煤制甲醇气化工艺选择

第2期中氮肥No. 22009年3月M-Sized Nitrogenous Fertilizer ProgressMar. 2009尊专论与综述文煤制甲醇气化工艺选择田志(河北迁安化肥股份有限公司，河北迁安064412)[摘要]介绍了多种现代煤气化技术的工艺流程及技术特点，指出选择煤气化技术要考虑的5个主要特性，在煤制甲醇生产中推荐选用湿法煤浆气化技术。[关键词]煤气化;甲醇;工艺;选择[中團分类号] TQ546 [文献标识码] A [文章编号] 1004 - 9932(2009)02 -0001 -04Selection on Gasification Process for Coal-to-Methanol PlantsTAN Zhi( Hebei Qian'an Fertilizer Co, Ltd, Qian'an 064412, China)Abstract: The paper gives a brief description of the process flow and its characteristics of various modemngasification technologies , discusses five key aspects which should be considered in the selection of gasificationprocess. Based on that, the author believes that the coal-water slurry pressured gasification process is the mostappropriate for coal-to-methanol plants.Key Words: coal gasification; methanol ; process ; selection甲醇是- -种用途十分广泛的基本化工产品和根据所用煤的质量、品种等实际情况来选择合适原料，由甲醇可制取多种化工产品。随着我国经的煤气化工艺。济的快速发展，对甲醇的需求量越来越大，甲醇1.2 可靠性原则的生产进入一个快速发展的新时期。我国煤炭资技术必须成熟和可靠，在保证产品质量、性源丰富,以煤为原料制取甲醇合成原料气是甲醇能和生产能力的前提下，气化装置应能连续长周生产的最好选择。当今甲醇生产主要采用大规模期运转。可靠性是生产装置长周期、满负荷、安连续化生产工艺，要求原料气中有效成分(H2 +全、稳定运行的保证,企业选用的技术要具有煤C0) 含量高,这就要求制取甲醇原料气的煤气化工工业化运行业绩,应该首选已经充分验证并化技术应成熟可靠、效率高。下面就煤制甲醇气已在使用的技术。对尚在试验阶段的新技术、新化工艺的选择展开讨论。工艺、新设备、新材料，应采取慎重的态度。1.3 先进性原则1选择原则工艺技术的先进性决定项目的市场竞争力。1.1适用性原则拟建项目选择煤气化技术时，应充分研究工艺技我国幅员辽阔，各地煤炭种类有很大差别，术的现状和发展趋势，了解是否存在更先进的工不同煤种适用不同煤气化技术，这就要求企业要艺技术以及采用的可能性，以保证项目的竞争能力。而技术的先进性则主要体现在产品质量性[收稿日期] 2008-10-10[修稿日期] 209-01-16能、工艺水平和装备水平几个方面。[作者简介]田志( 1970-) ,男,河北迁安人,河北迁安化1.4经济性原则肥股份有限公司合成氨分厂助理工程师。经济性是企业发展的根本，因此要求所采用●2.中氦肥第2期技术投资省、消耗低、运行成本和维护成本低。2.2国 外引进的干法粉煤气化工艺1.5 安全环保原则Shell 粉煤气化、GSP煤气化技术同属此类。煤的固有特性决定煤化工生产过程中容易产2.2.1适用性生大量的煤粉、煤灰、煤渣、废水、废气,对其2种煤气化技术均为粉状煤入炉，各微粒单.处理的难度有的还比较大。企业在选择技术时应独完成热解、气化、熔渣,不会相互黏结，不受以人为本，选择的工艺技术应确保安全并实现清煤的黏结性影响，同时由于气化温度高，可用高洁生产，尽量少排放“三废”，尽可能地减少对灰熔点煤，对不同煤种的适应性较强。生态环境的影响。2.2.2可靠性Shell 粉煤气化在国外只用于电厂，国内引2主要煤气化技术的比较进此技术首次用于化工,无经验可参考。从国内2.1湿法进料加压气流床 气化技术几套炉子开车情况来看，困难还很多，开车运行该类技术包括GE水煤浆加压气化技术、多过程中出现了很多问题，连续运行周期只有2~喷嘴对置式水煤浆气化技术以及多元料浆煤气化3个月，要解决所有问题尚需时日，可靠性有待技术。提高。GSP 煤气化技术国内也是首次引进，国外2.1.1适用性 .大工业化运行经验也不多，国内引进项目刚刚开3种煤气化技术都对原料煤有特殊要求:具始，可靠性有待考证。有较好的成浆性，低灰熔点和低含水量。否则就2.2.3先进性要进行煤的干燥以及加人添加剂和助熔剂，由此2种煤气化技术气化温度高，一般在1 400 ~而增加操作难度和生产消耗。1 700 C，碳转化率可达9%，煤气中甲烷含量2.1.2可靠性极少[φ(CH,) <0.1%],不含重烃，合成气中3种煤气化技术都有工业化运行装置，都具φ(CO+H2)高达90%以上,气化效率很高。有较好的可靠性，相比较GE气化技术由于引进2.2.4经济性 .较早，建设装置最多，商业运行时间最长，经过2种煤气化技术与湿法进料水煤浆气化相多年的探索改进，用于化工生产技术已成熟，可比，氧耗量低，降低了配套的空分装置的投资;靠性最高。均采用水冷壁结构，无耐火砖，水冷壁使用寿命2.1.3先进性较长;二者均为干法气化，对原料煤的水含量要3种煤气化技术的碳转化率都很高(96% ~求比较严格(2%以下)，原料煤需进行干燥,98%),所产生的煤气中φ(H2 + C0)均较高因而能耗高;粉煤制备- -般采用气流分离，排放(80% ~85%),气化装置工艺水平先进。气需进行洗涤除尘，否则会造成环境污染，因而2.1.4经济性需增加投资;又由于干粉进料采用氮气密封及吹3种煤气化炉内衬耐火砖价格高、寿命短,送，气化产生的合成气中惰性组分含量达4% ~只能使用1 ~2 a,喷嘴也只能使用60-150 d,5%，因此对于甲醇合成来说弛放气量要增加;气化炉连续运行周期短，维护费用高，需设备用二者气化压力最高为4.0 MPa,若甲醇合成采用炉;由于料浆含- -定水分，所以氧耗高,煤耗5.2 MPa合成压力，则合成新鲜气需加压，增加高;气化过程在高压下完成，降低了合成气压缩了运行费用。功耗，同时气化强度提高，单炉产气量大;煤气Shell粉煤气化高温煤气用循环煤气冷激,中惰性气体含量很少，在甲醇合成时循环气量需要增加煤气压缩循环系统，从而增加了投资和小，节省压缩功耗,弛放气量小，最适合作甲醇能耗; GSP 气化高温煤气采用水直接冷激流程,合成气。冷激温度下的煤气所含蒸汽满足粗煤气变换所2.1.5安全环保性需，更适合用于合成甲醇。同规模气化装置若用3种煤气化技术生产的粗煤气都不含焦油、于制合成气，Shell 粉煤气化投资比GSP气化高萘、酚等杂质,因此粗煤气的净化及污水的处理90%，生产1 m'煤气的成本高15%左右。流程简单,不污染环境。二者技术均依赖进口，关键设备国产化率第2期田志: 煤制甲醇气化工艺选择●3.低，气化炉供货周期较长，使得气化装置投资用，达到了洁净环保要求。高，建设周期长，因此也加大了投资的风险。2.4 ICC 灰熔聚流化床粉煤气化工艺2.2.5安全环保性该工艺为国内开发的比较成功的流化床煤气2种煤气化技术产生的粗煤气均不含焦油、化技术。萘、酚等杂质，因此粗煤气的净化及污水处理流2.4.1适用性程简单。2种技术气化装置均采用液态熔渣排该气化装置根据射流原理设计了特殊的气体放，灰渣呈玻璃状，对环境无污染，易堆放，可分布器和灰团聚分离装置,形成床内局部高温作为水泥配料。区，使灰渣团聚成球，在非结渣情况下连续有选2.3国 内开发的干法粉煤气化工艺择地排出低碳含量的灰渣，因此煤种适应性广,HT-L (航天炉)气化技术、西安热工院两.大大放宽了对原料的要求，可以适应“三高一段式干煤粉加压气化技术同属国内开发的干法粉低”(高硫、高灰、高灰熔点以及低活性)煤。煤气化工艺。2.4.2可靠性2.3.1适用性灰熔聚流化床操作温度适中，干法排灰对耐2种技术均为干煤粉气化，气化温度高，煤火材料不存在腐蚀问题，对耐火材料要求不苛的灰熔点可选范围宽,气化原料可选范围广，可刻，因此流化床较温和的操作条件使其比高温气气化褐煤、烟煤、贫煤、无烟煤以及高灰分、高流床运行可靠性高。常压及低压灰熔聚气化已经灰熔点煤。工业示范验证可靠稳定;在加压大型化方面，气2.3.2可靠性化炉本身及其外围设备运行的长期可靠性还有待由于二者均未有长期大规模工业化装置运验证、提高。行，可靠性有待考证。2.4.3先进性2.3.3先进性煤气中φ(CO+H2)、碳转化率以及热效率西安热工院两段式干煤粉加压气化的碳转化较高。有效气成分一般为75% ~80%，碳转化率>98%，煤气中φ(C0+H2) >90%;其二段率可达95% ~ 96%。反应不进氧气，与水煤浆气化相比，氧耗低2.4.4经济性20% ~30%，与现有的干煤粉气化相比，氧耗低气化人炉煤粒径0~6 mm,备煤系统简单,15%左右。该工艺气化炉的炉膛出口煤气温度比投资省。中科院山西煤化所拥有该技术的全部自一段气化运行温度低200~300 C，可控制在主知识产权，所有设备可以完全由国内企业制1000 C以下，可省去激冷煤气，大幅度降低了作。同等规模气化炉，与德士古、Shell 气化炉气化炉的自耗功。航天炉气化煤气中的中(CO +相比，投资大幅度降低。H2)≥92%，碳转化率≥99%;气化炉水冷壁结2.4.5安全环保性构简单，属圆筒盘管型，水路简单,易制造，使装置环保性好，可以做到“三废"无害化用寿命>10a,副产中压饱和蒸汽。处理和排放。煤气中不含焦油及多酚类物质,煤2.3.4经济性气洗涤水可经简单汽提或生化处理后回用。气化2种气化炉均采用水冷壁结构，维护工作量炉排渣、灰等均可资源化利用。少，使用寿命长，烧嘴寿命长达10 a。与国外先3结论进干法气化炉相比，专利使用费、造价大幅降低，每年维修费用也大大降低。2种气化炉的工在煤制甲醇生产中，煤气化装置在很大程度作压力均在4 MPa左右。2种气化炉均采用氮气上影响甚至决定了甲醇生产全系统装置能否长周作为煤粉输送气，使甲醇合成弛放气量增加，损期、安全、稳定地运行以及产品的成本、效益失了-部分有效气。等。煤气化技术选择的成功与否直接关系到企业2.3.5安全环保性的成败，所以要慎之又慎。2种气化炉都不产生焦油、酚等凝聚物，合原料煤的性质不但是选择气化方法的根本依成气质量好，不污染环境。排放灰渣可综合利据，同时又是影响气化过程的技术经济性及能否●4.中氮肥第2期顺利操作运行的关键。企业必须首先对具有代表始，有待进一步提高。性的原料煤矿样(选择的矿样一定要确有代表总之，加压气流床煤气化技术代表着煤气化性，以免造成后患)进行分析,取得煤的化学的发展方向，但国内开发的千法气化技术还未大组分和性质的基本数据，以便对煤质进行评价。规模工业化，国外的干法气化技术投资费用很如果煤的成浆性、灰熔点等指标满足湿法气化成高、设备国产化率低，无用于甲醇合成的工业化浆的要求，推荐首选湿法气化，因为其煤气成分装置运行经验，而湿法气化技术在装置投资、建最适合甲醇生产并能实现等压合成。在3种湿法设、稳定运行、经济效益等方面在甲醇合成中具气化技术中，GE水煤浆加压气化技术进人国内有显著优势，因此GE水煤浆加压气化技术、多市场时间比较长，经过多年的运行及改进，在工喷嘴对置式水煤浆气化技术、多元料浆煤气化技艺上已经成熟，能够在最短时间内达到设计要术是甲醇生产企业比较适用的煤气化技术。求，是一项成熟可靠、国产率高、投资省、建成.[参考文献]后就能顺利投产并长周期稳定运行的气化技术;国内开发的对置式四喷嘴水煤浆加压气化技术也[1]苏利伟，等.灰熔聚粉煤气化炉存在的问题及改进[J].已成功应用于大型化工装置，其气化炉喷嘴之间中氮肥，2007(5)的协同作用好,气化炉负荷可调节范围大，负荷[2]汪寿建.洁净煤气化I艺浅析[J]. 化肥设计, 2004(6)调节速度快，适应能力强，日投煤在1 500 ~[3]何正兆，等.煤气化技术方案比较及选择[J]. 化工设计，2006, 16(3)2 000 t的大型装置适宜采用;而多元料浆气化[4]张东亮.中国煤气化工艺(技术)的现状与发展[J].煤技术可以使用多种固态或液态含碳物质制备料化工，2004(4)浆,其原料适应性更广，该技术在装置投资、建[5] 于光元，等。煤气化工艺技术分析[J]. 洁净煤技术，，设、稳定运行、经济效益等方面具有显著优势,2005(4)可用于现有装置改造或新建大中型煤化工装置。[6]陈家仁.加压气流床煤气化工艺的发展现状及存在问题[J].煤化工, 2006(6)干法进料煤气化技术虽然不受煤的成浆性影[7]唐宏青.煤化工工艺技术评述与展望[J]. 燃料化学学报，响，也能适应高灰熔点煤，但是可靠性亟待提2001(1)高。Shell 煤气化技术是此类技术中引进最多的,[8]曾纪龙。大型煤制甲醇的气化和合成工艺选撣[J]. 煤化引进此技术的企业也大多资金雄厚、技术力量强工, 2005(5)大，可是直到目前，国内在运装置仍然存在不少[9] 应卫勇，等.碳-化工主要产品生产技术[M].北京:化工艺和设备问题，待完全成熟仍需要一段时间;学工业出版社GSP工艺在国内尚无工业运行装置;国内的干法[10]许世森，等.大规模煤气化技术[M]. 北京:化学工业出版社煤气化技术有的已完成工业示范，有的则刚刚开《中氮肥》杂志征稿简则《中氮肥》杂志秉承“ 源于企业，服务企业”的办刊宗旨和“针对性、实用性为主，理论性、学术性为辅”的办刊方针,主要报道化肥化工行业的技术成果、设备技术改造经验、行业发展及动态等。欢迎广大读、作者向本刊投稿。来稿要求和注意事项如下。1.文稿务求论点明确、论据可靠、数据准确、文字通畅。2.请尽量提供文稿电子文件，文稿发送至zdxz@ mail sc. cninfo. net或zdxz@ sina. com。文稿请附中、英文摘要,关键词(3~8条), 英文题名，作者单位中、英文名称(全称)，详细的参考文献信息，第-作者简介，详细通信地址及联系电话。3.勿一稿多投。60天内未接到录用通知，作者可自行处理。投本刊的文稿如已被其他刊物录用，请及时告之。4.文稿著作权属于作者。文责由作者自负。作者若不允许本刊对文稿作文字性及少量内容删改,或不同意其他报、刊、数据库等转载，请在来稿时书面声明。5.文稿刊登后，本刊将按国家有关规定付给稿酬(含与本刊签约的其他出版物转、摘稿酬),同时按作者数量赠送当期样刊。