化工進展374 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2008年第27卷增刊淺析灰熔聚氣化技術的工程特點戴文松,蔣榮興,郭志雄,張蓉生(中國石化工程建設公司,北京100101)摘要:系統(tǒng)分析了灰熔聚氣化技術的工程特點,指出這些特點從工程設計的角度分析易于實現(xiàn)長周期連續(xù)運行,適合在化工領域應用。關鍵詞:煤氣化;灰熔聚流化床氣化;工程技術灰熔聚流化床粉煤氣化技術是中國科學院山西(1)備煤部分粒徑0~30mm的原料煤(焦),煤炭化學研究所經過二十余年研究、中國石化工程篩分、破碎到0~8mm粒度,在回轉干燥器中烘干建設公司參加加壓工程技術開發(fā),具有自主知識產(煙煤水分<5%,褐煤水分<12%)待用。權的氣化技術。應用該技術的半工業(yè)試驗裝置于(2)進料部分入爐煤經進煤鎖斗系統(tǒng),由星2007年12月完成了1.0M操作壓力的72運行型給料機計量,氣力輸送進入氣化爐下部。考核,0.6MPa操作壓力的工業(yè)示范裝置正在建設。(3)供氣部分氣化劑(空氣/蒸汽、氧氣/蒸汽)本文僅從工程設計的角度對灰熔聚氣化技術的特點分三路計量調節(jié)進入氣化爐。進行分析。(4)氣化部分煤在氣化爐中部分燃燒產生的1灰熔聚氣化技術簡介高溫下(950~1100℃)一次實現(xiàn)破粘、脫揮發(fā)分、氣化、灰團聚及分離、焦油及酚類的裂解等過程,11灰熔聚氣化技術的原理生成煤氣灰熔聚流化床粉煤氣化技術以碎煤為原料(<(5)除塵部分高溫煤氣帶出的飛灰,大部分6~8mm),采用空氣、富氧或氧氣為氧化劑,水蒸經一級旋風分離器捕集,返回氣化爐進一步氣化,氣或二氧化碳為氣化劑,在適當?shù)拿毫６群蜌馑傧?二級旋風分離器捕集的少量飛灰排出系統(tǒng)。使床層中粉煤沸騰,床中物料強烈返混,氣固兩相(6)廢熱回收系統(tǒng)及煤氣凈化部分除塵后充分混合,溫度到處均一,煤在床內部分燃燒產生的熱煤氣依次進入廢熱鍋爐、蒸汽過熱器和脫氧水的高溫下一次實現(xiàn)破粘、脫揮發(fā)分、氣化、灰團聚預熱器回收熱量,再經洗滌塔凈化冷卻,送至下一及分離、焦油及酚類的裂解等過程,完成煤的氣化。工序?；胰劬哿骰补に囘x擇性排灰技術使爐內保持較高的碳含量,從而將操作溫度比傳統(tǒng)流化床提高2灰熔聚氣化技術的工程特點100~200℃,大大拓寬了適用煤種的范圍。2.1適中的氣化溫度灰熔聚流化床氣化技術核心如下?；胰劬蹥饣夹g屬于流化床氣化,具有流化床(1)固流態(tài)化適當氣速使煤沸騰流化傳熱氣化技術適中氣化溫度的特點。氣化爐內的平均溫傳質性能好;氣化強度高;可用碎煤為原料。度通常在1000℃左右,從工程角度來說,這個溫(2)中心射流形成局部高溫區(qū)提高氣化強度無論對于材料的選擇還是結構的設計都在現(xiàn)今具度;促使灰渣團聚。有大量應用經驗的工程技術范圍內。如灰熔聚氣化(3)灰渣團聚重力分離選擇性排出低炭含量技術的幾個關鍵設備氣化爐耐磨襯里、高溫和灰渣;爐料炭含量高結渣風險小;爐溫提高煤種適高壓旋風分離器、耐高溫固體閥門、高溫高壓余熱應性寬。鍋爐在煉油、石化行業(yè)都有操作條件相近的類似設(4)飛灰可控循環(huán)提高碳轉化率。備。因此,在灰熔聚氣化技術的操作溫度下,許多1.2工藝流程關鍵設備的開發(fā)都可以借鑒現(xiàn)有技術的工程經驗,灰熔聚氣化裝置主要由備煤、進料、供氣、氣避免了從毫無經驗的起點出發(fā)而造成的工程風險和化、除塵和余熱回收及凈化幾個主要部分組成見過高的設備投資。圖1。氣化溫度適中,可以借鑒現(xiàn)有技術的工程經驗增刊戴文松等:淺析粗苯加氫精制分離工藝的優(yōu)化及過程模擬375合成氣出煤洗滌水13黑水出排灰氧氣蒸汽排渣圖1灰熔聚流化床粉煤氣化工業(yè)示范裝置工藝流程簡圖1-破碎機:2-烘干機:3-干煤料倉:4受煤斗:5平衡斗:6進煤斗:7-氣化爐:8—上灰斗:9下灰斗:10——級旋風分離器:11二級旋風分離器:12—二旋細粉緩沖罐:13—二級細粉罐:14余熱鍋爐:15洗滌塔再加上沒有復雜結構的設備,無需特殊加工使得時避免了焦油的生成。灰熔聚氣化裝置無論是材料還是設備、閥門都可以由于灰熔聚氣化爐氣化溫度較低,而且配有過完全國產化,這些都保證了灰熔聚氣化裝置較其它,剩量較多的水蒸氣,使得變換反應在氣化爐內進行氣化技術投資省,建設周期短。的比氣流床更為徹底,其結果是合成氣中的H2/CO適中的氣化溫度帶給工程應用的另一個優(yōu)點是比例較氣流床氣化爐高。這樣,對于以生產化工產熱量匹配的合理性固定床氣化,由于平均氣化溫品為目的的氣化裝置,可以減小下游變換單元的變度低、離開氣化爐的合成氣溫度低,無法發(fā)生或攜換反應程度,用于生產甲醇甚至可以不經過變換,帶足夠數(shù)量的蒸汽進入下游裝置,這樣在以生產化有利于下游裝置的配置。工產品為目的工程項目中,需要系統(tǒng)提供下游變換2.2簡單可靠的原煤制備和氣化爐進料方式所需要的蒸汽。而氣流床氣化則由于氣化溫度過高,原煤制備和氣化爐進料方式是灰熔聚氣化技術發(fā)生或帶入下游的蒸汽遠遠超過下游工序所需要的的另一個特點?；胰劬蹥饣b置要求進料的顆粒直徑蒸汽造成一部分蒸汽的剩余,需要為這部分蒸汽小于6~8mm,碎含量小于5%(質量分數(shù))。大大找到合理的應用途徑。而灰熔聚氣化技術的氣化溫擴大了可用作氣化的碎煤的范圍,既避免了固定床氣度適中,氣化所產生的蒸汽除能夠滿足氣化本身的化技術必須使用成本較高的塊煤,又使得煤的破碎和需要外,通過合理的優(yōu)化流程,剩余部分的蒸汽可干燥較采用粉煤進料的氣流床氣化大為簡化,同時也以滿足下游如變換工序的需要,或者只須補充少量減少了煤破碎、干燥過程的能耗。因此在工程設計中,的外來蒸汽,這無論對于原料煤中能量的利用還是備煤系統(tǒng)只采用了簡單的碎煤機和烘干機就完成了裝置平穩(wěn)安全的運行都是非常有利的。氣化爐進煤的制備,這不僅降低了備煤部分的投資,適中的氣化溫度還使得灰熔聚氣化技術的氧耗而且增加了備煤部分運行的可靠性。量較低,可以減少與之配套的空分裝置的規(guī)模,同灰熔聚氣化爐的煤和氧氣分別進料,原料煤通376化工進展2008年第27卷過進料斜管和吹送氮氣送入氣化爐內,沒有影響氣固體排渣,這在工程上就避免了液相排渣容易造成化爐運行周期的煤噴嘴。氧氣在氣化爐底部的3個的渣的形狀不確定而引起排渣不暢和堵塞?；覉F聚位置同時進入,操作靈活,可根據(jù)不同的煤種調節(jié)排渣是灰熔聚氣化技術的重要特點,所形成的固渣不同的氧氣比例。多為球形顆粒,不易造成排渣系統(tǒng)的堵塞。目前應氣化爐煤進料設施采用固體輸送行業(yè)廣泛應用用的兩種排渣方式:直接鎖斗排渣和激冷水排渣都的鎖斗升壓方式為進料煤顆粒升壓。由于進料煤粒沒有出現(xiàn)過排渣系統(tǒng)堵塞的問題。固體排渣還減少的尺寸適中,采用一定的煤斗設計方式可以很好的了灰水量,有利于環(huán)保避免煤粒在輸送過程重的架橋和堵塞,保證了可靠固態(tài)排渣不必控制進料的灰熔點,因此,可以的氣化爐進料。另外進料煤的計量和進料方式也相用于高灰、高灰熔點的煤,對煤種的適應性較寬。對簡單。兩級旋風分離的合成氣飛灰除塵系統(tǒng)與廣泛應2.3正常運行條件下氣化爐內存有一定的物料,可用的粉煤鍋爐除塵系統(tǒng)相似,通過合理的旋風分離以部分補償進料氧/煤比波動引起的氣化反應溫度器結構設計,再配以下游的水洗塔可以保證離開氣的劇烈變化化裝置的合成氣達到合理的粉塵含量要求。正常運行條件下,氣化爐床層內具有一定的料2.5提高操作壓力是灰熔聚氣化技術目前急需改位,這是灰熔聚氣化爐不同于氣流床氣化爐的另一進的方面?zhèn)€顯著特點。與氣流床氣化爐內物料以秒計的停留灰熔聚氣化裝置半工業(yè)試驗裝置在2007年12時間位相比,物料在灰熔聚氣化爐內的停留時間為月已經完成72h運行考核,0.6Ma操作壓力下的工數(shù)分鐘甚至十幾分鐘,這樣的停留時間顯然是比較業(yè)裝置正在建設。但是,與目前主流氣化技術多在長的。床內存有一定的物料對于補償進料的波動十2.5MPa以上的壓力操作相比,目前灰熔聚氣化裝置分有利,碳氧比的微小波動不至于導致床層溫度的的操作壓力明顯偏低。操作壓力低無論對于裝置的急劇變化,這就避免了氣流床氣化爐必須精確計量處理能力、脫硫脫碳和下游工序都是不利的。因此,原料煤的進料以保證準確地控制氣化爐進料的碳氧目前正在進行提高操作壓力的開發(fā)工作。比,防止碳氧比的波動造成氣化爐內溫度的劇烈變化。而固體流量的準確測量在目前看來還是非常困3結論難和復雜的,這也是氣流床氣化爐運行過程中易于灰熔聚氣化技術正處于推廣應用的階段。從目出現(xiàn)故障的位置。由于灰熔聚氣化爐爐內存有一定前開展的工程設計情況和上面的分析來看,與現(xiàn)在的料位,有效補償了進料碳氧比波動而引起的床內廣泛應用的氣流床氣化技術相比,灰熔聚氣化技術溫度的大幅度變化,所以進料煤流量的計量可以采具有流程相對簡單、關鍵設備操作條件的苛刻程度用較為簡單、也更加可靠的方式,對工程設計的要較為緩和、設備少,投資低,操作靈活,易于實現(xiàn)求也適當放寬。長周期連續(xù)運行、自動控制系統(tǒng)簡單、煤種適應范另外,在自動控制方面,灰熔聚氣化裝置沒有圍廣的特點,比較適合我國的實際情況,已經出現(xiàn)特殊的復雜控制回路,與現(xiàn)有大型氣流床氣化技術良好的推廣勢頭。因此,從工程設計的角度有理由相比自動控制系統(tǒng)遠為簡單。預測,通過努力,操作壓力提高到2.5~3.0MPa的2.4固體排渣和排灰方式,增加了氣化爐排渣和目標后,灰熔聚氣化技術在我國將會擁有較為廣闊排灰的可靠性的推廣前景。灰熔聚氣化采用灰團聚的原理實現(xiàn)排渣,屬于