德士古水煤浆气化工艺概况

1、46总第109期2001年第1期安徽化工降温速率在3050/h。当温度降到300%以下时,可完全打开顶部蝶阀,熄灭燃烧器使球罐在空气中自然冷却。在热处理的整个过程中,一旦出现燃烧器熄灭的现象应立刻停止柴油和液化石油气的供应,用压缩空气吹除后再按点火程序重新点火。在热处理过程中,温度每变化100应用千斤顶移动支架,测距指针来调整柱脚位移,移动时应平稳缓慢并保证支柱垂直度,在柱脚移动同时调整拉杆的松紧程度,热处理结束后及时调整支柱垂直度,各温度区间的柱脚移动量为:温度区间0100100200200300300400柱脚累记移动量mill124.3注意事项400500500一6002435.5475

2、971热处理前应进行详细的安全和技术方案交底,要求各岗位人员认真操作,互相协调配合,服从统一指挥。热处理现场应配备消防器材,设置安全警戒线并有人监护,同时应通知消防部门以确保安全。热处理过程中实行现场安全巡查,主要检查油、气、电器设施周围环境,及时消除不安全隐患,以上叙述了40(oM3球罐焊后整体热处理方法,热处理的效果采用现场硬度测试,产品试板机械性能试验等手段进行检验,该球罐的焊后整体热处理提高了其综合安全性能,为今后的安全使用提供了进一步的保障。口德士古水煤浆气化工艺概况黎军(淮南化工集团有限公司,232038摘要本文简要介绍了德士古水煤浆加压气化工艺的现状、原理、工艺流程、关键设备及存

3、在问题关键词德士古水煤浆煤气化l概述德士古水煤浆加压气化工艺简称TCGP,是美国德士古石油公司TEXACO在重油气化的基础上发展起来的。1945年德士古公司在洛杉矶近郊蒙特贝洛建成第一套中试装置,并提出了水煤浆的概念,水煤浆采用柱塞隔膜泵输送,克服了煤粉输送困难及不安全的缺点,后经各国生产厂家及研究单位逐步完善,于80年代投入工业化生产,成为具有代表性的第二代煤气化技术。目前使用德士古煤气化技术的装置如表1所示。表1薹差装置榔地点芝簇篙嚣后一工TvA工厂美国阿拉巴马州18019激冷氨业性lW道尔化学公司美国路易斯安娜州3601979废锅发电示范豪伯荷森一道尔顿德国豪伯荷森1501978废锅合成

4、气田纳西伊斯曼美国田纳西州8201983激冷55擎尝奎王誉美国加州。o器嚣囊霪发电512业宇部日本宇部500蓦嚣激冷氨生SAP,.工厂德国鲁尔8001985废锅合成气。TAMPA美国佛罗里达18001996废锅发电鲁南化肥厂山东1601991激冷氨上海焦化厂上海4501995激冷燃料气渭河化肥厂陕西6501996激冷氨淮化集团有限公司安徽4502000激冷氨德士古水煤浆工艺具有以下特点:1.1煤种适应性广德士古水煤浆气化在理论上可以广泛利用各种煤种,包括高水份、高灰份、高硫份、高粘结性的煤。在中试装置及工业示范性装置中试烧过各种特性的煤种,并取得了成功。由于煤在磨机中被研磨成一定的粒度,小于8

5、目(2.38mm,故原料不受原料煤粒度的限制。并且可以采用多种原料混烧的办法,最大限度地降低了原料的成本。但考虑到气化工艺的经济性,对煤种应有所选择。1.2生产连续性较强德士古水煤浆气化工艺采用连续进料、液态排渣,在排渣时不影响气化炉运行,克服了固定层气化方法间歇性排渣的缺点,提高了生产的连续性。但由于受到工艺烧嘴使用周期的限制,一般气化炉连续运行时间在50天左右,工艺烧嘴处于高温(13001400工况下,应定期停炉检查,以确保装置安全运行。1.3降低了气体压缩功耗德士古水煤浆气化工艺采用加压气化,煤浆的压力由煤浆泵提供,氧气压力由液氧泵提供。视后工序生产压力,一般其压力等级分为2.7MPa、

6、4.0NPa、6.5blPa、8. 5MPa等,省去了后工序气体压缩所需的大量功耗。1.4热量回收利用德士古水煤浆气化在高温(14000C左右、高压(2.0 8.5MPa下进行生产,采用激冷流程或辐射锅炉的方式回收热量。由于温度、压力较高,其回收的热量具有总第109期2001年第1期安徽化工47较高的利用价值,可以副产不同压力等级的蒸汽以及用于联合发电等。激冷流程一般适用于合成氨的生产,辐射废锅流程一般用于联合发电。1.5有利于环境保护由于德士古煤气化工艺是在高温下进行,产品气中不含有焦油、酚等大分子烃类,废水中主要是含氰化合物,远比其他方法生产的废水易于处理。同时气化系统的水在内部循环使用,

7、外排量很少。并且可以将难于处理的工业废水(如含酚废水用于水煤浆的配制,大大减轻了对环境的污染。气化排出的废渣可用于建筑材料(如水泥熟料的生产。1.6控制系统先进、可靠德士古水煤浆气化工艺采用了先进的DCS集散控制系统,自动化程度高。为了使装置运行安全可靠,系统中设置了复杂的安全联锁。1.7一次性投资较大由于德士古煤气化工艺专利权属于德士古公司所有,并且重要的设备、阀门、仪表需从国外引进,故装置建设投资数额较大。2德士古水煤浆气化原理2.1气化炉内的反应水煤浆和99.6%纯氧经德士古烧嘴呈射流状态进入气化炉,在高温、高压下进行气化反应,生成以CO+ H2为主要成分的粗合成气。在气化炉内进行的反应

8、相当复杂,一般认为气化分三步进行:(1煤的裂解和挥发份的燃烧水煤浆和氧气进入高温气化炉后,水份迅速蒸发为水蒸汽。煤粉发生热裂解并释放出挥发份。裂解产物及挥发份在高温、高氧浓度下迅速完全燃烧,同时煤粉变成煤焦,放出大量的反应热。因此,在合成气中不含有焦油、酚类和高分子烃类。这个过程进行的相当短促。(2燃烧及气化反应煤裂解后生成的煤焦一方面和剩余的氧气发生燃烧反应,生成CO、c02等气体,放出反应热;另一方面,煤焦又和水蒸汽、c02等发生化学反应,生成CO、H2。(3气化反应经过前面两步的反应,气化炉中的氧气已完全消耗。这时主要进行的是煤焦、甲烷等与水蒸汽、c02发生的气化反应,生成CO和H2。一

9、般认为,在气化炉中主要进行以下化学反应: (c。H。sr代表煤部分氧化反应:CmH。S,+m/202_mCO+(n/2一rHi+rn2S+Q 煤的燃烧反应:CmH。S,+(m+n/4一r/202_(mrC02+n/ 2H20+rCOS+Q煤的裂解反应:C。H。S,一(n/4一r/2cn4+(mn/4一r/2C+ rH2SQC02还原反应:C+02,2C0一Q碳的完全燃烧反应:c+02一C02+Q非均相水煤气反应:c+H20一H2+COQC+2H20。2H2+C02一Q甲烷转化反应:CH4+H203H2+COQ逆变换反应:H2+C02一H20+COQ同时还可能发生以下副反应:COS+n20=H2

10、S+C02 C+02+H2=HC00HN2+3H2=2NH3N2+H2+2C=2HCN2.2德士古水煤浆加压气化的主要影响因素煤质对气化的影响主要表现在水煤浆的质量,为了提高经济性,得到较高的气化效率及较好的合成气组份,一般要求水煤浆具有较高的浓度(5862wt%、较好的稳定性(煤浆不易分层沉降及较好的流动性(粘度<1200CP。因此相应对于原料煤也有一定的要求;较好的反应活性较高的发热值较好的可磨性较低的灰熔点较好的粘温特性较低的灰份合适的煤进磨机粒度等。氧煤比在生产中是指氧气和水煤浆的体积比,理论上一般用氧、碳原子比表示,它是控制炉温即反应温度的重要参数。氧煤比增加,气化炉温度升高,

11、能提供更多的热量,对气化反应有利,若氧煤比进一步增大,碳转化率增加不大,由于过量氧气进入气化炉,会导致合成气中c02含量增加,冷煤气效率下降,同时考虑到高温工况会缩短耐火砖的使用寿命,氧煤比应有一适当值。德士古气化是在煤的灰熔点以上操作,灰熔点高,操作温度就会相应提高,比氧耗增大,对耐火材料的要求更加苛刻。因此对灰熔点高的煤种适当的添加助熔剂(一般采用石灰石可以降低煤的灰熔点。气化反应是体积增大的反应,提高压力对化学平衡48总第109期2001年第1期安徽化工不利。但基于以下原因,在生产中广泛采用加压操作:加压气化增加了反应物浓度,加快了反应速度,提高了气化效率。加压气化有利于提高水煤浆的雾化

12、质量。设备体积减小,单炉产气量增大,便于实现大型化。可以降低后工序气体压缩功耗。3德士古水煤浆气化工艺流程3.1制浆系统制浆系统用于水煤浆的制备。原料煤经煤称重给料机计量后送人磨机,同时在磨机中加入水、添加剂、石灰石、氨水,经磨机研磨成具有适当粒度分布的水煤浆,合格的水煤浆由低压煤浆泵送入煤浆槽中。3.2合成气系统水煤浆经高压煤浆泵加压后与高压氧气经德士古烧嘴混合后呈雾状喷入气化炉燃烧室,在燃烧室中进行复杂的气化反应,生成的煤气(称为合成气和熔渣经激冷环及下降管进入气化炉激冷室冷却,冷却后的合成气经喷嘴洗涤器进入碳洗塔,熔碴落人激冷室底部冷却、固化,定期排出。在碳洗塔中,合成气进一步冷却、除尘

13、,并控制水气比(即水汽与干气的摩尔比,然后合成气出碳洗塔进入后工序。3.3烧嘴冷却系统德士古工艺烧嘴是气化装置的关键设备,一般为三流道外混式设计,在烧嘴中煤浆被高速氧气流充分雾化,以利于气化反应。由于德士古烧嘴插人气化炉燃烧室中,承受1400左右的高温,为了防止烧嘴损坏,在烧嘴外侧设置了冷却盘管,在烧嘴头部设置了水夹套,并由一套单独的系统向烧嘴供应冷却水,该系统设置了复杂的安全联锁。3.4锁斗系统落人激冷室底部的固态熔渣,经破渣机破碎后进人锁斗系统,锁斗系统设置了一套复杂的自动循环控制系统,用于定期收集炉渣。在排渣时锁斗和气化炉隔离。锁斗循环分为减压、清洗、排渣、充压四部分,每个循环约30分钟

14、,保证在不中断气化炉运行的情况下定期排渣。3.5闪蒸及水处理系统该系统主要用于水的回收处理。气化炉和碳洗塔排出的含固量较高黑水,送往水处理系统处理后循环使用。首先黑水送入高压、真空闪蒸系统,进行减压闪蒸,以降低黑水温度,释放不溶性气体及浓缩黑水,经闪蒸后的黑水含固量进一步提高,送往沉降槽澄清,澄清后的水循环使用。工艺流程见附图。4德士古水煤浆气化工艺的关键设备4.1磨机磨机是水煤浆制备的重要设备,煤在磨机中和水混合,研磨成具有一定粒度分布的水煤浆,一般磨机采用湿式棒磨机。磨机系统主要由磨机筒体、主轴承、盘车装置、主电机、气动离合器、高、低压润滑油站及主电机减速箱稀油站等构成。4.2煤浆泵煤浆泵

15、用于将水煤浆加压到要求的压力,由于水煤浆是高粘度,易沉降,含有固体颗粒的流体,故对煤浆泵的要求很高,一般采用荷兰制造的(GEHO三缸往复式隔膜泵。煤浆泵主要由主电机、减速箱、联轴器、泵体、曲轴、连杆、十字头、活塞杆、活塞、隔膜腔、推进油系统、动力端润滑系统、活塞杆润滑系统构成。4.3德士古烧嘴德士古烧嘴也称工艺烧嘴,是德士古的专利设备,主要用于水煤浆和氧气的高度混合、雾化。采用外混式三流道设计,中心管和外环隙走氧气,内环隙走煤浆,烧嘴头部有冷却水夹套及冷却水盘管,以保护烧嘴不被烧坏。烧嘴头部采用耐磨蚀材质,并有耐磨陶瓷喷涂。4.4气化炉气化炉是煤气化的重要设备,分为燃烧室和激冷室两部分。上部为

16、燃烧室,是气化反应的场所,内衬三层作用不同的耐火砖及耐火材料。下部为激冷室,安装有激冷环、下降管、导气管、水分离档板等内件,煤粉燃烧后产生熔渣在激冷室水浴中冷却、固化。在燃烧室中生成的合成气也在激冷室中冷却并初步除尘。4.5碳洗塔碳洗塔内件主要由下降管、导气管、两层湿式冲击塔板、降液管、除沫器等内件构成,主要作用是将气化炉来的合成气除尘,并控制水气比。4.6激冷环激冷环主要作用是分布激冷水,使激冷水沿激冷室下降管壁呈垂直膜状或螺旋状流下,保护下降管不受高温气体及熔渣的损坏。主要由激冷水流道、水分布孔、监视孔及水分布环隙构成。激冷环上部由螺拴和燃烧室锥部相连,下部和激冷室下降管焊接。4.7破渣机

17、破渣机安装在气化炉激冷室的正下方,一般由德国引进。可以将大块物料破碎到50ram以下。主要由电机、液压油泵、液压马达、驱动轴、破碎刀具构成。并配总第109期2001年第1期安徽化工49附置力矩监测装置,可以自动正反转,提高了破碎物料的能力。5本工艺运行中存在的突出问题5.1气化炉耐火材料使用寿命短气化炉耐火砖一般采用法国沙佛埃砖,使用寿命较短,约一年半左右,必须局部或全部更换,主要原因是耐火砖受到高温(1400。C左右气流及熔渣的冲刷,特别是燃烧室中下部,直接受到熔渣冲刷,磨蚀严重。另外开停车频繁也是影响其寿命的原因。由于耐火砖价格昂贵,每炉砖约需80万美元,故在现有条件下加强工艺操作管理十分

18、必要,另外也可采用国产的耐火材料。5.2气化炉炉膛热电偶寿命短炉膛热电偶由燃烧室外壁经壳壁、隔热层、三层耐火砖插人燃烧室用以指示炉内反应温度。热电偶头部距内壁向火面砖内缩约50ram。由于各层耐火材料的热膨胀系数不同,热电偶常受到剪切力的作用而损坏,有的使用寿命只有一周左右,短的甚至刚开车即损坏,无法长期准确指示炉内温度,仅能用于指导开车。正常操作一般根据气体组成及炉渣的形状间接判断炉温。5.3德士古烧嘴使用周期短在高温及高浓度煤浆冲刷的苛刻条件下,德士古烧堂煎巡i垦蝴图嘴的使用周期较短,一般约50天左右,即要停炉拨出烧嘴进行检查,对有龟裂、烧蚀、磨蚀现象的烧嘴进行修复,重新使用。目前德士古烧

19、嘴的损坏是影响装置连续运行的主要因素。5.4黑水管线容易堵塞、结垢、磨蚀由于气化炉和碳洗塔排出的黑水中含固量较高,经常造成黑水管线堵塞,影响正常操作,并往往造成气化炉停车。黑水管线、煤浆管线的清洗增大了工作强度。在黑水减压部份的管线在节流、汽蚀作用下,磨损严重,常常需要更换。6结语德士古水煤浆气化工艺是具有代表性的第二代煤气化工艺,经过各国的逐步完善,其技术趋于成熟。我国引进德士古煤气化技术不仅提高了我国煤气化的技术水平,也带动了相关技术的研究和发展,如工艺烧嘴、耐火材料、相关仪表、阀门等在国内均有制造商可以生产,并有较好的业绩。德士古工艺也存在着一些突出问题,若这些问题得以解决并且大量采用国

20、产设备,德士古工艺在我国将会成为节能、低耗、低投入的主流煤气化技术。口 德士古水煤浆气化工艺概况作者:黎军作者单位:淮南化工集团有限公司,232038刊名:安徽化工英文刊名:ANHUI CHEMICAL INDUSTRY年,卷(期:2001,27(1被引用次数:13次相似文献(10条充矿鲁南化肥厂采用的德士古水煤浆加压气化制合成气装置是一套以普通烟煤为原料、配置成套的化工生产示范装置。本文介绍了德士古气化技术的消化改进与日产化创新,并就德士古水煤浆气化技术的应用与进展进行综述。分析了德士古水煤浆加压气化装置在运行过程中存在的问题,进行了相关技术的改造.使第三台气化炉设计更合理.针对德士古水煤浆

21、加压气化装置存在的带灰带水、耐火砖寿命短、烧嘴运行周期短、激冷环结垢、管道阀门磨损等问题进行分析,提出了相应的改进措施.本厂德士古气化装置2001年12月新上了第三台气化炉(全部国产化后,气化炉运行方式改为两开一备,同时配套上了第二套闪蒸系统,2004年又新增了第三套闪蒸系统,形成了三台气化炉配套三套闪蒸系统的运行方式。为了实现系统的长周期、稳定运行,本厂对气化系统进行了不断的技术改造。本文对煤浆制备方面的改造、气化工序改造、闪蒸系统的改造进行了简述。结合工程设计对8.7 MPa德士古水煤浆气化装置中工艺、管道材料选及管线设计等方面进行了探讨.兖矿鲁南化肥厂是我国第一家引进应用德士古水煤浆气化技术的企业。该技术的成功运用及创新已成为我国煤化工行业实行技术革新的典范。本文重点介绍该装置在鲁南化肥厂的