炉在德国黑水泵厂运行，用于处理城市垃圾，所用原料为各种城市垃圾、废塑料和烟煤。BGL气化炉气化压力为2.0～4.0MPa，气化温度约为550℃。我国云南解放军化肥厂于2004年引进了一台BGL气化炉，气化炉直径约为φ2800mm。b、流化床气化技术流化床气化技术主要有德国温克勒（Winkler）流化床粉煤气化技术。该技术压力较低，建有生产燃料气的装置，目前没有生产合成气的装置。c、气流床气化技术气流床气化技术有美国GE公司水煤浆加压气化（GEGP）技术、荷兰壳牌谢尔（Shell）粉煤加压气化技术、德国未来能源公司GSP粉煤气化技术。(2)国内气化工艺技术概况a、固定床气化固定层间歇气化技术，该工艺以无烟煤为原料，采用空气和蒸汽作为气化剂；投资低，技术成熟，目前我国小氮肥、小甲醇厂90%以上采用该工艺生产。该技术气化效率低，单炉产气量少，常压间歇气化，吹风过程中放空气对环境污染严重，每吨合成氨的吹风放空气量达2800～3100立方米。该技术在国外已被淘汰。国内固定床气化还有富氧连续气化技术，虽然该技术连续气化无吹风气排放，污染较少，但只能采用焦炭或无烟煤作原料，原料价格高；且生成气中氮气含量高，不适合作合成甲醇的原料气。b、流化床气化国内流化床气化主要有中科院山西煤化学研究所开发的灰熔聚流化床粉煤气化技术，该技术可用多种煤质作原料，如烟煤、焦炭、焦粉等，使用粉煤在1100℃下气化，固体排渣，无废气排放。该技术工业示范装置已于2001年在陕西城固氮肥厂建成，小时耗煤量4O.2吨。其煤种适应性广，操作温度约为1000℃，反应压力为0.03MPa(G)。气化炉是一个单段流化床，结构简单，可在流化床内一次实现煤的破粘、脱挥发份、气化、灰团聚及分离、焦油及酚类的裂解。带出细粉经除尘系统捕集后返回气化炉，再次参加反应，有利于碳利用率的进一步提高。产品气中不含焦油，含酚量低。碳转化率为90%。主要的缺点是合成气中（CO+H2）为68～72%，有效气体成分较低，其次是气化压力低、单炉产气量小。c、恩德粉煤气化恩德粉煤气化技术，适用于灰分不大于40%的褐煤、长焰煤、不粘或弱粘结的煤粉（0～10mm）。气化剂采用蒸汽和富氧，富氧分为两段加入气化炉，在常压下进行气化反应，反应温度为1000～1100℃，固态排渣，无废气排放。气化炉无炉筚，空筒气化，操作可靠，气化炉运转率可达92%。单炉产气量有10000Nm3/h，20000Nm3/h，40000Nm3/h等。合成气（CO+H2）为62～65%，CO2为27～28%，其它为惰性组分。由于气化剂为富氧，故合成气中氮气含量高，故此合成气适用于作为合成氨原料气。主要的缺点也是有效气体成分较低、且含氮高，不适合作甲醇合成气。气化压力低、单炉产气量小。d、气流床气化我国煤气化技术科研人员经过多年努力研究，开发出了具有中国知识产权的煤气化技术，即华东理工大学同兖矿集团等单位合作开发的水煤浆多喷嘴撞击流气化技术，该技术氧耗、煤耗比GE气化技术低，碳转化率可达98％，有效气体成分（CO＋H2）81～85％，这些指标均比GE气化技术高。该技术中试装置经过72小时考核，通过了科技部组织的评审和验收，取得了多项国家专利。德州华鲁恒升公司大氮肥国产化工程及兖矿国泰化工有限公司均采用了该技术，两项目分别于2004年12月和2005年7月投料试车。经过2年多的运行，该技术已成熟。原化工部临潼化肥研究所（现西北化工研究院）早在60年代末就已开展水煤浆纯氧气化的研究，70年代初建立日处理原料煤50吨的气化装置。从水煤浆制备、纯氧气化、灰水处理等试验中取得工艺流程、工艺参数确定、设备材料的选择、自动控制，软件开发等工程数据。本世纪初西北化工研究院又开发出了以煤、石油焦、石油沥青等含碳物质和油（原油、重油、渣油等）、水、添加剂等经优化混配形成多元料浆气化技术，已成功地应用于油气化装置的改造，并建有工业化装置，如浙江丰登公司年产3万吨合成氨、浙江巨化年产6万吨合成氨和山东华鲁恒升公司年产30万吨合成氨装置等，其他采用该项技术的几套大型煤化工装置也正在实施中。该技术部分设备已获得国家专利。本世纪初该院又开发了焦煤、水、添加剂的混合煤浆气化技术，已成功地应用于油气化装置的改造，建有工业化装置，该技术部分设备已获得国家专利。(3)煤气化技术的选择根据180万吨甲醇产量，日处理原料煤量约为10020吨（收到基），因此煤气化技术应选当今世界上较为先进的气流床工艺技术。气流床工艺技术包括GE水煤浆气化、Shell粉煤气化、GSP粉煤气化、国内多喷嘴撞击流水煤浆加压气化工艺、西北化工研究院多元料浆加压气化工艺等。a、GE煤气化技术GE气化技术为原煤加入一定量的水，通过棒磨机制成约60-65%的水煤浆，水煤浆经高压煤浆泵加压送至气化炉，与自空分来的高压氧气进行部分氧化反应制得合成气。气化炉中水煤浆与氧发生如下主要反应：CmHnSr+m/2O2—→mCO+（n/2-r）H2+rH2SCO+H2O—→H2+CO2气化反应在气化炉反应段瞬间完成，生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S、COS、微量的NH3等气化气。气化过程中，煤炭中的硫元素、卤元素（Cl、P）、氮元素分别生成硫化物（H2S、COS）、Cl2、N2、及痕量的NH3、HCN。煤炭的高温气化，使煤中的灰份变成玻璃状不可沥滤的炉渣而排出。气化炉无转动部件，气化工艺有废锅、半废锅、激冷三种流程。该技术具有以下优点：气化压力适用性广，一般有2.7MPa、4.0MPa、6.5MPa、8.7MPa。单台炉处理煤量大，单台炉最大日处理煤量2000吨，生产能力高；气化技术成熟。制备的水煤浆用隔膜泵来输送，操作安全又便于计量控制。气化炉为专门设计的热壁炉，为维持1300～1350℃温度下反应，燃烧室内由多层特种耐火砖砌筑。有效组分（CO+H2）含量约为80%以上，甲烷量0.1%。碳转化率96～98%。冷煤气效率70～76%，气化指标较为先进。由于水煤浆中含有35～40%水分，因而氧气用量较大。设备国产化率可达95%，国内技术支撑率高。三废量小，污染环境轻，废渣可做水泥原料。投资较低，工程建设时间短。该技术在世界上已有多套装置运行，在我国有7套装置运行。GE气化技术有三种流程，即激冷流程、半废锅流程和废锅流程。国内外目前在运行的绝大多数都采用激冷流程，采用废锅流程目前在运行中的工业装置只有美国TECO电力公司POLK的IGCC装置，日处理烟煤2000吨，此外，国内宁夏有一套采用废锅流程的装置正在建设。半废锅流程目前尚在工程设计阶段，还没有工业装置在运行。b、Shell气化技术Shell气化技术是荷兰谢尔公司多年开发的一种先进的气化技术，该技术采用纯氧、蒸汽气化，干粉进料，水分含量低于2%，气化温度达1400～1600℃，碳转化率达99%，有效气体（CO+H2）达90%以上，液态排渣，采用特殊的水冷壁气化炉，使用寿命长。采用废锅流程，可副产高压蒸汽。采用干粉气化，氧耗量较低。但需要氮气密封，气化压力不能太高，最高为4.0MPa；气化炉（带废锅）结构复杂庞大；设备费较高。Shell气化技术特点：气化温度高，一般在1400～1600℃，碳转化率高达99%。煤气中甲烷含量极少，不含重烃，CO+H2达到90%。氧耗相对较低，采用干煤粉进料与水煤浆气化相比不需在炉内蒸发水分，氧气用量因而可减少15～25%。气化炉采用水冷壁结构，无耐火砖衬里。热效率高。Shell煤气化的冷煤气效率达到78～83%，其余约15%的余热副产高压或中压蒸汽，总的原料煤的热效率达98%。由于采用氮气密封，气化压力不能太高，最高为4.0MPa，若甲醇合成采用6.5MPa压力，则新鲜合成气需经压缩增压后才能进入甲醇合成系统。此外，由于Shell气化的合成气中惰性气体组分含量高（约为5%），使合成回路循环压缩机工耗增加，建议采用CO2输送煤粉。对环境影响小。气化过程无废气排放。系统排出的融渣和飞灰含碳低，可作为水泥等建筑材料，堆放时也无污染物渗出。气化污水不含焦油、酚等，容易处理，需要时可作到零排放。该技术国内技术支撑率低、投资高、工程建设周期较长。c、GSP粉煤气化技术GSP气化技术是德国未来能源技术公司多年开发的一种水冷壁气化技术，气化温度1400～1600℃，碳转化率大于99%，有效气体（CO+H2）约为90%以上，液态排渣，采用特殊的水冷壁气化炉，无耐火材料衬里，使用寿命较长。正常使用时维护量少，运行周期长。气化产生的高温气体采用激冷流程，设备费较低，但专利费较高。气化烧嘴半年检修一次，气化炉可不需备用炉。该工艺技术1979年在其技术中心建设了3MW的中试装置；1986年在德国黑水泵建设了130MW的工业化示范装置，前5年试烧了多种煤种，累计操作时间7226小时，其后该装置没有用煤作原料；1996年在其技术中心建设了5MW的中试装置；2001年在英国建成了30MW的工业装置；2005年在捷克建设了140MW的工业装置。上述装置中，除了德国黑水泵工厂累计7226小时用煤作原料，其它装置均未使用煤作原料。GSP煤气化工艺流程为：由磨煤及干燥装置来的粉煤，粒度为≤100μm，水分≤2%，与高压氧气及水蒸汽一起进入GSP气化炉，气化炉分为燃烧室和激冷室，在燃烧室进行气化反应，燃烧室操作温度约为1500℃。燃烧室为水冷壁结构，其中冷却水压力高于气化压力，冷却盘管外侧装有密集的销钉，用以固定碳化硅涂层，其表面温度低于液渣的流动温度，形成液膜保护耐火层。气化产生的粗煤气和熔渣并流从燃烧室下部进入激冷室，在激冷室高温气体被循环的高压灰水冷却至200℃离开激冷室进入文丘里洗涤器，然后气体进入冷却冷凝器冷却至195℃，产生的粗煤气（含尘量≤1mg/Nm3）送至后续工段。气化炉工艺烧嘴为三通道式，中心管为燃料气，其次为气化剂（氧气及水蒸汽），最外层为煤粉。对于日处理煤量750吨的气化炉，工艺烧嘴煤粉进料口有3个，气化剂进料口有3个，工艺烧嘴半年检修一次，一年更换一次，更换时可根据磨损情况只更换烧嘴前半部分。GSP气化特点：·水冷壁的气化反应器使用寿命可以超过10年·干粉气化，有效气体成分（CO+H2）高，可达90%以上·干粉气化，碳转化率高，一般为99%。·单位有效气体氧气消耗低，比水煤浆气化氧耗低20～25%，降低空分装置投资·气化炉采用水冷壁结构，开车时间短，操作简单，开工率可达95%·不用替换烧嘴情况下可进行气化炉的开停车操作·高温气体采用激冷流程冷却得到高水气比的粗合成气，满足后续变换反应的需要，简化了流程设计。·干粉气化，碳转化率高，一般为99%。·单台气化炉日处理煤量可达2000吨。·中国目前正在建设工业装置，国内技术支撑较低，专利费用高。d、多喷嘴撞击流气化技术该技术氧耗、煤耗比GE气化技术低，碳转化率可达98％，有效气体成分（CO＋H2）81～85％，这些指标均比GE气化技术高。该技术中试装置经过72小时考核，通过了科技部组织的评审和验收，取得了多项国家专利。德州华鲁恒升公司大氮肥国产化工程及兖矿国泰化工有限公司均采用了该技术，两项目分别于2004年12月和2005年7月投料试车。经过2年多的运行，该技术已成熟。目前国内另有鲁南化肥厂、江苏灵谷化工有限公