Texaco气化炉

Texaco气化工艺第一章德士古气化炉简介第三章工艺原理及工艺流程第四章主要设备组成第五章主要问题及处置第六章Texaco、Shell、GSP三种气化技术对比第二章用煤的要求及气化影响因素第一章德士古气化炉简介•德士古煤气化工艺由美国德士古(Texaco)石油公司开发，该技术现属美国GE公司所拥有。•德士古公司於上世纪七十年代世界石油危机时开始大规模开发，在美国加尼福利亚州蒙特贝罗试验基地建设了二套中试装置（2.6MPa，8.5MPa)一、德士古煤气化工艺技术的开发历史及概况•1984年，Texaco公司首次将该技术推向工业化在美国西部冷水滩建立了示范装置：以废锅流程工艺联合循环发电在日本宇部（Ube）氨厂以激冷流程制合成氨在美国中部田纳西州的Kingsport以激冷流程生产CO及其下游产品醋酐图1德士古气化炉图2德士古气化炉剖面图表1目前世界上在运行的水煤浆气化装置概况厂名投产时间国别规模t/d压力MPa流程产品Eastman1984美国9006.5激冷醋酐Ube1984日本14004.0激冷合成氨鲁化1993中国3602.6激冷尿素上焦1995中国15004.0激冷甲醇、CO渭化1996中国14006.5激冷尿素淮化2000中国10004.0激冷尿素Tampa1996美国20004.0废锅电力浩化2005中国10004.0激冷尿素*德州恒升2004中国14006.5激冷甲醇、合成氨*山东国泰2005中国10004.0激冷甲醇金陵石化2005.9中国21004.0激冷尿素,氢气南化公司2006.3中国9008.5激冷尿素榆林化工2005.9中国10004.0激冷甲醇渭化2006.6中国7006.5激冷甲醇上焦2007.12中国15004.0激冷甲醇、CO表2Texaco气化炉在中国的运用序号名称单台投煤量t/d台数压力Mpa签约时间产品1鲁南化肥36032.61989氨，甲醇2上海焦化50043.921992甲醇3陕西渭河750、102446.371992氨，甲醇4浩良和500241997合成氨5淮南化工500342002合成氨6金陵大化750342003合成氨7南京大化150028.72002合成氨8神木化工500342002甲醇9兖矿榆林150036.52003甲醇10上焦二期500342003甲醇11南化140028.7200312兖矿国宏100034200513惠生50026.5200414上焦三期1500342004甲醇15齐鲁50034200516神木化工二期1500242006甲醇17大化集团140028.7200618新奥150036.5200619神华CTO150076.52006二、Texaco工艺优点水煤浆连续进料纯氧气化，耐火砖热壁炉，液态排渣，激冷或废锅流程，生产能力大，流程简单，可靠，实现计算机集散控制。原料适应性相对较宽，可气化广泛采用水力开采的粉煤、石油焦、煤液化残渣等。各种烟煤、石油焦、煤加氢液化残渣均可作为气化原料，以年轻烟煤为主，对煤的粒度、粘结性、硫含量没有严格要求。但是，国内企业运行证实水煤浆气化对使用煤质仍有一定的选择性：灰熔点温度t3低于1350℃；煤中灰分含量不超过15%，越低越好，并有较好的成浆性能，才能使运行稳定，并能充分发挥水煤浆气化技术的优势。合成气有效气（CO+H2）80%，相对较高；CH40.2%、N21.6%，含量低；不含烯烃及高级烃，有利于甲醇合成气耗的降低以及保证甲醇质量。1300℃以上高温反应，不产生含酚、氰、焦油废水。处理废水：气化、甲醇产生的废水可用作制浆。灰渣是砖窑生产的上好原料。气化技术成熟。制备的水煤浆可用隔膜泵来输送，操作安全又便于计量控制。气化温度：1350～1400℃温度，燃烧室内由多层特种耐火砖砌筑。有激冷和废锅两种类型。三、Texaco工艺缺点水煤浆气化氧耗高。比氧耗一般都在400m3/1000m3(CO+H2)以上，而Shell粉煤气化一般在330m3/1000m3(CO+H2)左右。水煤浆进料，限制了原料适应性，增加了煤耗与氧耗，限制了合成气有效气组份。气化炉耐火材料寿命短。我国多选用法国砖（沙佛埃耐火材料公司），其寿命为1～1.5年。其中渭河化肥厂开车一年，三台气化炉向火面砖全改换过，一炉砖需75万美元，而且换一炉砖周期长，影响生产二个月。目前，我们国内正研制价廉、耐高温侵蚀，而且使用寿命长的耐火材料液态排渣对煤灰流动温度提出了限制。激冷流程，黑水处理系统易堵塞、结垢；对黑水系统机泵要求较高。喷嘴寿命相对较短。三、德士古煤气化工艺技术的发展方向•气化原料的多样化石油焦、石油残渣、煤泥、油煤浆、有机垃圾、废轮胎等•高压气化（配合后续工艺实现等压合成)•大型化（单台炉2000t/d以上）•联合循环发电•工程技术优化（高负荷、长周期、关键设备长周期）•提高气化效率（高浓、低耗）第二章用煤的要求及气化影响因素1、煤的结合水煤所含的内水即煤的结合水，能影响煤浆的浓度，内水含量越高，制备的煤浆浓度越低，降低了煤气的气化率，同时产生的工艺气中有效气的含量低。一、用煤要求2、灰分和灰熔点灰分的主要化学成分是Fe2O3、TiO2、SiO2、A12O3、CaO、MgO、Na，O等，灰分是以结晶成不同的结构的混合物，灰分含量大，氧气的耗损量也相应的增大，同样煤的消耗量也增大，灰分每增加1％，氧消耗量增加0．6％；灰分含量高，熔渣对气化炉的耐火材料冲刷和渗透就大，缩短耐火材料的使用寿命。灰熔点的高低程度一般用(TiO2+SiO2+A12O3)／(CaO+MgO+Na：O+FeO，+KO)来计算，其比值范围在1．988～4．329之间属于易熔j，所以由该式可知CaO、MgO、Na20、Fe：O，、KO含量越多，灰熔点越低，TiO、SiO、A1：O含量越高，灰熔点越高。通过添加含CaO、MgO、FeO等物质的助熔剂，降低煤的灰熔点和黏度，从而能有效的减少工艺管道结垢发生堵塞现象。灰熔点在1300~1400℃。3、煤中的氮、砷含量氮含量决定着灰水处理系统的pH值和氨的生成，pH值高能减轻对系统的腐蚀，但同样使得水中的Ca、Mg绝大部分以碳酸盐的形式存在引起结垢，反之酸度高，对管道和设备的腐蚀也很严重，水中pH尽可能保持在7左右；过多的氨，能和系统中生成的CO反应形成碳酸氢铵，在低温下能堵塞变化工序的管道。砷能使变换系统中的Co-Mo催化剂中毒，造成触媒粉化。二、气化影响因素1、煤性质的影响2、煤浆浓度和粒度的影响Texaco气化工艺要求煤浆粒度为2．38mm，因为粒度的大小，影响传热速度和气化效率。煤浆含固量为60．5％～63％，煤浆含固量过高，粒度过细，从气化的角度来讲有利于气化效率的提高，但此时煤浆黏度过大，流动性差，不利于煤浆的输送和储备，煤浆流速一般在0．6～0．9m·s之间，大于0．9m·S一时对管道腐蚀严重；反之，煤浆浓度过低，粒度过粗，一方面使发热量降低，气化效率低，另一方面还会影响煤浆的成浆性及稳定性，颗粒易于析出，经验上煤浆浓度增加1％，工艺气体含量(主要是CO和H的含量)增加0．5％以上。3、温度、压力的影响温度和压力对气化反应的影响煤气质量主要包括有效气的组分和热值，而且气化过程是一个热化学反应过程，所以温度和压力对于化学过程煤气产率和化学组成的影响是很显著的，甚至是起到决定性作用。水煤浆在气化炉内的反应大致包括热裂解反应、燃烧反应和氧化还原反应，可用下式表示：气化过程中，由于压力的不同，一氧化碳、二氧化碳、氢气和甲烷的比率也不同，如图4所示，随着压力的增加，煤气中二氧化碳和甲烷含量增加j，而氢气和一氧化碳的含量则减少。气化炉操作温度的选择主要取决于煤的灰熔点、煤浆浓度及氧纯度，一般在1300～1450~C。Texaco气化工艺用于合成甲醇的气化压力是6～8MPa，工艺气的组成为：CO(40％～46％)、H2(33％一40％)、CO2(17％～22％)、CH(400～1500×10)。第三章工艺原理及工艺流程一、基本原理1.水煤浆制备•水煤浆为煤的细小颗粒均匀分散悬浮於水中的可泵送的浆状流体•水煤浆为牛顿性流体中的假塑性流体，其煤浆特性（表面粘度）将与剪切速率及时间的变化而发生改变。•高浓度、低粘度、低析水率及良好的流动特性将是水煤浆制备中所追求的目标。•加入水煤浆制备添加剂为改善水煤浆的流动特性，提高煤浆浓度。使用过的添加剂主要有四类：木质素磺酸盐系列、萘磺酸盐系列、腐植酸类、丙烯酸的共聚物。•水煤浆添加剂企业(上焦)标准Q/GHBC202-2003固体含量％38±2密度（20℃）g/cm31.14~1.22PH9~12表面张力mN/m≥452.气化原理•水煤浆由煤浆泵送入煤浆槽中。水煤浆经高压煤浆泵加压后，与空分来的高压氧气一起经过特制的工艺烧嘴喷入气化炉内后，水煤浆被雾化成细小的颗粒；与氧气在炉内1300℃—1400℃的高温下发生氧化-还原反应，产生合成气，同时生成少量熔渣。合成气与熔渣出气化炉燃烧室后在下降管的引导下进入气化炉激冷室液面以下，熔渣被冷却固化后沉降到气化炉激冷室底部，经锁斗收集后排出；合成气被洗涤冷却后出下降管，沿原料煤与水、添加剂、石灰石、氨水,经磨机研磨成具有适当下降管与上升管之问的环隙鼓泡上升，离开上升管后被激冷室顶部的折流挡板阻挡折流后由气化炉激冷室合成气出口排出；经文丘里洗涤器去水洗塔进一步洗涤除尘后送变换工序•炉内典型的反应可概括描述为：C+O2COC+O2CO2CO+H2O(g)CO2+H2等即C、H、N、S、O、Ash+O2+H2OCO、H2、CO2、H2OH2S、N2、CH4、NH3COS、HCN残C、粗渣、细渣二、德士古水煤浆气化炉工艺流程将原料煤水及添加剂等送入磨机磨成水煤浆（出磨机水煤浆浓度为65%），由高压煤浆泵送入气化炉喷嘴来自空分的氧气经氧气缓冲罐稳压后进入烧嘴送入炉内的水煤浆和氧气在高温加压后发生部分氧化反应，气化炉膛内温度1350~1450℃离开气化炉的粗合成气和熔渣进入激冷室，粗合成气经第一次洗涤并被水淬冷后，温度降低被水蒸汽饱和后出气化炉。气化炉反应中生成的熔渣进入激冷室水浴后被分离出来，在渣收集阶段排入渣斗，定时排入渣池，由捞渣机捞出后装车外运。渣收集阶段渣斗上部的黑水一部分用锁斗循环泵抽出循环回气化炉，用于冲气化炉激冷室的渣。来自黑水处理工段的黑水进入碳洗塔，碳洗塔中部排出的较清洁的黑水用黑水循环泵加压后分别送文丘里洗涤器及气化炉激冷环，用于洗涤粗合成气气化炉碳洗塔等排出的黑水经四级闪蒸后送往澄清槽进行处理。图3Texaco工艺流程示意图煤浆制备的主要技术经济指标：•磨机能力：50t/h•煤浆浓度（含固量）：≥61.5％•煤浆粘度：700～1300mPa.S•温度：60℃•PH：7.5•粘度分布：（棒）•通过8目：100％•通过200目：40～55％•通过325目：35～45％主要操作条件及工艺技术指标：•煤处理能力：20～22t干煤/h.台•氧气消耗：13700～14800Nm3/h.台（氧纯度：99.6%）•煤浆浓度：≥61.5wt%•气化炉压力：4.0MPa•气化炉温度：1250～1350℃•洗涤塔出口合成气压力：3.8MPa•洗涤塔出口合成气温度：216℃•洗涤塔出口合成气流量：4.3~4.5万Nm3/h.台表4洗涤塔出口合成气组成：Vol%CO42~4634~3617~2110.20.02~0.10.0112H2CO2N2OArSH24CH主要单耗：•煤耗：0.51～0.52Kg/Nm3(620~630Kg/1000Nm3(CO+H2))•氧耗：0.31~0.33Nm3/Nm3(410~425Nm3/1000Nm3(CO+H2))•水煤浆添加剂：6kg/t干煤德士古煤气化工艺联锁系统1.气化炉安全联锁系统触发气化炉安全联锁的条件：煤浆流量低低三选二（二只流量计加泵转速）高压煤浆泵跳车（断电）（后加）氧气流量低低三选二（一只流量计、三只变送器）激冷室液位低低二选二（或三选二)激冷室出口合