DMF项目的2种煤气化工艺之比选

.第47卷第3期化肥设计June 20092009年6月.Chemical Fertilizer DesignI设计技术DMF项目的2种煤气化工艺之比选任召金',彭锴,汤霞槐”,王 冬’(青岛科技大学,山东青岛266061 ;兖矿峄山化工有限公司,山东济宁273500)摘要:论述了DMF(二甲基甲酰胺)项目中煤气化工艺技术的选择过程;分别阐述了多喷嘴对置式水煤浆气化工艺和单喷嘴干堞粉气化工艺2种工艺路线的技术优势和存在的缺点;对比了单喷嘴粉煤气化炉和多喷嘴水煤浆气化炉的工艺参数和投资效益;最终选用的是单喷嘴水冷璧粉堞气化技术。关键词: DMF(二甲基甲酰胺);煤气化工艺技术;单喷嘴干煤粉气化工艺;多喷嘴对置式水堞浆气化工艺中图分类号: TQ546文献标识码:A文章编号:1004 - 8901(2009)03 -0013 -04Comparison and Selection for Two Kinds of Coal Gasification Process in DMF ProjectREN Zhao- jin, PENC Kai, TANG Xia-huai, WANG Dong(Qindao Science and Tehnology Uniersiy, Qindoo Shandong 266061 China; Yankuang Fengshan ChemicalEngineering Company Id. , Jining Shandong 273500 China)Abstract: Author has discused the selective process for col gasification process technology in the dimethyformamnide (DMF) projects; wuthor hasseparately described the technical sdvantage and the existing shortages for waler coal slury gasificatio proceo with multi-burmners opositely armanged andfor dry coal powder gasifcation procese with singe burmer ;has compared the process parameters and invest benefit for pulverized coal gnaifer having singlebumer with the waler coal slumy gaifer having muli-bumers; the final selection is the pulverized coal gaifcation technology of water cooled wall mem-brane gasifier having singe bumer.Key words: dimethylformamide (DMF); coal gaification proces tchnology; dry coal powder gaification procas with single bumer; waler colslury gasificatio process with rouli- bumers opositely aranged兖矿峄山化工有限公司造气工序采用的是固目建设上充分考虑了工艺技术的先进性、前瞻性、定床常压间歇气化工艺，用无烟煤作为原料,产生适用性、以及安全和环保等多方面因素。在建设项的粗煤气经过静电除尘、栲胶法脱硫、中低低变换、目之初对气化技术进行了细致周密的考察。对气碳酸丙烯酯脱二氧化碳及铜洗(铜洗之前配以联醇化技术的总体要求是:①适宜使用集团公司所产煤装置)等净化处理后,制得精炼气送往合成氨装置种(以济二矿煤或东滩混煤作为燃料煤,北宿混煤生产合成氨与脱碳工段产生的二氧化碳联产尿素。或鲍店混煤作为原料煤) ;②技术要先进,有比较高由于固定床间歇法造气工艺落后,原料只能用无烟的煤气产气效率;③有良好的运行周期;④属环境煤,气化效率- -直较低,尤其是2003年以来,国内煤友好的工艺技术;⑤工艺可靠、自动化程度高、操作炭资源紧张,粗煤气制造成本不断上升，造成生产容易;⑥有较为成熟的运行经验;⑦项目建设安装周成本居高不下,严重影响了企业的进一步发展。因期短,运行成本低,具有良好的经济效益。此,选择合适的煤气化技术,通过对原料路线的改多喷嘴对置式水煤浆气化工艺与单喷嘴干煤造,实现原料煤的本地化供应,降低原料成本,并新粉气化工艺同属华东理工大学、兖矿集团公司共有建DMF(二甲基甲酰胺)装置,优化企业产品结构,自主知识产权的新型煤气化工艺技术。根据集团创造产品多元化，成为兖矿峄山化工有限公司的现公司总体产业规划要求,结合兖矿峄山化工有限公实选择。司实际情况,决定在这2种气化工艺技术之间进行比较选择。1煤气化工艺技 术的选择要素中国煤化工工艺技术的先进性决定项目的市场竞争力。作者刨:.HC N M H G人200年毕业于山东拟建项目应尽可能采用高新技术,达到国内领先并建筑材料. L业字院,育岛科技大学控制工程硕士,助理工程师,从事尽可能接近或超过国际水平。兖矿峄化公司在项化工生产技术管理工作。●18●化肥设计2009年第47卷得水冷壁气化炉的寿命必然优于以耐火砖为炉衬2煤气化技术概述的气化炉。气流床煤气化技术代表着煤气化技术的发展3多喷嘴对置式水煤浆气化技术趋势,是目前最高效、清洁的煤炭利用技术之一-。国际上最主要的气化技术包括:以水煤浆为原料的新型多喷嘴对置式气化技术是我国具有自主GE(原Texaco)、多喷嘴对置式水煤浆气化( OMB)，知识产权的加压 气流床气化工艺技术,是在Texaco以粉煤为原料的Shell、GSP气化。煤气化技术基础上创新的煤气化技术。多喷嘴对水煤浆加压气化法与干煤粉加压气化法均为置式水煤浆气化技术涉及以纯氧和水煤浆为原料目前世界上较先进的气化技术,同属气流床加压气制合成气的过程,装置包括磨煤.气化、初步净化及化法。其共同特点是:对煤种的适应范围较宽,可含渣水处理单元,水煤浆气化压力约为6. 5 MPa,温利用粉煤;单台气化炉生产能力较大,气化操作温度约为1 250 C。度高;液态排渣,碳转化率高,煤气质量好,甲烷含3.1技术优势量低,不产生焦油、萘、酚等污染物;炉灰渣可以用多喷嘴对置式水煤浆气化技术相对于国外引做水泥的原料和建筑材料,三废处理简单,易于达进的水煤浆气化技术、干煤粉气化技术,在设备投到环境保护的要求;生产控制水平高,易于实现过资、运行费用(源于工艺指标的优势)及专利实施许程自动化及计算机控制。可费等方面具有较大的优势。与Texaco水煤浆气气流床气化炉分为热壁型和冷壁型。以水煤化技术相比,其技术特点如下。浆为原料的GE(原Texaco)、0MB气流床气化技术，(1)多喷嘴对置式气化炉和新型预膜式喷嘴采用耐火砖热壁型气化炉,各装置向火面耐火砖的的气化效率高,技术指标先进。与采用Texaco水煤运行寿命有限,约10 000 h。这就意味着每1年左浆气化技术的兖矿鲁南化肥厂同期运行结果相比，右需要更换1次耐火砖,而每次更换耐火砖则需耗有效气成分提高2% ~3%,CO2含量降低2% ~时约1.5个月(包括气化炉降温、换砖筑炉、烘炉3% ;碳转化率提高2% ~3% ,比氧耗降低7.9% ,比等)。随着气化炉大型化,热壁型气化炉耐火砖的煤耗降低2. 2%。用量增大,筑炉工作量及筑炉周期延长,这也是热.(2)多喷嘴对置式气化炉喷嘴之间的协同作壁型气化炉大型化不利的方面。例如,直径2.8m用好， 气化炉负荷可调节范围大,目前为50% ~的气化炉,向火面Cr-AI-Zr耐火砖约需40 t,而直径110% ,负荷调节速度快,适应能力强,有利于装置3.4 m的气化炉,向火面砖约需90 t。由于大型化大型化。气化炉的筑炉难度增加,满足耐火砖环向缝、纵向(3)分级式合成气初步净化工艺节能、高效。缝要求方面可能存在问题,耐火砖的支撑和固定必表现为系统压降低 ,分离效果好,合成气中细灰含须采用新的途径,因而有可能存在耐火砖串气、金量低( <1 mg/m' )。属炉壁超温等安全隐患。采用耐火砖的热壁型气(4)渣水处理系统采用直接换热技术,热回收化炉存在耐火砖有限的使用寿命和大型化约束的效率高,克服了设备易结垢和堵塞的缺陷。向题,要实现气化装置的长周期高效运转,必须对(5)多喷嘴对置式水煤浆气化技术与单喷嘴热壁型气化炉进行改革。顶置的气化炉相比,在处理能力上有很大的优势。以粉煤为原料的国外Shell、Prenflo及GSP气化该技术操作弹性大,增减负荷方便,操作负荷为炉使用水冷壁型式,内壁衬里有水冷管,仅在向火50% ~ 110%。面有1层薄的耐火材料涂层,操作时壁内形成一层(6)研发和服务的技术力量较为雄厚。渣,用“以渣抗渣”的方式来保护衬里不受侵蚀。气32 存在的不足化炉运行时,熔融灰渣遇冷壁发生相变,挂璧后形多喷嘴对置式水煤浆气化技术存在的不足主成固态渣层、过渡层和流动渣层,用“以渣抗渣”的要体中国煤化工偏短。目前炉顶方式来保护衬里不受侵蚀,其中过渡层和流动层随砖的寿CN MH在现有的高径比着气化反应的进行逐渐更新。由于熔渣导热系数条件下优化⊥乙操作可以延长便部耐火砖的使用低,形成非常大的热阻,对水冷管起到保护作用,使寿命。据专利商介绍,这是由于在设计最初的工业第3期任召金等DMF 项目的2种煤气化工艺之比选●19.装置时,为了节省设备投资,将喷嘴以上空间留得对煤种的灰熔点范围比其他气化工艺较宽。对于过短。在新设计的装置中,专利商已经考虑增加喷较高灰分、较高水分、较高含硫量的煤种也同样嘴以上空间高度,以提高顶部耐火砖的使用寿命。适应。另外,气化工艺烧嘴是保证整个气化装置长周(2)采用单喷嘴水冷壁式粉煤气化炉,其结构期运行的关键设备之一,如何通过改变烧嘴结构和简单,便于操作;采用CO2输送煤粉,工艺合理,能材质而延长装置运行周期是专利商和各相关单位耗低;合成气初步净化采用激冷流程,工艺成熟,更下一步工作的重点。适合化工生产。(3)工艺技术指标先进。碳转化率、比氧耗、4单喷嘴水冷 壁粉煤加压气化技术比煤耗和合成气有效成分等技术指标均处于粉煤4.1 技术现状气化技术的国际先进水平。“十五”期间,水煤浆气化及煤化工国家工程研(4)环保指标好。为环境友好型清洁生产技究中心、华东理工大学、中国天辰化学工程公司承术,气化炉高温排出的熔渣经激冷后成为玻璃状颗担了国家重点科技攻关课题“粉煤加压气化制备合粒,性质稳定,对环境影响较小。气化污水中含氰成气新技术研究与开发" ,先后进行了干煤粉进料化物少,容易处理,有可能接近零排放。的四喷嘴热壁气化炉中试、干煤粉进料的单喷嘴热(5)气化操作采用先进的控制系统。流程设壁气化炉中试、干煤粉进料的单喷嘴水冷壁气化炉计合理,安全联锁控制系统完备,易于进行工程实中试试验。该技术填补了国内空白,中试工艺指标施。设置了必要的DCS、ESD(紧急停车系统)系统,达到国际先进水平。2005年3月,经对“十五”攻关使气化操作在最佳状态下进行。中试装置进行调整和改造,进行了以N和CO2为输(6)运转周期长。气化炉采用水冷壁结构,无送介质的粉煤加压输送研究,进行了氮气为载气的耐火砖衬里,维护量较少,气化炉内无传动部件,运单喷嘴干煤粉加压气化试验,实施了国际上尚未见转周期长,无需备用炉。报道的CO2为输送介质的粉煤加压气化运行实验。(7)单喷嘴冷壁式粉煤加压气化可满足不同该气化工艺技术工业示范流程构想为:干煤粉规模煤制合成气、制氢等产品的要求,可广泛应用进料、单喷嘴水冷壁气化炉、激冷流程、合成气分级于合成氨、甲醇、炼厂供氢、醋酸等装置的新建或原净化及渣水直接换热。料替代技术改造,具有投资省、操作可靠性高的经过“+五”期间的研发和示范,证实以粉煤为特点。原料的多喷嘴对置式气化技术及单喷嘴粉煤气化43 存在的问题工艺是完全可行的，具有操作与调整负荷灵活,工(1)投资决策风险大。虽然经过实验室小试、艺指标先进等特点,为进一步研究开发水冷壁气化中试已经形成水冷壁气化炉的放大设计理论,形成炉技术打下了良好基础。自主知识产权的干煤粉水冷壁气化炉技术,然而之为了拓展应用煤种,解决气化高灰熔点煤的问前还没有1套工业示范装置,将该技术应用于实际题,2007年9月建成水冷壁中试气化装置进行试生产过程,无疑将面临很多困难,认识上也有很多验,中试装置主要经历前期设计、加工和建设阶段,不足。其工艺流程和一些指标数据和优点还需要火焰稳定性调试阶段,化I投料阶段及长周期运行在实际生产装置运行后才能得到。对这样的新技优化指标阶段, 2007年完成了装置试车工作,通过术,公司- -致认为尚需要- 一个消化吸收的过程。在了兖矿集团有限公司技术中心组织的验收。工程设计、设备选型、流程配置、施工管理以及从试通过近7年的努力、国家“十五”科技攻关及车到正常运行等方面,也都要有一个全新认识“十一.五”863计划支持,先后经过实验室小试、中过程。试,目前该气化技术已经形成水冷壁气化炉的放大(2)国内相关设备的制造厂家都是第1次制作设计理论,拥有了自主知识产权的干煤粉水冷壁气配套中国煤化工特别是三大件的化炉技术。外壳YHCN MH Q雄度大.制作周期4.2 技术优势较长。(1)煤种适应性较好。煤种的适应性比较广,(4)为保持水冷壁管的水量均匀分布，水冷壁●20●化肥设计2009年第47卷管内径较小，对锅炉给水的水质要求高,同时对水褒1单喷嘴粉煤气化炉与多喷喇冰煤浆气化炉汽系统配管、设备安装及试车的要求也高。工艺参数比较(5)从节省甲醇合成装置的设备投资费用和序号项目单喷嘴粉煤气化多喷嘴对置式压缩能耗,便于实现等压甲醇合成等方面考虑,选气化压力/MPs2.5-4.04.0/6.5择湿法料浆气化工艺,气化压力在6.5 MPa,可实2气化温度/C1 400~1 6001 200~1400单炉投煤能力/.d-1600~1 000500 ~2000现等压甲醇的合成。而干法粉煤加压气化技术目4气化炉炉型水冷壁单喷嘴热壁式 、四喷嘴前工业装置的气化压力最高只能达到4.0 MPa,5进煤方式粉煤,氮气输送水煤浆 、泵送6热回收方式激冷、废锅这样合成气经净化后进入甲醇合成反应器前仍排渣颗粒排渣液态排渣需增设压缩机以提高压力,从而使合成气压缩能8单炉进料系统1套耗增加。9控制系统简单复杂10 碳转化奉/%9898 -99.44 单喷嘴水冷璧粉煤气化示范装置的产业化11 合成气有效成分，>90~83加快实施单喷嘴冷壁式粉煤加压气化技术产o(CO+H2)/%业化具有以下重大意义。12冷煤气效率/%>874 -77(1)我国东北、内蒙及西南地区有大量的褐13投资/亿元~1.1-1.15煤,褐煤由于自身的特点更适合粉煤气化,对单喷14 国内工业化装置巳无2嘴冷壁式粉煤加压气化技术进行工业示范,将大大正常运转套数拓展煤种适应性,扩大煤化工原料范围,对国家、企由表1可以看出,虽然单喷嘴粉煤气化炉比多喷业及兖矿集团自身的发展都有促进作用。嘴对置式水煤浆气化炉投煤量小，但其合成气有效成(2)应该看到,新型多喷嘴对置式水煤浆气化分、冷煤气效率远超过多喷嘴对置式水煤浆气化炉。技术的推广取得了巨大成绩,它的特点是适合大型化。目前,国内的几百家中小型氮肥厂需要技术改6结语造,很多有机化工厂需要CO和H2作为原料,这是(1)峄化公司认为纯粹从工艺技术角度考虑,一个非常庞大的市场。单喷嘴冷壁式粉煤加压气新型多喷嘴对置式水煤浆气化工艺应该是本项目化炉可以适应处理煤量为500.750、1 000 Vd,可以水煤浆气化技术的首选方案,但是从整个集团公司满足从有机化工产品到30万Va合成氨的需求。煤化工的产业规划角度考虑,选用单喷嘴水冷壁粉该技术早8进行工业示范,可以与四喷嘴技术互为煤气化技术具有更深层次的现实意义与长远意义。补充,为兖矿集团在煤化工领域的核心竞争力提供(2)峄化公司充分认识到并将有意识地防范强大的保证。由此带来的风险:①持续关注研究收集贵州开阳(3)目前国内粉煤气化技术已经三分天下，化工气化炉的操作运行情况;②严密关注水煤浆气Shell在国内签约19家,GSP签约5家(含科林公司化及煤化工国家工程研究中心对中试装置放大后1家),航天炉在安徽临泉和河南濮阳的示范装置已的技术改进方案、实施进展以及投用后的改进效经开车,提供技术、设备、仪表技术服务等内容的果;③充分发扬全体员工艰苦创业、协力攻关的精服务,发展潜力很大。神,力争在国内建成首套单喷嘴水冷壁粉煤气化工通过单喷嘴水冷壁粉煤气化工业示范的实施，业示范装置。使自主知识产权的气流床煤气化技术真正能够与参考文献:国外技术相抗衡,实现气化装置的长周期、高效率[1]曹永东. Texsco水煤浆技术与Shell干煤粉气化技术的比较分析运转,为国家实施以煤气化为基础的多联产战略和[J].科技情报开发与经济200,(22).发展现代煤化工、能源化工提供高效、可靠的技术[2]方德巍,迁晓霞.新一代煤转化及煤化工的发展和展望[].煤化工2002,(6).0支撑。.3]2琶探讨[J].化肥工业，中国煤化工5 2种气化炉工艺参数比较单喷嘴粉煤气化炉与多喷嘴水煤浆气化炉工[4]网HC N M H G炉技术得研发及在洁净煤领域得应用前景[J].化肥工业2006,(4).艺比较见表1。收稿日期: 2009-03-06