第2期中氮肥No. 22005年3月M-Sized Nitrogenous Fertilizer ProgressMar.2005GSP工藝技術(shù)唐宏膏(中國石化集團(tuán)寧波工程有限公司,甘肅蘭州730060)[摘要]GSP工藝技術(shù)是一種大中型先進(jìn)煤氣化技術(shù)。介紹了該氣化技術(shù)的開發(fā)過程,對氣化爐結(jié)構(gòu)、工藝流程、技術(shù)特點(diǎn)及氣化后工藝對氣化爐選擇的影響作了分析,并提出了若干看法和建議[關(guān)鍵詞]GSP;煤氣化;氣化爐[中圖分類號]TQ546.2[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]1004-9932(2005)02-001405GSP ProcessTANG Hong-qing(Sinopec Ningbo Engineering Co., Lanzhou 730060, China)Abstract: GSP process is a large and medium-scale gasification process. The development of theprocess is introduced in this paper. Comments are made on the structure of gasifier, process, technicalfeature and effect on gasifier selection by the process after gasification. Views and suggestions aresubmittedKey words: GSP; coal gasification; gasifier要是在 Texaco和Shel之間,對GSP的關(guān)注比0前言較少。據(jù)查,1998年的一篇文獻(xiàn)上有人推薦GSP工藝技術(shù)是20世紀(jì)70年代末由GDR過。當(dāng)今國內(nèi)在與殼牌公司簽訂了十幾臺(原民主德國)開發(fā)并投入商業(yè)化運(yùn)行的大中型煤Shel爐以后,再回頭研究GSP爐技術(shù),是值得氣化技術(shù)。與其他同類氣化技術(shù)相比,該技術(shù)因同仁們仔細(xì)回味的。采用了氣化爐頂干粉加料與反應(yīng)室周圍水冷壁結(jié)構(gòu),因而在氣化爐結(jié)構(gòu)以及工藝流程上有其先進(jìn)1技術(shù)開發(fā)和機(jī)構(gòu)變遷之處GSP工藝技術(shù)(或稱為加壓氣流床氣化技人們一定有這樣的疑問,20~30年來,為什術(shù))由前民主德國的德意志燃料研究所( German么只有少數(shù)項目使用GSP技術(shù)?眾所周知,在德 Fuel institute)開發(fā),始于上世紀(jì)70年代末。最國統(tǒng)一之后,人們從心理上不太喜歡以前GDR初的目的是用高灰分褐煤生產(chǎn)民用煤氣。1979的技術(shù)。然而,擁有GSP技術(shù)的是 Babcock旗年在弗來堡( Freiburg)分別建立了一套3MW冷下一家子公司,它是殼牌技術(shù)的獨(dú)家生產(chǎn)者和供壁爐( Colling Screen)和5MW冷墻爐( Cooling應(yīng)者,所以,似乎又形成了一股“熱”,因為它具wal1)中試裝置,完成了一系列基礎(chǔ)研究和工藝有 Texaco和 Shell的優(yōu)點(diǎn),且未“熱”之前的價驗證工作。試驗的煤種來自德國、中國、波蘭、前格又比較便宜,當(dāng)然會受到歡迎蘇聯(lián)、南非、西班牙、保加利亞、澳大利亞、捷國內(nèi)對煤氣化爐的選擇和討論歷程經(jīng)久,主克等國家1984年,又在黑水泵市( SchwarP中國煤化工廠建立了一套130CNMHG料處理能力為30[收稿日期]2004-11-22[作者簡介]唐宏青(1941-),男,上海人,教授級高/h,該裝置運(yùn)行了10多年,未更換過氣化爐燒工。中國石化集團(tuán)蘭州設(shè)計院副總工程師嘴的主體和水冷壁。該技術(shù)屬于GDR中央煤采礦的工業(yè)研究院第2期唐宏青:GSP工藝技術(shù)·15·即建立于1956年的 Deutsches Brennstoffinstitut渣、固體熔渣、屏壁、填充物、齒形蛇管卷、加Freiberg(DBI),1991年并入 Noell gmbh公司壓冷卻水管組成,置于外部壓力容器內(nèi),為氣密的氣化部,1999年被 Deutsche Babcock AG接管,膜墻結(jié)構(gòu),且內(nèi)襯有起保護(hù)作用的耐火材料。氣2002年9月成立未來能源公司 gmbh。可以看化過程中,反應(yīng)溫度比較高,產(chǎn)生的熔渣被燒嘴出,機(jī)構(gòu)變遷受形勢變化的影響。以小渣滴的形式甩至水冷壁,然后在水冷壁上形成固化熔渣層。該固化熔渣層的厚度取決于反應(yīng)不同原料氣化所產(chǎn)生的煤氣組成室內(nèi)的火焰溫度和熔渣的粘溫特性。水冷壁可以GSP工藝技術(shù)適用于各種原料,可用于處理通過固化熔渣層厚度的變化自動調(diào)節(jié)氣化爐的運(yùn)城市廢料等在內(nèi)的各種碳?xì)浠衔?這超出了我行工況。當(dāng)固化熔渣層加厚時,則傳給水冷壁的們所關(guān)心的煤化工的范圍)。因此,將其用于發(fā)熱流量減小,從而使得排出反應(yīng)室的熔渣量增多。電、城市煤氣的生產(chǎn)也是很好的出路。表1和表如果因系統(tǒng)故障使反應(yīng)室內(nèi)熱負(fù)荷突然增加,則2分別列出了試驗得到的幾種典型氣化原料的成傳給水冷壁的熱流量會隨之增大而使水冷壁上的分及氣化所產(chǎn)生的煤氣組成部分固體熔渣熔化。隨著通過水冷壁從氣化反應(yīng)表1幾種典型氣化原料的成分%室移走熱量的增多,水冷壁上的固化熔渣層又會成分無煙煤石油焦褐煤油木材泥漿廢物逐漸加厚。這就是氣化過程自動調(diào)節(jié)的原理,從而保證氣化過程的穩(wěn)定進(jìn)行C92.087.066.585551.434.535.4-煤氣5.212.56.15.04.4燒嘴N2.00.50.9302.50.227.51.041.520.530.5帶壓水1.05.30.51.00.11水分22,010.0<0.120.015.010.0灰(干)5;001.050~>0.50.5-3.0-15.0帶壓水激冷水-1表2不同原料氣化產(chǎn)生的粗煤氣組成%冷卻夾套→+煤氣粗煤氣組成無煙煤石油焦褐煤油木材泥漿家庭廢物22245272932溢流水655548504949CH4<0.1<0.1<0.1<0.1<0.1<0.1<0.15.56.54.32.96.35.66.71GSP工藝氣化爐結(jié)構(gòu)H2S0.461.30.200.10.120.360.28COs0.040.160.020.01<0.10.020.02液體熔渣NH30.40.30.240.40.40.250.3HCN和NH3的數(shù)據(jù)疑為×10-6,實際煤種測試時,兩值均為零3GSP氣化爐的結(jié)構(gòu)GSP氣化爐是由燒嘴、冷壁氣化室和激冷室中國煤化工組成的加壓氣流床,結(jié)構(gòu)見圖1。CNMHG3.1冷壁氣化室齒形蛇管T■GSP加壓氣化床氣化爐水冷壁結(jié)構(gòu)見圖冷壁氣化室的冷壁是一個多層結(jié)構(gòu),由液體熔圖2GSP工藝氣化爐的水冷壁結(jié)構(gòu)16中氪肥第2期反應(yīng)室是由水冷壁圍成的圓柱形空間,上部料物料共分內(nèi)中外三層。燒嘴外層是主燃料(3為燒嘴,下部為排渣口,原料與氧氣、水蒸氣的個進(jìn)口),例如煤粉;中層是氧氣和高壓蒸汽;內(nèi)氣化反應(yīng)就在此空腔內(nèi)進(jìn)行層進(jìn)料為燃料氣,作為持續(xù)點(diǎn)火用。該燒嘴還配爐體內(nèi)溫度為1400℃以上,經(jīng)過5.5mm有閉路循環(huán)水冷卻系統(tǒng),為安全起見,該冷卻系厚的液體熔渣和固體熔渣以后,溫度降低到500統(tǒng)的循環(huán)水壓高于氣化爐的操作壓力。冷卻水也℃左右,再經(jīng)過13mm厚的屏壁和填充物,溫度有三層,分別在物料的內(nèi)中、中外層之間和外層降低到270℃左右,加壓冷卻水的溫度為250℃之外,這種冷卻方式傳熱比較均勻,可以使燒嘴左右。冷壁氣化爐體的優(yōu)點(diǎn)是外層殼體內(nèi)壁的溫的溫度保持在較低的水平,特別是燒嘴頭部的溫度比較低(<250℃),不容易損壞。齒形蛇管卷度不至于太高,以免將燒嘴的頭部燒壞。燒嘴頭在使用10a以后,沒有破壞性的損壞。部的材料較好,其使用壽命預(yù)計可以在10a以3.2燒嘴上,但是,燒嘴頭部金屬材料的要求比較高,且GSP的燒嘴是一種內(nèi)冷式多通道的多用途每年都要維修。燒嘴,共有6層通道,結(jié)構(gòu)見圖3。進(jìn)料氣體和原點(diǎn)火電壓火焰信號一點(diǎn)燒嘴用料氣冷址水一一冷卻水氧氣/蒸汽一冷卻水一冷卻水一一圖3GSP工藝氣化爐燒嘴的結(jié)構(gòu)3.3激冷室卻,并能在激冷室底部形成水浴激冷室是一個上部為圓形筒體和下部縮小的空腔。熱粗煤氣和液體熔渣、固體熔渣從氣化室4氣化工藝出來,經(jīng)過一個喇叭口的排渣口進(jìn)入激冷室,喇與其他煤氣化工藝一樣,GSP氣化工藝過程叭口的下端是一個環(huán)行水管,激冷水由此噴出。也主要是由給料系統(tǒng)、氣化爐、粗煤氣洗滌系統(tǒng)洗滌后的粗煤氣被冷卻至接近飽和,從激冷室中組成,即備煤、氣化、除渣三部分組成部排出,溫度與操作壓力有關(guān)(如:p=3MPa中國煤化工:于0.5mm的粒t=211℃),然后進(jìn)人“氣化后工藝系統(tǒng)”(文丘度后CNMHG輸入系統(tǒng)送至燒里、激冷洗滌塔等)。熔渣被冷卻后固化成玻璃狀嘴。對于液態(tài)或污泥狀的氣化原料則可用泵送至的渣粒,洗滌水和熔渣從底部排出。向激冷室內(nèi)燒嘴噴入的激冷水是過量的,以保證粗煤氣的均勻冷氣化原料與其他氣化劑(氧氣、水蒸氣)經(jīng)第2期唐宏青:GSP工藝技術(shù)17燒嘴同時噴入氣化爐內(nèi)的反應(yīng)室,然后在高溫以工業(yè)廢物和生物質(zhì)等為氣化原料,并先后氣化(1400~1600℃)、高壓(2.5~4.0MPa)下發(fā)過約60種物料,包括各種變質(zhì)程度和灰分含量生快速氣化反應(yīng),產(chǎn)生以CO和H2為主要成分的的煤、城市污泥、工業(yè)廢渣、石油焦以及一些固熱粗煤氣。氣化原料中的礦物部分形成熔渣。熱體廢物的干餾產(chǎn)物等。粗煤氣和熔渣一起通過反應(yīng)室底部的排渣口進(jìn)入實際上,這更多的是燒嘴的功能,而不是氣下部的激冷室?；癄t的功能。因為GSP工藝中所用的原料,在冷卻后的粗煤氣去洗滌系統(tǒng);渣粒固化成玻Shel中也可以使用,關(guān)鍵是 Shell爐用的燒嘴璃狀,通過鎖斗系統(tǒng)排出;溢流出的激冷水送污是否具備這種能力。水處理系統(tǒng)。氣化溫度的選擇是由原料煤的物理6.3能夠獲得較高的氣化效率和碳轉(zhuǎn)化率化學(xué)性質(zhì)決定的,氣化壓力的確定主要取決于產(chǎn)GSP工藝的氣化效率和碳轉(zhuǎn)化率比較高,與品煤氣的利用工藝Shel爐差不多,這是可以確定的,因為GSP工藝與Shel工藝的H2OC和O2/C是差不多的。5氣化爐的規(guī)格實際煤種測試時(1500℃,3.0MPa,噸煤氧耗目前,GSP工藝已采用和可以設(shè)計后采用的600m3、蒸汽耗1125kg),熱煤氣中的H2+CO氣化爐規(guī)格有3種(見表3)。規(guī)格為130MW、干基含量為95.42%,CO2干基含量為4.06%,投煤量720t/d的中型氣化爐已經(jīng)工業(yè)化,后兩碳轉(zhuǎn)化率為99.6%種是可以設(shè)計后采用的規(guī)格。6.4氣化爐操作彈性大,負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活就目前國內(nèi)甲醇和合成氨來說,130MW規(guī)迄今生產(chǎn)的經(jīng)驗表明,GSP工藝的生產(chǎn)負(fù)荷格的中型氣化爐單臺至少可以生產(chǎn)180kt/a合可以比較靈活地進(jìn)行調(diào)節(jié),據(jù)稱,可以50%的負(fù)成氨或150kt/a甲醇,這個規(guī)模足以在中型甲醇荷生產(chǎn)或合成氨裝置上使用,對于富煤地區(qū)的中型廠,是有吸引力的。采用兩臺或多臺并聯(lián)的辦法,可7氣化后工藝對氣化爐選擇的影響以形成大型廠的生產(chǎn)能力。當(dāng)然,單臺大型爐的7.1兩種氣化后工藝開發(fā),將為甲醇或合成氨裝置的大型化展示更好“氣化后工藝”是指氣化爐出口的高溫氣體經(jīng)的前景過回收熱量、除塵和增濕,產(chǎn)生水煤氣,滿足下表3GSP氣化爐的規(guī)格(2.5MPa下)個工序的需要。通常有激冷流程和廢鍋流程兩大型特大型種。規(guī)格/MW激冷流程可以由激冷室、文丘里、炭黑洗滌投煤量/td-12200塔組成。氣體的熱量被水的汽化吸收,灰渣混于熱粗煤氣量/m3,h-15000160032000水中,氣相中包含有大量的水蒸氣,可以滿足變氣化室內(nèi)徑/mm3650換工藝的需要?dú)饣腋叨?mm350052506700廢鍋流程可以由一級或多級廢熱鍋爐、水洗和干洗除塵組成。氣體的熱量產(chǎn)生高壓和中壓蒸6技術(shù)特點(diǎn)汽,灰渣混于水中,氣相中包含有少量的水蒸氣。目前國內(nèi)運(yùn)行的 Texaco工藝中,只有激冷6.1氣化爐開工率高,配件使用壽命長流程一種,但這并不意味著 Texaco工藝只能采GSP氣化爐的開工率比較高,基本上是每年用激冷流程,如果需要,也可以采用廢鍋流程。次,燒嘴和水冷壁的使用壽命也比較長,這就訾地骨近H計的壯工藝中,只有度可以不要備爐了。若多臺并聯(lián),維修燒嘴時可以鍋Shell工藝只能采不必全線停車。氣化爐的開停車比較靈活,所需用廢CNMHG采用激冷流程。時間比較短,給穩(wěn)定生產(chǎn)提供了基礎(chǔ)。GSP工藝采用的是激冷流程,當(dāng)然也可以采6.2氣化原料的適應(yīng)范圍廣用廢鍋流程。從1989年起,GSP技術(shù)開發(fā)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了7.2產(chǎn)品需要決定氣化后工藝·18·中氮肥第2期72.1氫氣和氨實際上, Texaco工藝采用激冷流程,是由于8應(yīng)用產(chǎn)品品種的需要。目前國內(nèi)煤制氣的 Texaco工前面的敘述說明,在討論煤氣化應(yīng)用時,應(yīng)藝主要用于合成氨。氣化后水煤氣中的CO要與該把“氣化爐”與“工藝”分開。GSP爐的應(yīng)用水蒸氣反應(yīng)全部轉(zhuǎn)化為CO2,這就需要大量的水可以分為發(fā)電、城市煤氣、氫氣、甲醇、氨和油蒸氣,根據(jù)變換催化劑的要求,通常要達(dá)到一定六種主要產(chǎn)業(yè),后四者是典型的合成氣化工。的汽氣比(2.0左右)。激冷流程既脫除了塵渣,合成氣化工的應(yīng)用是與氣化方式有關(guān)的又起到增濕的作用,使氣化后氣體中的汽氣比滿GSP提供的是合成氣,目前GSP爐主要用在城足變換工藝的需要。因此,激冷流程是針對制氫市煤氣和發(fā)電上,正在建設(shè)的裝置是GCC(捷和合成氨生產(chǎn)而言的。克 Vresova),氣化爐的規(guī)格是140MW,在2.7.2.2甲醇MPa下操作。甲醇合成需要H2CO在2.0左右,激冷流GSP爐用于甲醇或費(fèi)托合成的工藝也已經(jīng)程也比較合適。如果采用廢鍋流程,雖然可以回在計劃之中,其實這只是工藝配套問題,并不是收一部分熱量,但廢鍋出口的水蒸氣含量比較GSP所特有的,正如 Texaco、Shel爐后面配什低,水洗的增濕作用又有限,氣體溫度也較低么,完全是配套組合問題。GSP爐用于甲醇或費(fèi)托合成(固定床工藝H2/CO為2.0)工藝中,有因此,仍然要補(bǔ)充一部分水蒸氣到水煤氣中,不定量的低位能難以利用僅工藝上比較麻煩,能量利用也不合理。由此可見,廢鍋流程對甲醇生產(chǎn)就不十分合理。9看法與建議7.2.3費(fèi)托合成煤炭氣化技術(shù)作為煤炭深度加工、轉(zhuǎn)化的先合成油工藝中,進(jìn)入合成反應(yīng)器時并不需要導(dǎo)技術(shù),是中國潔凈煤技術(shù)的優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域之水蒸氣,用鐵催化劑時,需要的H2/CO在0.7目前,中國正在加速發(fā)展大型煤化工(氫1.0之間,廢鍋流程比較合適,激冷流程就差氨、醇、油)和城市煤氣、發(fā)電,這就需要配套些。GSP或 Shell爐出口的CO含量雖然偏高,使用大中型先進(jìn)煤氣化技術(shù)。GSP氣化技術(shù)作為但只要將少量的氣體進(jìn)行CO變換就可以了。用項比較好的氣化技術(shù),在中國具有十分廣闊的鈷催化劑時,需要的H2/CO在2.0左右,采用激應(yīng)用前景。在市場經(jīng)濟(jì)的今天,只有技術(shù)而沒有冷流程也可以。價格上的優(yōu)勢是很難立足的,這一點(diǎn),企業(yè)清7.2.4城市煤氣和發(fā)電楚。但是,GSP技術(shù)的擁有者明白嗎?用于城市煤氣和發(fā)電時,氣體中不需要大量近年來,國內(nèi)對煤氣化爐的選擇和討論主要的水蒸氣,因此,廢鍋流程適合于城市煤氣和發(fā)是在 Texaco和Shl之間,如果加入GSP,可以電。Shl藝及其廢鍋流程在國外主要用于發(fā)提供更多的選擇,不要用極端的辦法一定要比出電的原因也就在于此。名次,因為在不同的場合,針對可以得到的廉價7.3氣化工藝與氣化后工藝配置的評價原料和需要生產(chǎn)的產(chǎn)品,可以有不同的結(jié)果,關(guān)在選擇氣化工藝和氣化后工藝配置時,不能鍵是要進(jìn)行公正和客觀的比較,避免涉及推薦單把 Texaco工藝、GSP工藝與激冷流程捆綁在位和個人的利益。起,也不能把 Shell工藝和廢鍋流程捆綁在一起。煤氣化技術(shù)實際上包括了備煤、氣化爐、氣三個煤氣化頭和兩個氣化后工藝各有各的特點(diǎn),化后工藝三個部分。企業(yè)在引進(jìn)煤氣化技術(shù)時,應(yīng)該根據(jù)產(chǎn)品的品種來決定可以根據(jù)國內(nèi)已有的經(jīng)驗,從企業(yè)自身的條件出應(yīng)該針對同一種產(chǎn)品,且將氣化后工藝設(shè)置為相象x姿在進(jìn)行 Texaco、 Shell和GSP工藝比較時發(fā),選擇采用適宜的氣化方式。“人云亦云”的思中國煤化工媒氣化在中國同。而不應(yīng)把 Texaco工藝和GSP工藝與激冷流定EAHCNMHG的考驗和機(jī)遇程捆綁在一起,把 Shell工藝和廢鍋流程捆綁在[參考文獻(xiàn)]起,進(jìn)行三者投資的比較。否則,難以得到合[1]徐振剛,宮月華,蔣曉林.GSP加壓氣流床氣化技術(shù)及其在理的結(jié)論中國的應(yīng)用前景[.潔凈煤技術(shù),1998,(3):15~18.