富氧气化简介090612

PAGEPAGE2富氧气化技术简介江西昌昱实业富氧连续气化技术一、概述富氧连续气化技术是一项综合了粉煤成型技术、固定床煤气炉技术和空气分离制氧技术为一体的系统工程技术。它把粉煤成型用于气化，使煤气化工业企业避开了以优质块煤焦为原料的独木桥，走上了以本地粉煤为气化原料，成本低、资源丰富的广阔大道。同时，也避开了采用国外粉煤气化技术，投资大、消化期长、见效慢的曲折道路。走上了投资少、见效快、节能减排效果好的发展道路。更重要的是，型煤富氧连续气化技术，它是一项可以在众多煤气化企业现有装置的基础上，进行设备改造，技术提升，即可实现的技术。它是由多项已经用于生产实践的成熟技术的组合，是一种零风险的技术。我国富氧连续气化（固定床煤气炉）始于60年代末，是在固定床间歇气化炉的基础上发展的。主要用于UGI型煤气炉。发展四十余年，炉型没有大的技术进步，仍然是UGI煤气炉的基本设计，流程没有大的变化，自控技术发展到今天，老的工艺也没有明显的变化。主要原因：历史上这种富氧气化生产成本偏高，与其它气化技术相比，没有生命力，因此一直没有得到明显的发展。它的主要缺点是：1、装置不合理，热损失大，有效气体成份达不到要求；2、煤价较低，而制氧成本偏高，用价格偏高的氧来节约用煤，生产成本不合算；3、富氧气化CO2偏高，脱C系统成本升高。而随着科学技术进步，现在出现了一系列变化：1、装置技术含量大幅度提高，煤气炉、炉箅、自控水平、余热回收技术、自动下灰技术、变压吸附脱C技术等；2、制氧成本大幅度下降，由0.6元/m3下降到0.25元/m3；3、煤价翻了两番，中块煤由原来的200元/T升至800元/T，粉煤由100元/T升至450元/T；4、型煤制造技术飞速发展。新的历史条件和历史使命注定了型煤富氧气化技术将重新焕发出勃勃生机，为我国煤化工事业的发展增加活力。二、型煤富氧连续气化技术的组成1、型煤技术富氧连续气化要求型煤要具备如下特性：热稳定性≥80%，热强度≥50kg/cm2，固定C≥60%，化学活性较好。目前，腐植酸型煤，复合粘结剂型煤都可以达到上述要求。并且，无论型煤加工成球还是棒，都实现了自动加煤机连续自动控制。2、固定床间歇气化煤气炉技术以型煤为原料进行富氧连续气化，煤气炉的设计要解决如下问题：A、高径比问题型煤富氧气化的CO2必然偏高，只有靠提高气化层中的还原层才能降低CO2。但是型煤的灰熔点偏低，夹套锅炉的高度设计必须考虑避免挂疤。因此，煤气炉要综合考虑解决上述问题。现在经过实践，已经很好地解决了高径比设计问题。B、炉箅问题型煤富氧气化的气化剂中O2浓度达到58%左右，O2与高温炭的反应是非常剧烈的。用常规的塔形炉箅环形布风，必然造成环中心区温度高，而环边缘区温度低，特别是两个环带之间，形成气化剂死角，气化反应薄弱，烧不透；而环中心区温度高，超过灰熔点，结疤结块。实际生产中，的确出现了这种现象。如：有两个企业，五台炉的型煤富氧气化，出现上述情况后，只能靠降低生产负荷来适应。型煤富氧气化的炉箅，要求每个布风单元尽量小，单元之间的间隙尽量小，整个布风要求尽可能均匀，但通风面积要适当加大。同时，破碴能力要强，否则富氧气化中达到T2点温度以上的碴是硬度较高的熔融后的碴，破碴强度较大。对于炉箅材质的要求：（1）耐高温，因为富氧气化中局部温升很容易达到600℃以上。（2）材质硬度高、耐磨损。熔融冷却后灰碴硬度很高，对炉箅的磨损会很严重，要求炉箅用特殊材质。目前，专门用于型煤富氧连续气化的炉箅已经成功投运。C、不停车下灰和自动连续下灰富氧气化是连续的，不宜停车下灰，因为每停一次炉，气汽比的调整和气化层的调整都要有一个过程，调整中，最容易出现不平衡而造成工艺波动。不停车下灰和自动连续下灰装置要求：第一必须安全，严格切断气化剂与灰斗内的灰碴的接触，不允许漏气。第二要快捷灵活，下灰时间不能太长，要求在5分钟之内操作完毕。自动下灰则要求连续、均衡、稳定，可调性好。最后，装置运行周期要长，连续运行确保一年以上。D、自动加煤机型煤富氧连续气化的自动加煤机与间歇气化煤的自动加煤机是有严格区别的。间歇气化炉的加煤时间可以放在下行时加入炉内，此时即便加煤机漏气，也是蒸汽外漏，不会出现着火、爆炸等事故。而型煤富氧连续气化炉的自动加煤机，必须确保：（1）两道阀都不能漏气，否则，会出现煤气直接与空气接触，形成燃烧或爆炸。（2）型煤与蒸汽接触，蒸汽冷凝水会降低型煤机械强度，形成破碎率升高。（3）富氧气化，炉上温度较高，自动加煤机部分部件要耐高温。E、连续富氧气化与间歇气化自由切换装置。连续富氧气化时，气化剂富氧空气和蒸气混合后，是从煤气炉的下部入炉，经过固定的碳层气化，半水煤气从煤气炉的上部出来，进入旋风除尘器等设备。由于气化剂一直是自下而上流动，炉膛内的碳层温度很容易上移，造成炉上温度逐步升高，经常高达550℃左右。上部的高温危害较大，第一造成热损失增加；第二造成原料的破碎率升高，气体中带出物增加；第三造成设备在高温下使用寿命降低。为了有效解决上述问题，对富氧连续气化的工艺流程设计，可以自由切换为上下行制气，把较高的炉上温度降下来，再恢复富氧连续气化。这种工艺，不但可以较好地利用热量，还可以保护设备和平衡气体质量，增加气化原料利用率和选择范围。当然，前提是确保安全，因为富氧空气和煤气的交替切换，是极易出现爆炸的。因此，自由切换装置的管道、阀门、油压程控系统、安全联锁等装置，要求很高，必须达到万无一失。3、工艺流程型煤富氧气化的工艺流程不同于一般富氧气化工艺流程。因为型煤的热稳定性，热强度都较差，气化中如果造成炉上部温度过高，炉内炭层表面会形成粉状或烂泥状料层，造成气化阻力升高，工艺迅速恶化。为了解决连续上行气化易造成上部温度过高的问题（500-5500C），特别设计了切换为间歇气化的程序。即没有吹风阶段的间歇气化程序。上行——下行——上行，待到炉上部温度降低后，再切换为富氧连续气化。也可以设计为自动程序重复：上行连续气化—上行—下行——上行——上行连续气化（炉上部温度可降到400-4500C）。根据工艺流程配备工艺管道和工艺阀门，应特别注意工艺阀门不能出现漏气。密封面应避免氧化。型煤富氧连续气化半水煤气主要气体成份：CO2：14～16%；CO：36～40；H2：31～34%；O2：0.3%；CH4：1.5%；N2：10表1富氧气化气体组份%（O257%H2O）组份煤种H2COCO2N2CH4O2Ar型煤333816.010.91.50.40.2中块煤34.242.513.09.60.300.20.2小块煤34.041.8413.69.80.260.20.2焦碳31.244.513.010.60.300.20.24、系统配套设备型煤富氧连续气化的系统配套设备有旋风除尘器，两段余热回收锅炉，即高温段、低温段。根据不同的位置，设计不同的换热方式和换热面积。也可以按一废锅串联二废锅设计。4.1、夹套锅炉采用管式高压夹套4.1.1、传统夹套存在的问题：⑴、传统夹套生产的低压饱和蒸汽，在使用过程中需进行过热，并降低入炉蒸汽的品位，使煤气炉生产过程中的蒸汽消耗量增加。⑵、由于传统夹套的生产压力低，使得夹套的耐腐蚀较差，夹套底部由于长期在露点温度下工作，使用寿命减短，设备维检修费用会增加。⑶、若传统夹套外筒体出现漏水，夹水会大量泄漏，造成夹套干锅易发生夹套爆炸事故。⑷、由于传统夹套的蒸汽压力较低，无法外送联网，只能作为煤气炉生产自用蒸汽。4.1.2、半管式耐高压水夹套的优点：为了解决传统夹套存在的问题，半管式耐高压水夹套在结构上将原来外筒去掉，改为在内筒外环形布置一圈半管、上下联箱的方式来取代原水夹套，具有以下优点：⑴、半管式结构能耐较高的压力，能产较高温度的蒸汽，并入煤气炉入炉蒸汽管网，使造气入炉蒸汽品质提高，从而提高了入炉蒸汽分解率，降低蒸汽消耗。⑵、半管式耐高压水夹套工作压力的提高，夹套内壁工作温度在露点温度以上，消除了夹套底部的露点腐蚀，设备的运行时间延长，为企业带来较好的经济效益。⑶、半管式耐高压水夹套技术是在内筒采用一圈半管、上下联箱的方式，在操作中若出现夹套超压、泄漏等意外时，只能损坏某支管，内筒体不会被破坏，避免了煤气炉系统因夹套漏水引发的爆炸事故。⑷、为了防止灰渣对夹套内壁的磨损，半管式耐高压水夹套技术继续采用传统水夹套技术中的防磨装置，使其能达到长周期稳定运行的目的。⑸、半管式耐高压水夹套提高了工作压力后，使夹套内水温升高，降低了炉内碳层与夹套内壁的传热温差，减少炉内热量损失。以普通水夹套（Φ2610×2345）为例：工作压力0.07MPa表压，饱和蒸汽温度115℃，提压后如果工作压力为1.0MPa表压，饱和蒸汽温度183℃，传热温差减少△T=183-115=68℃，传热面积m＝19.22m2,传热系数平均按K＝42Kal/m2℃h,年减少热损失Q＝68×19.22×42×24⑹、随着蒸发压力提高，使蒸汽温度也随之提高，减少了炉内热量的损失，同时还减小了夹套的冷壁效应。在靠近夹套壁面所产生的冷壁效应，是造成灰渣残炭升高的一个主要因素。若按冷壁效应区厚度和温差成正比计算，以原冷壁效应区厚度∮1为标准，减薄量：（∮1-∮2）/∮2×100%=8.66%，灰渣残炭按15%计，年灰渣量：330×40×1.3×0.25=4290t/a，年减少残炭：4290×15%×8.66%=55.72t，净效益：4.34万元/年。仅此两项简要计算净效益10.31万元/年。半管式耐高压水夹套是对原传统水夹套技术的一种提升，对造气炉生产来说，在没有增大投资的基础上，既增加了设备的运行寿命，又提高了蒸汽的品质，蒸汽既可自用又可外送，增加了蒸汽的使用空间。改变了传统煤气炉夹套蒸汽的使用缺陷，是目前煤气炉新建或改建的首选方案，必将为企业带来可观的经济效益。4.2、采用PS-Ⅵ型混合喷射器。该混合喷射器利用流体力学原理，可用于富氧连续制气和间歇制气。在间歇制气时，使空气总管来的N2空气可以顺利地加入到上吹气化剂中，流量最大可达到10000m3/h，在生产中可充分满足调节半水煤气H2/N2的需要，把吹风时的“回收”转移到上加N2上来，从而提高煤气炉的气化强度，并且把H2/N2的粗放调节变为微调。把吹风风量的一部分，转移到上加N2上来，避免吹翻，使煤气炉操作弹性更大；在富氧连续制气时，可以充分地将气化剂混合至最佳状态，对稳定炉况有着重要作用，必须要有特殊的加入装置和混合器，否则会形成不安全因素、工艺容易恶化。4.3、洗气塔采用空塔喷淋技术。使洗气塔在以型煤制气的情况下，能长周期安全运行，对半水煤气的洗涤、降温达到工艺要求。4.4、煤气炉下灰系统改变传统的汽车、人工下灰方式，采用最新的不停车下灰装置。该技术的应用，减少煤气炉停车下灰波动，提高单炉生产效率，减轻工人劳动强度，减少环境污染。4.5、油压控制阀门的选型为保证阀门的运行稳定,油压控制阀门必须有以下特点:4.5.1、4.5.2、碳纤维材料的4.5.3、阀杆采用卡套式或十字头4.5.44.5.5、阀体需采用耐热铸钢ZG30Cr7Si,阀蕊阀座密封面要堆焊不锈钢,4.5.6、5、入炉煤在给料阀前增加一道溜筛，减少入炉的粉煤,对减少炉内床层阻力，稳定炉况降低煤耗有着积极的意义,同时增加粉煤回收皮带,实现粉煤集中回收，改善造气的现场环境。6、CO发生炉型煤富氧连续气化原料气中的CO2较高，一般会达到16%，在后序工序脱除CO2后，应返回造气工段进行CO2气化，转变为CO和部分CO2，再进入系统。这样既避免了CO2放空，造成污染大气环境，又提高了C转化率，降低生产成本。CO发生炉是专用炉，视系统工程规模情况，确定建CO发生炉的型号和数量。表2CO发生炉气体组份%（O299.6%、CO297%）原料品种H2COCO2N2CH4O2ArH2二级冶金焦1.8268.0329.270.300.070.270.200.04洗中块煤3.6567.3227.860.340.280.250.240.06选中块煤3.4066.1528.810.570.360.320.260.13三、空气分离设备一般而言，空气分离工程的选型，应根据企业生产的实际情况，选择深冷空分制氧或者变压吸附制氧。空分的生产规模，可以根据合成氨（甲醇可折氨）规模的情况选取。每吨合成氨按需要纯O2500m3—550m3/TNH3，来配套考虑，优质煤生产负荷较高，氧耗较低；劣质煤则相反。深冷空分制氧的优点：氧的纯度较高，副产品较多，液氧、液氮、液氩，副产品经济效益好。压缩机可以用透平技术代替电机达到节约成本的目的。缺点：工艺流程复杂，操作技术性强，系统启动后出产品所需时间较长，要三个小时。变工况速度慢，要90分钟。变压吸附制氧的优点：工艺流程简单，便于操作，生产弹性大，可在正常工况的40-110%操作，变工况速度快，10分钟即可。运行中电耗低。缺点：副产品少。各企业可根据自身要求选择空分。四、后工序的要求型煤富氧连续气化技术配套的原料气净化系统的脱C方法，最好使用变压吸附脱C。可以更适应CO2较高的原料气体，脱C成本较低。五、型煤富氧连续气化技术的经济效益富氧连续气化的固定床煤气炉目前在国内有约20台，历史上没有得到进一步发展，主要原因：1、制O2成本高，达到0.6元/m3以上，而1995年前煤价较低，块煤仅有300元/T，优质焦仅有450元/T，粉煤仅有110元/T，企业不愿用成本较高的O2，而节约成本较低的煤焦。2、富氧气化的煤气炉是借用固定床间歇气化炉，设备落后，几十年一贯制，没有进行技术改造。一直到目前，富氧气化炉的专用炉箅还没有采用。3、工艺流程落后，进行连续上行气化，易造成上部温度过高，热损失大，经济效益差。而今天，历史发生了较大变化：（1）、制O2成本大幅度下降，由原来的0.6元/m3降到目前的0.25元/m3。煤焦价格上涨了数倍：焦1200元/T，块煤800元/T，粉煤450元/T。用550m3O2生产一吨合成氨，多投入了165元/TNH3，而可以节约：煤300元，蒸汽50元，共节约成本350元/TNH3，350元—165元=185元。每吨合成氨成本下降185元。（2）、富氧气化工艺流程更加成熟灵活。可以切换上、下吹制气，有效地控制炉上温度。使富氧气化工艺应用劣质煤成为现实。（3）、富氧气化煤气炉及其关键部件技术含量大幅度提高，进而可靠性，经济性得到根本改善。（4）、制O2技术、装备发展，使空分大型化，单位成本大幅度下降。（5）、脱C技术发展，使原料气中较高的CO2可以顺利脱除，并且回收利用，得到二次气化。（6）、型煤富氧气化对煤的适应性非常强，只要是无烟煤几乎都可以有效利用。并且炉渣中残碳很低。一是可以“吃光、烧尽”，二是炉渣做为工业原料，在市场上很受欢迎。六、富氧气化技术的设计原则⑴、富氧技术流程的开发是基于氧跟高温(527℃⑵、由于在富氧气化过程中，没有了传统固定层气化所需的吹风阶段，在传统固定层气化过程中，吹风阶段为制气提供的反应热，需要大量空气提供足够的氧和碳反应，容易造成炉子吹翻，带出物增加，热损失较大；而采用富氧空气作为气化剂，则只需少量的高浓度的富氧空气即可满足工艺的要求，炉子不会吹翻，带出物明显降低，碳损失小，热量得到充分利用，从而避免了传统固定层气化制气过程中的吹风阶段的限制；小粒煤、劣质煤、煤棒的气化过程会变得更加平稳，气化效率、煤的利用率得以提高