气化-FT合成技术（精选3篇）
气化-FT合成技术 篇1
前 言
气流床煤气化是当今国际上最先进的煤气化技术, 与水煤浆气化技术相比, 粉煤气流床加压气化技术具有煤种适应性广、原料消耗低、碳转化率高、冷煤气效率高、煤处理量大、洁净、高效等技术优势, 代表了煤气化技术的发展主流, 有更强的市场竞争力。具有自主知识产权的粉煤加压气化中试装置试验成功, 并于 2004年12月21日通过科技部主持的课题专家委员会验收, 专家委员会认定“该技术具有自主知识产权, 填补了国内空白, 工艺技术指标达到了国际先进水平。”这标志着我国已经攻克了粉煤加压密相输送、中试装置设计、建设与操作等关键技术, 并取得了国际领先水平的重大成果, 随后又率先在国际上实现了以CO2为输送介质的粉煤气化中试运行, 获得了重要的工艺运行数据。这项重要的研究进展对于提升粉煤具加压气化技术的先进性, 拓展其应用领域, 生产甲醇、二甲醚、醋酸、烯烃等, 以及重要石油化工替代产品的龙头技术开发具有重要意义。
1 粉煤加压气化技术研究开发
1.1 实验室研究, 重点攻克关键技术
通过研究输送料罐结构形式、输送管道尺寸、弯管形式、输送气体分配方式、粉煤均匀分配方法、喷嘴结构尺寸、粉煤流量稳定控制方法等, 掌握了粉煤密相输送过程规律, 形成了专利技术, 提出中试装置粉煤加压密相输送工艺, 为确保高压下将粉煤密相、稳定可控地输送人气化炉奠定了坚实基础。另外, 在研究测试关键阀门的调控性能上, 特别是测量粉煤流量的进口固体质量流量计方面做了大量摸索与研究工作, 确保了中试装置的顺利开车运行。
1.2 中试装置运行, 探索并掌握整体技术
系统分新建单元和利旧改造单元。其中新建单元为粉煤制备单元、粉煤输送与循环单元;利旧整改单元是指气化单元、合成气洗涤与渣水闪蒸处理单元。与大多数国产化技术采取的引进— —消化吸收——创新模式不同, 粉煤加压气化技术是在国内尚无任何设计、建设与运行工程经验参照情况下自主创新形成的。经过中试实践探索, 在工程方面积累了许多宝贵经验。
1.2.1工艺参数与条件
全面打通了磨煤干燥制粉、粉煤密相输送的安全稳定可控供料、气化及激冷洗涤等工艺流程, 特别是核心技术经受了考验。通过装置运行, 掌握了制粉工艺条件及其调控方法、粉煤输送与加料同步协调的重要参数与工艺条件、气化炉运行操作参数、气化工艺指标的调节优化方法等。并且实现了四喷嘴运行与两喷嘴运行间的快速、方便切换, 使该技术在操作负荷调整上具有更大的灵活性。
1.2.2设备与仪表
粉煤介质不同于气体、液体与浆体, 对设备与仪表有更特殊的要求。在中试装置上, 重点对粉煤加料与输送关键设备和仪表性能进行了全面考察。及时解决了部分仪表、阀门在运行中暴露出的异常现象和问题, 为该技术的产业化和仪表设备国产化获得了经验。特别是在对进口固体质量流量的性能识别与把握、标定与使用方法上教训与收获颇多。
1.2.3安全与控制
系统安全与控制是确保中试装置运行的关键。针对粉煤气化系统的特殊安全要求, 经过分析研究与实践探索, 制定出一整套安全与控制连锁方案。包括开停车物流配送、切断顺序与时间、系统升降压控制连锁程序、粉煤输送程控方案等。攻关课题形成了如下成果:①粉煤加压气化制备合成气的加料装置;② 粉煤加压气化制备合成气设计软件包;③ 粉煤加压气化制备合成气中试装置设计、建设与操作技术 (含DCS和PLC) 。
2 中试装置流程与运行技术指标
2.1 气化流程
粉煤加压气化中原煤除杂后送人磨煤机破碎, 同时由经过加热的低压氮气将其干燥, 制备出合格煤粉存于料仓中。加热用低压氮气大部分可循环使用。料仓中的煤粉先后在低压氮气和高压氮气的输送下, 通过气化喷嘴进入气化炉。汽化剂氧气、蒸汽也通过气化喷嘴进入气化炉, 并在高温、高压下与粉煤进行气化反应。出气化炉的高温合成气经激冷、洗涤后并人兖矿鲁南化肥厂造气车间合成气管线。熔融灰渣在气化炉激冷室中被激冷固化, 经锁斗收集, 定期排放。洗涤塔出来的黑水经过二级闪蒸, 水蒸气及一部分溶解在黑水中的酸性气CO2、H2S等被迅速闪蒸出来, 闪蒸气经冷凝、分离后与气化分厂生产系统的酸性气一并处理, 闪蒸黑水经换热器冷却后排入地沟, 送气化分厂的生产装置污水处理系统。
中试气化炉为自主知识产权的四喷嘴对置式结构, 气化炉上部水平对置安放的4个喷嘴使物料进炉后形成撞击流。气化炉为底部气、渣同向排出的竖直圆筒结构, 内衬耐火砖。这种撞击流气流床在强化热质传递过程方面有显著优势。
2.2 技术指标与特点
为便于比较, 中试装置气化用煤为兖矿鲁南化肥厂德士古 (Texaco) 水煤浆气化工业装置用煤质分析。建成的粉煤加压气化中试装置煤处理能力为15～45t/d, 操作压力2.0～2.5MPa, 操作温度1300～1400～C。根据装置运行负荷与工艺条件不同, 中试装置运行的典型合成气组成见表1。表1还列出了谢尔 (Shel1) 粉煤气化的合成气组成, 可见中试合成气组成和Shell技术基本一致。
将自创技术与其他几种气化技术的技术指标比较列于表1。从表1可以看出, 粉煤加压气化技术消耗低, 碳转化率高, 在气化炉条件或煤种相同情况下, 比水煤浆气化技术节氧16%～21% , 节煤2%～4%, 有效气成分高6%～10%。虽然所用煤种不同, 其结果Shell和GSP气化技术处于相同水平。
3 发展前景及意义
加压气化技术是国家大力发展的洁净煤技术之一。“粉煤加压气化制备合成气技术”, 被煤炭工业技术委员会评为2004年度煤炭工业十大科技成果。粉煤气化中试装置的建成与成功运行, 是我国煤气化技术进入国际先进行列的又一个里程碑。打破了国外跨国公司对粉煤气化技术的垄断, 大大缩小了与国际先进水平的差距, 为我国能源和煤化工市场提供了新的自主知识产权技术的选择。对于清洁、高效利用我国丰富煤炭资源, 满足国民经济与社会可持续发展具有重要意义。该粉煤加压气化新技术将在国家“十一五”科技计划支持下应用于兖矿贵州能化开阳合成氨项目, 实施自主创新的粉煤加压气化技术产业化, 该项目规模为年产50万吨合成氨。随着我国现代煤化工的崛起与发展, 粉煤加压气化制备合成气这一具有明显优势的新技术必将得到广泛的应用, 前景十分广阔。
参考文献
[1]龚欣, 等.自主创新的气流床粉煤加压气化技术[J].大氮肥, 2005, 28 (3) :154～l55.
[2]龚欣, 等.新型 (多喷嘴对置式) 水煤浆气化炉[J].节能与环保, 2001, 6:15-17.
[3]于广锁, 等.气流床煤气化的技术现状和发展趋势[J].现代化工, 2004, 24 (5) :23-26.
气化-FT合成技术 篇2
关键词：煤气化,合成气,除灰,湿洗,净化
河南能源化工集团鹤煤化工分公司煤化工项目为煤制甲醇工程。该项目由鹤煤公司投资, 于2008年开工建设, 2013年建成投产。项目设计生产能力为年产60万吨甲醇, 主要技术为世界先进或领先水平, 煤气化装置采用荷兰皇家壳牌的SCGP技术, 该技术环保、高效、节能、自动化程度高。壳牌煤气化工艺 (SCGP) 装置中的气体净化设备始终是:飞灰脱除设备和气体湿洗设备, 在这些设备中需要将飞灰和氯脱除。飞灰和氯这两种组分需要特别对待, 若不脱除则会造成堵塞滤棒和收集不到纯度较高的合成气, 甚至会造成S1501压差过高, 气化装置停车。
1 合成气飞灰脱除
1.1 目的
(1) 除去粗合成气中的飞灰, 并对飞灰进行气提, 除去飞灰中的HCl, HF等。然后将净化后的合成气分为两股, 一股送湿洗系统, 一股作为循环气送入K1301。 (2) 将飞灰通过槽车送出界区, 监护顺控程序正常运行。 (3) 监护好反吹系统正常工作, S1501过滤器的压差维持在30KPa以下。
1.2 工艺描述
合成气中的干飞灰在高温高压飞灰过滤器中脱除。通过半连续排放系统将飞灰从过滤器中排出。从过滤器中出来的干净合成气的含灰量为1-2 (最高20) mg/Nm3。飞灰高温高压过滤器的正常操作工况大于200℃, 所有与合成气直接接触的设备均应保持高于这个温度, 以避免由于氯化铵冷凝引起的腐蚀。在操作中, 由于从合成气来的热量不能保证设备维持上述温度, 因此设备需进行伴热。停止操作时, 最好将飞灰高温高压过滤器的温度维持在80℃以上, 以避免过滤器压降增大, 飞灰流动性降低。飞灰脱除系统的最大飞灰处理能力是3.19kg/s。
HPHT飞灰过滤器正常用被处理过的合成气充气。然而, 在开车期间用氮气充气。HPHT飞灰过滤器捕集到的飞灰排至降压的各自的飞灰排放罐, 然后飞灰在飞灰汽提器/冷却器中用低压氮气汽提出有毒的组分 (CO, H2S) 。两个容器V-1502及V-1504能容纳两小时的飞灰量, 汽提过的飞灰被送至中间飞灰储仓中, 容量大约能够容纳四个小时产生的飞灰量。飞灰外送前在V-1517中储存, 贮仓设计能力应能贮存24小时内、在所有最大飞灰生产能力3.19kg/s下的飞灰量。飞灰处理系统在密相下运行, 并且每个系统可输送出全部的、最大的飞灰量。飞灰既可以干态脱除, 也可以湿态脱除, 干飞灰送入密闭的槽车运出, 湿飞灰用敞口卡车运走。飞灰应当作为细粉尘进行处理。在所有空气中存在飞灰的环境, 都应使用P2型面罩, 除非可以证明, 在所有飞灰贮存的容器都采取了特殊的有效的净化措施。另外, 在所有发生泄漏的区域建议都使用呼吸防护设备。
2 合成气湿洗
2.1 目的
(1) 调整湿洗塔C1601加碱量, 脱除酸性气体及卤素。 (2) 将合成气降温并将其水汽饱和。 (3) 除去合成气中的固体杂质。
2.2 工艺描述
湿洗单元是除去从合成气冷却器送来的粗合成气中的少量飞灰等微量的固体, 加碱除去HCl、HF等酸性气体。然后将净化后的合成气分为三股, 一股送至热风炉, 一股送去界区外, 一股作为循环气用于气化炉激冷。洗涤后产生的灰水送至17单元。
在湿洗系统 (U-1600) , 大约335℃的热合成气在文丘里洗涤器中被急冷, 然后, 粗合成气进入干固体脱除系统 (U-1500) 。在干固体脱除系统, 粗合成气中所含的盐酸、氢氟酸和微量固体被脱除, 合成气在填料洗涤塔中被160-170℃的水蒸汽所饱和。该洗涤塔下游, 合成气被分成两股物流。主要的合成气被当作“产品合成气”被送至下游单元 (界区) , 少量的合成气被用作气化单元U-1300循环急冷气, 并且作为合成气被送往燃料系统和火炬总管U-3100。来自干固体脱除系统温度为335℃, 压力为3.88MPag的粗合成气含有4ppmv的盐酸和微量的氢氟酸, 该粗合成气被送入文丘里洗涤器 (J-1602) 中, 粗合成气与由P-1601A/B送来的来自填料洗涤塔 (C-1601) 底部水溶液充分混合。离开文丘里洗涤器的气/液混合物进入C-1601的底部, 在C-1601底部气/液进行粗略的分离。20mol%的碱溶液加入到文丘里洗涤器的循环回路中。碱液加入量采用其与处理气量的比率进行控制, 并通过作用在比率调节器上的PH值来调整。因此, 文丘里洗涤器和填料洗涤塔 (C-1601) 两个循环回路的PH值保持在7.0-8.0之间。
文丘里洗涤器循环回路的流量在各种工况下均控制为24.24kg/s, 以保证良好的气/液接触, 该循环流量通过流量调节器进行控制。C-1601底部的部分溶液在流量控制下输送至酸浆汽提塔给料槽V-1704 (U-1700) 。在各种操作条件下, 抽出量固定为2.39kg/s。该流量也可通过操作两个排放装置增加。这可能在工艺扰动 (增加到洗塔的固体负荷) 期间、或塔被倒空或停车冲洗时要求如此。
3 结语
气化-FT合成技术 篇3
二十世纪中叶, 我国只有两家合成氨工厂, 分布在大连及南京。当时, 在上海也有一个小型合成氨的车间, 其主要原料是水电解法制氢, 其每年的生产能力综合为46kt氨。20世纪中叶之后, 我国合成氨的产量呈现快速增长的态势。固定床气化技术即在这一时期开始发展, 合成氨国产化时小3000吨合成氨厂的国内特有的小土炉发展而来的固定床造气炉, 最初是人工搬考克切换气体流向, 后改水压自动机, 现在改为微机自动操作, 是中国特有的造气方法, 当然现在已不允许建设了, 在向固定床富氧制气方向改造。最近几年, 我国逐渐加大了对化肥工业的重视程度, 由此我国的合成氨工业的到了迅速发展, 同时逐渐形成了一种特有的合成氨生产格局, 即大中型合成氨工厂并存、以天然气、石油、煤为原料并存的大体格局。我国现有能源结构为:石油资源贫乏、煤资源富裕, 同时结合我国目前资源的价格及投资情况, 可以发现, 我国合成氨工业今后的发展方向仍然是以煤为主要原料的。
合成氨生产中原料煤占合成氨企业生产成本的l/3左右, 把粉煤加工成型煤作为生产半水煤气的原料, 可降低合成氨企业的生产成本, 提高企业的竞争力。 因此型煤气化技术的研究不仅对于企业经济状况而且对于整个社会的长远发展都有深远的影响。
1.1 型煤技术
型煤是一种清洁、高效能的新型燃料, 是以适当的工艺和设备等经过配制、混合等加工工艺, 将粉煤加工成具有一定形状、尺寸及理化性能 (热稳定性、防水性等) 的块状燃料。
按照用途型煤可分为民用型煤、工业型煤, 其中工业型煤占比例比较大。利用廉价易得的粉煤生产优质的气化型煤, 具有很高的社会效益, 为此国家把型煤产业列为节能、环保的重点扶持产业。
2 型煤煤气化技术制气方式
首先是间歇气化方法。在气化过程中, 原料煤由气化炉顶部加入, 气化剂由气化炉底部加入, 两者逆流接触, 与气体上升的速度相比, 相对于气体上升速度而言, 原料煤的下降速度相对较慢, 所以将其称之为固定床气化方法。固定床中的煤炭和气化剂是逆流接触, 这一特点使固定床所产生的煤气的终温小于其他炉型, 相比于其他炉型, 其热效率较高。
间歇气化制气流程为:进行吹风反应将炉温提高到一定温度, 然后停止送风, 送入水蒸气进行制气反应。吹风和制气反应交替进行, 炉内温度也是先升高后降低, 所得的半水煤气质量也呈现周期性波动。通常将一个生产工艺循环分成吹风阶段、一次上吹制气阶段、下吹制气阶段、二次上吹制气阶段、空气吹净阶段等5个阶段来完成。
其次是富氧空气连续气化法由于空气中氧气含量过低是不能实现连续制取合格半水煤气的根本原因, 所以采用富氧空气代替空气作为气化剂就可以实现连续制气。
型煤固定床富氧连续气化工艺流程大致如下:用粉煤加工制作的型煤, 从煤气发生炉顶部料仓以三到五分钟的时间间隔由自动加料机间歇加入气化炉内, 富氧空气和水蒸气自下而上通过煤层, 型煤则完成干燥、干馏、气化还原、氧化燃烧和灰渣冷却等变化。煤气从气化炉顶排出后, 经降温除尘、余热回收等工序, 最终得到合格的半水煤气。
3 型煤制气工艺条件
型煤制气过程中的工艺条件包括温度、吹风速率、水蒸气用量、燃料层高度等方面, 由于型煤在理化特性上的优势更适用于采用无烟块煤作燃料时的“三高一短”的工艺条件, 即:高炉温、高风速、高炭层、短循环。其中需要注意的是富氧制气不存在短循环的问题。除此之外, 型煤制气过程中对工艺条件要求一般包括以下几个方面, 但最优工艺条件的确定需生产企业进行长期的造气生产实践来探索。高温有利于制气, 高炉温时, 气化反应速率快, 水蒸气分解率高, 但高炉温会造成热损失增加。实际生产中高炉温应控制在保证炉内不结疤的前提下低于燃料灰熔点t2点温度下操作。
由于型煤强度较低, 在高炉温操作时, 易出现蜂窝状理想疤, 应采用低灰渣层操作, 另破渣条应比块煤炉要长1/3 左右, 采用锥状破渣条, 炉篦采用七层六边型高破渣能力炉篦, 防止渣层上篷, 是操作的关键。
型煤气化比块煤气化生产的原料气中二氧化碳的体积分数要高百分之四到百分之六, 煤气中二氧化碳含量可达为百分之十到百分之十四。要把二氧化碳体积分数降低以提高有效气体的含量就必须提高燃料层中还原层的厚度, 因此就需要把煤气发生炉炉体加高, 燃料层进一步加厚。
4 结语
我国具有丰富的煤炭资源, 是理想的型煤技术研究发展条件, 因此要逐渐加强对型煤技术的研究。本文以合成氨的发展现状为依据, 探讨了型煤技术以及其在合成氨工业中的具体应用, 以供参考。
参考文献
[1]张庆莉.节煤助燃剂在合成氨型煤造气中的应用研究[J].甘肃石油和化工, 2014, 01:27-30+34.
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[3]马亮, 薛树琦, 闫文召.余压透平发电技术在合成氨工艺中应用研究[J].现代化工, 2014, 06:118-121.
[4]陈志勇, 卢建军, 苗茂谦.我国合成氨工业节能减排技术进展[J].现代化工, 2014, 12:12-16.