灰分81%-20%。 气化温度/℃ 气化压力/MPa 1450-1550 1450-1550 取决于煤灰熔点,在DT-ST间操作 4.0 4.0 3-4.0 干粉煤供料,顶部干粉煤供料,下部多粒状煤供料,固体物单喷嘴,承压外壳喷嘴对喷,承压外壳料和气化剂逆流接内有水冷壁,激冷内有水冷壁,废锅流触,煤通过锁斗加入流程,由水冷壁回程,充分会说废热蒸到气化炉,通过灰锁收少量蒸汽,除喷汽,材质碳钢、合金斗将灰派出炉外,气气化工艺特点 嘴外全为碳钢。 钢、不锈钢。 化炉由承压外壳、水夹套、转动炉篦组成,炉内物料明显分为干燥、干馏、煤气化洗涤除焦/尘后进入废锅。材质为碳钢。 投煤量2000t/d 内径=3500 单炉尺寸/mm 耐火砖/水冷壁寿命/a 喷嘴寿命 气化炉台数 冷激室/废锅尺寸/mm 除尘冷却方式 分离+洗涤 去变换温度℃ 220 建筑物(不包括变换) 干式过滤+洗涤 40 洗涤 180-185 10a,前端部分1a 1a-1.5a 16 16 46 H=17000 内径=4600 投煤(2300t/d) H=31640 20 20 内径=4000 投煤(800-1000t/d) H=11000 冷激室内径=3500 约为2500 装置占地:9000M2装置占地:9000M2高40M 高约55M(气化部约85-90M(气化部分) 分) 标煤消耗t/106kj (包括干燥(包括干燥34.2) 34.2) 29 (包括焦油等副产品)33 10(包括焦油热值) 氧耗N m3/106kj29 (99.6%) 蒸汽消耗kg/106kj(包括造气变换副产中低压蒸汽) 电耗KW/106kj 3.6 碳转化率% 99 -3.6 0 0 5.8 99 0.3 99(包括jioayou等副产品) 冷气效率% 80 80 80(包括jioayou等副产品) 气化热效率% 投资 万元1200×106N m3/d天然气 由上表可知:
90 96 90(包括jioayou等副产品) 1272000(其中空967000(其中空分480000(其中空分分522000) 522000) 184000) (1) 三种煤气化工艺在消耗指标上,消耗高水分原料煤基本一样,差别最大的
是氧气消耗原料煤SHELL、GSP是Lurgi气化的2.9倍。电:SHELL是lurgi煤气化的19倍,GSP是lurgi的12倍。蒸汽:GSP、Lurgi比SHELL每106kj多消耗3.5Kg。
(2) 包括焦油等副产品在内,三种气化工艺的碳转化率、气化效率、气化热效
率基本一样。
(3) 三种煤气化投资相差很大。SHELL投资是Lurgi的2.6倍,GSP是lurgi
的2倍。造成投资大的主要原因除气化装置外,空分装置影响更大。 煤气化、空分比较结果还不能代表全部工艺的比较结果,对于以煤原料生产合成天然气,Lurgi煤气化生产煤气中按热值分布,焦油约占煤总热值
的10%,甲烷热值约占煤气总热值30%。H2、CO约占60%。因此采用Lurgi煤气化工艺合成天然气比SHELL、GSP煤气化工艺,变换低温甲醇洗净化装置、甲烷化装置处理量大大减少,消耗、投资大大降低。 综上所述煤气化推荐选Lurgi煤气化。
4.1.2粗煤气变换
由于粗煤气中含硫、焦油等杂质,因此只能选择耐油催化剂进行CO变换,使煤气中H2/CO=3.1-3.3。
4.1.3煤气净化工艺技术选择
众所周知,碎煤加压气化由于逆流气化过程,煤气出炉温度低,粗煤气成分复杂,其气体组分包括CO、H2、CO2、CH4、H2S、有机硫、C2H4、C2H6、C3H8、C4H10、HCN、N2、Ar以及焦油、脂肪酸、硫、酚、氨、石脑油、油、灰尘等。在这些组分中除CO、H2、CH4有效组分和N2、Ar以及惰性气体外,其余所有组分包括CO2和硫化物都是需要脱除的有害杂质,可见其净化任务的艰巨。纵观当今各种气体净化工艺,能担当此重任者非低温甲醇洗莫数。这是因为只有低温甲醇洗净化才可以在同一装置内全部干净的脱除各种有害成分,诸如、CO2、H2S、COS、C4H10S、HCN、NH3、H2O、C2以上烃类(包括轻油、芳香烃、石脑油、烯烃及胶质物等)以及其他化合物等。另外碎煤加压气化原料气压力较高,其体中CO2、H2S分压相对较高,所以本身就有利于发挥低温甲醇洗物理吸收的特性,低温甲醇洗工艺与其他净化工艺相比还有如下显著优点:
??吸收能力强,溶液循环量小 ??再生能耗低 ??气体净化纯度高
??溶剂热稳定性和化学稳定性好,溶剂不降解、不起泡,纯甲醇对设备不
腐蚀
??溶液黏度小,有利于节省动力
??甲醇和水可以互溶。利用此特性可以用其干燥原料气,而且利用其与水
的互溶性用水可以将石脑油从甲醇中萃取出来
??甲醇溶剂廉价易得 ??流程合理,操作简便
低温甲醇洗在同一装置中实现了多种杂质的脱除,相对于其他净化方法的多种净化工艺组合而言,工序相对单一、合理,便于操作管理。低温甲醇洗与NHD净化工艺相比由于装置在低温下操作,需用低温材料,因此投资较高。但由于NHD的吸收能力较低温甲醇洗低,溶剂循环量大,用电消耗大,加之NHD溶剂较贵,总体操作费用比较高。总体而言,低温甲醇洗综合运行的经济性优于NHD净化工艺。
所以鉴于碎煤加压气化复杂的气体杂质,基于低温甲醇洗净化可以一次性综合脱除各种杂质的独特优势,无疑碎煤加压气化配套低温甲醇洗是最合理的组合。
4.1.4制冷工艺的选择
低温甲醇洗装置所需-40℃级冷量为8586×106Kcal/h,0℃级冷量13.92×106Kcal/h。干燥装置所需-40℃级冷量为13.86×106Kcal/h,制冷有三种方案可供选择: (1)混合制冷
此方案是将蒸发后的气氨经离心式氨压机提压后再去吸收制冷,避免了吸收器在负压下操作,使生产操作更加稳妥可靠,混合制冷采用工艺副产的低压蒸气作热源,系统中的溶解热及冷却水带出。
(2)吸收制冷
根据冷量级别可采用一级吸收制冷或两级吸收制冷。吸收制冷是在低压低温下用水吸收冷媒,在蒸气提供热源的条件下将冷媒在一定温度、压力下蒸馏出来。然后冷却减压制冷。吸收制冷要消耗大量的蒸汽和循环水,制冷效率较低,只有在流程中有大量低位热能或低压蒸汽找不到用途时,才显示其优越性。
4.1.5甲烷化技术选择
甲烷化技术是鲁奇公司、南非沙索公司工程师在20世纪70年代开始两个半工业化实验厂进行试验证明了煤气进行甲烷化可制取合格的天然气。 CO转化率
达达100%,CO2转化率可达98%,甲烷可达95%,低热值达8500Kcal/Nm3 .
美国大平原煤气化制合成天然气已于1984年投产,它是世界上第一座由鲁奇固定床干法排灰压力煤气化生产的煤气净化后经甲烷化合成天然气的大型商业化工厂。原计划分为两个阶段建设一座778万Nm3 /d的合成天然气厂。第一期工程的设计能力为日产合成天然气389万立方米(相当于日产原油2万桶),于1980年7月破土动工,1984年4月完工并投入试匀装,1984年7月28日生产出首批合成天然气并送入美国的天然气管网。该厂至今还在正常运行。二期工程至今未建。丹麦托普索公司一直从事该项技术开发,掌握了更高压力的合成技术,1978年在美国建有一个小型合成天然气工厂,两年后关闭。目前正在美国开展拟建一座18万Nm3 /h的合成天然气厂的前期工作。项目甲烷合成技术可以从上述两公司中择选选用。
4.1.6硫回收技术的选择
硫回收方法根据工艺流程选择和当地产品销路情况,产品可以是硫磺或硫酸。
产品为硫磺的酸性气处理工艺通常采用克劳斯回收工艺,该法是一种成熟的工艺,而且工艺种类繁多,主要有传统克劳斯工艺,超级克劳斯,带有SCOT尾气处理工艺的克劳斯工艺;以及属于生物脱硫技术的SHELL-paques工艺。 (1)传统克劳斯工艺
原理可以简单概括成:含一定浓度的H2S酸性气首先进入焚烧炉,使其中一部分H2S通过燃烧生成SO2与另一部分含H2S气体在催化剂的作用下生成单质硫,由于受克劳斯反应得平衡限制,克劳斯工艺总硫磺回收率一般在95-98%左右,尾气根本无法满足国家现有环保指标。 主要化学反应 2H2S+3/2O2=2H2O+SO2 SO2+2H2S=3S+2H2O (2)催化氧化技术
a.超级克劳斯一改以往单纯增加级数来提高H2S的回收率的方法,在两极普通克劳斯催化转化之后,第三级改用选择性氧化崔化剂,将H2S直接氧化成元素硫,