固定床碎煤加压气化产品的产业延伸与优化.pdf

固定床碎煤加压气化产品的产业延伸与优化冉令慧，李永亭，王国平（伊犁新天煤化工有限责任公司，新疆伊宁 835000）1固定床煤气化制天然气流程概述伊犁新天煤化工有限责任公司（以下简称新天煤化工公司）年产 20 亿 m3天然气项目采用固定床碎煤加压气化技术，粒度为 8 mm100 mm 的块煤通过溜槽进入煤锁中，然后经由自动程序操作的煤锁加入气化炉，来自热电系统的中压蒸汽和空分的氧气作为气化剂混合后从气化炉下部喷入，在炉内煤和气化剂逆流接触，反应生成以 CO、H2、CH4、H2O 和 CO2为主要组分的粗煤气，粗煤气经洗涤、冷却后送入变换冷却装置。气化炉中残留的灰渣由气化炉底部的旋转炉篦排入灰锁，再经竖灰管排至水力排渣系统。进入变换冷却装置的粗煤气，一部分在催化剂的作用下进行变换反应，满足合成甲烷所需的 H2/CO 比值后，变换气经低温甲醇洗装置脱除其中的 H2S、COS、CO2、NH3、HCN、苯酚、油类等物质1，使净化气能满足甲烷化工段的要求，同时副产品轻烃送往综合罐区外售，提浓的酸性气去热电锅炉焚烧。甲烷化装置采用戴维公司（Davy Process Tech-nology，DPT）的 HICOM 工艺流程，通过 CRG 技术使净化气在甲烷化炉中催化剂的作用下发生化学反应，从而得到主产品合成天然气（SNG）。湿合成天然气利用三甘醇干燥脱水后，经天然气压缩机增压后送入西气东输管网。由于碎煤加压气化的温度较低且存在煤的干馏过程，粗煤气中含有的油、酚、氨等杂质通过洗涤冷却方式进入煤气水后送至煤气水分离装置，对其进行油分等的分离。除油后的废水进入酚氨回收装置，利用气提原理脱酸、脱氨后再利用二异丙醚萃取剂脱除酚类物质，处理后的废水送至污水处理系统，经过生化、回用处理达标后返回净水系统再循环利用或补入循环冷却水系统2。为满足工艺要求，设置了三套单套制氧能力为51 000 m3/h 的空分装置，供给气化装置所需的 4.8 MPa氧气，还负责提供氮气、仪表空气、装置空气。同时，根据蒸汽需求及用电负荷，设置了四台煤粉锅炉及三台发电机组。为做好废气治理，建有一套蓄热式热氧化装置，用于回收处理低温甲醇洗装置产生的废气及尾气、污水生化处理废气等全厂生产过程中产生的废气并副产 1.5 MPa 过热蒸汽。新天煤化工公司碎煤加压气化煤制天然气技术，其主产品为天然气，存在天然气价格受市场波动影响较大，副产品的产品附加值不高及原料粉煤过剩等问摘要介绍了新天煤化工公司固定床碎煤加压气化工艺流程及技术特点，针对主产品单一及原料粉煤过剩的问题，提出了增加粉煤气化炉方案及几种主产品方案，并对不同主产品方案进行了优势、劣势分析；针对重芳烃、多元烃等副产品附加值不高的问题，开发了相应的深加工工艺并取得了良好的运行效果；针对氨水质量差的问题，开发了一种煤化工含油氨水提质及液氨生产工艺；此外，还提出了含酚油与混合酚精制的工艺方案，可进一步拓展副产品的产业链并取得良好的提质增效效果。关键词固定床；碎煤加压气化；粉煤过剩；重芳烃；多元烃；氨水；氨精制；粗酚精制文章编号：1005-9598(2023)-04-0041-04中图分类号：TQ54文献标识码：B收稿日期：2023-03-25第一作者：冉令慧(1967)，男，汉族，黑龙江海伦人，高级工程师，学士，1990 年本科毕业于哈尔滨船舶工程学院电化学生产工艺专业，长期从事煤化工生产技术与企业管理工作，E-mail：。DOI：10.19889/ki.10059598.2023.04.009引用格式：冉令慧，李永亭，王国平.固定床碎煤加压气化产品的产业延伸与优化J.煤化工，2023，51（4）：41-44.第 51 卷第 4 期2023 年 8 月煤 化 工Coal Chemical IndustryVol.51No.4Aug.20232023 年煤 化 工题，为解决这些问题，本文提出以下解决方案，与业界同仁分析探讨。2产品方案2.1增加粉煤气化炉由于碎煤加压气化技术要求入气化炉煤粒度大于8 mm 的占比要达到 90%以上，入厂原料煤需经过筛分后再进入气化炉，此过程中会产生大量过剩的粉煤，因此，需开发粉煤气化技术，将富余粉煤气化后通过甲烷化合成天然气，与现有装置所产天然气合并送至煤制气管道外送。该产品方案的特点是以能源产品为主导，最大化天然气产能，产业链条短，流程简单，投资省，产品附加值不高。2.2开发新的主产品线路将现有煤制天然气装置甲烷化前合成气分离出甲烷送入天然气管网，分离甲烷后的合成气与粉煤热解后粉焦气化所得合成气、粉煤热解剩余热解气合并加工成甲醇，进而加工成烯烃及下游产品。工艺流程为粉煤先经热解后产生粉焦、煤焦油与热解气。煤焦油与现有煤制天然气装置副产煤焦油合并加工。热解气先通过分离提取出其中的甲烷，与现有装置分离出的甲烷合并外送管网，剩余热解气与煤制天然气装置分离甲烷后的合成气、粉焦气化合成气合并加工。该产品方案的特点是兼顾能源产品和化工产品，充分做到煤炭分质分级综合利用，产业链条较长，流程较复杂，化工产品以烯烃为主，产品较高端，投资较高。2.3产业链延伸将现有煤制天然气装置甲烷化前合成气分离出的甲烷和粉煤热解气分离出的甲烷合并，通过天然气（甲烷）制乙炔工艺加工为乙炔；尾气生产甲醇，并进而生产甲醛；乙炔和甲醛再生产 1,4-丁二醇（BDO）。其余合成气与粉煤热解后粉焦气化后合成气、粉煤热解剩余热解气合并加工成甲醇和合成氨，合成氨下游加工成尿素、三聚氰胺，甲醇下游加工成烯烃及下游产品。工艺流程为粉煤先经热解后产生粉焦、煤焦油与热解气。煤焦油与现有煤制天然气装置副产煤焦油合并加工。热解气先通过分离提取出其中的甲烷，与现有装置分离出的甲烷合并加工成乙炔，剩余热解气与现有分离出甲烷的合成气、粉焦气化合成气合并加工成甲醇、合成氨，并进一步延伸产业链条，生产甲醇、合成氨的下游产品。该产品方案的特点是以化工产品为主，充分做到煤炭分质分级综合利用，产业链条长，流程复杂，投资高，产品种类较多。3碎煤加压气化技术副产品的提质增效3.1副产品的来源固定床碎煤加压气化技术具有煤种适应性广、粗煤气中甲烷含量高等特点，但同时由于气化温度低和存在干馏层等原因，在气化过程中产生大量含酚、氨及油类物质和酸性气体的废水，经分离后得到氨水、重芳烃、多元烃、混合酚、轻烃等副产品。新天煤化工公司固定床气化工艺以伊北地区的长焰煤为原料，气化原料煤挥发分达到 30%左右，副产品品种较多、产量较高，各项副产品产生路径示意图见图 1，废水主要成分见表 1。新天煤化工公司年产重芳烃、多元烃可达到 18 万t，混合酚 3 万 t，轻烃 5 万 t，但重芳烃、多元烃均被国家列入危废名录，需运送至内地有资质的单位进行无害化处置或资源化利用，外售价格较低且运距长，造成处置费用高，不仅经济效益差，特殊情况下受外部因素影响如果不能及时外运，可能会因库存高影响正常生产。因此，寻找副产油品本土化处置及废物资源化利用成为了迫在眉睫的任务，也是碎煤加压气化技术亟待解决的问题。3.2重芳烃、多元烃深加工处理重芳烃、多元烃是成分复杂的混合物，通过开发重芳烃、多元烃深加工处理工艺流程，将重芳烃通过三相离心机脱水、除渣后，与多元烃混合加工，利用脱酚塔、减压塔两塔减压蒸馏工艺，根据各组分的沸点不同进行切割分馏3。在脱酚塔顶部采出密度小于气化块煤净化粗煤气甲烷化净化气煤气水分离酚氨回收气化废水污水处理罐区混合酚氨水 轻烃多元烃重芳烃图 1碎煤加压气化副产品来源示意图表 1碎煤加压气化炉产生的废水成分单位：mg/L酚质量浓度50007000总氨质量浓度800010000油质量浓度2600036000CO2质量浓度30004000H2S 质量浓度5020042-第 51 卷第 4 期900 kg/m3的轻烃，侧线采出密度为 900 kg/m31 000 kg/m3的含酚油；在减压塔顶部采出密度为 960 kg/m31060kg/m3的洗油，侧线采出密度为 980kg/m31180kg/m3的蒽油，底部采出软化点约为 50 的煤沥青。通过分馏提质后，将重芳烃、多元烃中的混合物进行初步分离，既达到了危废物资源化利用的目的，也可从根本上解决企业危废处置难题并创造可观的经济效益。该项目已于 2021 年 10 月 7 日试生产，目前运行良好，运行后重芳烃、多元烃不再外售。3.3氨水提质增效由上页表 1 可知：气化废水中总氨质量浓度高达8 000 mg/L10 000 mg/L，酚氨回收装置每年可产质量分数为 25%左右氨水约 15 万 t，其中约 60%可在新天煤化工公司氨法脱硫装置及烟气脱硝装置使用，另外40%需外售，但自产氨水无论是内部使用还是外销均存在浓度不稳定，油、酚及硫化物等杂质偏高的问题。氨水浓度波动易引起烟气脱硫装置出口硫化物超标或烟气“拖尾”等现象，酚含量高易引起硫酸铵浆液发红并最终导致硫酸铵颜色不合格的问题，因此，提高氨水品质迫在眉睫。为解决这个问题，通过技术攻关，开发了一种煤化工含油氨水提质及液氨生产工艺研发示范项目（正在建设阶段）：将酚氨回收装置原氨气净化塔出口的氨气经过碱洗脱酚、吸附脱硫及除油过滤等工艺过程净化后，再通过氨吸收制取氨水，氨水通过氨精制工艺得到高品质液氨，用水稀释后自用并销售液氨，预估项目建成运行后，可有效解决氨水浓度波动及品质差的问题，并取得较好的经济效益，具体流程示意图见图 2。3.4增加粗酚精制项目重芳烃、多元烃深加工项目可年产含酚油 1.3 万t，其中有效酚质量分数可达到 45%，因此，可将其与酚氨回收装置所产混合酚进行精制，得到高纯度的苯酚、邻甲酚、间对甲酚、二甲酚、渣油等产品，该项目目前正在做技术可研性研究，预计项目实施后，可以进一步延长企业副产品产业链，取得更好的经济效益和社会效益。4存在问题及改进措施4.1重芳烃水含量高为解决煤气水分离装置油水分离效果差、重芳烃水分含量高且罐区返水量大的问题，通过增加重芳烃分液罐和带有特殊加热内件的蒸馏罐，将系统收取的重芳烃首先送至分液罐静置分水，再送至蒸馏罐蒸馏脱水，合格后送至罐区，很好地解决了油水分离效果差导致外送重芳烃水分含量高的问题，具体流程示意图见图 3。系统内收取的重芳烃温度为 70，水的质量分数为 15%20%，经分液罐静置分水 8 h12 h 后，水的质量分数降至 15%以下，然后经重芳烃加热器加热至90 100 后送至蒸馏罐，利用蒸汽间接加热蒸馏脱水，控制蒸馏罐温度为 102 105，蒸馏 2 h4 h，重芳烃中水的质量分数降至 3%以下后冷却至 80 左右送至罐区。其中分液罐主要起静置分水的作用，对系统内收取的水分含量较高的重芳烃进行暂存和预脱水，蒸馏罐主要起蒸馏脱水的作用。蒸馏罐内部采用立体交叉式加热盘管，能够提高加热效率并保证良好的脱水效果。受煤质影响，重芳烃、多元烃产量比例变化较大，当多元烃产量较高时，可将重芳烃直接送至蒸馏罐蒸馏水分，多元烃送至分液罐分水后再送至罐区，以保证重芳烃、多元烃水分合格。4.2废水循环量大碎煤加压气化技术气化炉出口粗煤气中的油、尘、氨等主要通过多级洗涤冷却技术进行分离后，随废水送至煤气水分离装置进行回收处理，洗涤水是经煤气水分离装置回收油、尘后的产品煤气水及经酚回收装置回收酚、氨和酸性气体的合格稀酚水。在实际运行过程中，发现存在洗涤水用量过大，造成煤气水分离及酚回收装置负荷过高、产品质量难以保证等问题。为解决这一问题，将变换冷却装置中间冷却器和冉令慧等：固定床碎煤加压气化产品的产业延伸与优化氨碱混合器碱洗沉淀槽脱硫吸附氨气质量分数 30%碱液氨精馏制取液氨氨吸收制取氨水除油过滤液氨外送图 2含油氨水提质及液氨生产工艺流程示意图排水重芳烃分液罐重芳烃加热器重芳烃蒸馏罐呼吸气冷凝器废液罐重芳烃冷却器重芳烃去罐区重芳烃来自系统内图 3重芳烃、多元烃脱水流程示意图43-2023 年煤 化 工二氧化碳加氢制甲醇技术通过评价2023 年 6 月 30 日，由中国中化中央研究院低碳化工研究中心、西南化工研究设计院有限公司和鲁西化工集团股份有限公司合作研发的“低能耗两段式二氧化碳加氢制甲醇技术”通过了由中国石油和化学工业联合会组织的科技成果评价。采用该技术，项目团队建设了 5 000 t/a 低能耗两段式二氧化碳加氢制甲醇工业试验装置，并于 2023 年 1 月投料试车，4 月通过石化联合会组织的连续 72 h 现场考核。考核结果表明：装置工艺流程可靠、反应条件温和、运行稳定，二氧化碳单程转化率高、能耗低，甲醇选择性高、粗甲醇杂质含量低。（全国煤化工信息总站编辑整理）窑简讯窑洗氨塔的洗涤水送至气化装置作为洗涤水使用，减少煤气水分离送至气化的洗涤水量；将变换装置氨洗涤塔使用的稀酚水更换为经脱酸脱氨后的脱氨水，降低酚回收装置后系统负荷及运行成本；将低温甲醇洗装置氨预洗塔底部的工艺废水送至变换洗氨塔作为洗涤水使用，降低酚回收装置送至变换装置洗涤水量；增加变换洗氨塔底部酚水泵回流，实现部分洗涤水循环使用。通过以上措施，可有效降低循环洗涤水用量，降低煤气水分离装置及酚回收装置运行成本和负荷，并保证产品煤气水油含量及稀酚水各项指标合格。5结论（1）固定床碎煤加压气化技术存在原料粉煤过剩且产品单一等问题，易受市场波动影响，可以通过增加粉煤气化技术及开发新的产品方案、延伸产业链的方法，根据市场情况灵活组织生产，以达到效益最大化的目的。（2）通过开发副产品重芳烃、多元烃深加工技术和混合酚及含酚油精制技术，可有效延伸碎煤加压气化副产品产业链，提高产品质量及经济效益。（3）开发的煤化工含油氨水提质及液氨生产工艺，可有效解决副产品氨水中油、酚、硫化氢含量高的问题，既可以有效保证氨法脱硫装置硫酸铵质量，也可以提高其外售价格，取得一定的经济效益。参考文献：1 郑攀文，彭晓芳.低温甲醇洗工艺及其在煤化工中的应用J.煤炭加工与综合利用，2020（4）：53-56，59.2 罗欣欣，薛科创，成琳.煤化工废水处理技术的研究进展J.化学工程师，2020（6）：66-68.3 李永亭，王希奋，金占寿.重芳烃、多元烃深加工装置运行中出现的问题及优化改进措施J.氮肥与合成气，2022，50（6）：22-26.Industrial extension and optimization of fixed-bed crushed coal pressurized gasification productRan Linghui,Li Yongting,Wang Guoping(Yili Xintian Coal Chemical Co.,Ltd.,Yining Xinjiang 835000,China)AbstractThe process and technical characteristics of the fixed-bed crushed coal pressurized gasification of YiliXintian Coal Chemical Co.,Ltd.were introduced.In response to the problems of single main product and excessive rawmaterial pulverized coal,the proposal was made to increase the pulverized coal gasifier and several main products.In addition,the advantages and disadvantages of different main product schemes were analyzed.In view of the problem of the low value-added by-products such as heavy aromatics and multi-carbon compounds,corresponding deep processing technologies weredeveloped with good operational results.As for the poor quality of aqueous ammonia,a coal chemical process was developedfor improving the quality of oil-containing aqueous ammonia and producing liquid ammonia.In addition,a process scheme forthe fine production of phenolic oil and mixed phenol was proposed,which could not only further expand the industrial chain ofby-products but also achieve good effect for quality improvement and efficiency enhancement.Key wordsfixed-bed;crushed coal pressurized gasification;excessive raw material pulverized coal;heavy aromatics;multi-carbon compound;aqueous ammonia;ammonia refining;crude phenol refining44-