型煤气化工艺条件的优化

26CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工设计2010,20(1)型煤气化工艺条件的优化颜鑫*湖南化工职业技术学院株洲412004摘要型煤气化已 占我国煤头合成氨和联醇生产的60%，介绍型煤气化与块煤气化的不同、气化特性、工艺条件优化和型煤气化尚待解决的问题等。关键词型煤合成氨气化技术工艺优化近年来，煤炭生产企业在市场经济体制下的围。 型煤气化在合成氨和联醇生产中有以下重新整合，使80%以上以无烟块煤为原料的煤优点:化工企业失去了稳定的优质无烟块煤原料基(1)型煤气化能够适应采煤机械化后煤炭资地"，导致市场价位居高不下，如何充分利用源粉化。充分利用资源，达到环境友好的目的。碎煤、粉煤,扩大气化用煤种类,降低生产的原(2)型煤气化可以显著降低煤气中硫化物含料成本是十分重要的工作。量。实践表明，石灰碳化型煤可吸收煤中30%虽然，目前已有成熟的德士古水煤浆气化技~ 50%硫化物，从而降低脱硫系统负荷。术和壳牌粉煤气化技术来消纳粉煤，制造合成氨(3)由于型煤结构和尺寸具有良好的均匀和联醇的合成气，但对国内中小型合成氨厂来性,采用型煤能提高燃烧效率,气化型煤与块煤说，如果改用德士古水煤浆气化技术或壳牌粉煤相比，灰渣中残碳量可由15% ~ 20%减少到8%气化技术，其改造初期的巨额投资是无法承受以下，从而可节煤7% ~ 12%2]。的，因此，充分利用现有煤气发生炉设备，通过(4)通过配煤来生产型煤，可以改变单一技术改造利用粉煤，成为中小型合成氨厂的首煤种 的性能缺陷。例如，能够利用较多的弱粘结选。据估计，全国煤头合成氨和联醇生产企业煤生产 出性能优于焦炭的型焦，利用非无烟煤生中，目前约60%的造气原料采用型煤，且取得产出煤炭气化用型煤 等[21。了良好的经济效益，但也有部分企业效益不明(5)采用型煤制气，可使每吨合成氨和联显，主要原因就是没有完全把握好型煤气化的特醇的生产成本下降300元以上，每吨尿素成本可性，型煤气化的工艺未达到优化。下降180元以上。1型煤气化的优点2型煤气化的特性型煤是用一种或数种煤与一定比例的粘合(1)型煤和无烟块煤不同，它的固定碳含剂、固硫剂、助燃剂经加工成一-定形状和有一 -定量一般在60%左右，低于块煤10%;而灰分含的理化性能(冷强度、热强度、热稳定性、防量在30%，高出块煤10%以上，在型煤制气中，水性等)的块状燃料或原料。灰渣的排出量会增加。因此，应该保证造气炉有型煤成型过程中，通过加人不同的添加剂，充分的排灰能力。改变原料煤的某些特性，增加反应活性、易燃(2)对于配套的炉箅，型煤在正常工况下性、热稳定性，提高灰熔点，同时具有部分固硫气化， -般不易结疤、结块，气化后渣性好,渣功能。型煤使不能用于气化炉的粘结性煤，变成块呈轻质多孔状， 渣中含碳量低。故炉箅应具有适用的造气型煤，从而扩大了气化用煤炭的范较中国煤化工功能),因此在YHCNMHG●颜鑫:教授。2004年毕业于湘潭大学化工学院获工学硕士学位。主要从事无机化工的教学与化工工艺研究工作,已发表专业论文30多篇，出版专著3部，申报发明专利两项。联系方式: hnhgyanxin@ 126. com。2010 ,20(1)，颜鑫型煤气化工艺条件的优化27安装炉底时，应确保炉底内的密封良好，防止积条件的选择。型煤制气过程工艺条件除了采用通灰进入炉底运转部分。常的“三高一短”(高炉温、高炭层、高风速、(3)型煤与块煤相比，具有粒度均匀、透短循环)措施之外，还有如下特殊要求:气性好、孔隙率高、机械强度普遍较高和化学活(1)使人炉蒸汽做到“上吹短而强，下吹性好等优点。型煤粒度基本-致，可使炉膛各截弱而长”，并采用蒸汽自动调节措施。制气各步面的温度和气流分布比较均匀,避免在炉内造成骤中由于炉温的逐渐下降，制气反应速度和蒸汽局部过热或偏流而导致煤灰熔结[2]。型煤具有分解率都呈逐级下降的趋势，如果蒸汽吹人的速较高的机械强度，有利于提高气化强度。度保持均匀-致,将导致蒸汽分解率显著下降,型煤的化学活性除了取决于煤本身的性质以炉况波 动幅度增大。为降低蒸汽消耗，可采取蒸外，还与其孔隙率和比表面积有关。-般块煤的汽自调措施，使蒸汽用量随着制气过程逐渐递孔隙率仅为2% ~4%，而型煤的孔隙率普遍达减。 蒸汽流量大小与时间比例曲线见图2。到14% ~27%，即型煤的孔隙率是块煤的5~6倍。型煤人炉后，经干燥干馏后，型煤中水分蒸发后形成多孔结构，使其比表面积显著增大,有利于与气化剂接触,增加了气化反应的速率。实t吹验表明，石灰碳化型煤在炉内加热过程中，由于吹风吹部分碳酸钙分解，逸出二氧化碳而增加了微孔，时间比例使孔隙率增至24%，相应的型煤的比表面积达圉2蒸汽流量大小与时间比例示意图9m2/g,而块煤的比表面积仅为1m2/g。这就是石灰碳化型煤的气化强度之所以能达到甚至超过此外，型煤的水分含量在8% ~10%，多于同品种块煤的一个重要原因(2]。石灰碳化型煤无烟块煤，需要通过炉内的热量把它带走，因与同品种块煤化学活性比较见图1。此，人炉蒸汽通过“上吹短而强，下吹弱而长”可使炉内上部的型煤得到烘干，在下吹制气时,10气流从炉内上部带走型煤中的部分水分，并经气区80型煤化层参与气化反应,所以下吹制气可采用较小的容60制气流量[2)。(2)型煤气化生产的原料气中CO2体积分8 40块堞数较高(特别是石灰碳化型煤),一般为9% ~11%，要把CO2体积分数降低到9%，就必须提8高气化层中的还原层厚度，达到提高有效氢800- 900、1000 1i00(H2 +C0) 含量和产气量的目的。因此，需要圈1石灰碳化型煤 与同品种块煤化学活性比较加高煤气炉炉膛，加厚炭层。当然，不同型号的(4)由于型煤含水量较高，气化时内部水煤气炉的高径比则应根据系统工程的要求进行分蒸发而参与气化反应，加上型煤的固定炭含量设计"。较低，气化炉温也较低，因此，型煤制气时蒸汽(3)采用适中的人炉风量，风量和风压的选用量较块煤可节省约2% ~5%。用应根据造气炉的设备条件而定，一般来讲，从(5)型煤气化过程中粉尘较多，且气流中φ2400mm到φ330omm造气炉，随着炉子的直径焦油含量较高，因此固定层煤气炉型煤气化- -般增大 风量和风乐可适当惝女.同时应考虑到炉需要设置旋风除尘器。子容易TYR中国煤化工炉况难以控制，CNMHG量和风压过低,3工艺优化则不能达到应有的生产能力。当采用加氮操作时，型煤制气的质量主要取决于型煤造气炉工艺型煤制气的吹风阶段的百分 比可降低至20%以下，28CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工设计2010 ,20(1)吹风量- -般控制在40000 ~ 4500m2/ (h ●m2)3]。煤中掺烧50% ~60%型煤的方法。(4)以型煤为原料，吹风阶段的空气流量要(2)由于型煤造气炉的炉顶温度要高于块比以块煤为原料大，吹风时间也稍长。例如湖南煤造 气炉100C以上，因此有必要通过联合锅炉智成化工有限公司，在以块煤为原料时,进行集中回收技术),集中回收造气炉的上下φ3000mm炉吹风量为30000m2/h,工作循环中吹吹煤气的热量。风时间占25%左右;当以煤棒为原料时,相同的(3)从气体成分上看,半水煤气中的CO2 .煤气炉其吹风量达到3000m2/h左右，工作循环含量要 高出同等块煤造气炉2%以上，使有效氢中吹风比例增加到28%。因此,以型煤为原料设含量有所降低，所以综合利用CO2更有必要。计的煤气炉，其吹风量应比块煤大，主要原因是(4)由于炉温较低，其蒸汽分解率低于同.虽然型煤的透气性好，但蓄热能力差,必须采用等块煤造气炉10%。高炭层、高风量工艺才能满足气化要求。在这种5结语情况下，必须相应选择较大功率的型煤吹风机”。(5)型煤造气炉的生产能力是衡量型煤造型煤技术是我国当前发展洁净煤技术产业化气炉的优劣标准之-一。以φ3000mm造气炉为的七项技术之一，它具有投资少、建厂周期短、例，单炉产气量可达到8000 ~ 9000m’/h,大约见效快、节能和环保效益显著的特点。为同类型的块煤造气炉产气量的70%;吨氨煤参考文献棒的单耗在1.5~1.6t,下灰可燃物的含量低于8%，煤气的带出物低于0. 5v/d;型煤炉的运转赵乐群.型煤气化造气工程设计中的若干问题[J] .周期在2年以上。小氮肥，2008, 36 (3)2沈浚.合成氨[M] .北京:化学工业出版社，20014尚存的问题 ,年1月3李永恒.造气技术改造方案的选择[J] .中氮肥，2004(1)鉴于型煤制气的单炉产能仅是同类型块煤造气炉的70%，目前多数情况下采用在块(收稿日期2009 -05 -22)(上接第19页)变化较大的情况下，适应性比较强，实际生产中有好处。应根据原料性质调整塔底温度和塔顶真空度。总之，该装置自投产以来运行平稳，取得良(2)设计的四塔连续精馏，实际只通过前好的社 会效益和经济效益。为裂解燃料油的综合三个塔便可实现目的产物的分馏，各产品能够较利用提供- -种新的途径, 其石油萘生产工艺和轻清晰地分割，且纯度较高。但是，由于分割彻组分加氢生产溶剂油工艺是成功和先进的。底，导致脱重组分塔塔底物料粘度大、倾点低，不利于操作和储运。(3)通过结晶器可使萘纯度不断提高，说1许杰国内外石油蔡生产技术进展[J] .化学工业与明分步结晶器及技术的先进性。但是分步结晶过工程技术.2002 (2)程较复杂，要实现较好的自动控制过程，还需结2黄又明等 . C10重芳烃综合利用的现状与发展方向[J] .扬子石油化工.2001 (3)合实际进行调整和优化。3田稼徹. 石油萘及其下游产品的开发[J] .扬子石油化(4)加氢条件较温和。采用两段加氢反应中国煤化工器,将双烯烃和单烯烃的加氢分开，使- -段反应北京:石油工业出CNMHG压力和温度都较低，也减轻了每段反应的负荷，且使催化剂处于较好的环境中，对操作和设备都(修改回稨2009 -09 -02)