煤气化技术工艺分析（精选8篇）
煤气化技术工艺分析 篇1
煤气化是把已经过筛选、研磨等适当处理过的煤送入反应器如气化炉中,通过空气或氧气和蒸汽的氧化剂,在一定的温度和压力下,以一定的流动方式,如移动床、流化床或携带床再转化成气体,得到粗制水煤汽,最后再通过多级的脱硫脱碳的工艺获得精制一氧化碳的过程。当前发展煤气化技术是中国未来能源产业的重要出路。
1 煤气化技术的应用背景
新一代的煤气化工艺主要有水煤浆气化和粉煤气化,其工艺特点是:煤种适应性广,生产能力大,气化效率较高,并且对环境造成的污染较小。70年代的两次石油危机,使以油为原料的化肥甲醇等企业面临困境,德士古水煤浆气化技术的应用和发展,为煤化工开辟了新道路。下面以具有代表性的Texaco水煤浆加压煤气化技术加以分析。
2 Texaco水煤浆煤气化工艺原理
2.1 水煤浆在气化炉内的反应
水煤浆和氧气通过德士古烧嘴混合后喷射时立即雾化进入气化炉,在高温、高压下,瞬间煤浆中水被气化,均匀粉末状煤粒子被气体隔开,各自独立发生反应,生成以二氧化碳和氢气为主要成分的粗合成气,其中甲烷含量很少,一般仅为0.1%以下,碳化率可高达98%。由于反应条件,即反应温度高,所以一些可凝聚的副产物如渣油、酚类,高级烃等基本不会产生。气化炉内一般也会发生这些反应:
还有可能会发生其它副反应,如下:
3 德士古水煤浆气化工艺流程
德士古水煤浆气化基本由这几个系统组成:制浆系统、合成气系统、烧嘴冷却系统、锁斗系统、闪蒸及水处理系统。其工艺大体份三个单元:制浆,水煤浆气化和水处理。
3.1 制浆
即通过计量进入磨煤机的碎煤与一定量的水混合,并通过磨煤机磨成一定粒度一定浓度的水煤浆,最后由水煤浆泵加压后泵入气化炉。
3.2 水煤浆气化
由煤浆泵送来的物料和空分来的氧气经气化炉顶部喷入炉内,在1 400℃下发生部分氧化反应,并生成粗煤气,生成的粗煤气和熔渣一起流经气化炉底部的激冷室激冷后,气体和固体残渣分开。熔渣由气化炉底部排出[3]。
3.3 水处理
由于水煤浆在气化炉内气化需要大量的水,故而激冷室的黑水和洗涤后的黑水都经过多级闪蒸去除其中的溶解气体,再经过沉淀出水中的黑渣后的水叫灰水,除少量外排,其它皆打回气化单元重复使用,避免了水资源的浪费。
4 煤气化技术在中国的发展机遇
4.1 国内煤化工企业对煤气化技术具有极大的热情
目前,国内已经建成了不少规模不等的“煤制油”项目。投资数百亿元的陕西榆林市煤制甲醇和煤变烯烃的项目在2015年底基本具备投产条件。山西潞安集团年产540万t的煤制油项目已在施工中,其中部分煤基油等项目已开工并平稳生产。
4.2 航天工程引领煤气化技术发展方向
航天工程作为煤气化行业的典型,依托领先的技术、强大的关键设备研制能力、先进的项目管理优势、职业化的人才优势、项目全生命周期服务优势等核心竞争力,为大型能源集团公司、煤化工企业、石油化工企业、电力企业等客户群提供优质、高效、全面、完备的服务。
4.3 清洁能源与绿色化工是未来化工行业发展的必然趋势
随着工业化的不断发展,给我们生活带来了无尽的便利,然而诸如酸雨、沙尘暴之类名词刚要从我们的脑海中淡去时,“雾霾”又来了,这可能是大自然最后的警钟,所以人类要生存,要发展,环境必须放在第一位。
综上所述,我国的煤炭气化技术发展前景广阔,虽略有成果但将面临着更大的挑战。
5 结束语
以德士古水煤浆气化为代表的煤气化技术已成为煤炭清洁高效利用的核心技术,我国石油和天然气资源相对短缺,煤炭资源丰富,价格低廉,故而煤炭的合理转化和利用,主要是煤炭的气化,对中国无论是目前还是长远都有着重要的意义。
摘要：以德士古为例对煤气化技术的特点、工艺流程进行详细分析,阐述了煤气化技术对我国当前贫油富煤,且保护生态环境刻不容缓的特殊时期的积极影响,并简单分析了煤气化技术的发展机遇。
关键词：煤气化,Texaco工艺,水煤浆
参考文献
[1]王传贤.水煤浆加压气化与联产甲醇、CO与煤气的三联供技术[J].天然气化工,1998,(23).
煤气化技术工艺分析 篇2
高炉煤气热风循环式技术在解冻工艺的应用
酒钢利用高炉煤气热风循环式解冻工艺是现代被采用的节能技术,热风循环式是将放散的高炉煤气替代解冻工艺用的焦炉煤气,这样,既可以解决公司焦炉煤气平衡不足的.难题,又可以充分地利用公司的低热值能源,为今后带来持久的经济效益,提供了重要的调节手段.采用热风循环式解冻工艺,可以回收废气余热,使用热效率更高.
作 者：虞芳 YU Fang 作者单位：酒泉钢铁(集团)有限责任公司,设计院,甘肃,嘉峪关,735100刊 名：甘肃冶金英文刊名：GANSU METALLURGY年，卷(期)：200931(6)分类号：X757关键词：热辐射 解冻工艺 热风炉 设计
煤气化技术工艺分析 篇3
1 煤气化基本概念及原理
1.1 煤气化概念
煤气化工艺主要以煤和煤焦作为原料, 并通过添加气化剂的方式, 在特定温度和特定压强下促使固态煤原料气化成所需的气体燃料。
1.2 煤气化炉基本概念
煤气化炉又称煤气发生炉, 根据煤原料的性质和对煤气化产品的要求有多种煤气化炉, 不同的煤气化炉有不同的优点和缺点。
2 煤气化基本工艺介绍
2.1 固定床气化工艺
固定床气化主要以10到50毫米的块煤为生产原料, 通过运用固定床气化工艺的方式对固态煤原料进行气化工作。其主要包括间歇式气化 (UGI) 和连续式气化 (鲁奇Lurgi) 两种不同的工艺。首先, 间歇式工艺早在20世纪30年代就已经被研发出来并应用于实际的煤气化工作中, 该方式具有投资少, 易操作的优点, 但同时该工艺气化率低、能耗高并且会对周边环境造成严重的污染, 因此随着时代的进步, 人们逐渐加强的环境意识使他们认识到了该工艺的不足之处, 国家发改委也逐渐禁止了在煤化工生产中使用该工艺。而连续性气化工艺作为改善间歇式气化工艺的方法, 初步解决了间歇式工艺所存在的问题, 被逐渐应用于实际的煤气化工作中。
2.2 流化床气化工艺
流化床气化工艺又成沸腾床气化工艺, 该工艺通过借助向上移动的气流来使粉煤呈现出流态化的形态, 进而可以在一定温度和压强下促使煤原料与氧气、氢气等气化剂转化成煤气。该工艺最大的优点在于其可以对各种各样的煤原料进行气化转化, 甚至是褐煤等质量较差的煤原料。随着采煤技术的发展, 这种工艺被普遍应用于实际的煤化工生产中, 但是这种工艺也存在着煤尘较大的问题, 虽然大大提高了煤气化的效率, 但是却给设备的清洁保养带来了难题, 会缩短煤气化炉及相关设备设施的使用寿命, 此外, 流化床气化工艺对煤气化炉的容积要求较高, 会增加煤气化炉的占地面积, 加大煤气企业的成本投入。
2.3 气流床气化工艺
随着科技的进步, 人们为了同时解决利用率低、污染重等多方面问题, 逐步改善工艺, 并研究出了一种全新的煤气化工艺, 就是气流床工艺。这种工艺由于可以适用各种煤原料, 并具备一定的清洁性和环保性, 目前已经广泛应用于各大煤气化企业。根据煤气化的原料, 气流床气化工艺包括水煤浆和干煤粉两种。前者通过将煤粉与水混合制作成煤浆, 并用泵送入气化炉, 在1350到1450的温度下就可以发生气化。后者通过将干煤粉与气化剂结合的方式加入到气化炉中, 主要在1500到1700的温度下就可以发生气化。只要严格控制好煤气化炉的温度, 就可以最大程度上减少杂质气体的产生, 降低污染程度。
3 煤气化废水水质分析
不同的煤气化工艺技术会配备不同的煤气化炉, 也就会需要使用不同的气化剂, 因此也会造成不同的废水污染。目前, 根据气化炉的气化技术及内流形式, 大体可以分为固定床、流化床和气流床三种。常见的煤气化炉包括国内常用的富氧连续化炉、加压鲁奇固定床气化炉、灰熔流化床气化炉、恩德炉几种。一般来说, 煤气化废水主要包括焦油、甲酸化合物、氨、氰化物等。不同的气化炉所造成的废水含量是不同的, 对环境的污染程度也有所不同。通过对实际生产的数据进行比对, 鲁奇炉所产生的废水污染程度要比其他种类的气化炉较高。而壳牌气化炉作为目前最为先进的煤气化工艺, 通过氧化反应及降温系统, 可以很明显的减少排放的废水, 在一定情况下甚至可以做到零污染。
4 结语
近年来, 环境问题和资源问题越来越成为有关专家的一大难题。煤气化工艺的逐渐进步表现了人们的环境意识在日益提高。为了有效减少工业污染, 我们不能实行先污染后治理的方法, 而是应从根本上根除污染, 一方面加大政策力度, 解决根除不良企业, 另一方面, 有关专家应尽最大努力改善煤气化工艺, 从根本上减少污染的产生, 促进煤化工企业的可持续发展。
参考文献
[1]吴艳波.Shell粉煤气化一氧化碳变换工艺技术经济比较[J].化工设计, 2012, 05:17-19+1.
[2]章荣林.基于煤气化工艺技术的选择与评述[J].化肥设计, 2008, 02:3-8.
[3]李明珠, 胡振清, 郑峰, 钟美瑶, 潘郁夫, 刘尚宜, 张正国.国内外先进煤气化工艺技术的研究[J].化工技术与开发, 2016, 03:38-43.
[4]李宇航, 马玉红.煤气化工艺技术比较[J].一重技术, 2011, 02:7-9.
焦炉煤气制甲醇的工艺技术分析 篇4
近年来随着钢铁工业的不断发展, 其对焦炭的消耗量十分巨大, 由此也带动了炼焦产业快速发展。这就导致了焦炭的产能无序扩张, 其大量的副产物即焦炉煤气, 如果不被很好的处理和利用, 会使得环境急剧恶化, 给环境带来巨大的危害。有些企业为了经济利益或者其相关技术水平不够高而“只焦不化”, 将产生的大量焦炉煤气直接燃烧, 其一方面造成了大量的资源浪费;另一方面, 也使得大量的污染物因燃烧而释放到空气当中, 造成严重的大气污染。为了更好地利用焦炉煤气, 构建资源节约型社会, 采取一定的工艺和方式充分利用焦炉气有着重大的意义。甲醇作为一种新型的替代能源和化工原料, 在我们的社会生产过程中被广泛的应用。本文介绍了利用焦炉煤气制备甲醇的工艺, 并对其相关技术进行分析和探讨。
1 焦炉煤气制甲醇的工艺流程
用焦炉煤气制备甲醇主要是用了一些转化的手段, 将焦炉煤气中的甲烷转化为能够合成甲醇的有效成分, 这其中涉及到的一些焦炉煤气净化技术较为复杂。焦炉煤气中主要有H2、CO和CO2, 这是制备甲烷的有效成分。除此之外, 焦炉煤气中还包含有25%的CH4和少量的焦油、苯、萘、氨和硫等, 这其中的CH4经转化为有效成分后是可以被利用的, 但其他的成分是对甲醇的制备没有用处的, 其存在往往还会对甲醇的制备有危害。因此焦炉煤气的净化和CH4的转化构成了甲醇合成技术的难点。
焦炉煤气制甲醇的工艺流程大致是:焦炉煤气进行初步的净化之后进入气柜, 焦炉气压缩机对其进行加压、加氢转化, 再用干法进行脱硫处理, 使其中的总硫含量低于0.1×10-6, 之后采用催化氧化的方法把甲烷和一些碳氢化合物转化为能够合成甲醇的H2、CO和CO2, 用压缩机对其进行加压至5.5 MPa, 然后送入合成塔中合成甲醇。此时生成的甲醇是粗甲醇, 其成分中含有少量的水、二甲醚、乙醇等物质。工艺的最后阶段是对粗甲醇进行精馏, 从而得到最终产品甲醇。
2 工艺特点
2.1 煤气的净化
对焦炉煤气进行净化的技术难点是脱除硫化物, 硫化物的存在会使得转化和合成过程中催化剂中毒, 因此必须要除去硫化物。脱硫一般采取的方式是先用湿法去除大部分的H2S, 之后再对有机硫进行加氢处理, 使得其转化为H2S, 用固体的脱硫剂去除。目前应用较为广泛的方法是铁钼加氢转化铁锰吸收, 之后再镍钼加氢转化氧化锌吸收这种两转两吸的方法。通过这种方法能够将硫化物的含量降低到0.1×10-6以下, 能满足生产工艺的需要。
2.2 甲烷的转化
甲烷和碳氢化合物等烃类物质在焦炉煤气中的比例占到了约30%, 这些物质要经过一定的转化成为合成甲醇的有效成分之后方可对其加以利用。如何提高其转化为有效成分的效率, 更充分的利用这些烃类物质也是焦炉煤气制甲醇的技术难点和关键点。在实际的生产中常采用的转化方法是催化部分氧化法和蒸汽转化法。这是因为催化部分氧化法的转化炉构造较为简单, 流程短且有反应速率快和投资低的特点, 较适合生产当中应用。焦炉煤气中的一些氢气、甲烷、碳氢化合物在转化炉上部的燃烧室中进行燃烧, 其所放出的大量热正好提供了转化所需的热量。燃尽氧之后的高温气体进入到下面的催化剂层中, 在催化剂的作用下, 烃类物质与水蒸汽发生反应, 转化为能够合成甲醇的有效成分。其转化炉出口气体中的所含甲烷低于0.6%。
2.3 甲醇的合成与精馏
在焦炉煤气制备甲醇的过程中均采用低压的方法。合成气在经过压缩机加压至5.3 MPa后经过预热进入合成塔。在220~260℃时H2、CO和CO2在铜催化剂的作用下经反应生成产物甲醇和水。此时的产物中含有一些微量的有机杂质, 在合成塔的出口中甲醇的含量能够达到4%~6%, 再经过冷却之后得到粗甲醇。其精馏是采用三塔精馏的方法, 有两个主精馏塔, 第一个在加压环境中操作, 第二个则是进行常压操作, 用加压塔的塔顶部的蒸气为常压塔再沸器进行加热, 充分的利用热量节约资源。
3 运行情况分析与研究
3.1 气体的净化
焦炉煤气的净化程度是影响甲醇生产的重要因素。主要原因有两个:一是焦油脱除如果不达标会使得脱硫液被污染, 降低脱硫的效率, 如果含硫物质在压缩机阶段大量出现会使得活门的启闭不灵, 使活塞环的作用丧失, 打气量受到影响, 大大缩短了压缩机的运行时间。二是如果粗脱硫效果不达标, 会加重后期精脱硫的负担, 缩短固体脱硫剂的使用时间。
为了较好地对气体进行净化就要严格把控每一个环节每一个流程的净化效率, 对净化的工艺加强管理, 通过不断地优化工艺来进一步地提高净化的效果。在对硫进行脱除的过程中, 要充分地利用湿法脱硫中脱硫液可以再生的这一特性, 选用对有机硫的脱除效率较高且吸收量较大的吸收剂如PDS、NHD等, 把总硫的含量控制在100 mg/m3以下。
3.2 甲醇合成氢碳比的调整
合成甲醇的有效有成分是H2、CO和CO2, 但是用CO2合成甲醇的耗氢比CO要多出50%来, 因此在工业的生产原料中, 要求二氧化碳的含量低一些, 较为理想的氢碳比是:
单从分子式来看, 要合成单位质量的甲醇需要的氢气和一氧化碳的比例是2∶1, 但在实际的工业生产中, 这个比例的合成转化效率并不理想。对于合成转化的反应, 因为氢气在催化剂表面的反应速率比较慢, 是影响整个反应过程的控制步骤, 所以在一定的范围内提高氢气的含量对于提高反应速率和反应进程, 减少副反应都有较好的效果。因此, 在合成甲醇的过程中要适当提高氢气的含量来提高甲醇的产率。
在反应的过程中, 提高氢的含量有利于提高其反应的进程, 但是由于在实际的反应中碳和氢还是按照原本的比例生成甲醇, 因此使得出口中的气体中氢的含量较高, 使得能耗消耗增大, 设备生产能力降低。解决这一问题的方法是补碳, 用回收的烟道气中的二氧化碳或者用煤炭制水煤气来进行补碳。控制较为合理的氢碳比对于提高甲醇的产量和增强资源的利用有着重要的作用, 在实际的生产中要重视此问题。
3.3 惰性气体含量的控制
在焦炉煤气中含有一定的惰性气体, 如氮气等, 其会增加能耗且降低甲醇的产量。为了减少原料气中的惰性气体, 首先要重视炼焦的过程, 做好相关的密封工作, 降低空气的吸入;再者要对转化气中的甲烷含量进行控制, 使其保持在0.6%左右。根据实际的情况, 一般惰性气体的含量控制在15%~25%的范围内, 氢碳比控制在2.15左右的原料气是较适宜进行甲醇的制备的。
4 结语
在甲醇的制备过程中涉及到了大量的较为重要和关键的技术, 其连续操作的工艺使得企业在生产的过程中要严格把控每个环节的操作, 任何一个工序出现差错都有可能产生一系列的连锁反应, 对甲醇的制备带来重大的影响, 使得甲醇的制备情况不理想。为了使企业能够实现高产且稳定的运行, 要在工作中加强各工序之间的配合。重视焦炉煤气的净化工作, 这是高效生产制备甲醇的重要前提。在每个工艺环节控制好相关的工艺指标, 避免生产中不利于合成和转化的因素产生, 实现资源的利用, 并使得企业获得较好的经济效益。
摘要：焦炉煤气的直接燃烧会对大气造成一定的污染, 同时对于我国这样一个对能源需求量较大的国家来说, 若不能充分地利用由炼焦而产生的大量焦炉气是对资源的一种极大浪费。焦炉煤气制甲醇的实现使得焦炉煤气的综合利用实现了经济、高效、环保三者的统一。文章对焦炉煤气制甲醇的工艺进行技术分析, 对其生产的流程和生产过程中的问题进行了论述。
关键词：焦炉煤气,制甲醇,工艺,技术
参考文献
[1]李东志.焦炉煤气制甲醇的工艺与探索[J].河北化工.2010, 10 (4) :27-28.
[2]武振林.30万吨/年焦炉煤气制甲醇工艺在工业中的应用[J].天然气化工, 2012, 6 (4) :5-6.
[3]武振林, 李华, 王维刚.30万吨/年焦炉煤气制甲醇装置转化工段工艺条件的优化[J].天然气化工.2012, 1 (5) :40-41.
煤气化技术工艺分析 篇5
1 PDS脱硫技术应用于焦炉煤气净化工艺中的合理性分析
PDS脱硫技术主要是以PDS催化剂为主的脱硫工艺, 其最早应用于一家化肥厂的脱硫处理当中, 并且获得了成功, 因此在脱硫处理方面得到了较为广泛的推广和应用[1]。PDS催化剂脱硫工艺, 主要是让PDS催化剂与氨发生化学反应, 从而达到脱硫的效果。而PDS脱硫技术在焦炉煤气净化工艺中的应用, 则是以焦炉煤气中的氨为碱源, 从而进行湿法脱硫工艺处理。PDS脱硫技术应用于焦炉煤气净化工艺中的合理性主要有以下三个方面原因:
第一, PDS催化剂可以与焦炉煤气中的水洗氨等化学元素进行反应, 因为硫化氢的脱除效应, 可以减轻硫化氢对设备的腐蚀性, 经过HCN的分解, 硫化氢和HCN会得到部分消除, 从而降低焦炉煤气中的硫元素含量, 使之达到一定标准, 避免硫元素对环境的污染, 并且产生的浓氨水还可以进行农用。
第二, 随着PDS催化剂与氨的化学反应, 硫铵产量会有所降低, 但同时, 游离酸的含量也会随之降低, 这样一来, 生产的硫铵产品色泽将会变白, 其中含有的有害物质也会大幅度降低, 对环境的污染也会随之降低。
第三, 硫化氢和HCN部分消除, 减少了对设备的酸性腐蚀, 也降低了热器部位和管道堵塞现象产生, 造成这一影响因素的主要原因则在于减少洗油渣的出现。
2 PDS脱硫技术在焦炉煤气净化工艺中的配置要求分析
2.1 脱硫后的硫产品处理问题
硫产品对设备具有很大的腐蚀性, 在应用PDS脱硫技术处理焦炉煤气净化工程时, 要注意到熔融硫和硫膏的处理问题[2]。由于硫元素会对环境以及水体产生污染, 对设备进行腐蚀, 净化工艺中的配置要具有配备膜技术, 防止硫腐蚀以及水体污染问题出现。针对于这一问题的配置选择上, 要切实考虑到硫元素处理问题, 避免设备腐蚀和水体污染现象发生。
2.2 净化工艺中的配置设备选择
进行PDS脱硫技术后, 焦炉煤气净化工艺的配置要注意到再生设备的选择, 其主要是针对于焦炉煤气中以氨为碱源的溶液处理问题上。PDS脱硫技术主要是以PDS催化剂与氨进行化学反应, 从而实现脱硫目的。不过在这一过程中, 如何处理催化反应产生的泡沫, 这就关系到了净化工艺的配置设备选择问题了。合理选取有效的再生设备作为PDS脱硫技术的配置设备, 将更加有利于脱硫工作的顺利完成。
2.3 注重防腐问题
PDS脱硫技术在焦炉煤气净化工艺中的配置最重要一点要求, 就是防腐问题。在进行PDS催化剂脱硫过程当中, NH3的存在造成了设备的腐蚀问题, 如何做好防腐问题, 是焦炉煤气净化工艺进行工艺配置的关键。一般来说, PDS脱硫技术在焦炉煤气净化工艺中采用空气氧化再生工艺, 会产生大量的NH3气体。为此, 在进行这一工艺配置时, 要加大管径, 增强压力, 减少该气体在管内过多停留, 从而引发腐蚀现象产生。
2.4 确保催化剂和煤气中含氨量
PDS脱硫技术是PDS催化剂和氨进行化学反应, 从而达到脱硫效果。正因如此, 在进行净化工艺配置时, 要注意催化剂的含量以及煤气中的氨含量, 避免因为这两种元素短缺问题, 从而引发脱硫效果不佳, 或是造成氨含量不足问题。由于在脱硫过程中, 废液会带走NH3, 从而造成氨损失, 这时候在工艺配置中配置氨的补入设施, 从而确保脱硫工艺正常进行。在PDS脱硫工艺中, 配置氨的补入设施, 有利于维护脱硫系统的水平衡, 这是PDS脱硫技术在焦炉煤气净化工艺配置中较为重要的一环。
3 结语
综上所述, 通过研究PDS催化剂在焦炉煤气净化工艺中的脱硫处理时, 我们不难发现其采取工艺手段的配置要求。对此, 做好净化工艺的配置需求, 对于PDS脱硫技术在焦炉煤气净化工艺中发挥有效作用具有重要意义。同时, PDS脱硫技术在焦炉煤气净化过程中可以对硫化氢、氨等资源有效利用, 保证不污染环境的同时, 又实现了资源的有效利用, 一举两得。因此, 广泛推广PDS脱硫技术对于我国焦炉煤气净化来说意义重大, 要切实推动该项工艺技术的发展。
摘要：当下社会经济发展形势下, 我国提出了实现经济、社会、环境三者协调可持续的发展道路, 降低能源消耗, 实现清洁能源生产, 是当下我国发展社会主义市场经济的主要发展模式。对此, 针对于焦炉煤气净化工艺的脱硫技术, 对于降低煤气硫元素的污染来说, 具有重要意义。本文主要探讨和分析了PDS脱硫技术在焦炉煤气净化工艺中的配置要求, 对脱硫工艺的配置以及工艺本身进行了研究, 旨在为PDS脱硫技术在焦炉煤气净化工艺中的配置要求提供一些参考和借鉴。
关键词：PDS脱硫技术,煤气净化,工艺配置
参考文献
[1]程晓辉, 杨州.PDS煤气脱硫工艺的探讨[J].燃料与化工.2011, 10 (02) :145.
壳牌煤气化工艺除渣系统简要分析 篇6
1 除渣系统概述
为方便描述我们将沿用壳牌煤气化对除渣系统设备位号的命名。
在壳牌煤气化中,此系统被命名为14单元。本单元通过渣池V-1401、渣收集罐V-1402、渣锁斗V-1403以及渣水泵P-1401、灰水泵P-1402形成的水域循环来完成收渣与排渣的过程。
2 除渣系统的简述流程
14单元的进料物流包括:熔渣、高压水、低压水、高压氮气;产品物流包括:湿渣、灰水、排放气体。
煤粉进入气化炉后与氧气反应形成熔融状态的渣,而后通过气化炉内的渣口流入V1401水域内,再由破渣机X-1401进行破碎后进入V1402进行渣的收集。其中,V-1402的渣水会经P-1401进入水力旋流器S-1403分离出一部分浓度较高的渣水排入水处理单元,而澄清的水则通过换热器E-1401再次由喷水环喷出返回水域。
V-1403与V-1402连通前处于常压状态,先通过低压水进行上水,再由高压氮气对其充压,当V-1402与V-1403压差极小时开始对接。V-1403经过一段时间的接料后再与V-1402断开进行泄压,当泄到常压后V-1403内的渣排入渣脱水仓T-1401,而后再经以上反复形成一个完整的除渣循环。
3 渣水温度研究
在熔渣排入V-1401的过程中,渣水的温度会产生变化,这个温度的变化与气化炉的负荷和氧煤比的调节有着直接的关系。
在这里我们只分析气化炉负荷对渣水温度的影响。当气化炉负荷升高时,产生的渣量也随之增多,这样水域的换热量就会增大,温度也随之升高。反之,随着气化炉负荷降低时,水域温度也会下降。
当前提是大幅度调整气化炉负荷时,E-1401冷却水温度不变,煤种类不变,无手动干预氧煤比时,当气化炉负荷提高时,水域温度没有升高或者降低,气化炉会发生什么变化呢?
在生产实践中,当出现上述状态时,说明气化炉的渣口已经发生收缩,也就是说出现了气化炉渣口堵渣的情况。因为当气化炉渣口收缩或堵死时,所产生的熔融渣进入14单元的量会减少或没有进入,这样水域的换热量也会降低,从而导致温度的降低。这种温度的反应是相当准确的,为我们观察和研究气化生产提供了标志性的作用。当然还有一些其它的参数能够说明渣口状态,而且其变化会比水域温度的变化更为及时,但是这些仪表参数并不在除渣系统,所以在这里不进行分析和阐述。
4 渣锁斗研究
在V-1403泄压时,如果其液位控制过高,最容易出现的就是泄压带水的现象,这种情况在正常环境温度下并且少量带水时会通过导淋和排水管线排出。但是如果环境温度过低或泄压大量带水时则会导致V-1403泄压不畅,从而无法顺利排渣,同时液位过低时则更会造成渣池液位的大幅度波动,甚至触发联锁跳车,因此V-1403的液位控制就成为了关键。
当V-1403下渣完成时会通过低压水对其进行上水,壳牌煤气化工艺所采用的是通过V-1403的液位对上水量进行控制,并且所控制的上水液位在90%左右。这种控制的优点就是较为直观且容易操作,但是在V-1403内,渣水的浓度是相当高的,很容易发生液位计因堵塞而产生指示不准,特别是当环境气温在零下时更会产生仪表参数的漂移。这种现象在生产过程中是经常遇到的,并且加大了对液位控制的难度。于是我们利用上水时间对液位进行控制,并与液位控制上水进行对比找优。
在V-1403的上水流程中,低压水泵P-3306为其提供低压水。假设我们将要对V-1403上水到90%,则会列出一个简单的计算公式:
T=V×90%÷F
其中T为上水时间;V为V-1403的体积;F为P-3306出口的平均流量。
然而在实际生产过程中会遇到各种因素,比如,P-3306的流量与V-1403的液位同时发生指示不准的情况,这样就要求操作人员具备较丰富的操作经验。
5 捞渣系统
在V-1403泄至常压后,排渣阀门打开,其中的煤渣和灰水被排入T-1401。在这部分的工艺中,壳牌煤气化与一些其它煤气化工艺所采用的捞渣系统都是大同小异,关键之处在于捞渣机的维护上。在这个工艺中只有一套捞渣系统,一旦出现捞渣机因过载跳车,就会使整个气化生产陷入极为被动的局面,甚至被迫使整个气化系统停车。那么应通过什么方式来减少捞渣机问题的发生呢?
首先,必须分析捞渣机过载跳车的原因。通过长期的生产经验来看,其发生跳车的主要因素有两个:(1)形成渣块过大,损坏刮板;(2)形成渣块过细,造成渣堆积卡死链条。
针对以上原因,我们进行了相应的技术改造和操作上的控制:
(1)通过加冲洗水对捞渣机链条进行冲洗,防止链条被卡;
(2)调节氧煤比和对破渣机油压进行监控,防止形成过大的渣块。
虽然在技术改造与控制操作指标后有效地防止了捞渣系统的跳车机率,但是一旦有意外发生,便是不可逆转的,所以建议多设计一套捞渣系统,达到一开一备的目的。
6 总结
壳牌煤气化这种新型的干粉加压技术被引进国内后,形成遍地开花的状态,其先进鲜明的技术特点也被各个生产厂家所认可。但是由于各地的自然环境不同等因素,在生产时所遇到的问题也不尽相同,所以技术方面的深入理解和一些因地而异的改造便成了我们现在所要解决的首要任务。
煤气化技术工艺分析 篇7
1 煤气化工业概述
1.1 水煤浆气化粗煤气分析
水煤浆气化工艺属于激冷型流程, 在具体操作之中对于压力的要求很高, 一般需要控制在2.7~8.5MPa之间。在粗煤气当中, 一氧化碳产出的含量为42%~47%, 与生成氢气的比例基本一样。但是一氧化碳本身的负荷变化不大, 所以, 也不会明显的影响变换炉温度。
水煤浆气化粗煤气时, 会出现严重的水汽化, 所以, 一般需要添加水蒸气, 这样才能符合变化的需求。正是因为这个原因, 所以, 在进行粗煤气的变换反应之后, 冷凝液的需求更多[1]。
1.2 粉煤气化粗煤气分析
相比水煤浆气化, 粉煤气化需要的压力较小, 3.8MPa即可。因为水蒸气的比例大幅度减少, 因此, 一氧化碳的干基可以达到60%~70%。那么反应变动所需要的推动力较大, 反应过程也很剧烈。
所以, 在废锅型工艺粉煤气化的过程中, 就很容易出现变化炉温度过高的情况, 在生产之中的热处理是不会间断的, 需要相对应的配套生产设备。另外, 考虑到粉煤气化的生产率较低, 所以, 就需要有一定的水蒸气添加到其中。
2 一氧化碳变换工艺技术的选择——粉煤气化
低水/气变换工艺就是将各个变换炉入口都维持在0.15~0.5的低水/气, 通过低水/气的维持, 就可以对变换反应平衡加以控制, 从而对床层温度以及反应深度进行控制, 达不到满足甲烷化副反应要求, 这样就只能逐级的进行高浓度CO的转换, 最终得到希望的气体。该艺术包含的主要优势在于:第一, 利用低水/气控制反应的平衡, 就可以对变换出口CO含量进行控制, 并且控制手段灵活, 也容易实现, 就可以满足缓和条件下高浓度CO的变换反应, 进而实现稳定的, 长周期的运行。第二, 通过低廉价的水来替代蒸汽, 这样就将蒸汽的用量减少, 可以达到节能的效果。第三, 水/气低则工艺气的露点温度很低, 这样就可以将反应器入口的温度降低, 在确保转化率相同的前提下尽量降低床层热点温度, 这样不但可以避免出现甲烷化的副反应, 同时设备的投资也可以加以控制。第四, 对于变换气之中的硫化氢要求也很低, 这样就可以避免出现反硫化的弊端。
2.1 用于制氢的变换工艺
在使用低水/气的变换工艺之时, 主要是利用四段的耐硫变换。一般来说, 在第一变换炉之中不需要蒸汽的添加, 但是其余的阶段就需要少量的水或者是蒸汽。通过逐级的变换之中, 就能够满足最终的要求, 其工艺流程见图1。
2.2 用于制甲醇的变换工艺
在使用低水/气变换工艺之时, 因为甲醇制作本身所需要的变换率较低, 所以, 就可以减少变换的段数。流程可以设置为:一段变换+二段变换+一段变换旁路。也就是将气化粗合成气, 然后分成为两股。一部分进入到第一变换炉之中, 一般来说都不需要蒸汽的添加。在第一变换炉之中反应之后产生的气体通过降温换热处理后, 再进行淬水和少量蒸汽添加后, 就可以同另外的一股原料气混合起来, 然后进入到第二变换炉之中进行变换。在第二变换驴中的出口CO含量基本都可以满足甲醇合成气的要求, 这样也可以添加粗煤气旁路, 进而对出口变换的CO含量进行调节, 其工艺流程见图2。
2.3 工艺选择建议
进行地水/气变换工艺, 就是为了利用好原料气水的低含量, 这样就可以在低水/气工艺下确保CO高浓度转换的平稳进行;相比高水/气变换工艺, 就可以实现高位能蒸汽消耗的控制欲降低。所以, 使用这一类装置的过程中, 就可以考虑到节能, 无论是对于制氢还是制甲醇, 都需要合理的选择工艺。
3 结束语
煤气化技术工艺分析 篇8
1 煤质变化对甲醇煤耗的影响
为了分析各变化因素对煤单耗的影响,笔者收集整理了2015年8—9月份煤耗、煤质等数据来进行比较分析[1,2,3,4]。图1为2015年8—9月吨甲醇煤耗变化趋势。
从图1可以看出,8月份吨甲醇煤单耗变化比较大,从9月份开始,煤单耗处于稳定且略有下降状态。
1.1 低位发热量
从图2可以看出,煤耗变化整体趋势与低位发热量的变化趋势相反,即低位发热量越高,煤耗越低。9月份以来,发热量呈上升趋势,导致煤单耗略有下降。气化用原料煤的发热量越高,氧气的用量越低,装置的效率越高,但因发热量高的原煤价格高,导致成本会相应增加。
1.2 灰分
图3为煤耗与灰分的关系。
由图3可以看出,煤耗变化整体趋势与灰分的变化趋势成正比,即灰分增加,煤耗也随之增加。气化原料煤灰分增加导致固定碳含量降低,增加气化的比氧耗、比煤耗。同时,溶渣量的增加会加剧耐火砖表面的冲刷、侵蚀程度,缩短耐火砖的使用寿命。灰分高会增加系统的热负荷,增大合成气的水/汽比,增大渣水处理工段的负荷。
1.3 水分
图4为全水分变化趋势。
从图4可以看出,8月份水分变化比较大,从9月份开始水分处于稳定状态。
目前,中煤陕西公司入炉煤全水分要求在15%以下,水分过高会增加气化炉的热损失,使消耗增大,还会使床层阻力增加,炉温下降,影响煤气的质量与产量。有关资料表明,入炉煤水分每增加1%,可使吨甲醇煤耗上升5 kg。
煤的内在水分是影响煤成浆性的关键因素,内在水分越低,制成的水煤浆粘度就越小,流动性就越好,因而能够制成浓度较高的水煤浆。
1.4 灰熔点
原料煤的灰熔点是影响炉内工况的好坏和炉温高低的主要因素之一。当灰熔点低时,煤气成分中二氧化碳和甲烷含量高,将会降低有效气体含量,增加放空量,影响甲醇产量,导致吨甲醇煤单耗增高。
1.5 进料粒度
适合的进料粒度有利于水煤浆达到合适的粒度分布,同时可以降低磨煤机功耗。如果粗颗粒较多,煤浆表观粘度下降,流动性变好。但粒子的重力作用将超过粒子间的凝聚作用力,引起悬浮体系沉降、分层、稳定性变差。如果煤浆中的细颗粒较多,粒子间的相互作用力增大,形成更多的粘滞性粒子凝聚团,稳定性提高。但是,煤浆表观粘度会随着平均粒径的减小而迅速增大,流动性变差。
2 煤浆浓度对煤耗的影响
图5为煤耗与煤浆浓度的关系。
从图5可以看出,9月份以来煤浆浓度整体在61%以上,平均值为62%,即煤浆浓度较高。煤耗变化趋势与煤浆浓度变化整体呈相反趋势。即随着煤浆浓度的提高,煤单耗降低。水煤浆浓度对水煤浆的泵送、气化效率,煤气质量以及原辅材料消耗都有很大影响。若水煤浆粘度低,易于泵送,但会使进入气化炉的水分增加。为了维持炉温,势必增加氧气消耗,使比氧耗增高。煤浆浓度过高,不宜泵送,容易产生分层或沉降,使装置不能稳定运行。公司目前煤浆浓度控制在60%～63%。
3 惰性气体含量对煤耗的影响
图6为煤耗与惰性气体含量关系。
由图6可以看出,无论煤质如何变化,在惰性气体含量降低的时候,煤耗降低。从以上趋势可以看出,在8月27日后,惰性气体总体降低,煤耗也呈现走低趋势;尤其是9月6日以后,惰性气体含量大幅降低,煤耗也降低。从9月份开始,惰性气体含量整体呈下降趋势,基本在0.7～0.85之间,8月份最高达到1.88。
4 甲醇合成气放空对煤耗的影响
图7为煤耗与合成气放空量关系。
在合成界区有效气会有所放空,所以部分有效气无法合成甲醇。当放空量较大时,煤耗也较高。从8月27日起合成气装置放空整体维持下降趋势,在8月27日至9月6日之间,煤耗有所波动。由图7可以看出,甲醇装置的合成气放空量直接影响煤单耗,随着放空量的减少,煤耗也随着降低。
5 其他因素影响
5.1 频繁更换煤种造成炉况不稳
当煤种更换频繁时,原料煤消耗明显上涨,且会连续几天影响炉况稳定运行,粒度不均匀造成消耗波动较大。
5.2 操作
(1)气/汽比例失调,炉面温度控制不合理,会导致煤耗指标变化,所以稳定炉况,控制好炉温,降低煤气中甲烷含量,提高蒸汽分解率、降低吹风气中可燃气中可燃气含量,都是降低煤耗的重点;
(2)变换单元适当提高两个系列的水/汽比后会使系统运行稳定,降低吨甲醇煤耗;
(3)当净化、合成后工段出现故障,发生泄漏或排放时,会造成煤气损失,降低甲醇产量,使煤耗增加。
5.3 炉渣质量
炉渣质量的好坏也是影响原料煤消耗高低的原因之一。粗渣、细渣中含炭量高说明渣中夹带的可燃物多,原料煤消耗增加,同时产生的有效气降低,使甲醇产量降低。
5.4 装置开停车及设备原因
装置系统开停车次数的多少和装置运行周期的长短,不仅标志着生产管理水平的高低,同时每次开、停车虽然进行了气体的循环回收,但是生产原料气还是不能全部回收,造成很大浪费和污染,特别是催化剂使用周期短、压缩机因气化净化条件差、原料内在质量的影响造成净化难度大,或者因维修质量等诸多因素的影响,造成活门频繁更换。设备本身维修精度和技术要求不达标等原因造成压缩机开、停车频繁,使原料气消耗增加,对吨甲醇耗原料煤有一定的影响。另外,因系统阻力的影响,气化炉产气量低,所产煤气不能及时送出,造成消耗高。提高设备检修质量,加强设备维护,尽量减少倒炉机会,保证设备长周期稳定运行。
5.5 生产运行及工艺管理
加强生产管理,稳定工艺指标、严格执行操作规程、减少跑、冒、滴、漏,尽量避免加减量,不断提高有效气体和热量回收、减少原料煤耗、提高原料煤利用率。
5.6 催化剂活性
随着催化剂使用时间的延长,甲烷含量变化、对系统弛放气量和放空气影响较大,催化剂活性越好,其系统的转化率越高,反应热总量越大,系统易于维持热平衡,其放空气越少。
6 结语
化工生产的特点是高度连续性和技术密集性。控制好原料煤消耗,对降低企业生产成本,提高企业经济效益尤为重要,分析甲醇煤耗的变化影响因素是为了更好地降低煤耗,提高经济运行质量,达到节能降耗的目的。
参考文献
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[2]韩喜民,杨敏,赵小飞,等.影响合成氨煤耗的因素[J].化工进展:2008,27(增刊):530-533.
[3]武艳利,朱大丽.优化造气工艺降低蒸汽及原料煤消耗的应用实践[J].化工设计通讯,2015,41(1):13-14.