第9期滑體之煤氣化工藝技術的選擇1.綜沭與煤氣化工藝技術的選擇述評滑體之(中原大化集團有限責任公司,河南 濮陽457000 )摘要介紹了 常見煤氣化技術及應用情況包括固定床、流化床和氣流床以及我國在水煤漿氣化和干粉氣化方面的最新成果提出了科學選擇煤氣化工藝技術的建議。關鍵詞煤化工;煤氣化;工藝;應用中圖分類號:TQ54文獻標識碼:A文章編號:1003 -3467( 2005 )09 -0001 -03 .Selection of Process Technologies of Coal GasificationHUA Ti - zhi( Zhongyuan Dahua Group Co. Ltd. , Puyang 457004 , China )Abstract : The common coal gasification process technologies , including fixed bed , fluidized bed and gasstream bed and the latest achievement in coal slurry gasification and dry powder gasification and their ap-plication are introduced. The selection of process technology of coal gasification on the basis of scientificanalysis is suggested.Key words coal chemistry ; coal gasification ; process ; application煤炭通過氣化轉化成煤氣是煤炭化工、整體煤常見的固定床(慢移動床)氣化爐有間歇式氣氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、煤氣化多聯(lián)產(chǎn)等技術的關鍵和化爐( UGI )和連續(xù)式氣化爐(魯奇Lurgi )兩種,目前龍頭技術。自發(fā)展以煤為原料的石油替代能源戰(zhàn)略都是已淘汰或落后的氣化技術。固定床間歇式氣化在我國確立之后，各地紛紛上馬或正在積極醞釀著爐國外已于20世紀60年代初廢棄。我國于20世各種規(guī)模的煤化工項目,掀起了又一輪煤化工熱。.紀40年代引進UGI爐50年代改燒無煙煤主要用本文對我國煤氣化技術的現(xiàn)狀作簡單介紹,并對如于制氨和甲醇;至今尚有600余家在使用。隨著能何科學選擇煤氣化工藝提出建議。源政策和環(huán)境的要求越來越高不久的將來會逐步1煤氣化技術簡介為新的煤氣化技術所取代。煤氣化工藝以煤炭(塊煤、焦炭或粉煤)為原連續(xù)式氣化爐應用碎煤加壓氣化技術20世紀料采用空氣、氧氣、二氧化碳和水蒸氣為氣化劑在30年代由德國魯奇( Lurgi )公司開發(fā)成功是逆向氣氣化爐內高溫環(huán)境下進行熱化學反應。其主要氣化化煤在爐內停留時間長達1 h反應爐的操作溫度反應是煤與氣體介質之間的反應即氣、固兩相之間和爐出口煤氣溫度低碳轉化率高，氣化效率高,可的非均相反應同時也有氣體反應物之間的均相反以使用劣質煤氣化,在世界各國得到廣泛應用。但應。這些反應進行的程度決定于氣化爐的操作條氣化爐結構復雜爐內設有破粘和煤分布器、爐篦等件即溫度、壓力、氣化劑與煤炭的接觸時間及煤炭轉動設備制造和維修費用大;入爐煤必須是不粘塊的化學反應活性、表面情況等。其產(chǎn)品可作為燃料煤原料采購成本較高;出爐煤氣中含焦油、酚等污氣原料氣或合成氣與氣化爐爐型有關。氣化爐的水處理和煤氣凈化工藝復雜、流程長、設備多增加分類按煤與氣化劑的相對流動方式可分為逆流、并了投資和成本。逆流和并流與其相對應的則是固定床、流化床和氣中國煤化工城市煤氣。我國云南解流床氣化爐。化集MHcNMH咳技術生產(chǎn)合成氨。魯1.1 固定床氣化爐奇氣化爐生產(chǎn)合成氣時，氣體成分中甲烷含量高收稿日期2005 -08 -03作者簡介滑體之( 1968- )男工程師從事煤化工及其下游產(chǎn)品的設計開發(fā)電話( 0393 )8956220。河南化工●2.HENAN CHEMICAL INDUSTRY2005年第22 卷(8% ~10% ) ,且生產(chǎn)流程長投資大;因此魯奇氣化爐底部連續(xù)加入，從中心管(射流區(qū))送入部分氧化爐不適宜生產(chǎn)合成氣。氣在爐內1 050~1 100 C的高溫下進行快速氣化1.2 流化床氣化爐反應被粗煤氣夾帶的未完全反應的殘?zhí)己惋w灰經(jīng)流化床氣化爐的氣化劑由爐下部吹入,使細粒兩級旋風分離器回收再返回爐內進行氣化碳轉化煤(小于6 mm )在爐內呈并逆流反應煤粒(粉煤)率達90%以上。局部高溫,有利于灰渣分離排灰和氣化劑在爐底錐形部分呈并流運動,在爐上筒體系統(tǒng)簡單粗煤氣中幾乎不含焦油、酚等有害物質部分呈并流和逆流運動,使爐內的煤粒在流化狀態(tài)煤氣容易凈化。缺點是碳轉化率較德士古和魯奇爐下氣化在燃燒產(chǎn)生的高溫條件下，氣固兩相充分混低。合接觸發(fā)生煤的還原反應最終實現(xiàn)煤的氣化。該技術的工業(yè)化示范裝置建在陜西城固化肥常見的流化床氣化爐有溫克勒( Winkler )灰團廠2002年3月通過陜西省科技廳組織的驗收。它聚( U-Gas )循環(huán)流化床( CFB )加壓流化床( PFB以陜西彬縣煙煤為原料,日處理原煤100~120t所是PFBC的氣化部分)以及中國科學院山西煤炭化產(chǎn)合格氣有效成分( CO + H2 )≥68% ,甲烷含量不學研究所研發(fā)的灰熔聚氣化爐等。目前較成功的流高于2.0% ,送入合成氨生產(chǎn)系統(tǒng)。該技術可用于化床氣化爐有魯奇公司開發(fā)的循環(huán)流化床( CFB )和生產(chǎn)燃料氣、合成氣和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電特別適用于中中國科學院山西煤炭化學研究所研發(fā)的灰熔聚氣化小氮肥廠替代間歇式固定床氣化爐,以煙煤替代無爐。煙煤生產(chǎn)合成氨原料氣,可以使合成氨成本降低1.2.1 循環(huán)流化床氣化爐( CFB )15% ~ 20%[11。魯奇公司開發(fā)的循環(huán)流化床氣化爐( CFB )可氣目前漢中成化有限公司亦有-套工業(yè)化裝置運化各種煤也可以用碎木、樹皮、城市可燃垃圾作為行。氣化原料水蒸氣和氧氣作氣化劑,氣化比較完全，1.3 氣流床 氣化爐氣化強度大是固定床的2倍碳轉化率高( 97% ),氣流床氣化爐從原料形態(tài)分為水煤漿、干煤粉爐底排灰中含碳2% ~3%氣化原料循環(huán)過程中返兩類。氣流床對煤種(煙煤、褐煤)粒度、含硫、含回氣化爐內的循環(huán)物料是新加入原料的40倍爐內灰都具有較大的兼容性其清潔、高效代表著當今煤氣流速度為5~7 m/s有很高的傳熱、傳質速度氣氣化技術發(fā) 展潮流?；瘔毫?.15 MPa，氣化溫度視原料情況進行控制,1.3.1德士古( Texaco )氣化爐一般控制循環(huán)旋風除塵器的溫度在800~1 050 CTexaco水煤氣化爐雷同于1952年開發(fā)成功的之間。魯奇公司的CFB氣化技術在全世界已有60渣油氣化爐經(jīng)過1975年、1978年低壓與高壓中試多個工廠采用,正在設計和建設的還有30多個工裝置(激冷流程)以及1978年西德Oberhausen的廠。RCH/ RAG示范裝置(廢爐流程,日處理煤150t,CFB氣化爐基本是常壓操作,1 kg 煤消耗氣化4.0 MPa )考核與經(jīng)驗積累于1982年建成TVA裝劑水蒸氣1.2kg ,氧氣0. 4kg ,可生產(chǎn)煤氣1.9 ~置(日處理煤180 t二臺爐,- -開一備6.5 MPa),2.0m'。煤氣成分( CO + H2 )>75% ,甲烷含量1984年建成日本UBE裝置(日處理煤1 500t三開2. 5%左右二氧化碳含量在15% ,低于德土古爐和一備3.6 MPa )以及Cool Water IGCC電站(日處理魯奇MK型爐煤氣中二氧化碳含量有利于合成氨煤910t二臺爐4.0MPa)這些裝置投運后都取得:的生產(chǎn)。但國際上尚無生產(chǎn)合成氣先例在未取得成功。目前Texaco最大商業(yè)裝置是Tampa電站屬應用于合成氨廠的工業(yè)化成功經(jīng)驗之前應慎重。于DOE的CCT -3 ,該裝置為單爐,日處理煤20001.2.2灰熔 聚流化床氣化爐t氣化壓力為2.8 MPa，氧純度為95% ,煤漿濃度自20世紀80年代開始,中國科學院山西煤炭68%_冷煤氣效率76%凈功率250MW,輻射鍋爐化學研究所獨立研究開發(fā)了具有國際先進水平的灰直徑中國煤化工01。熔聚流化床粉煤氣化技術。灰熔聚爐屬單段流化MHCN M H G我國共引進4套Tex-床結構簡單煤種適應性寬,對煤的灰熔點沒有特aco水煤漿氣化裝置即魯南(二臺爐,一開一倍單殊要求。以0~8mm粒徑的干粉煤為原料氣化壓爐日處理煤450t 2.8 MPa)吳涇(4臺爐三開一力0.03 MPa ,用富氧(氧濃度為92% ,壓力不小于備單爐日處理煤500t A4.0 MPa)渭河(三臺爐二0.13 MPa)水蒸氣作氣化劑。粉煤和氣化劑從氣開一備單爐日處理煤為820t 6.5 MPa )淮南(三第9期滑體之煤氣化工藝技術的選擇臺爐無備用,單爐日處理煤500 t A.0 MPa),這4為了提高煤氣化的氣化率和氣化爐氣化強度,套裝置均用于生產(chǎn)合成氣,7臺用于制氨5臺用于發(fā)達國家加快了新一代煤氣化技術的開發(fā)和工業(yè)化制甲醇。進程?？偟姆较蚴?氣化壓力由常壓向中高壓( 8. 5引進的水煤漿氣化裝置具有以下優(yōu)點:①水煤MPa )發(fā)展,氣化溫度向高溫( 1500~1 600 C )發(fā)漿制備、輸送、計量控制簡單、安全、可靠②設備國展氣化原料向多樣化發(fā)展固態(tài)排渣向液態(tài)排渣發(fā)產(chǎn)化率高投資省。主要缺點①褐煤的制漿濃度約展。59% ~61% ;煙煤的制漿濃度為65% ;因氣化煤漿.針對我國煤種多、煙煤多、粉煤多、煤質變化大中的水量要耗去入爐煤的8%比干煤粉為原料氧的特點我國加大力度研制開發(fā)先進的煤氣化技術,耗高12% ~20% ,所以效率較低。②因為水分(約在流化床(含循環(huán))煤及煤漿燃燒、兩相流動與混40% )入爐,氣化爐不能用水冷壁,只能以磚抗渣合、傳熱、傳質、煤化學、氣化反應、煤巖形態(tài)、磨煤與(耐火材料)。因此對入爐煤的灰熔融性溫度限制干燥、高溫脫硫與除塵等科學領域與工程應用等方很嚴,而我國煤種灰熔融性溫度普遍較高,加入面取得了大量研究成果,并在較短的時間內開發(fā)出CaCO,助熔劑后又會引起耐火磚腐蝕和灰水結垢等了具有自主知識產(chǎn)權的水煤漿氣化爐和干煤粉氣化問題。魯南化肥廠和渭河化肥廠投產(chǎn)后被迫改換煤爐的中試裝置。種。③筑爐(含烘爐)周期長必須設置備用爐。今年6月初,由華東理工大學等單位合作開發(fā)1.3.2 Shell 氣化爐建設的四噴嘴對置式水煤漿氣化工業(yè)裝置運行成.Shell氣化爐殼體直徑約4.5 m 4個噴嘴位于功。該裝置日處理煤750t氣化壓力6.5 MPa。運爐子下部同一水平面上沿圓周均勻布置,借助撞擊行結果表明,該爐工藝指標優(yōu)于德士古氣化爐:比煤流以強化熱質傳遞過程爐內橫截面氣速相對趨于耗降低約9% ,有效氣( CO+H2 )成分高約1%碳轉均勻。爐襯為水冷壁總重500t。爐殼與水冷管排化率大于98%。在操作方面也有較多優(yōu)勢,如激冷之間有約0.5 m間隙有環(huán)形平臺作安裝、檢修用。室液位穩(wěn)定、易于控制帶水量降低，交叉流式洗滌煤氣攜帶煤灰總量的20% ~ 30%沿氣化爐軸冷卻水分布器的水均布、洗滌、冷卻性能好等,至線向.上運動在接近爐頂處通入循環(huán)煤氣激冷激冷2005年7月累計運行已超過600 h。煤氣量約占生成煤氣量的60% ~ 70%煤氣降溫至依托多噴嘴對置式中試氣化爐,上述單位又共900 C熔渣凝固出氣化爐沿斜管道向上進入管同承擔了國家十五”科技攻關計劃粉煤加壓氣化式余熱鍋爐。煤灰總量的70% ~ 80%以熔態(tài)流入制合成氣新技術研究與開發(fā)”課題。設計裝置日處氣化爐底部渣池遇水激冷凝固,自爐底排出。粉煤理煤15 ~45t操作壓力2.0 ~2.5MPa操作溫度由氮氣或二氧化碳攜帶進入噴嘴。輸送氣的選擇取1 300~1 400 C于2004年7月正式投運。結果表決于煤氣的用途合成氨用氮氣合成甲醇用二氧化明,該干粉氣化爐氣化運行指標高于水煤漿氣化爐碳。工藝氧(純度為95% )與蒸汽也由噴嘴進入氣接近Shell干粉氣化爐。該技術具有自主知識產(chǎn)權化溫度為1 500~1 700 C，氣化壓力為3. 0 MPa以對清潔、高效利用我國豐富的煤炭資源滿足國民經(jīng)上冷煤氣效率為79% ~81%。濟與社會可持續(xù)發(fā)展需求具有重要意義前景十分Shell煤氣化技術優(yōu)點:采用干煤粉進料,氧耗.廣闊2。比水煤漿低15% ;碳轉化率高,可達99% ;煤耗比水3煤氣化工藝的選擇煤漿低8% ;調節(jié)負荷方便,關閉一對噴嘴,負荷則在具體選用煤氣化工藝時必須以科學的態(tài)度降低50%煤種適應性廣;膜 式水冷壁結構熔渣附既要根據(jù)技術發(fā)展水平考慮工藝的先進性,又要根于水冷壁表面使用壽命長水冷壁局部損壞后修補據(jù)實際情況考慮工藝的合理性。以自身或附近的原.方便(其壽命為20年噴嘴壽命為1年) ;能量利用料煤源為基礎,以產(chǎn)品煤氣的用途為目標同時考慮率高其中80% ~83%以合成氣形式回收,14% ~煤中國煤化工設備的生產(chǎn)能力相配16%以蒸汽形式回收。主要缺點:設備投資大于水套。fYHC N M H G現(xiàn)狀結合我國的國情，煤漿氣化技術氣化爐及廢熱鍋爐結構復雜加工難有如下建議:度大,目前殼牌僅授權西班牙BBE和印度L&T公①小氮肥改造可采用灰熔聚流化床氣化爐整司制造。套裝置與國外引進技術相比,減少投資60%左右,2我國煤 氣化技術的最新進展改造投資小噸氨制氣成本可大幅降低經(jīng)濟效益明河南化工●4.HENAN CHEMICAL INDUSTRY2005年第22卷1 3-丙二醇生產(chǎn)技術及成本分析吉振坡,石相如,曲振峰(洛陽石化宏達實業(yè)總公司,河南 洛陽471012)摘要介紹了三種已用于工業(yè)化生產(chǎn)的13-丙二醇的合成技術對投資建設13-丙二醇生產(chǎn)裝置的前景進行了對比、分析指出開發(fā)1 3-丙二醇生產(chǎn)技術是當務之急。關鍵詞:1 3-丙二醇;生產(chǎn);成本分析中圖分類號:TQ223. 162文獻標識碼:A文章編號:1003 - 3467( 2005 )09 -0004 -03Production Technology and Cost Analysis of 1 3 - PropanediolJI Zhen- po , SHI Xiang-ru , QU Zhen - feng( Luoyang Petrochemical Hongda Industrial & Commerical Co. Ld. , Luoyang 471012 , China )Abstract :Three kinds of production technologies of 1 3 - propanediol used already in industrial prospectof building production unit of 1 3 - propanediol is compared and analyzed. It is pointed out that the de-velopment of production technology of 1 3 - propanediol is an urgent matter.Key words :1 3 - propanediol ; production ;cost analysis13-丙二醇(13-PDO)是良好的溶劑、抗凍3-羥基丙醛( 3-HPA)B-HPA在Ni、Pl或Ru催劑、保護劑,由于它含有雙功能基,可以參與多個化化劑的作用下通過控制不同反應溫度進行一步或學合成反應例如經(jīng)脫水可以生產(chǎn)氧雜環(huán)丁烷作為兩步加氫反應制得高純度的1 3- PDO。溶劑或通過開環(huán)與PTA發(fā)生聚合反應,生產(chǎn)聚對丙烯醛水合反應和3 - HPA的加氫反應是該工苯二甲酸丙二醇酸PTT )。藝路線的關鍵,直接關系到產(chǎn)品的收率和質量而反1 1 3-丙二醇的生產(chǎn)技術應的關鍵技術是催化劑的催化效果。Degussa公司1.1 丙烯氧化法選用摻鈉的酸性離子交換樹脂如含亞甲基亞胺二乙丙烯氧化法(或丙烯醛水合加氫法)是由德國酸螯合官能團的聚苯乙烯/二乙烯基苯型陽離子交Degussa公司、Hoechst Celanese公司、DuPont公司和換樹脂作催化劑,丙烯醛的轉化率可達到80%~日本觸媒公司研究、開發(fā)的-種以丙烯(或丙烯醛)90% 3- HPA的選擇性可達81% ~ 85% ;DuPont公為原料生產(chǎn)低成本13- PDO的生產(chǎn)工藝。丙烯在司則選用聚酰胺/聚羧酸型樹脂作催化劑發(fā)現(xiàn)此類氧化銻或其他金屬氧化物催化劑的作用下與氧氣反.樹脂的交換體積變化小變換容量可通過提高羧酸應生成丙烯醛;丙烯醛在固體酸催化劑特別是螯合官能團密度來進行大范圍調節(jié),有利于工業(yè)裝置。型樹脂催化劑的作用下,與水進行雙鍵水合得到為有效抑制3 -HPA進-步反應,日本觸媒公司在顯。②中氮肥改造可采用華東理工大學等開發(fā)的四單位也應抓住時機加緊消化吸收引進技術為我所噴嘴對置式水煤漿氣化爐,該技術已通過工業(yè)化試用增強自主創(chuàng)新能力形成有自主知識產(chǎn)權的新技驗對煤種(特別是高硫煤)粒度有較大兼容性具.術。中國煤化工有單系列、大容量、加壓、高效、潔凈的技術優(yōu)勢與參考我國的能源資源國情相適應具有與國際先進技術MHc N M H G去進料煤氣化技術在中國競爭的能力。③建設大型煤化工或IGCC發(fā)電項的進展與發(fā)展趨勢[ J]中國電力2004 (6)49-52.目,首選Shell氣化爐。我國的干粉氣化工藝雖已通[2] 華東理工大學兗礦魯南化肥廠,中國天辰化學工程過中試但工業(yè)化之前必須引進大型干粉氣化爐這公司.粉煤加壓氣化技術簡介[ EB/OL ] http :cct. ec-ust. edu. cn/pcg. pdf 2004-12-11.是國內大型煤化工必須面對的現(xiàn)實。國內科研設計