第2期中氮肥No. 22009年3月M-Sized Nitrogenous Fertilizer ProgressMar.2009rlokakoooookcx專論與綜迷不不不不術個不8煤制甲醇氣化工藝選擇田志河北遷安化肥股份有限公司,河北遷安06442)[摘要]介紹了多種現(xiàn)代煤氣化技術的工藝流程及技術特點,指出選擇煤氣化技術要考慮的5個主要特性,在煤制甲醇生產(chǎn)中推薦選用濕法煤漿氣化技術[關鍵詞]煤氣化;甲醇;工藝;選擇中圖分類號]TQ546[文獻標識碼]A[文章編號]1004-992(2009)02-0001-04Selection on Gasification Process for Coal-to-Methanol plantsTiaN ZhiHebei Qian'an Fertilizer Co, Ltd, Qian'an 064412, China)Abstract: The paper gives a brief description of the process flow and its characteristics of various modemgasification technologies, discusses five key aspects which should be considered in the selection of gasificationprocess. Based on that, the author believes that the coal-water slurry pressured gasification process is the mostappropriate for coal-to-methanol plantsKey Words: coal gasification; methanol; process; selection甲醇是一種用途十分廣泛的基本化工產(chǎn)品和根據(jù)所用煤的質(zhì)量、品種等實際情況來選擇合適原料,由甲醇可制取多種化工產(chǎn)品。隨著我國經(jīng)的煤氣化工藝。濟的快速發(fā)展,對甲醇的需求量越來越大,甲醇1.2可靠性原則的生產(chǎn)進入一個快速發(fā)展的新時期。我國煤炭資技術必須成熟和可靠,在保證產(chǎn)品質(zhì)量、性源豐富,以煤為原料制取甲醇合成原料氣是甲醇能和生產(chǎn)能力的前提下,氣化裝置應能連續(xù)長周生產(chǎn)的最好選擇。當今甲醇生產(chǎn)主要采用大規(guī)模期運轉。可靠性是生產(chǎn)裝置長周期、滿負荷、安連續(xù)化生產(chǎn)工藝,要求原料氣中有效成分(H2+全、穩(wěn)定運行的保證,企業(yè)選用的技術要具有煤C0)含量高,這就要求制取甲醇原料氣的煤氣化工工業(yè)化運行業(yè)績,應該首選已經(jīng)充分驗證并化技術應成熟可靠、效率高。下面就煤制甲醇氣已在使用的技術。對尚在試驗階段的新技術、新化工藝的選擇展開討論。工藝、新設備、新材料,應采取慎重的態(tài)度。1選擇原則1.3先進性原則工藝技術的先進性決定項目的市場競爭力。1.1適用性原則擬建項目選擇煤氣化技術時,應充分研究工藝技我國幅員遼闊,各地煤炭種類有很大差別,術的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,了解是否存在更先進的工不同煤種適用不同煤氣化技術,這就要求企業(yè)要藝技術以及采用的可能性,以保證項目的競爭能力。"V凵中國煤化工在產(chǎn)品質(zhì)量性收稿日期]2008010[修稿日期]20001-16能CNMHGo作者簡介]田志(190),男河北遷安人河北遷安化14經(jīng)濟性原則肥股份有限公司合成氨分廠助理工程師經(jīng)濟性是企業(yè)發(fā)展的根本,因此要求所采用中氮肥第2期技術投資省、消耗低、運行成本和維護成本低。22國外引進的干法粉煤氣化工藝1.5安全環(huán)保原則Shl粉煤氣化、GSP煤氣化技術同屬此類。煤的固有特性決定煤化工生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)2.2.1適用性生大量的煤粉、煤灰、煤渣、廢水、廢氣,對其2種煤氣化技術均為粉狀煤入爐,各微粒單處理的難度有的還比較大。企業(yè)在選擇技術時應獨完成熱解、氣化、熔渣,不會相互黏結,不受以人為本,選擇的工藝技術應確保安全并實現(xiàn)清煤的黏結性影響,同時由于氣化溫度高,可用高潔生產(chǎn),盡量少排放“三廢”,盡可能地減少對灰熔點煤,對不同煤種的適應性較強。生態(tài)環(huán)境的影響。2.2.2可靠性2主要煤氣化技術的比較he!粉煤氣化在國外只用于電廠,國內(nèi)引進此技術首次用于化工,無經(jīng)驗可參考。從國內(nèi)2.1濕法進料加壓氣流床氣化技術幾套爐子開車情況來看,困難還很多,開車運行該類技術包括CE水煤漿加壓氣化技術、多過程中出現(xiàn)了很多問題,連續(xù)運行周期只有2~噴嘴對置式水煤漿氣化技術以及多元料漿煤氣化3個月,要解決所有問題尚需時日,可靠性有待技術。提高。GSP煤氣化技術國內(nèi)也是首次引進,國外2.L.1適用性大工業(yè)化運行經(jīng)驗也不多,國內(nèi)引進項目剛剛開3種煤氣化技術都對原料煤有特殊要求:具始,可靠性有待考證有較好的成漿性,低灰熔點和低含水量。否則就2.2.3先進性要進行煤的干燥以及加入添加劑和助熔劑,由此2種煤氣化技術氣化溫度高,一般在1400而增加操作難度和生產(chǎn)消耗。1700℃,碳轉化率可達99%,煤氣中甲烷含量2.1.2可靠性極少[φ(CH4)<0.1%],不含重烴,合成氣中3種煤氣化技術都有工業(yè)化運行裝置,都具d(CO+H2)高達90%以上,氣化效率很高。有較好的可靠性,相比較CE氣化技術由于引進2.2.4經(jīng)濟性較早,建設裝置最多,商業(yè)運行時間最長,經(jīng)過2種煤氣化技術與濕法進料水煤漿氣化相多年的探索改進,用于化工生產(chǎn)技術已成熟,可比,氧耗量低,降低了配套的空分裝置的投資;靠性最高。均釆用水冷壁結構,無耐火磚,水冷壁使用壽命2.1.3先進性較長;二者均為干法氣化,對原料煤的水含量要3種煤氣化技術的碳轉化率都很高(96%~求比較嚴格(2%以下),原料煤需進行干燥98%),所產(chǎn)生的煤氣中φ(H2+CO)均較高因而能耗高;粉煤制備一般采用氣流分離,排放(80%~85%),氣化裝置工藝水平先進。氣需進行洗滌除塵,否則會造成環(huán)境污染,因而2.1.4經(jīng)濟性需增加投資;又由于干粉進料采用氮氣密封及吹3種煤氣化爐內(nèi)襯耐火磚價格高、壽命短,送,氣化產(chǎn)生的合成氣中惰性組分含量達4%只能使用1~2a,噴嘴也只能使用60~150d,5%,因此對于甲醇合成來說弛放氣量要增加;氣化爐連續(xù)運行周期短,維護費用高,需設備用者氣化壓力最高為40MPa,若甲醇合成采用爐;由于料漿含一定水分,所以氧耗高,煤耗5.2MPa合成壓力,則合成新鮮氣需加壓,增加高;氣化過程在高壓下完成,降低了合成氣壓縮了運行費用。功耗,同時氣化強度提高,單爐產(chǎn)氣量大;煤氣Shl粉煤氣化高溫煤氣用循環(huán)煤氣冷激,中惰性氣體含量很少,在甲醇合成時循環(huán)氣量需要增加煤氣壓縮循環(huán)系統(tǒng),從而增加了投資和小,節(jié)省壓縮功耗,弛放氣量小,最適合作甲醇能耗;GSP氣化高溫煤氣采用水直接冷激流程,合成氣冷激溫度下的煤氣所含蒸汽滿足粗煤氣變換所2.1.5安全環(huán)保性需中國煤化工莫氣化裝置若用3種煤氣化技術生產(chǎn)的粗煤氣都不含焦油、于制CNMHG比CSP氣化高萘、酚等雜質(zhì),因此粗煤氣的凈化及污水的處理90%,生產(chǎn)1m煤氣的成本高15%左右。流程簡單,不污染環(huán)境。二者技術均依賴進口,關鍵設備國產(chǎn)化率第2期田志:煤制甲醇氣化工藝選擇低,氣化爐供貨周期較長,使得氣化裝置投資用,達到了潔凈環(huán)保要求。高,建設周期長,因此也加大了投資的風險。2.4ICC灰熔聚流化床粉煤氣化工藝2.2.5安全環(huán)保性該工藝為國內(nèi)開發(fā)的比較成功的流化床煤氣種煤氣化技術產(chǎn)生的粗煤氣均不含焦油、化技術。萘、酚等雜質(zhì),因此粗煤氣的凈化及污水處理流24.1適用性程簡單。2種技術氣化裝置均采用液態(tài)熔渣排該氣化裝置根據(jù)射流原理設計了特殊的氣體放,灰渣呈玻璃狀,對環(huán)境無污染,易堆放,可分布器和灰團聚分離裝置,形成床內(nèi)局部高溫作為水泥配料。區(qū),使灰渣團聚成球,在非結渣情況下連續(xù)有選2.3國內(nèi)開發(fā)的干法粉煤氣化工藝擇地排出低碳含量的灰渣,因此煤種適應性廣,HTL(航天爐)氣化技術、西安熱工院兩大大放寬了對原料的要求,可以適應“三高一段式干煤粉加壓氣化技術同屬國內(nèi)開發(fā)的干法粉低”(髙硫、高灰、高灰熔點以及低活性)煤。煤氣化工藝2.4.2可靠性23.1適用性灰熔聚流化床操作溫度適中,干法排灰對耐2種技術均為干煤粉氣化,氣化溫度高,煤火材料不存在腐蝕問題,對耐火材料要求不苛的灰熔點可選范圍寬,氣化原料可選范圍廣,刻,因此流化床較溫和的操作條件使其比高溫氣氣化褐煤、煙煤、貧煤、無煙煤以及髙灰分、高流床運行可靠性高。常壓及低壓灰熔聚氣化已經(jīng)灰熔點煤工業(yè)示范驗證可靠穩(wěn)定;在加壓大型化方面,氣2.3.2可靠性化爐本身及其外圍設備運行的長期可靠性還有待由于二者均未有長期大規(guī)模工業(yè)化裝置運驗證、提高。行,可靠性有待考證。2.4.3先進性2.3.3先進性煤氣中φ(CO+H2)、碳轉化率以及熱效率西安熱工院兩段式干煤粉加壓氣化的碳轉化較高。有效氣成分一般為75%~80%,碳轉化率>98%,煤氣中φ(CO+H2)>90%;其二段率可達95%-9%。反應不進氧氣,與水煤漿氣化相比,氧耗低2.4.4經(jīng)濟性20%~30%,與現(xiàn)有的干煤粉氣化相比,氧耗低氣化入爐煤粒徑0~6mm,備煤系統(tǒng)簡單,15%左右。該工藝氣化爐的爐膛出口煤氣溫度比投資省。中科院山西煤化所擁有該技術的全部自一段氣化運行溫度低200~300℃,可控制在主知識產(chǎn)權,所有設備可以完全由國內(nèi)企業(yè)制1000℃以下,可省去激冷煤氣,大幅度降低了作。同等規(guī)模氣化爐,與德士古、She氣化爐氣化爐的自耗功。航天爐氣化煤氣中的d(CO+相比,投資大幅度降低H2)≥92%,碳轉化率≥99%;氣化爐水冷壁結2.4.5安全環(huán)保性構簡單,屬圓筒盤管型,水路簡單,易制造,使裝置環(huán)保性好,可以做到“三廢”無害化用壽命>10a,副產(chǎn)中壓飽和蒸汽處理和排放。煤氣中不含焦油及多酚類物質(zhì),煤2.3.4經(jīng)濟性氣洗滌水可經(jīng)簡單汽提或生化處理后回用。氣化2種氣化爐均采用水冷壁結構,維護工作量爐排渣、灰等均可資源化利用。少,使用壽命長,燒嘴壽命長達10a。與國外先進干法氣化爐相比,專利使用費、造價大幅降3結論低,每年維修費用也大大降低。2種氣化爐的工在煤制甲醇生產(chǎn)中,煤氣化裝置在很大程度作壓力均在4MPa左右。2種氣化爐均采用氮氣上影響甚至決定了甲醇生產(chǎn)全系統(tǒng)裝置能否長周作為煤粉輸送氣,使甲醇合成弛放氣量增加,損期、安全、穩(wěn)定地運行以及產(chǎn)品的成本、效益失了一部分有效氣等中國煤化工接關系到企業(yè)2.3.5安全環(huán)保性的成CNMHG2種氣化爐都不產(chǎn)生焦油、酚等凝聚物,合原科煤時性個但是遠彈氣化方法的根本依成氣質(zhì)量好,不污染環(huán)境。排放灰渣可綜合利據(jù),同時又是影響氣化過程的技術經(jīng)濟性及能否中氮肥第2期順利操作運行的關鍵。企業(yè)必須首先對具有代表始,有待進一步提高性的原料煤礦樣(選擇的礦樣一定要確有代表總之,加壓氣流床煤氣化技術代表著煤氣化性,以免造成后患)進行分析,取得煤的化學的發(fā)展方向,但國內(nèi)開發(fā)的干法氣化技術還未大組分和性質(zhì)的基本數(shù)據(jù),以便對煤質(zhì)進行評價。規(guī)模工業(yè)化,國外的干法氣化技術投資費用很如果煤的成漿性、灰熔點等指標滿足濕法氣化成高、設備國產(chǎn)化率低,無用于甲醇合成的工業(yè)化漿的要求,推薦首選濕法氣化,因為其煤氣成分裝置運行經(jīng)驗,而濕法氣化技術在裝置投資、建最適合甲醇生產(chǎn)并能實現(xiàn)等壓合成。在3種濕法設、穩(wěn)定運行、經(jīng)濟效益等方面在甲醇合成中具氣化技術中,CE水煤漿加壓氣化技術進入國內(nèi)有顯著優(yōu)勢,因此CE水煤漿加壓氣化技術、多市場時間比較長,經(jīng)過多年的運行及改進,在工噴嘴對置式水煤漿氣化技術、多元料漿煤氣化技藝上已經(jīng)成熟,能夠在最短時間內(nèi)達到設計要術是甲醇生產(chǎn)企業(yè)比較適用的煤氣化技術。求,是一項成熟可靠、國產(chǎn)率高、投資省、建成后就能順利投產(chǎn)并長周期穩(wěn)定運行的氣化技術;[參考文獻]國內(nèi)開發(fā)的對置式四噴嘴水煤漿加壓氣化技術也[1]蘇利偉,等.灰熔聚粉煤氣化爐存在的問題及改進[J]已成功應用于大型化工裝置,其氣化爐噴嘴之間中氮肥,2007(5)的協(xié)同作用好,氣化爐負荷可調(diào)節(jié)范圍大,負荷2]汪壽建潔凈煤氣化工藝淺析[化肥設計,200(6調(diào)節(jié)速度快,適應能力強,日投煤在1500~3何正兆,等媒氣化技術方案比較及選擇[J].化工設計2000t的大型裝置適宜采用;而多元料漿氣化2006,16(3)技術可以使用多種固態(tài)或液態(tài)含碳物質(zhì)制備料[4]張東亮.中國煤氣化工藝(技術)的現(xiàn)狀與發(fā)展[冂]煤化工,2004(4)漿,其原料適應性更廣,該技術在裝置投資、建[5]于光元,等,煤氣化工藝技術分析[J」?jié)崈裘杭夹g,設、穩(wěn)定運行、經(jīng)濟效益等方面具有顯著優(yōu)勢,2005(4)可用于現(xiàn)有裝置改造或新建大中型煤化工裝置[6]陳家仁,加壓氣流床煤氣化工藝的發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題干法進料煤氣化技術雖然不受煤的成漿性影[刀].煤化工,2006(6)7]唐宏青.煤化工工藝技術評述與展望[J].燃料化學學報,響,也能適應高灰熔點煤,但是可靠性亟待提2001(1)高。Shel煤氣化技術是此類技術中引進最多的,[8]曾紀龍.大型煤制甲醇的氣化和合成工藝選擇[].煤化引進此技術的企業(yè)也大多資金雄厚、技術力量強大,可是直到目前,國內(nèi)在運裝置仍然存在不少9]應衛(wèi)勇,等.碳一化工主要產(chǎn)品生產(chǎn)技術[M],北京:化藝和設備問題,待完全成熟仍需要一段時間;GSP工藝在國內(nèi)尚無工業(yè)運行裝置;國內(nèi)的干法[10]許世森,等,大規(guī)模煤氣化技術[M].北京:化學工業(yè)煤氣化技術有的已完成工業(yè)示范,有的則剛剛開《中氮肥》雜志征稿簡則《中氮肥》雜志秉承“源于企業(yè),服務企業(yè)”的辦刊宗旨和“針對性、實用性為主,理論性、學術性為輔”的辦刊方針,主要報道化肥化工行業(yè)的技術成果、設備技術改造經(jīng)驗、行業(yè)發(fā)展及動態(tài)等。歡迎廣大讀、作者向本刊投稿。來稿要求和注意事項如下。1.文稿務求論點明確、論據(jù)可靠、數(shù)據(jù)準確、文字通暢。2.請盡量提供文稿電子文件,文稿發(fā)送至zdxz@mail.sccninfo.net或zxz@sin∞om。文稿請附中、英文摘要,關鍵詞(3~8條),英文題名,作者單位中、英文名稱(全稱),詳細的參考文獻信息,第一作者簡介,詳細通信地址及聯(lián)系電話3.勿一稿多投。60天內(nèi)未接到錄用通知,作者可自行處理。請及時告之4.文稿著作權屬于作者。文責由作者自負。作者若不允許本中國煤某化二文,或不同意其他報、刊、數(shù)據(jù)庫等轉載,請在來稿時書面聲明。CNMHG5.文稿刊登后,本刊將按國家有關規(guī)定付給稿酬(含與本刊簽約的其他出版物轉、摘稿酬),同時按作者數(shù)量贈送當期樣刊。