Texaco 煤气化炉操作温度的探讨

齐鲁石油化工,2015,43(4) :294 - 298.工业技术QILU PETROCHEMICAL TECHNOL0GYTexaco煤气化炉操作温度的探讨李聿营(中国石化齐鲁分公司第二化肥厂,山东淄博255400)摘要:简要分析Texaco煤气化工艺技术特点以及操作温度对气化工艺的影响,对气化炉操作温度的影响因素.判断方法进行了深人探讨,结合齐鲁煤气化装置运行经验提出了气化炉操作温度的具体控制措施。关键词:Texaco煤气化操作温度影响因素 判断方法 控 制措施中图分类号:TQ545文献标识码:B文 章编号:1009 - 9859(2015)04 -0294 -05中国石化齐鲁分公司水煤浆气化装置(简称水煤浆加压气化反应实际上是加压下的高温热化齐鲁煤气化装置)采用美国GE公司Texaco水煤学过程,在气化炉中进行的主要反应有:①煤的热浆加压气化技术,3台φ2 800 mm气化炉,3套四裂解与挥发分的燃烧气化;②固定碳与气化剂级闪蒸系统,两开一备,压力6. 5 MPa,日投煤量(CO2、H2O)之间的反应;③反应生成气彼此间为1 700t,每小时产有效气(CO + H2)10x 10*进行的反应;④生成的气体与气化剂固定碳之间m'。装置自2008年10月24日建成投产以来,不的反应。其中-些反应是气化过程必须或所期望断探索煤气化运行规律,加强技术攻关和问题整的,而诸如甲烷化及逆变换过程、过量的燃烧反应改,逐步实现了安全、高效、长周期运行的局面。则是在工艺过程中希望避免或减少的。最终希望截至2014年10月30日煤气化系统连续运行达的反应结果是既要获得较高的碳转化率,又希望到538 d,打破了由该装置保持的同类装置压力等目标产物中有效气体(CO+H2)的含量高一些。级最高、全球最长运行481 d的纪录。通过认识和了解以上的反应过程,方可掌握有效Texaco煤气化炉操作温度是煤气化炉运行参控制工艺过程的手段。数中最核心的要素,它不仅决定了煤气化反应过因此,就Texaco煤气化工艺技术而言,气化程的好坏,而且直接影响与气化炉相关的工艺烧炉最关键的控制变量是操作温度,它决定了目标嘴、炉砖、激冷环等关键设备的使用寿命,是装置产物组成中有效气体的含量、关键设备的使用寿长期稳定运行的首要保障。但是气化炉内运行工命以及操作的稳定性,对生产工艺运行的影响最况非常恶劣,热电偶经常指示不准,操作温度很难大;而Texaco煤气化炉操作温度的控制变量影响控制,如何对其进行准确有效地判断,从而选择合因素也较多,在实际生产中必须针对氧煤比、煤适的操作温度并进行及时监控调整,是保障煤气质、煤浆浓度以及良好的雾化效果综合加以控制，化装置长周期经济运行的重大课题。文章结合齐才能达到Texaco煤气化炉运行最佳效果。鲁煤气化装置运行经验对操作温度的控制进行了深人的探讨。2操作温度对煤气化工艺 运行的影响中国煤化工1 Texaco 水煤浆气化工艺技术分析Texaco煤气化工艺技术从宏观上讲,就是水TH收惝口期:2u15-10-08;修四日期:2015-12-01。CNMH G应速度加快,碳转化率煤浆和氧气充分混合后在气化炉中进行的部分氧作者简介:李聿营(1972-),男,山东昌乐人，高级工程师，化反应过程,制取以(C0+ H2)为主的合成气目硕士学位。1994年毕业于大连理工大学化工机械系,现任中标产物,温度范围为1 300~1 500 C ,合成气中主国石化齐鲁分公司第二化肥厂副总工程师,从事煤化工技术管理工作。电话:0533 - 7583633; E - mail: qlehjdb @要含CO、H2、CO2、H2O、N2、H2S、COS、CH4等”。163. com。第4期李聿营. Texaco煤气化炉操作温度的探讨提高;水煤浆转化反应属于吸热反应,提高反应温加,后续工段不好操作。度对其化学平衡有利,气化系统操作运行相对稳(3)操作温度过低,碳转化率明显下降,粗渣定。但是,气化炉温度过高会产生以下不利方面:增多且渣中残碳含量明显增加,不利于装置的经(1)操作温度过高,灰渣流动性增强,在耐火济运行。砖表面附着性降低,导致渣层较薄,不能有效地抵御高温气体的冲刷和熔渣的侵蚀,起不到“以渣3气化炉操作温 度的影响因素抗渣”的作用，极大地缩短耐火砖的使用寿命;据3.1 氧煤比统计,最佳操作温度以上每增加44C,熔蚀速率氧煤比是Texaco煤气化炉控制过程的表观增加1倍[21 ;操作温度超过1 400 C时,侵蚀作用参数,反映了氧气与煤浆控制的范围。气化炉操更是成倍地增加。另外，操作温度过高会加剧工作温度的控制一般都是通过调节氧煤比来实现艺烧嘴外喷头、激冷环外环管以及下降管的烧蚀的,而调节氧煤比的实质是控制氧碳摩尔比,按照作用,降低气化炉关键设备的使用寿命。煤气化工艺部分氧化反应的要求,应控制其在(2)操作温度过高，有效气体(CO + H2)成分1.0左右为宜。如果氧碳摩尔比过高,会造成炉减少,使气化效率降低,影响后续系统的产量,不温偏高,合成气中有效气偏低,不利于经济运行;利于经济运行;实践证明,气化炉操作温度每提高反之,则会造成炉温偏低,熔渣流动性差,渣口及100 C ,单位产品合成气(CO + H2 )的氧耗约增加下降管 易堵塞,不利于稳定运行。因而在气化炉6%~7%,相应的煤耗亦要增加甲。另外,操作稳定运行的基础上,应进-一步摸索降低氧碳摩尔温度高,氧耗增大，系统热负荷增大,导致气化所比的控制手段 ,以获得较高的有效气含量,提高系产粗合成气中水汽比增大,气化炉和洗涤塔带水统运行的经济性。造成变换催化剂活性下降，使变换温度下降,后续3.2 煤质工段难以稳定运行。Texaco煤气化工艺对原料煤的要求中，最关(3)操作温度过高,气化炉所排黑水温度升键的因素是煤的灰分、灰熔点及灰渣的粘温特性。高,使得整个气化系统水循环热负荷升高,进而加这个因素决定了气化炉最关键的控制变量一操大了闪蒸系统和沉降系统的负荷,造成黑水沉降作温度,从而决定了气化炉能否顺利排渣,耐火分离效果变差,灰水水质降低,长期运行会导致气砖、工艺烧嘴、激冷环等能否长周期使用。灰分是化炉激冷环冲刷磨损;黑水、灰水温度升高,也加不直接参加气化反应的惰性物质,但却要消耗煤剧了系统管线设备的腐蚀和结垢堵塞,加速了激在氧化反应中所产生的反应热,用于灰的熔化;灰冷水泵、灰水泵等设备的气蚀破坏。分越高,灰熔点(熔渣的流动温度)越高，气化炉2.2操作 温度过低的影响的操作温度越高，Texaco煤气化炉为保证液态排从煤气化反应过程机理来看,操作温度低,所渣顺利,操作温度一般控制在灰熔点以上50 ~产工艺有效气体(CO+ H2)成分会明显增加;与100C;而灰渣的粘温特性则反映在不同温度下气化炉相关工艺烧嘴、炉砖、激冷环等关键设备运熔渣所表现的流动性，其在气化炉操作温度区间行工况大幅改善,使用寿命明显延长。但操作温内变化平缓,表明粘温特性好,炉温波动小，有利度过低也会带来以下不利影响:于气化炉的平稳运行。(1)操作温度过低，熔渣的流动性变差，造成3.3 煤浆浓度气化炉渣口变小，气化炉内压差升高,物料在炉内煤浆浓度既是水煤浆气化工艺技术独有的操停留时间延长，气体成分波动频繁,操作难度加作指标也是-一个影响气化炉操作温度的重要工大;操作温度过低,气化炉排渣不畅,熔渣容易在中国煤化工度越大,其相应的碳转激冷环外环管处以及下降管内形成堵塞,影响气1YHCN M HG省煤浆浓度的升高,带化炉正常运行,严重时会导致气化炉停车。人气化炉的水含量逐渐减少,气化的操作温度逐(2)操作温度过低,有效气体中CO含量增步上升;反之,如果煤浆浓度大幅下降,入炉水量加,水汽比减小,变换炉温度难以控制,工艺冷凝增加,气化炉温随之迅速下降,严重时会发生过氧液减少,水平衡被破坏且变换气出口CO含量增爆炸事故。齐鲁石油化工●296*QILU PETROCHEMICAL TECHN0LOGY2015年第43卷3.4 工艺烧嘴气化炉的操作温度进行及时调整。工艺烧嘴是Texaco水煤浆气化工艺技术的4.3气体成分组成判断法核心设备,采用顶置单喷嘴气流雾化技术,利用三气体成分是Texaco气化炉操作温度最敏感、通道内外混结构,使氧气和水煤浆在烧嘴内部相最直接的反映,在气化炉热电偶无法正常指示的互冲击、摩擦,将水煤浆破碎为细小雾滴，并与氧情况下,也可以通过气体成分在线分析数据的变气实现充分混合,为气化反应创造了良好条件。化趋势来判断和控制气化炉的操作温度。齐鲁煤工艺烧嘴的雾化性能决定了气化炉内反应流场的气化装置运行经验表明,利用气体成分中CO2含温度分布，从而影响碳转化率。良好的雾化性能量的变化趋势并参考CH4以及有效气体(CO +保证了气化炉操作温度相对稳定,可以明显提高H2)含量可以判断气化炉温度控制的相对高低。水煤浆气化的碳转化率改善气体成分,有利于气若原料煤质不变,气化炉渣口压差相对稳定, CO2化装置的平稳经济运行。反之，工艺烧嘴雾化性体积分数-一般控制在18% ~ 20% ,有效气体(C0能降低,火焰形态发生改变,气化炉内反应流场也+H2)体积分数达到80%以上,表明操作温度比随之改变,操作温度波动加大,从而引起气体成分较适宜。CO2含量上升,CH,含量小于1 000 μL/的变化,有效气体成分明显下降;气化炉内局部温L,有效气体(CO + H2 )体积分数小于80% ,表明度过高,烧坏热偶,严重时窜气,导致炉壁温度上气化炉操作温度偏高。升;如果形成偏喷,则会造成气化炉砖偏烧,局部4.4粗渣变 化判断法蚀损加重,加剧锥底砖和激冷环的损坏。粗渣是Texaco煤气化炉的直接产物,在煤质一定的情况下,通过综合粗渣形态、残炭含量以及4气化炉操作温 度的判断方法渣中Cr2O3的含量可以判断气化炉操作温度的高4.1热电偶判断法低。正常运行工况下,粗渣颗粒尺寸在φ6~8mm从Texaco煤气化工艺技术应用以来,热电偶的比例(质量分数)为20% ~ 30%且为圆形玻璃测温- - -直是气化炉炉膛测温的标准方法。热电偶体,粗渣的残炭质量分数在15%~20%,粗渣中测温的准确性是气化炉安全、高效运行的保障。Cr2O3质量分数小于0. 005% ,表明炉温控制比较采用的热电偶是由铂/铑18( Pt/Rh18)合金做成合适。如果粒度变小,大颗粒数量分布减少,渣内的,外层包有由Al2O3 -Cr2O3和Mo- Zr02做成有细长丝,分析粗渣中残炭质量分数小于15% ,的两层保护套管,并通氮气实现气密和保护,一-般Cr2O3质量分数超过0. 01% ,说明气化炉操作温在气化炉内上下各2只,也可根据运行实际上下度偏高;反之,粒度变大,大颗粒增加,残炭质量分各装1支。由于受熔渣的直接冲刷磨损,其使用数大于20% ,说明操作温度控制偏低。寿命较短;为了延长热电偶的使用寿命，其套管顶另外, Texaco煤气化炉简体、拱顶外壁在一-定端比炉膛向火面一边后缩10~20mm甚至更多，的时间段内固定点温度的变化趋势,也可以辅助则容易造成实际指示温度偏低。正确地安装热电判断操作温度的高低变化;在激冷水量相对稳定偶测温在气化炉运行初期仍是最直接、最准确的的前提下，气化炉外送黑水的温度以及出口粗合指导煤气化操作的依据。成气温度的变化趋势,也反映了气化炉实际操作4.2渣口压差 判断法温度的变化。实际生产运行中,对气化炉操作温Texaco煤气化炉渣口压差大小是气化炉排渣度的判断往往是运用以上几种方法进行综合分析是否顺畅的最直观表现,在气化炉负荷- -定的工研判的结果。况下,反映了气化炉操作温度对应灰渣黏度的大小。气化炉排渣顺畅,渣口压差保持相对稳定,气中国煤化工措施化炉运行平稳,表明炉温控制合理。如果操作温:MYHCNMHG度偏低,渣量增加,灰渣黏度增大,熔渣流动性降Texaco煤气化工艺技术特点决定了气化炉操低,导致渣口变小，压差增大;相反,操作温度升作温度以保证液态排渣顺畅为首要控制原则，其高,渣量减少,灰渣黏度降低,渣口压差减小。以依据是灰渣的粘温特性,目标温度应使对应的灰上情况都会伴有气体成分发生很大变化,要求对渣 黏度达到25 ~40 Pa. s;其次还要考虑原料煤第4期李聿营. Texaco煤气化炉操作温度的探讨的碳转化率、有效气体的组成以及关键设备的使通过氧煤比来控制操作温度提供依据。用寿命等运行要素,要求操作温度在满足顺利排(3)气体成分组成控制渣的基础上控制越低越好。实际生产中，由于使通常在热电偶测温失效的情况下,以粗合成用煤种的不同和掺配比例的变化,使得灰渣黏度气洗涤塔出口气体成分作为控制煤气化炉操作温的测定比较困难。因此，结合齐鲁煤气化装置运度的主要依据。传统煤气化运行操作中，炉温的行经验,通常以煤的灰熔点以上50~ 100 C为控控制主要参考工艺气体中CH4含量为依据,但是制目标并参考对应灰渣的粘温特性作为Texaco由于CH4含量在工艺气体中所占体积分数很小煤气化炉操作温度的控制原则,能够保证气化炉(10-。计),微小的温度变化也会较快地引起CH.排渣顺畅,实现装置的长周期稳定经济运行。含量的大幅度波动,所以只能用其作为观察炉温5.2控制措施变化趋势的参考。齐鲁煤气化装置运行经验表(1)原料煤质控制明,以工艺气体中CO2含量作为控制参数并结合原料煤质是决定Texaco煤气化炉运行参数有效气体( H2 +CO)含量来控制气化炉操作温度的基础,最佳操作温度的选取首先依据煤灰熔点是非常有效的。CO2含量与操作温度的对应关系和灰渣的黏温特性来做出的。尽管Texaco煤气较为确定,且受其他因素的干扰较小，在其相对稳化工艺技术对原料煤选用的范围要求比较宽,但定状态下能较好地反映气化炉内反应流场的温是其质量的好坏及其稳定性仍是影响煤气化装置度。实际运行中,若煤质相对稳定、工艺烧嘴雾化安全稳定经济运行的重要因素,尤其是采用不同正常,CO2体积分数-般控制在17.5% ~ 20%，煤种的原料煤掺配作为气化原料,其质量控制更同时有效气体( H2 + CO)体积分数维持在79% ~为重要。因此,控制气化炉操作温度的前提是首82%,且随CO2含量升高而下降,气化炉排渣顺先控制人炉原料煤的灰分、灰熔点和灰渣的黏温畅 ,说明操作温度控制比较适宜。特性。实际生产中要求煤的灰分越低越好,其质(4)渣口压差控制量分数- -般控制在不大于10% ;灰熔点越低,操保证Texaco煤气化炉液态排渣顺畅是控制作温度越低,一般控制在不超过1 250 C为宜;灰操作温度最基本的原则。在气化炉负荷、原料煤渣的黏温特性好，操作温度稳定,一般控制在25质相对稳定的前提下，渣口压差大小反映了操作~40Pa●s为最佳。另外,生产中每天要安排对温度的高低。当渣口压差增大，气化炉出现排渣人炉原料煤进行取样分析,及时根据煤质的变化不畅并伴随气体成分波动,说明操作温度偏低,应对气化炉的操作温度进行调整控制。该及时调整氧煤比,提高操作温度,缓慢熔渣。加(2)热电偶测温控制氧过程不能太急,要严格遵守多次少量的原则,避根据原料煤的灰熔点，利用热电偶测温控制免提温过快,渣量迅速增加,造成渣口急剧缩小，气化炉的操作温度,并依据气体成分的组成变化引起气体成分的大幅波动。在齐鲁煤气化装置实对炉温进行调整是Texaco煤气化操作运行的最际运行中,渣口压差一般控制在30 ~50kPa●s,佳状态。所以,热电偶的准确测温对操作温度的能保证顺利排渣且有效气体(H2 + CO)体积分数控制至关重要。而实际生产中,由于受熔渣覆盖达到80%以上。的影响,热电偶仅在气化炉开车7~10d其温度(5)氧煤比的控制显示是正常的,且指示准确性还受安装深度偏差对Texaco煤气化过程控制是通过调整氧煤的影响。因此,要充分发挥热电偶测温对操作温比来控制炉膛内反应温度实现的。工业生产中，度控制的指导作用,首先是控制热电偶的安装深对气化炉氧煤比的控制应综合考虑,不能单纯为度距离气化炉耐火砖迎火面10mm左右为最佳H中国煤化工而降低氧煤比，也不能位置,确保温度显示准确;其次要在气化炉开车后cNMHG气体含量和操作温度。热电偶的温度显示有效期内,结合原料煤的灰熔氧煤比的选择既要考虑有效气体成分的含量,还点分析,利用操作温度的调整变化对气化炉氧煤要保证气化炉顺利排渣以及气化炉运行工况的需比、气体成分等参数进行标定,找到不同灰熔点的求。氧煤比的控制是否合理,可以通过CO2含煤质对应的最佳氧煤比,为在热电偶显示失效后量、有效气体(H2 +CO)含量、渣口压差、气化排齐鲁石油化工QILU PETROCHEMICAL TECHNOLOGY2015年第43卷放粗渣中的残碳含量、粗渣中的Cr2O3含量以及控制入手，选取合适的操作温度控制范围，加强对所排粗渣的形状等因素综合来考虑,决定气化炉气化炉运行过程各工艺参数的监控，通过调节氧操作温度是否合理,不可片面的下结论来确定氧煤比及时调整气化炉温,使其达到最优化运行的煤比的高低。当工艺烧嘴运行稳定,煤浆的成分状态。及煤的灰熔点相对固定以后,在一定的时间内应确定一个比较小的操作温度范围,也就是说在一参考文献定的时间内应有相对固定的氧煤比。[1] 李琼玖,钟贻烈,廖宗富,等.四种煤气化技术及其应用[J].河南化工,2008 ,25(3):4-7.6结语[2]李聿营. Texaco煤气化装置长周期运行影响因素分Texaco煤气化炉操作温度直接关系到工艺气析及对策[J].齐鲁石油化工,2013 ,41(4):291 -体有效成分、碳转化率及炉砖使用寿命,关系到整个煤气化装置的稳定经济运行。因此,在实际生[3] 贺根良，门长贵.气流床气化炉操作温度的探讨产操作中,要从煤气化的源头一一原料 煤的质量[J].煤化工,2007 ,35(4):8-11.DISCUSSION ON OPERATING TEMPERATURE OF TEXACOCOAL GASIFICATION FURNACELi Yuying( The Second Chemical Ferilizer Plant of Qilu Branch Co.，SINOPEC, Zibo Shandong 255400)Abstract :This paper briefly analyzed the characteristics of Texaco coal gasification tech-nology and influence of operating temperature on the gasification process. Influence factors andthe judging methods for operating temperature of the gasifier were discussed. Specific controlmeasures for operating temperature of the gasifier were given combining with the running experi-ence of the Qilu coal gasification plant.Key words: Texaco coal gasification; operating temperature; influence factors ; judgingmethod; control measures(上接第282页)RUNNING ANALYSIS ON THE UNIT FOR REMOVAL OFSULFATE RADICAL BY MEMBRANCE METHODWu Guangjun( Chlor - alkali Plant of Qilu Branch Co. ，SINOPEC, Zibo Shandong 255411 )Abstract : Running situation of the unit for removal of sulfate radical by membrance method( denitration by membrance method ) was described，problems appearing and the matters neededto be noticed in the running of the unit were analyz<中国煤化工ion was gave, and e-conomic profit comparison between the new process:TYHCNMHG8wasanalyzed.Key words : membrance method; barium method; filtration; sulfate radical; ion mem-brance