德士古水煤浆加压气化技术

德士古水煤浆加压气化技术目录第一章：德士古水煤浆加压气化技术概况第一节：概述第二节：国外发展情况第三节:国内发展情况第四节：德士古水煤浆加压气化技术有待改进第二章：煤及水煤浆的性质第一节：煤的工业分析和元素分析第二节：煤的工艺性试验第三节：德士古对水煤浆性质的要求第三章：气化原理及操作条件的选择第一节：德士古水煤浆加压气化原理第二节：气化反应条件的选择第四章：德士古水煤浆加压气化工艺流程及主要设备第一节：工艺流程叙述第二节：主要设备介绍第五章：开停车方法第一节：原始开车前的检查准备工作第二节：气化炉的烘炉第三节：正常开车第四节：正常停车第五节：紧急停车第六章：正常操作要点第七章：PLC和DCS简介第一节：联锁和可编程控制器（PLC）第二节：集中分散控制系统（DCS）第八章：一般故障及处理第九章：安全生产第一节：概述第二节：装置设计中的防范措施第三节：安全生产管理第一章德士古水煤浆加压气化技术概况第一节概述****化学工业有限公司20万吨/年甲醇项目是新建一套利用神木本地所产烟煤作为原料，经空分、气化、净化、合成等几个化工工序，年产20万吨甲醇的生产装置。其中气化装置是采用德士古水煤浆加压气化工艺，向甲醇生产制备合格水煤气。煤气化已有一百多年的发展历史，先后开发了一百多种气化工艺和气化炉型，有工业应用前景的十余种。煤气化分类无统一规定，最常用的是按原料在气化炉内的移动方式分为固定床、流化床和气流床三种：固定床气化是块煤从炉顶加入，自上而下经历干燥、干馏、还原、氧化和灰渣层，灰渣最终经灰箱排出炉外；气化剂自下而上经灰渣层预热后进入氧化层和还原层，生成的煤气显热用于煤的干馏和干燥。固定床气化的局限性是对床层均匀性和透气性要求很高，要求入炉煤要有一定的粒（块）度及均匀性，对煤的机械强度、热稳定性、含碳量、灰熔点、粘结性、结渣性等指标都有比较严格的限制。流化床气化是气化剂由炉下部吹入，使细粒煤（﹤6mm）在炉内呈并逆流反应，为了维持炉内的“沸腾”状态并保证不结疤，气化温度应控制在灰软化温度（T2）以下，要避免煤颗粒相聚而变大以致破坏流态化，显然不能使用粘结性煤。由于炉温低，停留时间短，流化床气化最大的缺陷就是碳转化率低，飞灰多，残碳高，且灰渣分离困难；其次是操作弹性小（控制炉温不易）。气流床是原料煤（粉煤或水煤浆）由气化剂夹带入炉，进行并流式燃烧和气化反应。受气化空间的限制，反应时间很短（1—10秒），为了弥补反应时间短的缺陷，要求入炉煤粒度很细，以保证有足够的反应面积。并流气化气固相相对速度低，气化反应是朝着反应物浓度降低的方向进行，为增大反应推动力，提高反应速度，必须提高反应温度（火焰中心温度在2000℃以上）和反应压力，所以采用液态排渣是并流气化的必然结果。采用廉价的普通煤做气化原料是气化工艺的发展方向。1993年5月18日鲁南化肥厂水煤浆加压气化装置试车成功，为我国煤化工拓宽原料路线提供了宝贵经验。其后十年，我国又先后在上海焦化厂、渭河化肥厂、安徽淮南化工集团引进建成四套水煤浆气化工业装置，均已稳定运行。我公司经过多次调研反复论证，决定采用大使馆福州公司专利由国内自行设计开发的煤的第二代气化技术——水煤浆加压气化工艺。该技术有以下特点：1、煤种适应范围广可以利用次烟煤、烟煤、焦、石油焦、煤加氢液化残渣等，不受灰熔点限制（灰熔点高可加助熔剂）；不受煤的块度大小限制，因最终要经湿磨制成水煤浆使用；不受煤的灰分高低限制，仅经济性有差异。2、连续生产强加工后的原料——煤浆，氧气可以连续不断地入炉，排渣也不需要停车，气化开、停车少，系统操作稳定。3、气化压力高气化压力高，单炉产量高。目前在美国已建成日处理煤量为2000吨／台，压力为6.7Mpa的生产装置。我公司首期建Φ2756mm气化炉三台（两开一备），气化压力高，产品气具有高压，这就节省了煤气压缩所需要的能耗和费用，同时也实现了甲醇的等压合成。4、合成气质量好一般情况下，产品煤气中有效成分CO+H2≥80%(我公司采用神榆路煤和捣老鸟素煤CO+H2≥81.887%)。煤气中CH4﹤0.1%，可作为生产氨、甲醇、OXO产品的原料气，也可用于联合循环发电。5、气化温度高气化炉在1400℃左右操作，煤在熔融后呈液态排出燃烧室，碳转化率高达96%以上。生产的高温煤气我公司采用直接冷激回收热能，产生的蒸汽用于加热灰水。6、有利于环境保护由于气化温度高，煤中的挥发份直接燃烧，所以不生成焦油、酚等污染环境的副产物，废水主要成分是含氰化合物，远比炼焦产生的废水易于处理；同时气化系统的水在本系统内循环使用，外排废水很少，远比其它气化方法产生的废水量少；而且还可在配置水煤浆时，利用甲醇合成排出的残液，从而减轻对环境的污染。对于固体排放物，在气化中没有飞灰等带出，生成的熔渣不污染环境，而且是良好的建筑材料。总之，我公司的气化装置是当今世界最先进的生产工艺之一，设备精良，操作方便，生产线连续，全部机械化，工艺生产装置采用先进的DCS控制系统，对全装置的过程参数进行集中数据采集、过程监视和实行控制。第二节国外发展情况水煤浆气化工艺国外称作德士古煤气化工艺（TCGP），至今已有50多年的历史。1948年美国德士古石油公司受重油气化的启发，首先创造了水煤浆气化工艺，并在加州洛杉矶近郊蒙特贝洛建设第一套中试装置，规模约15t/d。这在煤气化发展史上是个重大的开端，但由于当时煤无法与天然气和石油相竞争，没有得道认可，直至第一次世界性石油危机（1973年），煤气化又被提到议事日程上来。其中包括德士古于1975年重建MRL的实验装置。1978年、1981年又分别建成两套中试装置。鉴于在加压下连续输送煤粉难度大，德士古公司提出水煤浆的概念，即将煤粉和水混配成可用泵输送的水煤浆。经过多年的研究和发展，目前国外已有的中试装置，工作性示范装置和工业化装置如表Ⅰ所示：表见《合成甲醇》工艺学P28蒙特贝洛试验中心是德士古总公司的一个试验基地，主要从事用石油、煤、石油焦为原料制备合成气技术研究，建有中试炉，最高压力为8.5Mpa，已对多种煤进行了试烧。美国TVA是以煤制氨的样板装置，该装置建在国家肥料发展中心的一个以天然气为原料的合成氨厂内，气化使用的伊利若斯6#烟煤（低灰份，含硫1.5～3.0%），经盘式磨煤机研磨后送往混合槽，调配成浓度为55%的水煤浆，气化压力为3.45Mpa。在美国加州的冷水工程建在冷水发电厂内，是德士古煤气化联合循环发电的示范厂，气化炉与前西德样板装置相同，附设辐射锅炉和对流锅炉，日处理煤量910吨，气化压力为4.0Mpa，气化温度1100～1500℃，煤气经冷却、除尘，然后脱硫，用作气体透平的燃料，从气体透平出来的气体通过废热锅炉，温度降至130℃放至大气。豪佰荷森示范装置是前西德鲁尔煤／鲁尔化学公司对德士古煤气合法开展研究而建立的样板装置，它取得了如下改进：1、由干磨改为湿法磨煤，有以下两个优点：①可省去煤干燥的步骤，煤干燥的加工和输送成本太高，且粉尘大不安全。②易泵送，水煤浆粘度小，泵送容易。2、水煤浆浓度提高到70%为了得到尽可能高浓度的煤浆，需使磨出的煤粒度有一定的级配，同时加入适当的添加剂来降低煤浆粘度，有利于泵送。3、提供了热回收流程，提高了热效率。由于气化炉温度高达1300℃～1500℃，离开气化炉的气体携带熔渣进入设在气化炉下部的辐射锅炉，气体被冷却，熔渣被分离后落入辐射锅炉的下部水池中并粒化排出，气体再经过对流式锅炉被进一步冷却。可以说水煤浆气化是德士古的技术，而湿磨煤、热回收则是鲁尔煤／鲁尔化学公司开发的结果，但这些技术统归德士古开发公司所有。第三节国内发展情况由上海化工研究院负责仿制早期的德士古气化工艺设计的我国第一套水煤浆气化装置(0.7t/hr),于1969年在浙江省巨州化工厂投运。因碰到煤浆蒸发等技术问题(蒸发器易结垢、堵塞、管道磨损大)，气化炉不能连续运行，于1971年中止。1971年化工部化肥研究所即现在的西北化工研究院建成一套模试装置，规模为10kg/hr，气化压力为1.0Mpa。1984年底建成另一套模试炉20kg/hr，气化压力为2.0Mpa。为了进行中试，化工部一院和化肥所共同协作设计了一套双废锅流程的中试装置，规模为1.0～1.5t/d,压力为2.0Mpa，并于85年建成，先后共试烧了十几种煤，其中为鲁南化肥厂试烧了山东七五煤，为上海焦化厂试烧了陕西神府煤，为渭河化肥厂试烧了陕西黄陵煤，为淮南化肥厂试烧了河南义马煤。神化20万吨/年甲醇项目采用三台激冷式气化炉（二开一备），以神府煤为原料，湿法棒磨制浆，二级闪蒸灰水处理的气化工艺流程。我公司的主要气化指标如下：气化温度：气化压力：煤浆浓度：煤浆粘度：比氧耗：碳转化率：淮南化肥厂于1996年建成三台激冷式气化炉（二开一备）。采用河南义马煤做原料，湿法棒磨制浆，冷激回收热量，二级闪蒸灰水处理流程。该厂设计的主要工艺指标如下：添加剂及加量：0.5%SJG或1.0FNA粒度分布﹤0.043mm30～35%气化温度：1400℃气化压力：4.0MPa煤浆浓度：61%CO+H2：76.31%碳转化率：97.8%冷煤气效率：69%比氧耗：423Nm3/1000Nm3(CO+H2)比煤耗：703kg/1000Nm3(CO+H2)山东鲁南化肥厂兴建二台激冷式气化炉（一开一备），采用山东七五煤做原料，湿法球磨制浆，冷激回收热量，二级闪蒸灰水流程。于1993年正式开车。该厂设计的主要工艺参数如下：合成气产气量(CO+H2)525600Nm3/d原料消耗：煤318t/hr（干基）石灰石（纯95%）：18.1t/d(干基)氧气（99.6%）:9200Nm3/hr气化工艺：煤浆浓度63%煤浆及氧气入炉压力：3.69MPa气化压力：2.7MPa气化温度：1400℃煤浆粘度：1400CP比氧耗：400Nm3/1000Nm3(CO+H2)冷煤气效率：69%上海焦化厂先期兴建德士古水煤浆气化炉三台（二开一备），用陕西神府煤，湿法球磨制浆，激冷回收热量，二级闪蒸灰水流程，年产甲醇20万吨。94年底建成，95年时试车投产，96年已上第四台气化炉（三开一备）。上海焦化厂气化工艺指标如下：煤浆浓度：60±1%煤浆粘度：1200CPPH值：7.5～9.0比氧耗：≦400Nm3/1000Nm3(CO+H2)气化温度：1380±20℃气化压力：4.0MPa陕西渭河化肥厂年产30万吨合成氨，52万吨尿素工程，采用三台气化炉（二开一备），以黄陵煤为原料，投煤量1300t/d，湿法棒磨制浆，激冷回收热量，灰水四级闪蒸循环使用，96年投运。该厂主要化工工艺指标如下：煤浆浓度：63～66wt%PH值：9煤浆粘度：1000CP气化炉压力：6.5MPa气化炉温度：1400℃氧气炉前压力：8.11MPa氧气流量（单炉）：17420Nm3/h煤浆流量（单炉）：34.6m3/h洗涤塔出口合成气流量：131540Nm3/h(干基)洗涤塔出口合成气压力：6.24MPa第四节德士古水煤浆加压气化技术有待改进德士古煤浆气化有很多先进的方面，但在工业化生产实践中仍暴露出一些急待解决的问题，希望我公司从事这方面工作的技术人员和工人为解决这些问题尽自己微薄的一份力量，提高公司的气化技术，争取走到同行的最前面。一、水煤浆气化氧耗高比氧耗一般都在400Nm3/1000Nm3(CO+H2)以上，为了降低氧耗，应尽量选择灰份低、灰熔点低的煤，成浆性要好，以便可制得高浓度的煤浆，减少气化炉内大量水蒸发而消耗的氧。二、需热备用炉气化炉一般能开二个月左右就要单炉停车检修，或出现故障，须有计划的停车，而备用炉必须在1000℃以上才可投料，若临时把冷备用炉升温至1000℃以上，势必影响全系统生产，所以有备用炉应处于热备用状态的要求。而维持热备用炉耗能较大，需煤气150～1500Nm3/h,空气150～1500Nm3/h及部分抽引蒸汽、冷却水。若能通过强化管理，优化操作，确保单炉长周期运转，做到计划停车，检修前将备用炉温升上来，就可不需热备用炉。三、气化炉耐火材料寿命短耐火材料中的向火面砖时气化炉能否长期