德士古水煤浆气化工艺概况

作者:威廉亚洲 发布时间:2020-08-15 00:38

  德士古水煤浆气化工艺概况_能源/化工_工程科技_专业资料。德士古水煤浆气化工艺概况

  46 总第 109 期 2001 年第 1 期 安 徽 化 工 降温速率在 30 - 50 ℃/ 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 。 4. 2. 5 柱脚移动 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 ℃0 - 100 100 - 200 200 - 300 300 - 400 400 - 500 500 - 600 柱脚累记移动量 mm 12 24 35. 5 47 59 71 4. 3 注意事项 ①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 。 ②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 。 ③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 4000M3 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 。 □ 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 、关键设备及存在问题 关键词 德士古 水煤浆 煤气化 1 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 装置 性质 装置名称 工 TVA 工厂 业 性 DOW 道尔化学公司 示 范 豪伯荷森 - 道尔顿 地 点 美国阿拉巴马州 单炉能力 建成 T 煤/ 天 日期 180 1980 美国路易斯安娜州 360 1979 德国豪伯荷森 150 1978 热回收 后续产品 方法 激冷 氨 废锅 发电 废锅 合成气 田纳西 —伊斯曼 美国田纳西州 820 1983 激冷 醋酐 、氨 甲醇 冷水工程 cool2water 工 业 宇部 生 SAR 工厂 产 TAMPA 鲁南化肥厂 上海焦化厂 渭河化肥厂 淮化集团有限公司 美国加州 日本宇部 德国鲁尔 美国佛罗里达 山东 上海 陕西 安徽 910 1984 废锅 1985 激冷 发电 500 1984 激冷 1988 氨 800 1985 废锅 合成气 1800 1996 废锅 发电 160 1991 激冷 氨 450 1995 激冷 燃料气 650 1996 激冷 氨 450 2000 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 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 (1300 - 1400 ℃) 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 、4. 0MPa 、6. 5MPa 、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 (1400 ℃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 ,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 、CO2 等气体 ,放出反应热 ; 另一方面 , 煤焦又和水蒸汽 、CO2 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 、CO2 发 生的气化反应 ,生成 CO 和 H2 。 —般认为 , 在气化炉中主 要 进 行 以 下 化 学 反 应 : (CmHnSr 代表煤) 部分氧化反应 : CmHnSr + m/ 2O2 煤的燃烧反应 : mCO + (n/ 2 - r) H2 + rH2S + Q CmHnSr + ( m + n/ 4 - r/ 2) O2 ( m - r) CO2 + n/ 2H2O + rCOS + Q 煤的裂解反应 : CmHnSr ( n/ 4 - r/ 2) CH4 + (m - n/ 4 - r/ 2) C + rH2S - Q CO2 还原反应 :C + O2 2CO - Q 碳的完全燃烧反应 :C + O2 CO2 + Q 非均相水煤气反应 :C + H2O H2 + CO - Q C + 2H2O 2H2 + CO2 - Q 甲烷转化反应 :CH4 + H2O 3H2 + CO - Q 逆变换反应 : H2 + CO2 H2O + CO - Q 同时还可能发生以下副反应 :COS + H2O = H2S + CO2 C + O2 + H2 = HCOOH N2 + 3H2 = 2NH3 N2 + H2 + 2C = 2HCN 2. 2 德士古水煤浆加压气化的主要影响因素 2. 2. 1 煤质的影响 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 (58~62wt %) 、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 ; ① 较好的反应活性 ②较高的发热值 ③较好的可磨性 ④较 低的灰熔点 ⑤较好的粘温特性 ⑥较低的灰份 ⑦合适的 煤进磨机粒度等 。 2. 2. 2 氧煤比 、反应温度的影响 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 ,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 CO2 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 。 2. 2. 3 助熔剂的影响 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 。 2. 2. 4 反应压力的影响 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 : ①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 。 ②加压气化有利于提高水煤浆的雾化质量 。 ③设备体积减小 ,单炉产气量增大 ,便于实现大型 化。 ④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. l 制浆系统 制浆系统用于水煤浆的制备 。原料煤经煤称重给 料机计量后送入磨机 ,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 ,熔碴落入激冷室底部冷却 、 固化 ,定期排出 。在碳洗塔中 ,合成气进一步冷却 、除 尘 ,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 。由于德士古烧嘴插入气化炉燃烧 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 落入激冷室底部的固态熔渣 ,经破渣机破碎后进入 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 ,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. l 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 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 50mm 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 图 置力矩监测装置 ,可以自动正反转 ,提高了破碎物料的 嘴的使用周期较短 ,一般约 50 天左右 ,即要停炉拨出烧 能力 。 嘴进行检查 ,对有龟裂 、烧蚀 、磨蚀现象的烧嘴进行修 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 ℃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 复 ,重新使用 。目前德士古烧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 , 贵 ,每炉砖约需 80 万美元 ,故在现有条件下加强工艺操 作管理十分必要 ,另外也可采用国产的耐火材料 。 常常需要更换 。 6 结语 5. 2 气化炉炉膛热电偶寿命短 德士古水煤浆气化工艺是具有代表性的第二代煤 炉膛热电偶由燃烧室外壁经壳壁 、隔热层 、三层耐 气化工艺 ,经过各国的逐步完善 ,其技术趋于成熟 。我 火砖插入燃烧室用以指示炉内反应温度 。热电偶头部 国引进德士古煤气化技术不仅提高了我国煤气化的技 距内壁向火面砖内缩约 50mm。由于各层耐火材料的热 术水平 ,也带动了相关技术的研究和发展 ,如工艺烧嘴 、 膨胀系数不同 ,热电偶常受到剪切力的作用而损坏 ,有 耐火材料 、相关仪表 、阀门等在国内均有制造商可以生 的使用寿命只有一周左右 ,短的甚至刚开车即损坏 ,无 产 ,并有较好的业绩 。德士古工艺也存在着一些突出问 法长期准确指示炉内温度 ,仅能用于指导开车 。正常操 题 ,若这些问题得以解决并且大量采用国产设备 ,德士 作一般根据气体组成及炉渣的形状间接判断炉温 。 古工艺在我国将会成为节能 、低耗 、低投入的主流煤气 5. 3 德士古烧嘴使用周期短 化技术 。 □ 在高温及高浓度煤浆冲刷的苛刻条件下 ,德士古烧


威廉亚洲
© 2013 北京格林吉能源科技有限公司.版权所有