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1、甲醇气化工艺设计任务书 专业 化学工程与工艺 班级 化工1 设计人 孟德东 一 设计题目 题目三 年产 120 万吨煤制甲醇气化工艺设计 二 设计条件 1 生产规模 年产 120 万吨甲醇，年开工日为330天，工作小时为24小时。 2原料煤规格 原料煤的元素分析为：C 67.5%；H 4.0% ；O 10.2%；N 0.65% ；S（可燃）1.73%；S（不可燃）0.34%； Cl/（mg/kg）229；F/（mg/kg）104；Na/（mg/kg）2180；K/（mg/kg）292 。 3产品质量标准及粗甲
2、醇组成 本产品（精甲醇）执行国家《GB338—92》标准，具体指标见下表 表1 甲醇《GB338—92》 项 目 指标 优等品 一等品 合格品 色度（铂—钴），号 ≤ 5 10 密度（200C），g/cm3 0.791～0.792 0.791～0.793 温度范围(0℃,101325Pa)，℃ 沸程（包括64.6±0.10C），℃ ≤ 64.0-65.5 0.8 1.0 1.5 高锰酸钾试验，min ≥ 50 30 20 水溶性试验 澄清 水分含量
3、 ≤ 0.10 0.15 酸度（以HCOOH计），% ≤ 或碱度（以NH3计），% ≤ 0.0015 0.003 0.005 0.0002 0.0008 0.0015 羰基化合物含量（以CH2O计），% ≤ 0.002 0.005 0.01 蒸发残渣含量，% ≤ 0.001 0.003 0.005 表2 粗甲醇组成 组分 百分比 甲醇 93.40% 二甲醚
4、 0.42% 高级醇（以异丁醇计） 0.26% 高级烷烃（以辛烷计） 0.32% 水 5.6% 粗甲醇 100% 年产83万吨甲醇气化工艺设计 1.总论 1.1 设计概况 1.1.1 产品介绍 煤气化产物的有效组分是CO，H2 和CH4。通过调节其各自比例后广泛地应用于国民经济的不同部门，包括合成气、城市煤气、工业用燃气、联合循环发电用燃气及冶金工业还原气等。如今，国内外正在把煤化学发展成以煤炭气化为基础的碳化学工业，使煤化工由能源型逐渐转向化工型。所以，煤气化制合成气 (主要成分为CO+H2)将成为目前主
5、要发展方向。 合成气又称化工原料气，其除了作为气体燃料使用外，另一个重要用途是作为化工合成原料，已展现出广阔的前景。由于合成气化工和碳化学技术的开发和发展，煤气化制取合成气，进而直接合成各种化工产品的工艺已成为现代煤化工的基础。 当前国内外进行合成研究的重点包含以下三个方面： （1） 醇类：甲醇、乙醇、低碳混合醇、乙二醇； （2） 烃类：烷烃 (CH4)、烯烃、芳烃 (汽油、柴油)； （3） 酸类：醋酸。 近来研究表明，大多数化工原料 (烷烃，烯烃，芳烃等)均可以用合成气直接合成，而其一次产物 (如甲醇)又可进一步合成更多不同产物。 如下图1所示。烃类 烯烃
6、 CO+H2 （合成气） 甲烷 NH3 含氧化合物 甲醇 乙醇 醋酸 F－T油裂解 催化剂 羟基合成 H2O H2/CO 图1－各种合成路线 在醇类合成过程中，甲醇占据着重要的地位，它既是重要的化工原料，又是重要的二次能源。能直接用CO+H2 合成的大部分产物，都可以通过甲醇间接制取，而且间接过程往往在技术上和经济上更简便，综合考虑本装置所生产的合成气将被应用于制取甲醇。 在烃类合成中，甲烷合成作为从合成气中脱出微量CO+CO2的手段已在合成氨等工业中得到广泛应用，现阶段大规模制取高浓度甲烷的工艺已在美国实现工业性生产。我国为了提高城市煤气的热值也正在开发低
7、热值部分甲烷化。 液态烃的合成，即费－托合成工艺以合成气为原料，烃类及其含氧化合物，是煤液化的主要方法之一。它是煤炭间接液化的基础，其制取烯烃的直接液化过程目前还处于试验阶段，并不成熟。 醋酸的合成通常采用CH4和CO的羟基化法，用Rh－I2作催化剂。 在我国，目前合成气用量最大的是化肥工业，尤其是中小合成氨厂几乎均采用水煤气工艺，由煤制合成气作为合成氨原料。 因而，无论从近期或远景来看，煤炭气化制合成气都在我国化工工业发展以及能源安全保障中发挥着不可估量的作用。 1.1.2 简要结论 (1) 产品市场前景良好，符合国家能源发展战略和国家产业政策；工艺技术先进、成熟、可靠，能耗低
8、安全、卫生、环保等各项措施完善、符合国家标准； (2) 从财务分析看，所得税前内部收益率14.68%，大于行业基准收益率12%； (3) 敏感性分析表明本项目有较好的抗风险能力； (4) 增加地区和国家税收、扩大就业岗位，拉动社会需求，促进地区社会繁荣，社会效益良好，因此本项目是可行的。 2 . 煤气化工艺 2.1 煤气化的应用及重要性 进入21世纪，为了保护中国经济的可持续发展，实施《京都议定书》减少燃煤对大气的污染，必须大力发展洁净煤技术，煤炭气化是最重要的应用广泛的洁净煤技术，是发展现代煤化工最重要的单元技术，煤炭气化可以生产工业燃料气、民用燃料气、化工合成原
9、料气、合成燃料油原料气、氢燃料电池、煤气联合循环发电、合成天然气和火箭燃料等。 煤气化技术广泛应用于化工、冶金、机械和建材等重要工业部门和城市煤气的生产，目前中国拥有各种类型的煤气炉约有9000台，其中化工行业煤气化炉约有4000台，以固定床气化炉为主。多数中小化肥厂和少数大型化肥厂以煤炭 (焦炭)为原料，通过煤气化生产合成氨和甲醇，年耗原料煤4000多万吨，合成氨产量占全国总产量的60%以上，为中国农业生产提供了充足的化肥。因此，煤气化过去和今后在中国工农业生产和居民生活中，特别是对现代煤化工和洁净煤技术的发展占有十分重要的地位，是实现中国经济可持续发展的主要技术手段之一。 2.2 煤气
10、化技术的现状及发展趋势 目前世界正在应用和开发的煤气化技术有数十种之多，气化炉型也是多种多样，最有发展前途的有10余种，所有煤气化技术都有一个共同的特征，即气化炉内煤炭在高温条件下与气化剂反应，使固体煤炭转化为气体燃料，剩下的含灰残渣排出炉外。气化剂为水蒸气、纯氧、空气、CO2 和H2 。粗煤气中主要成分有CO、CO2、H2、CH4 、N2、H2O，还有少量硫化物、烃类和其他微量成分。各种煤气的组成和热值取决于煤的种类、气化工艺、气化压力、气化温度和气化剂组成。 2.2.1煤炭气化技术的发展趋势 (1) 气化压力向高压发展 气化压力由常压低压 (﹤1.0 MPa)向高压 (2.0－8.
11、5 MPa)气化发展，从而提高气化效率、硫转化率和气化炉能力，实现气化装置大型化和能量高效利用，降低合成气的压缩能耗或实现等压合成 (如甲醇低压合成)降低生产成本。如Texaco气化压力可达6.5 MPa－8.5 MPa，Shell气化压力为2－4 MPa。 (2) 气化炉能力向大型化发展 Texaco和Shell单台气化炉气化煤量已达2000 t/d以上，prenflo气化炉单台气化煤量已达2600 t/d 。大型化便于实现自动控制和优化操作、降低能耗和操作费用。 (3) 气化温度向高温发展 Texaco气化温度1400－1500 ℃，Shell气化温度高达1400－1700
12、 ℃，流化床气化温度为1000－1200 ℃。气化温度高煤中有机物质分解气化，消除或减少环境污染，对煤种适应性广。 (4) 不断开发新的气化技术和新型气化炉 提高硫转化率和煤气质量，降低建设投资。目前硫转化率高达98%－99%，煤气中含CO+H2 达到80%－90%。 (5) 现代煤气化技术与其他先进技术联合应用 如与燃气轮机发电组合的IGCC发电技术，高压气化 (6.5 MPa)与低压合成甲醇、二甲醚技术联合实现等压合成，省去合成气压缩机，使生产过程简化、总能耗降低。 (6) 煤气化技术与先进脱硫除尘技术相结合，实现环境友好、减少污染。 如在气化炉内加入脱硫剂(石灰石)，脱硫
13、效率可达80%－90%。采用高效除尘器使煤气中含尘降到1－2 mg/m3以下。 总之，先进的流化床、气流床煤气化技术目前已成功实现工业化和大型化，并不断改进和完善，应用范围不断扩大，是今后的主要发展方向。而固定床气化技术特别是固定床间歇式气化技术其气化效率低、能耗高、污染大，随着各气化工艺的不断发展将会被淘汰。 2.2.2国内外煤气化技术的现状和发展 1.国内煤气化技术的发展趋势 煤气化技术在中国已有近百年的历史，但仍然较落后和发展缓慢，就总体而言，中国煤气化以传统技术为主，工艺落后，环保设施不健全，煤炭利用效率低，污染严重。目前在国内较为成熟的仍然只是常压固定床气化技术。它广泛用
14、于冶金、化工、建材、机械等工业行业和民用燃气，以UGI、水煤气两段炉、发生炉两段炉等固定床气化技术为主。常压固定床气化技术的优点是操作简单，投资小；但技术落后，能力和效率低，污染重，急需技术改造。如不改变现状，将影响经济、能源和环境的协调发展。 近40年来，在国家的支持下，中国在研究与开发、消化引进技术方面进行了大量工作。我国先后从国外引进的煤气化技术多种多样。通过对煤气化引进技术的消化吸收，尤其是通过国家重点科技攻关，对引进装置进行技术改造并使之国产化，使我国煤气化技术的研究开发取得了重要进展。50年代末到70年代进行了仿K-T气化技术研究与开发；70年代中科院山西煤化所开发了灰熔聚流
15、化床煤气化工艺并取得了专利；“九五”期间华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司承担了国家重点科技攻关项目“新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉开发”(22吨煤/天装置)，中试装置的结果表明：有效气成分约83%，比相同条件下的Texaco生产装置高1.5～2个百分点；碳转化率>98%，比Texaco高2～3个百分点；比煤耗、比氧耗均比Texaco降低7%。 “十五”期间多喷嘴对置式水煤浆气化技术已进入商业示范阶段。“新型水煤浆气化技术”获“十五”国家高技术研究发展计划(863计划)立项，由兖矿集团有限公司、华东理工大学承担，在兖矿鲁南化肥厂建设多喷嘴对置式水煤浆气化炉及配套工程，利用两台日
16、处理1150吨煤多喷嘴对置式水煤浆气化炉(4.0MPa)配套生产24万吨甲醇、联产71.8MW发电，总投资为16亿元。 2国内煤气化技术简介 煤气化是发展新型煤化工的重要单元技术，煤-电-化工联产是发展的重要方向。研究表明，煤气化技术在单元工艺，中间产物，目标产品等方面有很大的互补性。将不同的工艺进行优化组合实现多联产，并于尾气发电，废渣利用等形成综合联产，达到资源能源综合利用的目的，能有效地减少工程建设投资，降低生产成本，减少污染物或废物排放。 3.国外煤气化技术的现状及发展趋势 间歇固定床气化炉( UGI) 固定床气化 UGI炉：世界上第一台气化炉是德 国于
17、1882年设计的规范为200t/d的 煤气发生炉，1913年在德国 OPPAU建设第一套用炭制半水煤 气的常压固定层造气炉，能力为 300t/d，这种炉与后来演变成UGI 炉。 主要特点：以块状无烟煤或焦炭 为原料，以空气和水蒸气为气化剂， 在常压下生产合成原料气和燃料气。 该技术是20世纪30年代开发成功 的，设备容易制造、操作简单、投 资少。但在日益重视规模化、环境 保护和能源利用率的今天，其设备 能力低、三废量大以及必须使用无 烟块煤等缺点变得日益突出。 Lurgi加压气化炉 Lurgi加压气化炉：该技术是20世纪30年代由联邦德国鲁奇 公司开发，是目前世界上建厂数量最多的煤气化技术，
18、主要用 于生产城市煤气和合成原料气。德国Lurgi加压气化炉压力位 2.5-4.0MPa，气化反应温度800-900 ℃，固态排渣，以小块煤 原料、蒸汽-氧连续送风制取中热值煤气。产品煤气经热回收 和除油，含有约10%~12%的甲烷和不饱和烃，适宜作城市煤气， 粗煤气经烃类分离和蒸汽转化后可作合成气。 主要特点：固态排渣，适宜弱黏结性碎煤（5-50mm）；生 产能力大；结构复杂，炉内设有破黏和煤分布器、炉箅等转动 设备，制造和维修费用大；入炉煤必须为块煤，原料来源受限 制；出炉煤气中含焦油、酚等，污水处理和煤气净化工艺复杂、 流程长、设备多，炉渣含碳5%左右。 鲁奇改进（BGL）气化炉 固定床
19、气化BGL炉：由鲁奇公司和英国煤 气公司联合开发，将固体燃料 全部气化产生燃料气和合成气。 其工作压力为2.5-3.0MPa，气 化温度在1400-1600 ℃，超过 了灰渣流动温度，灰渣呈液态 形式排出。 主要特点：与传统Lurgi炉相比， BGL炉结构简单，取消了转动 炉箅，气化强度高，生产能力 大，水蒸气耗量低，煤气热值 提高，煤种适应性增强，碳转 化率、气化效率和热效率均有 提高，对环境的污染也减少， 在当时受到了更广泛的重视。 流化床气化流化床煤气化又称为 沸腾床气化。其以小颗 粒煤为气化原料。这些 细煤在自下而上的气化 剂作用下，保持着连续 不断和无次序的沸腾和 悬浮状态运动，迅
20、速地 进行着混合和热交换， 其结果导致整个床层温 度组成的均一。 高温温克勒气化炉（HTW）温克勒气化炉是最早工业化的 流化床气化炉， 主要特性：① 单炉生产能力可以达到 47000m3/h，较常压移动床气 化炉要高得多； ② 对原煤要求不需筛分，备煤系 统简单； ③ 操作温度低，无运动部件、操 作维修简单，运转可靠性高； ④气化操作温度低，带出物和灰 渣中含碳量较高，因而碳利用 率不高，至今只有少数炉子在 运行。 U-Gas气化炉 U-Gas气化炉是应用灰团 聚的原理，来进行反应和 排灰的。在这种气化炉内， 允许灰成分中熔点较低的 部分先熔化，黏结其他为 熔化的灰，并形成团聚。 这种工艺的
21、优点是不需要 熔化所有的灰，对灰渣的 流动性要求不高。这种气 化炉的灰渣比纯干式排灰 的灰渣对环境的污染小。 Kellogg-Rust Westinghouse(KRW) 气化炉KRW也是采用灰团聚的流化 床气化炉，其运行状况与UGas系统非常相似。二者主要 的差别在于底部排灰方式不同。 在KRW气化炉中，煤，氧气 （或空气）一起从底部通过一 个喷嘴喷入反应器。煤的裂解 和燃烧发生在底部喷嘴的附近。 产生的热量迅速传到整个床层。主要特点：对原煤的适应性宽 广，碳效率高、环境影响小， 炉内无运转部件，操作简便、 稳定，操作弹性大。 气流床气化气流床气化是一支并流式气化。 气化剂（氧和蒸汽）将煤粉
22、70% 以上的煤粉通过200目筛）夹带入 气化炉。也可将煤粉制成煤浆，用 泵送入气化炉。在气化炉内，煤炭 细粉粒与气化剂经特殊喷嘴进入反 应室，会在瞬间着火，直接发生火 焰反应，同时处于不充分的氧化条 件下。因此，其热解、燃烧以及吸 热的气化反应，几乎是同时发生的。 顺气流的运动，未反应的气化剂、 热解挥发物及燃烧产物裹挟着煤焦 粒子高速运动，运动过程中进行着 煤焦颗粒的气化反应。这种运动形 态，相当于流化技术领域里对固体 颗粒的“气流输送”，习惯上称为 “气流床气化”。 常压K-T炉常压K-T炉：K-T煤气化工艺是最早工业化的常压气流床煤气化方法，第一 台工业化K-T炉于1949年建在法国
23、据悉以前在西方以煤为原料生产合成氨， 有90%用K-T炉生产原料气。 优点：煤气中CO和H2产气相当高，达90%，产物中无焦油、酚及烃类，甲烷 含量甚低，生产灵活性大，可在较短时间开炉、停炉或改变生产负荷。 缺点：氧耗高，常压下操作，低活性煤较难达到高转化率，同时也带来许多 经济上和操作上的问题。 4.国外煤气化技术简介 （1）Texaco（德士古）气化炉 ： 德士古气化工艺是20世纪80年 代煤气化的最新工艺之一,它是由 美国德士古公司开发的以水煤浆为 原料、液态排渣气流床加压气化技 术。原料煤与水、添加剂、石灰石 等经磨机研磨制成浓度为60%～70% 的水煤浆,由煤浆泵加压后与高压
24、 氧气一起经烧嘴混合后,呈雾状喷 入气化炉燃烧室发生气化反应。通过调节氧和煤浆的比例,使炉内气化温度高于煤灰流动温度(FT)。 GSP气化炉GSP气化法，是下喷式加压气流床液态排 渣气化炉，操作压力2.5-3.0MPa，用粉煤、 氧气鼓风，其结构及工作原理与德士古气 化炉相类似。粉煤的气化在以氧气和蒸汽为气化剂的火焰反应中进行。物料在炉内的平均停留时 间约10s，气化火焰温度约在1800-2200℃。 反应室中有水冷壁，在耐火层表面会结一 层凝固渣层，最后形成流动渣膜，对耐火层起保护作用。特点：产品煤气高氢、高一氧化碳、低甲烷可在多种行业用作燃料气、合成气或 制氢；工艺技术简单，整个气化过程没
25、有冷凝产物；反应速率高，气化装置生产能 力大；烧嘴和水冷壁的使用寿命较长；气化原料适应范围广；能够获得较高气化效 率和碳转化率；气化炉操作弹性大，负荷 调节灵活。 （2） Shell气化 Shell 气化炉为立式圆筒形气化炉，炉膛周 围安装有由沸水冷却管组成的膜式水冷壁，其内 壁衬有耐热涂层，气化时熔融灰渣在水冷壁内壁 涂层上形成液膜，沿壁顺流而下进行分离，采用以渣改渣的防腐办法，基本解决了高温耐火材料 损坏严重和检修频繁的难题。水冷壁与筒体外壳 之间留有环形空间，便于输入集水管和输出集汽 管的布置，便于水冷壁的检查和维修；环形空间 内充满温度为250-300℃的有压合成气。Shell煤气
26、化工艺从示范装置到大型工业化装 置均采用废锅流程。原料煤经破碎、干燥后进入 磨煤机中被磨成粒度90%能通过170目筛孔的煤粉, 用氮气把煤粉从常压煤粉仓送到加压煤粉仓,再以 较高的固气比将煤粉送至气化炉四个喷嘴,煤粉在 喷嘴里与来自空分并预热的氧气(95%纯度)混合后 与蒸汽一起进入气化炉。由对称布置的四个燃烧 器喷入的煤粉、氧气和蒸汽的混合物在炉内迅速 发生气化反应,反应温度在1400℃～1700℃。 2.3 煤气化基本原理 煤气化，从狭义来说，即原料煤在煤气发生炉中，在高温条件下，与气化剂 (空气、氧气、水蒸汽、二氧化碳或是它们的混合物)作用产生
27、煤气的过程。从广义上来说，是煤由固态形式转化为气态产物的过程，也就是从煤转化成煤气的过程。 2.3.1 煤气化的本质 煤质大分子子 活性的不稳定的碳 氧化 煤焦 焦炭 焦化 气态物（CO、H2、CH4） 气化剂 挥发分 气化剂 气化剂 煤气化过程的实现，必须有气化炉，原料和气化剂。气化炉是进行煤炭气化作业的主要设备；气化原料包括各种煤或焦炭；气化剂为氧气或其他含氧物质 (空气、水蒸汽、二氧化碳等)或它们的混合物。其本质如下：
28、 图2：煤气化的本质 2.3.2 煤气化的主要反应 (1) 碳的氧化反应： (2) 碳的部分氧化反应： (3) 二氧化碳的还原反应： (4) 水蒸汽分解反应： (5) 一氧化碳变换反应： (6) 碳的加氢反应： (7) 甲烷化
29、反应： 2.3.3 煤气化影响因素 A 温度 对于化学平衡和化学反应速度来说，温度是一个非常敏感的因素，在气流床气化炉中，提高炉内温度提高，一方面使气化反应的速度常数增大，反应速度加快，有利于碳在瞬间完全氧化；另一方面，温度影响吸热反应平衡，使水蒸汽的分解反应平衡朝着有利于生成一氧化碳和氢气的方向移动，因而在煤气中一氧化碳和氢气的含量增加，意味着合成气质量的提高，所以一般情况下需维持较高的反应温度。但是，炉温的提高也受其它条件的制约。通常在高温状态下进行的反应，必须要考虑到气化炉的耐火材料、液渣能否顺利排放以及高温煤气的废热回收等问题。 通常化工操作中
30、通过改变煤气化和蒸汽煤比来调节气化炉温度。 B 氧煤比 在水煤浆气化中，氧煤比是最重要的反应条件，而氧耗又是重要的经济指标，故氧煤比的调节是控制气化过程的主要手段之一。 从水煤浆气化部分氧化的化学方程可知： 氧的理论用量应该与氧原子数与煤中的碳原子数相等。此时，煤浆中的碳通过部分氧化反应完全转化为一氧化碳；但如果氧的用量超过了这个比值，则一部分碳将被完全氧化，生成二氧化碳。因此，按原子数计算，氧与碳之比最高不能超过1。 氧煤比对气化过程同时存在两方面的影响：一方面，氧煤比的增加使燃烧反应放出的热量增加，炉温相对提高，有利于二氧化碳还原反应和水蒸汽分解反应
31、的进行，增加了煤气中的有效成分，提高了碳的转化率；另一方面，氧煤比的增加，燃烧反应所生成的二氧化碳和水蒸汽量也增加，从而增加了煤气中的无用成分。考虑到上述两方面的因素，在它条件一定的情况下，氧煤比存在一个最佳值，此时，可以到最佳的气化结果。 C 蒸汽煤比 在气化剂中加入适量的水蒸汽可增加煤气中氢的含量，降低氧耗，并能控制炉膛的温度。但是，蒸汽煤比也不能过高，因为炉温的降低将不利于气化反应的进行。因此，水蒸汽的加入量与煤浆浓度以及生成气的组成要求有关。 D 反应压力 水煤浆气化炉已是近年来世界各国研究煤气化中普遍使用的方法。在高压下，生产能力提高，气相分压增大，气化反应加快，停留时间延长
32、则使碳的转化率提高。 E 煤浆浓度 煤浆浓度高，黏度小，气化效率高，产率高，利于气化。因此，制浆过程中会配一定量的添加剂来改善煤浆浓度到最佳气化要求。 2.4 气化工艺选择 2.4.1 煤气化方法的分类 煤气化无统一的标准，有多种分类方法：①按气化炉传热方式可分为外热式 (间接传热)和内热式 (直接传热)两类。②按煤气热值可分为低热值煤气 (<8340kJ/m)，中热值煤气 (16000－33000 kJ/m)和高热值煤气(>33000 kJ/m)三类。③按煤与气化剂在气化炉内运动状态可分为移动床 (固定床)流化床 (沸腾床)气流床和熔融气化方法。④按气化炉压力、气化炉排渣
33、方式、气化剂种类、气化炉进煤粒度和气化过程是否连续等进行分类的。 按照固定床、流化床、气流床进行分类不同气化炉型技术比较分别列于表1 、表2和表 3。 表1－ 固定床气化不同方法的比较 气化 方法 炉型 气化炉直径/mm 煤种 氧气含量/% 气化压力/ MPa 粗煤气组成/% CO H2 CO2 O2 N2 间歇气化 UGI φ3000 焦炭 21.8 常压 32.4 38.5 7.1 0.3 21.4 气化方法 空气 富氧 纯氧 发生炉 改良UGI L
34、urgi炉 φ3000 φ3000 φ3000 无烟煤 焦炭 焦炭 21.8 约50 》95 常压 常压 2.0~3.0 25.9 37.8 18.5 15.3 29.4 39.0 6.7 14.0 31.1 0.1 0.1 0.5 51.2 18.2 2.4 间歇 气化 煤气热值/(KJ/m3) 冷煤气效率/% 气化强度/m3/(m2.h) 产气率 /(m3/kg) φ(CO+H2) 含量/% 氧耗/m3/m3 /
35、CO+H2) 煤耗/Kg/m3 (CO+H2) 蒸汽耗 /Kg/m3 (CO+H2) 间歇 气化 8347 75.0 1060 2.08 70.9 0 0.600 0.905 空气 富氧 纯氧 5208 8122 9578 1.0 80.0 82.0 1250 2290 》3000 3.54 2.71 2.63 41.2 67.0 57.0 0 0.214 0.326 0.686 0.542 0.
36、677 0.350 0.519 1.346 表2 － 流化床气化炉技术指标 项目 HTW炉 U－gas型炉 灰熔聚流化床 气化炉规格 炉膛内径/m φ2.2－φ3.7 φ1.2－φ2.6 φ2.4－φ3.0 气化炉总高/m 16－23 15.3－18.5 15－18 原料煤种 褐煤、次烟煤 褐煤、木屑 烟煤，焦炭 入炉煤粒度/mm 0－10 0－6 0－8 入炉煤含水量/％(质量分数) ＜12 ＜3 ＜3 气化炉进煤量/(t·d) 168－284 120－260 120－21
37、6 气化条件 气化压力/kPa 1.0－3.0 0.22－2.7 0.03－0.05 气化温度/ ℃ 950－1050 950－1050 950－1100 炉顶温度/ ℃ 900－950 900－980 950－1000 入炉蒸汽温度/ ℃ 250－300 250－285 280－310 消耗定额 氧气消耗率/[m³(标) .kg (煤)] 0.486 0.6－0.7 0.47－0.54 空气消耗率/[m³(标) •kg (煤)] 2.8－3.1 2.80－2.90 2.0－2.5 蒸汽消耗率/[kg•kg (煤)]
38、 0.52 0.45－0.72 0.6－0.8 粗煤气产率(标态)/[m³.t (煤)] 1600－1850 4680－4970 2200－2400 干煤气组成 H2/％(体积分数) 32－34 15－16 38－39 CO/％(体积分数) 36－38 20－21 31－32 CO2/％(体积分数) 9.0－10.0 8－9 21－22 CH4/％(体积分数) 2.0－2.2 0.8－1.5 1.8－2.1 O2/％(体积分数) 0.2－0.3 0.2－0.3 0.2－0.4 N2/％(体积分数) 0.6－1.3 5.6
39、－5.7 4.0－4.6 煤气低热值(标态)/(MJ·m) 8.3－8.5 5.2－5.4 5.4－5.6 表 3－ 气流床气化炉技术指标 项目 Texaco炉 Shell炉 K－T 气化炉规格 炉膛内径/m φ1.67－φ3.048 φ4.5 φ2.0－φ3.50 气化炉总高/m 14.27－18.25 15.3－18.5 15－18 原料煤种 低灰熔点烟煤 烟煤 烟煤 入炉煤粒度/mm ＜0.076占70％ ＜0.15占90％ ＜0.076占80％ 入炉煤含水量/％(质量分数) 500－
40、2000 ＜2.0 ＜2.0 气化炉进煤量/(t·d) 168－284 400－2000 430－860 气化条件 气化压力/kpa 3.8－6.5 2.0－4.0 0.03－0.05 气化温度/ ℃ 1400－1500 1400－1700 1500－1600 入炉蒸汽温度/ ℃ 不加蒸汽 250 250－260 加煤方式 水煤浆 干煤粉 干煤粉 消耗定额 氧气消耗率/[m³(标) .kg (煤)] 0.62－0.65 0.56－0.57 0.60－0.65 蒸汽消耗率/[kg•kg (煤)]
41、 0 0.13－0.15 0.4－0.5 粗煤气产率(标态)/[m³.t (煤)] 1.9－2.1 1.7－1.86 1.75－1.80 干煤气组成 H2/％(体积分数) 35－36 26－28 26.5－27.5 CO/％(体积分数) 45－46 61－63 63－65 CO2/％(体积分数) 1.7－1.8 1.8－3.8 1.5－2.0 CH4/％(体积分数) 0.02－0.03 0.01－0.02 约0.1 CO+ H2％(体积分数) 80－82 89－92 89.5－93.0 N2+Ar/％(体积分数)
42、 0.6－1.3 0.7－0.8 4.3－5.4 O2/％(体积分数) 0.1－0.2 0.1 煤气低热值(标态)/(MJ·m) 9.6－9.72 10.5－11.0 11－12 2.4.2气化工艺选择 2.4.2.1德士古水煤浆气化工艺 德士古水煤浆工艺具有以下特点： （1）煤种适应性广 德士古水煤浆气化在理论上可以广泛利用各种煤种,包括高水份、高灰份、高硫份、高粘结性的煤。 国内实际生产中主要以烟煤为主,对煤的活性没有严格要求,但对煤的灰熔点有一定要求。 （2）生产的连续性 德士古水煤浆气化工艺采用连续进料
43、液态排渣,在排渣时不影响气化炉运行,克服了固定层气化方法间歇性排渣的缺点,提高了生产的连续性。 （3）降低了气体压缩功耗 德士古水煤浆气化工艺采用加压气化,煤浆的压力由煤浆泵提供。氧气压力由液氧泵提供，视后工序生产压力,一般其压力等级分为2.7MPa、4.0MPa、6.5MPa、8.5MPa等,因此，气化后的气体压力较高，可以省去了后工序气体压缩所需的大量功耗。 （4）气化强度高 气化炉结构简单，气化强度高，设备体积小，布置紧凑，生产能力大。例如1台直径3200mm的气化炉，在4.0Mpa压力下进行, 可以日产合成氨760吨。 （5）热量回收利用
44、 德士古水煤浆气化在高温(1400℃左右)、高压(2.0～8.5MPa)下进行生产,采用激冷流程或废热锅炉的方式回收热量。由于温度、压力较高,其回收的热量具有较高的利用价值,可以副产不同压力等级的蒸汽以及用于联合发电等。激冷流程一般适用于合成氨和甲醇的生产,废热废锅流程一般用于联合发电和合成油。 （6）有利于环境保护 由于德士古煤气化工艺是在高温下进行,产品气中不含有焦油、酚等大分子烃类,废水中主要是含氰化合物,远比其他方法生产的废水易于处理。同时气化系统的水在内部循环使用,外排量很少。并且可以将难于处理的工业废水(如含酚废水)用于水煤浆的配制,大大减轻了对环境的污染。气化排
45、出的废渣可用于建筑材料(如水泥熟料)的生产。 （7）控制系统先进、可靠 德士古水煤浆气化工艺采用了先进的DCS集散控制系统,自动化程度高。为了使装置运行安全可靠,系统中设置了复杂的安全联锁。 （8）一次性投资较小 由于德士古煤气化工艺专利权属于德士古公司所有,并且重要的设备、阀门、仪表需从国外引进,专利费比较高。目前该装置的国产化程度比较高，装置建设投资数额不大。 2.4.3shell生产工艺 壳牌 (Shell)干煤粉气化工艺是壳牌 (Shell)公司开发的煤粉气化工艺，具有鲜明的技术特色，是当前先进的第二代煤气化工艺。早在1972年就开始基础研究，1978年德国汉堡壳牌15
46、0 t/d投煤量中试装置运行几年并取得丰富的基础数据。1987年在美国休斯顿建设了一套投煤量250 t/d的示范装置，在此示范装置中壳牌公司使用了十几种煤，包括烟煤、无烟煤、褐煤、石油焦等，其运行表明，该示范装置能适应上述所有煤种并累计运行了15000小时。在取得大量数据基础上，于1993年在荷兰建成日处理煤量为2000吨的单系列大型气化装置，1994年首次将生产的煤气用于发电，并且使用了多种世界各地煤种，取得了丰富的数据。该煤气化装置用于联合循环发电经过3年示范运行，已于1998年1月正式交付用户使用，气化装置连续运转率达95％，其负荷可在40－100％之间调整，生产操作数据表明已达到预期目
47、标。 壳牌粉煤气化工艺具有如下特点： A 采用干煤粉作气化原料，煤粉用惰性气输送，操作十分安全。对煤种的适应性比较广泛，从较差的褐煤、次烟煤、烟煤到石油焦均可使用；对煤的灰熔点适应范围比其它气化工艺更宽，即使是高灰分、高水分、高硫的煤种也能使用。 B 气化温度高，一般在1400－1600 ℃，碳转化率高达99%，合成气质量好。煤气中甲烷含量极少，不含重烃组分，CO+H2 含量可达到含量可90%。由于气体中有效组分含量高，煤气总量有所减少，因而气化消耗煤量也可降低。 C 氧耗低。采用干煤粉进料与水煤浆进料气化法相比不需在炉内蒸发水分，氧气用量因而可减少15－25%，从
48、而降低了生产成本。配套空分装置规模相对缩小，投资也可相应降低。 D 气化炉采用水冷壁结构，无耐火砖衬里。水冷壁设计寿命按25年考虑。正常使用维护量很小，运行周期长，也无需设置备用炉。商业化运行单台炉日处理煤量已达2000吨，目前，正在设计更大规模的装置。 E 每台气化炉设有4－6个烧嘴，故对生产负荷调节比Texaco单个烧嘴更为灵活，范围也更宽。Shell烧嘴保证寿命为8000小时，已超过连续16000小时运行。烧嘴的使用寿命长，也是气化装置能长期运行的一个重要保证。 F 热效率高。Shell煤气化的冷煤气效率达到78－83%，其余－15%副产高压或中压蒸汽，总的原料煤
49、的热效率达98%，处于很高水平。 G 对环境影响小。气化过程无废气排放。系统排出的融渣和飞灰含碳低，可作为水泥等建筑材料，堆放时也无污染物渗出。气化污水不含焦油、 酚等，容易处理，需要时可作到零排放。 2.4.4熔融床气化工艺 熔融床气化炉是一种气-液-固三相反应的气化炉，燃料和气化剂并流进入炉内，煤在熔融的渣，金属与盐浴中直接接触气化剂而气化，生成的煤气由炉顶道出，灰渣则以液态和熔融物一起溢流出气化床。 炉内温度很高，燃料一进入床内便迅速被加热气化，因而没有焦油类物质生成。熔融床不同于移动床，沸腾床和气流床，对煤的粒度没有过分的要求，大部分熔融床气化炉适
50、应磨得很粗的煤，也包括煤粉。熔融床也可以适应强粘结性煤，高灰煤和高硫煤。熔融床的缺点是热损失大，熔融物对环境污染严重，高温熔铁盐对炉体造成严重腐蚀。 2.4.5鲁奇加压气化炉工艺 （1）原料选择 加压气化所应的煤种有无烟煤、烟煤、褐煤等。煤的活性高，能在较低的温度下操作，降低氧耗，并能提高气化强度和煤气质量，因此煤的活性越高越好，加压气化也可以采用弱黏结性煤种，炉内需设搅拌破黏装置，依靠浆叶的转动，将结块打碎。 （2）生产过程控制 气化炉的生产能力高，以水分含量为20%-25%的褐煤为原料，气化炉的气化强度在2500kg/(m2.h ) 左右，比一般的常压气化强度高4-6倍，所产煤气
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