煤制甲醇气化工艺选择.pdf

第 2期 2009年 3月 中 氮 肥 M Sized NitrogenousFertilizer Progress No 2 Mar 2009 专论与综述 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 中图分类号 TQ 546 文献标识码 A 文章编号 1004 9932 2009 02 0001 04 Selection on Gasification Process forCoal to M ethanolPlants TIAN Zhi Hebei Qian anFertilizer Co Ltd Qian an 064412 China Abstract The paper gives a brief description of the process flow and its characteristics of variousmodern gasification technologies discusses five key aspectswhich should be considered in the selection of gasification process Based on tha t the author believes that the coal water slurry pressured gasification process is themost appropriate for coal to methanol plants KeyW ords coal gasification methano l process selection 收稿日期 2008 10 10 修稿日期 2009 01 16 作者简介 田 志 1970 男 河北迁安人 河北迁安化 肥股份有限公司合成氨分厂助理工程师 甲醇是一种用途十分广泛的基本化工产品和 原料 由甲醇可制取多种化工产品 随着我国经 济的快速发展 对甲醇的需求量越来越大 甲醇 的生产进入一个快速发展的新时期 我国煤炭资 源丰富 以煤为原料制取甲醇合成原料气是甲醇 生产的最好选择 当今甲醇生产主要采用大规模 连续化生产工艺 要求原料气中有效成分 H2 CO 含量高 这就要求制取甲醇原料气的煤气 化技术应成熟可靠 效率高 下面就煤制甲醇气 化工艺的选择展开讨论 1 选择原则 1 1 适用性原则 我国幅员辽阔 各地煤炭种类有很大差别 不同煤种适用不同煤气化技术 这就要求企业要 根据所用煤的质量 品种等实际情况来选择合适 的煤气化工艺 1 2 可靠性原则 技术必须成熟和可靠 在保证产品质量 性 能和生产能力的前提下 气化装置应能连续长周 期运转 可靠性是生产装置长周期 满负荷 安 全 稳定运行的保证 企业选用的技术要具有煤 化工工业化运行业绩 应该首选已经充分验证并 已在使用的技术 对尚在试验阶段的新技术 新 工艺 新设备 新材料 应采取慎重的态度 1 3 先进性原则 工艺技术的先进性决定项目的市场竞争力 拟建项目选择煤气化技术时 应充分研究工艺技 术的现状和发展趋势 了解是否存在更先进的工 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 能 工艺水平和装备水平几个方面 1 4 经济性原则 经济性是企业发展的根本 因此要求所采用 2 中 氮 肥第 2期 技术投资省 消耗低 运行成本和维护成本低 1 5 安全环保原则 煤的固有特性决定煤化工生产过程中容易产 生大量的煤粉 煤灰 煤渣 废水 废气 对其 处理的难度有的还比较大 企业在选择技术时应 以人为本 选择的工艺技术应确保安全并实现清 洁生产 尽量少排放 三废 尽可能地减少对 生态环境的影响 2 主要煤气化技术的比较 2 1 湿法进料加压气流床气化技术 该类技术包括 GE水煤浆加压气化技术 多 喷嘴对置式水煤浆气化技术以及多元料浆煤气化 技术 2 1 1 适用性 3种煤气化技术都对原料煤有特殊要求 具 有较好的成浆性 低灰熔点和低含水量 否则就 要进行煤的干燥以及加入添加剂和助熔剂 由此 而增加操作难度和生产消耗 2 1 2 可靠性 3种煤气化技术都有工业化运行装置 都具 有较好的可靠性 相比较 GE气化技术由于引进 较早 建设装置最多 商业运行时间最长 经过 多年的探索改进 用于化工生产技术已成熟 可 靠性最高 2 1 3 先进性 3种煤气化技术的碳转化率都很高 96 98 所产生的煤气中 H2 CO 均较高 80 85 气化装置工艺水平先进 2 1 4 经济性 3种煤气化炉内衬耐火砖价格高 寿命短 只能使用 1 2 a 喷嘴也只能使用 60 150 d 气化炉连续运行周期短 维护费用高 需设备用 炉 由于料浆含一定水分 所以氧耗高 煤耗 高 气化过程在高压下完成 降低了合成气压缩 功耗 同时气化强度提高 单炉产气量大 煤气 中惰性气体含量很少 在甲醇合成时循环气量 小 节省压缩功耗 弛放气量小 最适合作甲醇 合成气 2 1 5 安全环保性 3种煤气化技术生产的粗煤气都不含焦油 萘 酚等杂质 因此粗煤气的净化及污水的处理 流程简单 不污染环境 2 2 国外引进的干法粉煤气化工艺 Shell粉煤气化 GSP煤气化技术同属此类 2 2 1 适用性 2种煤气化技术均为粉状煤入炉 各微粒单 独完成热解 气化 熔渣 不会相互黏结 不受 煤的黏结性影响 同时由于气化温度高 可用高 灰熔点煤 对不同煤种的适应性较强 2 2 2 可靠性 Shell粉煤气化在国外只用于电厂 国内引 进此技术首次用于化工 无经验可参考 从国内 几套炉子开车情况来看 困难还很多 开车运行 过程中出现了很多问题 连续运行周期只有 2 3个月 要解决所有问题尚需时日 可靠性有待 提高 GSP煤气化技术国内也是首次引进 国外 大工业化运行经验也不多 国内引进项目刚刚开 始 可靠性有待考证 2 2 3 先进性 2种煤气化技术气化温度高 一般在 1 400 1 700 碳转化率可达 99 煤气中甲烷含量 极少 CH4 98 煤气中 CO H2 90 其二段 反应不进氧气 与水煤浆气化相比 氧耗低 20 30 与现有的干煤粉气化相比 氧耗低 15 左右 该工艺气化炉的炉膛出口煤气温度比 一段气化运行温度低 200 300 可控制在 1 000 以下 可省去激冷煤气 大幅度降低了 气化炉的自耗功 航天炉气化煤气中的 CO H2 92 碳转化率 99 气化炉水冷壁结 构简单 属圆筒盘管型 水路简单 易制造 使 用寿命 10 a 副产中压饱和蒸汽 2 3 4 经济性 2种气化炉均采用水冷壁结构 维护工作量 少 使用寿命长 烧嘴寿命长达 10 a 与国外先 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 作压力均在 4MPa左右 2种气化炉均采用氮气 作为煤粉输送气 使甲醇合成弛放气量增加 损 失了一部分有效气 2 3 5 安全环保性 2种气化炉都不产生焦油 酚等凝聚物 合 成气质量好 不污染环境 排放灰渣可综合利 用 达到了洁净环保要求 2 4 ICC灰熔聚流化床粉煤气化工艺 该工艺为国内开发的比较成功的流化床煤气 化技术 2 4 1 适用性 该气化装置根据射流原理设计了特殊的气体 分布器和灰团聚分离装置 形成床内局部高温 区 使灰渣团聚成球 在非结渣情况下连续有选 择地排出低碳含量的灰渣 因此煤种适应性广 大大放宽了对原料的要求 可以适应 三高一 低 高硫 高灰 高灰熔点以及低活性 煤 2 4 2 可靠性 灰熔聚流化床操作温度适中 干法排灰对耐 火材料不存在腐蚀问题 对耐火材料要求不苛 刻 因此流化床较温和的操作条件使其比高温气 流床运行可靠性高 常压及低压灰熔聚气化已经 工业示范验证可靠稳定 在加压大型化方面 气 化炉本身及其外围设备运行的长期可靠性还有待 验证 提高 2 4 3 先进性 煤气中 CO H2 碳转化率以及热效率 较高 有效气成分一般为 75 80 碳转化 率可达 95 96 2 4 4 经济性 气化入炉煤粒径 0 6 mm 备煤系统简单 投资省 中科院山西煤化所拥有该技术的全部自 主知识产权 所有设备可以完全由国内企业制 作 同等规模气化炉 与德士古 Shell气化炉 相比 投资大幅度降低 2 4 5 安全环保性 装置环保性好 可以做到 三废 无害化 处理和排放 煤气中不含焦油及多酚类物质 煤 气洗涤水可经简单汽提或生化处理后回用 气化 炉排渣 灰等均可资源化利用 3 结 论 在煤制甲醇生产中 煤气化装置在很大程度 上影响甚至决定了甲醇生产全系统装置能否长周 期 安全 稳定地运行以及产品的成本 效益 等 煤气化技术选择的成功与否直接关系到企业 的成败 所以要慎之又慎 原料煤的性质不但是选择气化方法的根本依 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 性的原料煤矿样 选择的矿样一定要确有代表 性 以免造成后患 进行分析 取得煤的化学 组分和性质的基本数据 以便对煤质进行评价 如果煤的成浆性 灰熔点等指标满足湿法气化成 浆的要求 推荐首选湿法气化 因为其煤气成分 最适合甲醇生产并能实现等压合成 在 3种湿法 气化技术中 GE水煤浆加压气化技术进入国内 市场时间比较长 经过多年的运行及改进 在工 艺上已经成熟 能够在最短时间内达到设计要 求 是一项成熟可靠 国产率高 投资省 建成 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 已成功应用于大型化工装置 其气化炉喷嘴之间 的协同作用好 气化炉负荷可调节范围大 负荷 调节速度快 适应能力强 日投煤在 1 500 2 000 t的大型装置适宜采用 而多元料浆气化 技术可以使用多种固态或液态含碳物质制备料 浆 其原料适应性更广 该技术在装置投资 建 设 稳定运行 经济效益等方面具有显著优势 可用于现有装置改造或新建大中型煤化工装置 干法进料煤气化技术虽然不受煤的成浆性影 响 也能适应高灰熔点煤 但是可靠性亟待提 高 Shell煤气化技术是此类技术中引进最多的 引进此技术的企业也大多资金雄厚 技术力量强 大 可是直到目前 国内在运装置仍然存在不少 工艺和设备问题 待完全成熟仍需要一段时间 GSP工艺在国内尚无工业运行装置 国内的干法 煤气化技术有的已完成工业示范 有的则刚刚开 始 有待进一步提高 总之 加压气流床煤气化技术代表着煤气化 的发展方向 但国内开发的干法气化技术还未大 规模工业化 国外的干法气化技术投资费用很 高 设备国产化率低 无用于甲醇合成的工业化 装置运行经验 而湿法气化技术在装置投资 建 设 稳定运行 经济效益等方面在甲醇合成中具 有显著优势 因此 GE水煤浆加压气化技术 多 喷嘴对置式水煤浆气化技术 多元料浆煤气化技 术是甲醇生产企业比较适用的煤气化技术 参考文献 1 苏利伟 等 灰熔聚粉煤气化炉存在的问题及改进 J 中氮肥 2007 5 2 汪寿建 洁净煤气化工艺浅析 J 化肥设计 2004 6 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 4 张东亮 中国煤气化工艺 技术 的现状与发展 J 煤 化工 2004 4 5 于光元 等 煤气化工艺技术分析 J 洁净煤技术 2005 4 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 7 唐宏青 煤化工工艺技术评述与展望 J 燃料化学学报 2001 1 8 曾纪龙 大型煤制甲醇的气化和合成工艺选择 J 煤化 工 2005 5 9 应卫勇 等 碳一化工主要产品生产技术 M 北京 化 学工业出版社 10 许世森 等 大规模煤气化技术 M 北京 化学工业 出版社 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