化工進(jìn)展374 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2008年第27卷增刊淺析灰熔聚氣化技術(shù)的工程特點(diǎn)戴文松,蔣榮興,郭志雄,張蓉生(中國(guó)石化工程建設(shè)公司,北京100101)摘要:系統(tǒng)分析了灰熔聚氣化技術(shù)的工程特點(diǎn),指出這些特點(diǎn)從工程設(shè)計(jì)的角度分析易于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期連續(xù)運(yùn)行,適合在化工領(lǐng)域應(yīng)用。關(guān)鍵詞:煤氣化;灰熔聚流化床氣化;工程技術(shù)灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)是中國(guó)科學(xué)院山西(1)備煤部分粒徑0~30mm的原料煤(焦),煤炭化學(xué)研究所經(jīng)過(guò)二十余年研究、中國(guó)石化工程篩分、破碎到0~8mm粒度,在回轉(zhuǎn)干燥器中烘干建設(shè)公司參加加壓工程技術(shù)開發(fā),具有自主知識(shí)產(chǎn)(煙煤水分<5%,褐煤水分<12%)待用。權(quán)的氣化技術(shù)。應(yīng)用該技術(shù)的半工業(yè)試驗(yàn)裝置于(2)進(jìn)料部分入爐煤經(jīng)進(jìn)煤鎖斗系統(tǒng),由星2007年12月完成了1.0M操作壓力的72運(yùn)行型給料機(jī)計(jì)量,氣力輸送進(jìn)入氣化爐下部?？己?0.6MPa操作壓力的工業(yè)示范裝置正在建設(shè)。(3)供氣部分氣化劑(空氣/蒸汽、氧氣/蒸汽)本文僅從工程設(shè)計(jì)的角度對(duì)灰熔聚氣化技術(shù)的特點(diǎn)分三路計(jì)量調(diào)節(jié)進(jìn)入氣化爐。進(jìn)行分析。(4)氣化部分煤在氣化爐中部分燃燒產(chǎn)生的1灰熔聚氣化技術(shù)簡(jiǎn)介高溫下(950~1100℃)一次實(shí)現(xiàn)破粘、脫揮發(fā)分、氣化、灰團(tuán)聚及分離、焦油及酚類的裂解等過(guò)程,11灰熔聚氣化技術(shù)的原理生成煤氣灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)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(jīng)一級(jí)旋風(fēng)分離器捕集,返回氣化爐進(jìn)一步氣化,氣或二氧化碳為氣化劑,在適當(dāng)?shù)拿毫６群蜌馑傧?二級(jí)旋風(fēng)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(qiáng)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(nèi)部分燃燒產(chǎn)生的熱煤氣依次進(jìn)入廢熱鍋爐、蒸汽過(guò)熱器和脫氧水的高溫下一次實(shí)現(xiàn)破粘、脫揮發(fā)分、氣化、灰團(tuán)聚預(yù)熱器回收熱量,再經(jīng)洗滌塔凈化冷卻,送至下一及分離、焦油及酚類的裂解等過(guò)程,完成煤的氣化。工序?；胰劬哿骰补に囘x擇性排灰技術(shù)使?fàn)t內(nèi)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(shù)的工程特點(diǎn)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(shù)核心如下?；胰劬蹥饣夹g(shù)屬于流化床氣化,具有流化床(1)固流態(tài)化適當(dāng)氣速使煤沸騰流化傳熱氣化技術(shù)適中氣化溫度的特點(diǎn)。氣化爐內(nèi)的平均溫傳質(zhì)性能好;氣化強(qiáng)度高;可用碎煤為原料。度通常在1000℃左右,從工程角度來(lái)說(shuō),這個(gè)溫(2)中心射流形成局部高溫區(qū)提高氣化強(qiáng)度無(wú)論對(duì)于材料的選擇還是結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都在現(xiàn)今具度;促使灰渣團(tuán)聚。有大量應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)范圍內(nèi)。如灰熔聚氣化(3)灰渣團(tuán)聚重力分離選擇性排出低炭含量技術(shù)的幾個(gè)關(guān)鍵設(shè)備氣化爐耐磨襯里、高溫和灰渣;爐料炭含量高結(jié)渣風(fēng)險(xiǎn)小;爐溫提高煤種適高壓旋風(fēng)分離器、耐高溫固體閥門、高溫高壓余熱應(yīng)性寬。鍋爐在煉油、石化行業(yè)都有操作條件相近的類似設(shè)(4)飛灰可控循環(huán)提高碳轉(zhuǎn)化率。備。因此,在灰熔聚氣化技術(shù)的操作溫度下,許多1.2工藝流程關(guān)鍵設(shè)備的開發(fā)都可以借鑒現(xiàn)有技術(shù)的工程經(jīng)驗(yàn),灰熔聚氣化裝置主要由備煤、進(jìn)料、供氣、氣避免了從毫無(wú)經(jīng)驗(yàn)的起點(diǎn)出發(fā)而造成的工程風(fēng)險(xiǎn)和化、除塵和余熱回收及凈化幾個(gè)主要部分組成見過(guò)高的設(shè)備投資。圖1。氣化溫度適中,可以借鑒現(xiàn)有技術(shù)的工程經(jīng)驗(yàn)增刊戴文松等:淺析粗苯加氫精制分離工藝的優(yōu)化及過(guò)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(jiǎn)圖1-破碎機(jī):2-烘干機(jī):3-干煤料倉(cāng):4受煤斗:5平衡斗:6進(jìn)煤斗:7-氣化爐:8—上灰斗:9下灰斗:10——級(jí)旋風(fēng)分離器:11二級(jí)旋風(fēng)分離器:12—二旋細(xì)粉緩沖罐:13—二級(jí)細(xì)粉罐:14余熱鍋爐:15洗滌塔再加上沒(méi)有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)備,無(wú)需特殊加工使得時(shí)避免了焦油的生成?；胰劬蹥饣b置無(wú)論是材料還是設(shè)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(guò)完全國(guó)產(chǎn)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(yīng)在氣化爐內(nèi)進(jìn)行氣化技術(shù)投資省,建設(shè)周期短。的比氣流床更為徹底,其結(jié)果是合成氣中的H2/CO適中的氣化溫度帶給工程應(yīng)用的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是比例較氣流床氣化爐高。這樣,對(duì)于以生產(chǎn)化工產(chǎn)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(wú)法發(fā)生或攜換反應(yīng)程度,用于生產(chǎn)甲醇甚至可以不經(jīng)過(guò)變換,帶足夠數(shù)量的蒸汽進(jìn)入下游裝置,這樣在以生產(chǎn)化有利于下游裝置的配置。工產(chǎn)品為目的工程項(xiàng)目中,需要系統(tǒng)提供下游變換2.2簡(jiǎn)單可靠的原煤制備和氣化爐進(jìn)料方式所需要的蒸汽。而氣流床氣化則由于氣化溫度過(guò)高,原煤制備和氣化爐進(jìn)料方式是灰熔聚氣化技術(shù)發(fā)生或帶入下游的蒸汽遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)下游工序所需要的的另一個(gè)特點(diǎn)。灰熔聚氣化裝置要求進(jìn)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(zhì)量分?jǐn)?shù))。大大找到合理的應(yīng)用途徑。而灰熔聚氣化技術(shù)的氣化溫?cái)U(kuò)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(chǎn)生的蒸汽除能夠滿足氣化本身的化技術(shù)必須使用成本較高的塊煤,又使得煤的破碎和需要外,通過(guò)合理的優(yōu)化流程,剩余部分的蒸汽可干燥較采用粉煤進(jìn)料的氣流床氣化大為簡(jiǎn)化,同時(shí)也以滿足下游如變換工序的需要,或者只須補(bǔ)充少量減少了煤破碎、干燥過(guò)程的能耗。因此在工程設(shè)計(jì)中,的外來(lái)蒸汽,這無(wú)論對(duì)于原料煤中能量的利用還是備煤系統(tǒng)只采用了簡(jiǎn)單的碎煤機(jī)和烘干機(jī)就完成了裝置平穩(wěn)安全的運(yùn)行都是非常有利的。氣化爐進(jìn)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(shù)的氧耗而且增加了備煤部分運(yùn)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(jìn)料,原料煤通376化工進(jìn)展2008年第27卷過(guò)進(jìn)料斜管和吹送氮?dú)馑腿霘饣癄t內(nèi),沒(méi)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(yùn)行周期的煤噴嘴。氧氣在氣化爐底部的3個(gè)的渣的形狀不確定而引起排渣不暢和堵塞?；覉F(tuán)聚位置同時(shí)進(jìn)入,操作靈活,可根據(jù)不同的煤種調(diào)節(jié)排渣是灰熔聚氣化技術(shù)的重要特點(diǎn),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(yīng)氣化爐煤進(jìn)料設(shè)施采用固體輸送行業(yè)廣泛應(yīng)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(jìn)料煤顆粒升壓。由于進(jìn)料煤粒沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)排渣系統(tǒng)堵塞的問(wèn)題。固體排渣還減少的尺寸適中,采用一定的煤斗設(shè)計(jì)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(guò)程重的架橋和堵塞,保證了可靠固態(tài)排渣不必控制進(jìn)料的灰熔點(diǎn),因此,可以的氣化爐進(jìn)料。另外進(jìn)料煤的計(jì)量和進(jìn)料方式也相用于高灰、高灰熔點(diǎn)的煤,對(duì)煤種的適應(yīng)性較寬。對(duì)簡(jiǎn)單。兩級(jí)旋風(fēng)分離的合成氣飛灰除塵系統(tǒng)與廣泛應(yīng)2.3正常運(yùn)行條件下氣化爐內(nèi)存有一定的物料,可用的粉煤鍋爐除塵系統(tǒng)相似,通過(guò)合理的旋風(fēng)分離以部分補(bǔ)償進(jìn)料氧/煤比波動(dòng)引起的氣化反應(yīng)溫度器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),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(dá)到合理的粉塵含量要求。正常運(yùn)行條件下,氣化爐床層內(nèi)具有一定的料2.5提高操作壓力是灰熔聚氣化技術(shù)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(jìn)的方面?zhèn)€顯著特點(diǎn)。與氣流床氣化爐內(nèi)物料以秒計(jì)的停留灰熔聚氣化裝置半工業(yè)試驗(yàn)裝置在2007年12時(shí)間位相比,物料在灰熔聚氣化爐內(nèi)的停留時(shí)間為月已經(jīng)完成72h運(yùn)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(shí)間顯然是比較業(yè)裝置正在建設(shè)。但是,與目前主流氣化技術(shù)多在長(zhǎng)的。床內(nèi)存有一定的物料對(duì)于補(bǔ)償進(jìn)料的波動(dòng)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(dòng)不至于導(dǎo)致床層溫度的的操作壓力明顯偏低。操作壓力低無(wú)論對(duì)于裝置的急劇變化,這就避免了氣流床氣化爐必須精確計(jì)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(jìn)料以保證準(zhǔn)確地控制氣化爐進(jìn)料的碳氧目前正在進(jìn)行提高操作壓力的開發(fā)工作。比,防止碳氧比的波動(dòng)造成氣化爐內(nèi)溫度的劇烈變化。而固體流量的準(zhǔn)確測(cè)量在目前看來(lái)還是非常困3結(jié)論難和復(fù)雜的,這也是氣流床氣化爐運(yùn)行過(guò)程中易于灰熔聚氣化技術(shù)正處于推廣應(yīng)用的階段。從目出現(xiàn)故障的位置。由于灰熔聚氣化爐爐內(nèi)存有一定前開展的工程設(shè)計(jì)情況和上面的分析來(lái)看,與現(xiàn)在的料位,有效補(bǔ)償了進(jìn)料碳氧比波動(dòng)而引起的床內(nèi)廣泛應(yīng)用的氣流床氣化技術(shù)相比,灰熔聚氣化技術(shù)溫度的大幅度變化,所以進(jìn)料煤流量的計(jì)量可以采具有流程相對(duì)簡(jiǎn)單、關(guān)鍵設(shè)備操作條件的苛刻程度用較為簡(jiǎn)單、也更加可靠的方式,對(duì)工程設(shè)計(jì)的要較為緩和、設(shè)備少,投資低,操作靈活,易于實(shí)現(xiàn)求也適當(dāng)放寬。長(zhǎng)周期連續(xù)運(yùn)行、自動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、煤種適應(yīng)范另外,在自動(dòng)控制方面,灰熔聚氣化裝置沒(méi)有圍廣的特點(diǎn),比較適合我國(guó)的實(shí)際情況,已經(jīng)出現(xiàn)特殊的復(fù)雜控制回路,與現(xiàn)有大型氣流床氣化技術(shù)良好的推廣勢(shì)頭。因此,從工程設(shè)計(jì)的角度有理由相比自動(dòng)控制系統(tǒng)遠(yuǎn)為簡(jiǎn)單。預(yù)測(cè),通過(guò)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(biāo)后,灰熔聚氣化技術(shù)在我國(guó)將會(huì)擁有較為廣闊排灰的可靠性的推廣前景?；胰劬蹥饣捎没覉F(tuán)聚的原理實(shí)現(xiàn)排渣,屬于