水煤浆水冷壁气化炉项目总结

2012年1月化肥工业水煤浆水冷壁气化炉项目总结王中刚,韩喜民(山西阳煤丰喜肥业<集团>有限责任公司临猗分公司山西临猗0400摘要日处理煤750t水煤浆水冷壁气化炉工艺示范装置具有氧气分级供给、气化炉采用永冷壁代替耐火砖、水煤浆进料流程短、喷嘴使用寿命长等特点。在气化压力4.0MPa条件下,制得的煤气中有效气体(CO+H2)体积分数≥79.7%,碳转化率达98.0%,喷嘴使用寿命超过6个月,基本达到三废零排放。与德士古气化炉相比,采用该技术设备可全部国产化,降低建设投资,经济和环境效益显著。关键词水冷壁气化炉水煤浆总结Sum-Up of Project for Water-Cooled WallGasifier Based on Coal-Water SlurryWang Zhonggang, Han XiminLinyi Branch of Shanxi Fengxi Fertilizer Industry Group >LtdAbstract A process demonstration unit of a water-cooled wall gasifier based on coal-water slurryfor the treatment of 750 t of coal a day has the following characteristics: supply of oxygen in stages,useof water-cooled wall instead of refractory bricks in the gasifier, short flow path for coal-water slurryfeed, and long service life of the nozzle. Under a gasification pressure of 4.0 MPa, the gas producedhas an effective gas(CO+H2)volume fraction of >79. 79, the carbon conversion is 98.0%,theservice life of the nozle exceeds 6 months, on the whole attaining zero discharge of wastes. Comparewith the Texaco gasifier. the use of such a technology it is possible to adopt domestic made equipmenlower the construction investment, and the economic and environmental benefit is remarkableKeywords water-cooled wall gasifier coal-water slurry sum-up水煤浆水冷壁气化炉开发项目由清华大学与可摆脱炉内部分氧化反应所需的碳与氧的化学当山西阳煤丰喜肥业(集团)股份有限公司、北京达量比约束。立科科技有限公司、太原锅炉厂共同承担,并在山(2)气化炉采用水冷壁,不仅利用废热,还能西阳煤丰喜肥业(集团)股份有限公司临猗分公提高气化炉温度。气化炉操作温度由1350℃提司建成了以烟煤为原料的加压气化工业化示范装高至1500℃,拓宽了煤种使用范围,可以使用本置,打破了国外公司在水煤浆加压气化技术方面地高灰熔点煤种,为原料煤本地化提供了条件。的垄断,形成技术领先并具有我国自主知识产权(3)与干粉加压进料相比,水煤浆进料流程的煤气化技术。该项目总投资7000万元,气化短,进料压力更高,无需使用惰性载气,操作及控炉于2010年9月19日开始安装2011年8月制计量简便进料连续,便于输送,且安全可靠。22日一次投料成功。截止到目前,水煤浆水冷壁(4)喷嘴预混程度调节气体可以采用CO2,气化炉运行稳定,各项工艺参数达到运行指标。N2,水蒸气等其他气体,结合氧气的分级给入,降低了喷嘴1水煤浆水冷壁气化炉工艺技术特点中国煤化工的使用寿命。(1)氧气分级供给,气化炉工艺烧嘴和侧壁2产乱CNMHG术工艺指标氧气喷嘴分别加氧,使气化炉工艺烧嘴的氧气量(1)产能规模:单台炉日处理煤750t化肥工业第39卷第1期(2)建设内容:依托山西阳煤丰喜肥业(集白煤末4个煤种进行了混烧,均取得良好的运行团)股份有限公司临猗分公司水煤浆水冷壁气化效果完全符合合成氨生产要求。距离山西阳煤炉项目,建设1台压力4.0MPa、单台炉日投煤量丰喜肥业(集团)股份有限公司临猗分公司50km750t的工业化示范装置。的河津、平陆两地具有丰富的烟煤资源,可作为水(3)主要技术指标:煤气中的有效气体成分煤浆水冷壁气化炉装置的原料煤。另外,目前临(CO+H2)体积分数≥79.7%;碳转化率≥98.0%,猗分公司固定层造气炉原料煤筛选出的煤末量约比德士古气化炉提高了1.5%以上;喷嘴的使用寿100kta,因粒度太小而无法在固定层造气炉上使命≥6个月。用,将此煤末用于水煤浆水冷壁气化炉制气,可最3经济效益大限度地利用煤炭资源。(3)水煤浆水冷壁气化炉具有煤种适应性水煤浆水冷壁气化炉与德士古气化炉主要技气化强度高、污染少操作简便等特点。与术经济指标对比数据见表1。德士古水煤浆加压气化、 Lurgi固定层加压气化、表1水煤浆水冷壁气化炉与德士古气化炉she粉煤加压气化等工艺技术相比,具有投资主要技术经济指标对比数据少、见效快、与后工段压力相匹配等特点,十分项目德士古水煤浆水冷符合我国采用小氮肥工艺的装置进行技术改造气化炉壁气化炉的要求。有效气(CO+H2)体积分数/%79.079.7(4)水煤浆水冷壁气化炉采用液态排渣,煤冷煤气效率/%中90%(质量分数)以上的灰分以渣的形式排出碳转化率%98.0渣中含碳质量分数<10%,碳转化率≥98%,有效喷嘴使用寿命/d30~50120气(CO+H2)体积分数79.7%,比同类型气化炉日投煤量70t水煤浆水冷壁气化工业示范高1.7%。若按现有31.25装置依托180kt/a合成氨生产装置,总投资为(CO+H2)48450m3/h(标态)计,300k/a合成7000万元左右(包括1台气化炉及原料煤细磨装氨装置年节煤53.5t;按入炉煤价格740元/置),其经济效益分析如下。计,每年节约394.6万元。(1)国外专利收费折合人民币约198万元。(5)水煤浆水冷壁气化炉检修方便,运行周而山西阳煤丰喜肥业(集团)股份有限公司是水期长,检修费用低。水冷壁取代耐火砖最直接优煤浆水冷壁气化技术的开发参与单位,因此本项点:①每年耐火砖更换、砌筑费用总计310万元目可节约此专利费用而水煤浆水冷壁气化炉设计寿命为10年,扣除水(2)按无烟块煤价格800元/t、烟煤410元/t冷壁费用,共节约3000万元;②耐火砖每年更换计,每年可节约原料煤费用5850万元。需时1个月,而水煤浆水冷壁气化炉检修只用5d,(3)示范气化炉成功后,按技术推广能力使水煤浆水冷壁气化炉每年多1个月的运行期,按2000k/a计,仅国内外专利费差价一项就可节现有气化炉生产能力计算每年每台水煤浆水冷壁约投资近2亿元人民币。另外,每年可节约原料气化炉可多生产合成氨9001煤费用6亿元人民币,经济效益十分显著。5结语社会效益(1)水煤浆水冷壁气化技术在生产周期、运(1)该项目的设备可全部国产化,大大降低行成本、节能效益经济效益和环境效益等方面均了建设投资,对推动我国氮肥工业的技术升级以有明显的优势及原料结构调整具有非常重要的意义。(2)环中国煤化工干净美观。基2)可使气化用煤当地化降低入炉煤成本。本达到三CNMH生化处理即可水煤浆分级气化工业装置自2006年建成投产后,达到环保排放标准先后对甘肃华亭煤、陕西神木煤、内蒙古煤、阳泉(下转第62页)化肥工业第39卷第1期经认真分析、仔细排查,发现在水联运排水过气的冷量,使变换气温度提高至-16℃左右,入塔程中,由于环境温度太低,E6底部出口排液导淋处贫甲醇温度至-50℃,此时出塔工艺气中CO2含发生结冰堵塞,水联运结束后排水时,造成排水完量缓慢上升,逐步达到甲醇合成需求。全的假象。随后系统导入甲醇,初次建立甲醇循43蝶阀的调节精度不足环。由于上塔靠位差将甲醇送至下一层塔盘,此在此套装置中,设计时考虑到负荷较高,需要处管道、设备处于U形弯的最低点,存有大量积的甲醇循环量较大(满负荷320m3/h),甲醇管径水,而甲醇密度远低于水的密度,无法靠位差由甲也较大,因此采用的蝶阀较多,贫甲醇阀、机泵出醇将水带出此低点,进而形成“水封”,在系统甲醇口阀多为蝶阀。蝶阀的流通量大,但调节效果、精循环降温冷却时,低温下结冰堵塞管道。度远低于其他调节阀。因此,在其开关时极易产出现事故的原因明确后,立即中断使用各台生波动,特别是贫甲醇阀,由于前后压差较大,即氨冷器,使系统全面回温复热。由表1可以看出:使手动调节也无法克服。目前运行中只能在手动系统复热期间,T21温度已复热至常温,而T和·状态下加强监测。T10温度由于内部冰块堵塞,仍处在0℃以下。经4.4界区阀不能双向密封彻底回温后,E6内的冰块融化,通过E6出口低温甲醇洗装置的开车特点是导气前需要用203.2mm(8”)预留口阀门导淋将这部分甲醇/水高压N2将系统充压至5.0MPa,提前进行循环降混合液引至地下甲醇收集漏斗。排放完全后,系温。此时低温甲醇洗装置压力远高于变换装置,要统恢复开车,温度显示正常,E6管程进、出口管道求变换与低温甲醇洗装置之间的界区阀(MV8)具完全打通。有很好的反向密封性能。在几次开停车过程中,发42系统导气时CO2彻底吸收现Mv8不能起到良好的隔离效果,停车后,存在甲系统初次导气后,经分析,H2S体积分数≤醇洗装置压力向前系统变换装置倒窜的现象。另0.01×10-6,但CO2在线分析仪显示CO2体积分外,在开车建立甲醇循环时,大量气体通过MV8漏数为0.01%,手动分析也是如此,显然无法满足甲至前装置需要大量的N2维持高压区Cl的压力醇合成需要。造成这种情况的原因可能有以下几并且对今后大检修时的界区隔离留下了隐患。点:①系统甲醇循环量过大,洗涤太充分;②4台经确认,此阀为单端面密封蝶阀,只具有单向氨冷器提供的冷量太足,入洗涤塔的贫甲醇温度密封效果。后利用停车机会,在阀后增加1个手动达到-55℃,系统最低点温度达-63℃;③E1提闸阀,系统充压时用氮量明显减少,并在随后的前系供的冷量过大,导致变换气入C1温度太低,工艺统的检修中起到了很大作用。气入口温度T3显示为-19.03℃,工艺气中的5结语CO2在此温度下进入洗涤塔极易被吸收。针对以上各种原因,逐一进行排除。当时甲经历了上述问题的暴露、消化及处理,对该套醇循环量为70m3/h,变换气流量为4000m3/h,装置的认识得到提高。目前,渭化公司三期低温气液比并不超出范围,甲醇循环量偏小,如再减少甲醇洗装置运行稳定,整套装置的设计、施工、安此量可能导致气液比失调。于是降低氨压机转装及电气仪表调试均得到检验,圆满地完成了新速,减少氨冷器提供给系统的冷量,并打开E1尾装置的试车调试工作。气管程203.2mm(8"),减小尾气提供给入塔变换(收到修改稿日期2011-12-20)必必必必必必的仍必必必④必必必必必必必必必必必必必必必必必(上接第58页)展的一条重要途径。作为洁净高效的产业化技(3)合成气中硫以H2S形式存在经处理后术,其具有市场音铂力强,特别适合于转化为元素硫大型化的中国煤化于煤基合成气(4)水煤浆水冷壁气化技术将环境保护中传制备过程CNMH包系统等,应用统的“末端治理”转化为清洁生产,将传统的煤气前景非常广阔。化技术提高至一个崭新的水平,是实现可持续发(收稿日期2011-10-27)