德士古水煤浆加压气化技术.doc

德士古水煤浆加压气化技术目 录第一章：德士古水煤浆加压气化技术概况第一节：概述第二节：国外发展情况第三节: 国内发展情况第四节：德士古水煤浆加压气化技术有待改进第二章：煤及水煤浆的性质第一节：煤的工业分析和元素分析第二节：煤的工艺性试验第三节：德士古对水煤浆性质的要求第三章：气化原理及操作条件的选择第一节：德士古水煤浆加压气化原理第二节：气化反应条件的选择第四章：德士古水煤浆加压气化工艺流程及主要设备第一节：工艺流程叙述第二节：主要设备介绍第五章：开停车方法第一节：原始开车前的检查准备工作第二节：气化炉的烘炉第三节：正常开车第四节：正常停车第五节：紧急停车第六章：正常操作要点第七章：PLC和DCS简介第一节：联锁和可编程控制器（PLC）第二节：集中分散控制系统（DCS）第八章：一般故障及处理第九章：安全生产第一节：概述第二节：装置设计中的防范措施第三节：安全生产管理第一章 德士古水煤浆加压气化技术概况 第一节概述*化学工业有限公司20万吨/年甲醇项目是新建一套利用神木本地所产烟煤作为原料，经空分、气化、净化、合成等几个化工工序，年产20万吨甲醇的生产装置。其中气化装置是采用德士古水煤浆加压气化工艺，向甲醇生产制备合格水煤气。煤气化已有一百多年的发展历史，先后开发了一百多种气化工艺和气化炉型，有工业应用前景的十余种。煤气化分类无统一规定，最常用的是按原料在气化炉内的移动方式分为固定床、流化床和气流床三种：固定床气化是块煤从炉顶加入，自上而下经历干燥、干馏、还原、氧化和灰渣层，灰渣最终经灰箱排出炉外；气化剂自下而上经灰渣层预热后进入氧化层和还原层，生成的煤气显热用于煤的干馏和干燥。固定床气化的局限性是对床层均匀性和透气性要求很高，要求入炉煤要有一定的粒（块）度及均匀性，对煤的机械强度、热稳定性、含碳量、灰熔点、粘结性、结渣性等指标都有比较严格的限制。流化床气化是气化剂由炉下部吹入，使细粒煤（6mm）在炉内呈并逆流反应，为了维持炉内的“沸腾”状态并保证不结疤，气化温度应控制在灰软化温度（T2）以下，要避免煤颗粒相聚而变大以致破坏流态化，显然不能使用粘结性煤。由于炉温低，停留时间短，流化床气化最大的缺陷就是碳转化率低，飞灰多，残碳高，且灰渣分离困难；其次是操作弹性小（控制炉温不易）。气流床是原料煤（粉煤或水煤浆）由气化剂夹带入炉，进行并流式燃烧和气化反应。受气化空间的限制，反应时间很短（110秒），为了弥补反应时间短的缺陷，要求入炉煤粒度很细，以保证有足够的反应面积。并流气化气固相相对速度低，气化反应是朝着反应物浓度降低的方向进行，为增大反应推动力，提高反应速度，必须提高反应温度（火焰中心温度在2000以上）和反应压力，所以采用液态排渣是并流气化的必然结果。采用廉价的普通煤做气化原料是气化工艺的发展方向。1993年5月18日鲁南化肥厂水煤浆加压气化装置试车成功，为我国煤化工拓宽原料路线提供了宝贵经验。其后十年，我国又先后在上海焦化厂、渭河化肥厂、安徽淮南化工集团引进建成四套水煤浆气化工业装置，均已稳定运行。我公司经过多次调研反复论证，决定采用大使馆福州公司专利由国内自行设计开发的煤的第二代气化技术水煤浆加压气化工艺。该技术有以下特点：1、煤种适应范围广可以利用次烟煤、烟煤、焦、石油焦、煤加氢液化残渣等，不受灰熔点限制（灰熔点高可加助熔剂）；不受煤的块度大小限制，因最终要经湿磨制成水煤浆使用；不受煤的灰分高低限制，仅经济性有差异。2、连续生产强加工后的原料煤浆，氧气可以连续不断地入炉，排渣也不需要停车，气化开、停车少，系统操作稳定。3、气化压力高气化压力高，单炉产量高。目前在美国已建成日处理煤量为2000吨台，压力为6.7Mpa的生产装置。我公司首期建2756mm气化炉三台（两开一备），气化压力高，产品气具有高压，这就节省了煤气压缩所需要的能耗和费用，同时也实现了甲醇的等压合成。4、合成气质量好一般情况下，产品煤气中有效成分CO+H280% (我公司采用神榆路煤和捣老鸟素煤CO+H281.887%)。煤气中CH40.1%，可作为生产氨、甲醇、OXO产品的原料气，也可用于联合循环发电。5、气化温度高气化炉在1400左右操作，煤在熔融后呈液态排出燃烧室，碳转化率高达96%以上。生产的高温煤气我公司采用直接冷激回收热能，产生的蒸汽用于加热灰水。6、有利于环境保护由于气化温度高，煤中的挥发份直接燃烧，所以不生成焦油、酚等污染环境的副产物，废水主要成分是含氰化合物，远比炼焦产生的废水易于处理；同时气化系统的水在本系统内循环使用，外排废水很少，远比其它气化方法产生的废水量少；而且还可在配置水煤浆时，利用甲醇合成排出的残液，从而减轻对环境的污染。对于固体排放物，在气化中没有飞灰等带出，生成的熔渣不污染环境，而且是良好的建筑材料。总之，我公司的气化装置是当今世界最先进的生产工艺之一，设备精良，操作方便，生产线连续，全部机械化，工艺生产装置采用先进的DCS控制系统，对全装置的过程参数进行集中数据采集、过程监视和实行控制。第二节国外发展情况水煤浆气化工艺国外称作德士古煤气化工艺（TCGP），至今已有50多年的历史。1948年美国德士古石油公司受重油气化的启发，首先创造了水煤浆气化工艺，并在加州洛杉矶近郊蒙特贝洛建设第一套中试装置，规模约15t/d。这在煤气化发展史上是个重大的开端，但由于当时煤无法与天然气和石油相竞争，没有得道认可，直至第一次世界性石油危机（1973年），煤气化又被提到议事日程上来。其中包括德士古于1975年重建MRL的实验装置。1978年、1981年又分别建成两套中试装置。鉴于在加压下连续输送煤粉难度大，德士古公司提出水煤浆的概念，即将煤粉和水混配成可用泵输送的水煤浆。经过多年的研究和发展，目前国外已有的中试装置，工作性示范装置和工业化装置如表所示：表见合成甲醇工艺学P28蒙特贝洛试验中心是德士古总公司的一个试验基地，主要从事用石油、煤、石油焦为原料制备合成气技术研究，建有中试炉，最高压力为8.5Mpa，已对多种煤进行了试烧。美国TVA是以煤制氨的样板装置，该装置建在国家肥料发展中心的一个以天然气为原料的合成氨厂内，气化使用的伊利若斯6#烟煤（低灰份，含硫1.53.0%），经盘式磨煤机研磨后送往混合槽，调配成浓度为55%的水煤浆，气化压力为3.45Mpa。在美国加州的冷水工程建在冷水发电厂内，是德士古煤气化联合循环发电的示范厂，气化炉与前西德样板装置相同，附设辐射锅炉和对流锅炉，日处理煤量910吨，气化压力为4.0Mpa ，气化温度11001500，煤气经冷却、除尘，然后脱硫，用作气体透平的燃料，从气体透平出来的气体通过废热锅炉，温度降至130放至大气。豪佰荷森示范装置是前西德鲁尔煤鲁尔化学公司对德士古煤气合法开展研究而建立的样板装置，它取得了如下改进：1、由干磨改为湿法磨煤，有以下两个优点：可省去煤干燥的步骤，煤干燥的加工和输送成本太高，且粉尘大不安全。易泵送，水煤浆粘度小，泵送容易。2、水煤浆浓度提高到70%为了得到尽可能高浓度的煤浆，需使磨出的煤粒度有一定的级配，同时加入适当的添加剂来降低煤浆粘度，有利于泵送。3、提供了热回收流程，提高了热效率。由于气化炉温度高达13001500，离开气化炉的气体携带熔渣进入设在气化炉下部的辐射锅炉，气体被冷却，熔渣被分离后落入辐射锅炉的下部水池中并粒化排出，气体再经过对流式锅炉被进一步冷却。可以说水煤浆气化是德士古的技术，而湿磨煤、热回收则是鲁尔煤鲁尔化学公司开发的结果，但这些技术统归德士古开发公司所有。第三节 国内发展情况由上海化工研究院负责仿制早期的德士古气化工艺设计的我国第一套水煤浆气化装置(0.7t/hr),于1969年在浙江省巨州化工厂投运。因碰到煤浆蒸发等技术问题(蒸发器易结垢、堵塞、管道磨损大)，气化炉不能连续运行，于1971年中止。1971年化工部化肥研究所即现在的西北化工研究院建成一套模试装置，规模为10kg/hr，气化压力为1.0Mpa。1984年底建成另一套模试炉20kg/hr，气化压力为2.0Mpa。为了进行中试，化工部一院和化肥所共同协作设计了一套双废锅流程的中试装置，规模为1.01.5t/d,压力为2.0Mpa，并于85年建成，先后共试烧了十几种煤，其中为鲁南化肥厂试烧了山东七五煤，为上海焦化厂试烧了陕西神府煤，为渭河化肥厂试烧了陕西黄陵煤，为淮南化肥厂试烧了河南义马煤。神化20万吨/年甲醇项目采用三台激冷式气化炉（二开一备），以神府煤为原料，湿法棒磨制浆，二级闪蒸灰水处理的气化工艺流程。我公司的主要气化指标如下：气化温度：气化压力：煤浆浓度：煤浆粘度：比氧耗：碳转化率：淮南化肥厂于1996年建成三台激冷式气化炉（二开一备）。采用河南义马煤做原料，湿法棒磨制浆，冷激回收热量，二级闪蒸灰水处理流程。该厂设计的主要工艺指标如下：添加剂及加量：0.5%SJG或1.0FNA粒度分布0.043mm 3035%气化温度： 1400气化压力： 4.0MPa煤浆浓度： 61% CO+H2： 76.31%碳转化率：97.8%冷煤气效率：69%比氧耗：423Nm3/1000Nm3 (CO+H2)比煤耗：703kg/1000Nm3(CO+H2)山东鲁南化肥厂兴建二台激冷式气化炉（一开一备），采用山东七五煤做原料，湿法球磨制浆，冷激回收热量，二级闪蒸灰水流程。于1993年正式开车。该厂设计的主要工艺参数如下：合成气产气量(CO+H2) 525600 Nm3/d原料消耗：煤318t/hr（干基） 石灰石（纯95%）： 18.1t/d(干基)氧气（99.6%）: 9200 Nm3/hr 气化工艺：煤浆浓度63% 煤浆及氧气入炉压力：3.69MPa 气化压力：2.7MPa 气化温度：1400煤浆粘度： 1400CP比氧耗： 400 Nm3 /1000Nm3 (CO+H2)冷煤气效率： 69% 上海焦化厂先期兴建德士古水煤浆气化炉三台（二开一备），用陕西神府煤，湿法球磨制浆，激冷回收热量，二级闪蒸灰水流程，年产甲醇20万吨。94年底建成，95年时试车投产，96年已上第四台气化炉（三开一备）。上海焦化厂气化工艺指标如下：煤浆浓度：601%煤浆粘度： 1200CPPH值： 7.59.0比氧耗： 400 Nm3/1000Nm3 (CO+H2)气化温度： 138020气化压力： 4.0MPa陕西渭河化肥厂年产30万吨合成氨，52万吨尿素工程，采用三台气化炉（二开一备），以黄陵煤为原料，投煤量1300t/d，湿法棒磨制浆，激冷回收热量，灰水四级闪蒸循环使用，96年投运。该厂主要化工工艺指标如下：煤浆浓度： 6366wt%PH值：9煤浆粘度：1000CP气化炉压力： 6.5MPa气化炉温度： 1400氧气炉前压力： 8.11MPa氧气流量（单炉）： 17420 Nm3/h煤浆流量（单炉）： 34.6 m3/h洗涤塔出口合成气流量： 131540 Nm3/h(干基)洗涤塔出口合成气压力： 6.24MPa第四节德士古水煤浆加压气化技术有待改进德士古煤浆气化有很多先进的方面，但在工业化生产实践中仍暴露出一些急待解决的问题，希望我公司从事这方面工作的技术人员和工人为解决这些问题尽自己微薄的一份力量，提高公司的气化技术，争取走到同行的最前面。一、水煤浆气化氧耗高比氧耗一般都在400 Nm3/1000Nm3 (CO+H2)以上，为了降低氧耗，应尽量选择灰份低、灰熔点低的煤，成浆性要好，以便可制得高浓度的煤浆，减少气化炉内大量水蒸发而消耗的氧。二、需热备用炉气化炉一般能开二个月左右就要单炉停车检修，或出现故障，须有计划的停车，而备用炉必须在1000以上才可投料，若临时把冷备用炉升温至1000以上，势必影响全系统生产，所以有备用炉应处于热备用状态的要求。而维持热备用炉耗能较大，需煤气1501500 Nm3/h,空气1501500 Nm3/h及部分抽引蒸汽、冷却水。若能通过强化管理，优化操作，确保单炉长周期运转，做到计划停车，检修前将备用炉温升上来，就可不需热备用炉。三、气化炉耐火材料寿命短耐火材料中的向火面砖时气化炉能否长期运转、降低生产成本的关键材料之一。目前世界上使用最多的是法国砖、奥地利砖、美国砖。法国砖的特点是在操作温度低的条件下性能比较好，适应操作温度变化大；而奥地利砖、美国砖操作温度高时性能好，但操作温度变化大时易变脆。我国选用了法国砖（沙佛埃耐火材料公司），其寿命为11.5年。其中渭河化肥厂开车一年三台气化炉向火面砖全改换过，一炉砖需75万美元，而且换一炉砖周期长，影响生产二个月。目前，我们国内正研制价廉、耐高温侵蚀，而且使用寿命长的耐火材料。同时我们在安装时要保证筑炉质量，操作上加强管理减少炉温波动，来人为地延长向火面砖的寿命。四、气化炉炉膛热电偶寿命短由于气化炉外壳与耐火砖的受热后膨胀系数不同，而发生相互剪切，进而热电偶。每次开停车炉温改变，我们尽量控制好外壳与炉膛温度，来保证热电偶不坏，来指导我们后续工作。如果在热电偶坏时，我们可根据合成气中CH4含量的变化及炉子排出渣的颜色、颗粒的大小及形状来判断炉温，这就要求我们要有过硬的业务水平，积累经验，可看系统其它工艺参数，来控制炉温，维持系统正常生产。五、工艺烧嘴寿命短烧嘴的稳定运行时操作好气化炉的另一个重要因素。烧嘴的寿命短（1.5个月左右）而且昂贵（8万美元/个）.根据日本宇部资料统计，烧嘴是引起气化炉停车次数最多的原因，所以操作过程中必须会烧嘴的运行情况严密监视。我俄每年可从烧嘴冷却水系统、气化炉压差、气体成分等来判断烧嘴运行情况，我们还专门对烧嘴系统设置了联锁，如运行情况恶化，气化炉停车，否则轻者烧嘴偏喷冲刷侵蚀耐火砖，重者烧坏烧嘴。六、气化装置投资大我们采用德士古气化工艺，不仅要付给德士古发展公司专利费用，而且不少特别材料、设备、阀门、仪表等需从国外进口，价格一般为国内价格好几倍之多。关于设计问题，国内大多数人认为，随着鲁南、上海、渭化、淮化的相继投产，我们已获得了丰富的设计经验和生产技术，国内设计院承担工程涉及是完全可信赖的。七、激冷环寿命短激冷环使用寿命短（1年左右），需广大的有志之士研究改进。第二章 煤及水煤浆的性质第一节 煤的工业分析和元素分析一、煤的概念及分类煤是由一定地质年代生长的繁茂植物，在适宜的地质环境里，经漫长的地质年代的天然煤化作用而成的。根据成煤植物和生成条件的不同，世界上煤可分为腐植煤、残植煤和腐泥煤三大类。其中腐植煤是由高等植物形成的，储量最大，分布最广，如泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤。残植煤是由高等植物中稳定组分（角质、树皮、树脂等）富集而成的，储量少。如云南角质残植煤、浙江长广的树皮残植煤。腐泥煤有水肿藻类等浮游生物在还原环境下，腐解形成的，其储量也很少。如藻煤、油页岩等。因煤种不同产地不同，所以成分也不同。煤质分析中最基本的就是工业分析和元素分析。二、工业分析煤的工业分析也称实用分析，其分析项目包括煤的水份、灰份、挥发份及固定碳。1、水份（Mad）：煤中水份按其存在形态不同分为三种： 外在水，也称游离水。是在开采、运输、贮存、洗煤是机械附着或润湿混合在煤颗粒表面和大毛细孔（直径大于10-5cm）中的水份。因为外在水份只与外在条件有关，而与煤质本身无关。将煤置于空气中，外在水可自然风干，风干后的煤称为风干煤。 内在水，也称吸附水。市吸附或凝聚在煤颗粒内部表面较小的毛细孔（直径小于10-5cm）中的水。一般在稍高于100下恒温即可除掉。内在水份的含量和煤质有关，是影响成浆性的重要因素。 结晶水，也称化合水。是煤的无机水化合物中所含的水。一般在200以上恒温才可除去。煤中的结晶水化合物有硫酸钙（CaSO42H2O）、高岭土（Al2O32SiO22H2O）等。此结晶水与外在水和内在水相比含量少的多，故工业分析中不测结晶水。煤的水份高易粘结在一起，易发生煤仓棚仓和堵塞煤溜管，影响下料。2、灰份（Aad）：煤的灰份是煤中所有可燃物质完全燃烧以及煤中矿物质在高温下（85010）产生一系列分解、化合等复杂反应后残留物，它们是金属与非金属的氧化物及盐类。其主要组成是：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2、SO3等。灰份在气化炉中是无用而有害的物质。无用是说它不参与气化反应。有害是因为它在炉内被熔融时要消耗热能，这样就增加了比氧耗和比煤耗，产生的CO2也会增多，而且熔渣对向火面砖的冲刷，侵蚀是不可避免的。加之，熔渣激冷后形成的碎渣再后系统中对设备、管线、阀门的腐蚀也会随灰份增加而增加。所以在选气化用煤时，煤灰份低好，一般在1015wt%。我公司目前选用三一煤矿煤或大（）窑煤的灰份为10.11wt%和9.64wt%。另外煤灰熔性与煤化学组成密切相关，也是气化用煤的一个重要指标，灰熔性可用灰熔点来表示，如果灰份中酸性物质(SiO2+Al2O3)占比例大，则灰熔点高，如果碱性物质（Fe2O3+CaO+MgO）占的比例大，则灰熔点低。测定方法有熔点法（角锥法、高温热显微镜法）和熔融曲线法。我们选用常用的角锥法来测。即将煤灰和糊精混合，俗称一定大小的三角锥体，放入测定炉内，以一定的升温速度加热，观察并记录灰锥变形情况，以确定灰熔点，见附图1：图一：灰锥熔特征图图中T3温度是灰份流动温度，可根据它可确定气化炉的操作温度（一般情况为T3+50100）。采用灰熔点高的煤，将加剧对气化炉耐火砖的损坏，这时应在煤中加入助溶剂（CaO或CaCO3）来增加碱性物质在灰份中的比例，以降低灰熔点。所以我们选择气化用煤时，尽量选用灰熔点低的煤。我公司目前选用气化煤灰熔点T3在1170左右，所以不需设计添加助溶剂的设施，但要对气化煤要严格监测其灰熔点。淮南化肥厂选用的气化煤灰熔点T3在1350左右，设置了添加助溶剂石灰粉的设施。但目前由于气化煤的灰熔点低于设计值，现已停用助溶剂。3、挥发份（Vad）挥发份是煤样在90010下隔绝空气加热7分钟，煤分散所溢出的气体和蒸汽的百分数减去分析煤样的水份百分含量，即为挥发份含量。煤的挥发份与煤的变质程度有关，年轻的煤挥发份含量高，反映活性好。由此可看出挥发份主要是有机物分解产物，也含有矿物质分解产物，但在合成气中不会存在由挥发份形成的有机烃类。我公司设计用煤挥发份含量为（ ）4、固定碳（FCad）煤的固定碳是从煤中除去水份、灰份和挥发份后的残留物。煤中的固定碳和挥发份含量高对气化有利。我公司设计用煤固定碳含量为（ ）。三、元素分析煤的元素分析用来大致估算煤的发热量，计算煤的燃烧热、理论燃烧温度和燃烧产物组成，并能指导后续煤气工序的设计和操作。一般元素分析主要分析C、H、N、S、O这五种元素含量。对于实际生产我们还需分析Cl、As这两种元素。1、碳（C）碳是煤中主要可燃物，但碳本身在比较高的温度下才能燃烧，纯碳是很难燃烧的，所以含碳量越高的煤越不易燃烧，一般含碳量在4095%，我公司设计用煤含碳量为71.42wt%和69.79wt%。2、氢（H）氢是煤中第二个重要组成，也是一种可燃物。灰煤中它与碳生成化合物存在，氢含量随着煤龄增加而减少，一般在28%，我公司设计用煤含氢量4.38wt%和4.52wt%。3、氮（N）煤中氮含量不高，约12%，一般为有机氮，它的含量决定了煤气中的氮含量和煤气冷凝水的PH值，如PH值高可减轻设备的酸性腐蚀。我公司设计用煤含氮量为0.81wt%和1.01wt%。4、硫（S）煤中含有机硫和无机硫，是一种有害元素，经高温气化后生成H2S和COS，这两种产物不仅腐蚀管道和设备，而且也可使变换工序的触煤中毒。因此我们寻用气化煤时硫含量尽可能的低。我公司设计用煤的硫含量为0.27wt%和0.41wt%。5、氧（O）煤中氧含量变化很大，随着煤龄的增大而减少，一般在230%，煤中氧含量和水份含量是衡量煤变质程度的重要指标，也是衡量成浆性的重要指标。二者含量越高，煤成浆性越差。我公司设计用煤氧含量为9.69wt%和10.55wt%。6、氯（Cl）一般煤中的氯有8090%会进入气相，会对设备和管道严重腐蚀，尤其是对不锈钢材之的腐蚀。如煤中氯含量大于0.5wt%时，不宜选用。我公司设计用煤氯含量为（ ）7、砷（As）煤中的砷有20%进入气相，如含量大于0.06%，将会使变化工序钴钼系催化剂产生砷中毒。我公司设计用煤砷含量为（ ）利用元素分析结果可以计算煤碳（）发热量： 计算无烟煤、贫煤和低灰份石煤QGW半经验公式QGW=80（78：1）C320H22（SO）8（A10）在式中C95%或H1.5的老年无烟煤，C前面系数采用78.1，其余采用80。 计算各种风化煤QGW的半经验公式QGW=79C290H22S2705（A10）煤的发热量是计算煤质的一项重要指标。一般用测定法计算出的发热量只做为参考。煤的发热量越高越好。我公司设计用煤发热量为（ ）第二节煤的工艺性试验根据煤的不同用途，需做不同的工艺性试验。与我公司水煤浆加压气化有关的工艺试验有以下几种：一、煤的粘温性煤的粘温性是指煤灰份在不同温度下熔融时，液态灰所表现的流动特性，一般用粘度来描述。为保证气化炉排渣顺利，熔融态的灰渣流动粘度要小，正常操作中，灰的粘度不宜超过25PaS。这须通过试烧才可了解到。熔渣的粘度随温度的升高而降低，当气化炉排不畅时，可适当地提高操作温度，使其排放正常。因此有人把可确保气化炉排渣正常的最低温度称为最佳操作温度。我公司设计用煤的灰粘度为（ ）二、煤的可磨性煤的可磨性表示煤的易碎程度，它直接影响煤的破碎工艺及设备的确定。我们通常用哈氏可磨指数表示（HGI），它是以美国一矿区易碎的烟煤作为标准煤，其可磨性定为100，测定时使煤样在规定的条件下在小磨机中经受一定的磨碎功，用筛分方法测出新增的表面积，由此算出可磨性指数：HGI=136.93D74（D74通过孔径为74m的筛的煤样量）我公司设计用煤可磨指数为（）三、化学活性化学活性也称反应活性，它是指在一定温度下，以一定流速通入CO2，用CO2还原率来表示。化学活性高的煤在气化过程中反应速度快，气化效率高，这样在水煤浆的制备过程中，适当的可放粗煤粉的粒度，有利于提高煤浆的浓度和降低电耗，也有利于煤浆的泵送。由此可看出化学活性也是影响水煤浆气化的主要指标之一。我公司设计用煤的化学活性为（ ）四、煤的成浆性影响煤的成浆因素有粒度分布、煤的内在水份含量、添加剂，还有一些外在因素，下面我们对这些影响因素作个简单的了解。1、粒度分布：在制浆过程中，如果粗颗粒多，则流动性好，但易分层、沉降，稳定性差，如果细颗粒多则稳定性有所提高，但流动性变差。就单对煤粉燃烧而言，粒径约小，燃烧越充分，可我们必须同时兼顾煤浆的稳定性和流动性，所以制浆时要选择适宜的粒度分布。2、煤的内在水份：内在水份越低，制成的煤浆粘度就越小，流动性就好，所以就可造出高浓度的水煤浆。但稳定性相对差一些。如内在水含量高则与上述相反，我们一般说成浆性较差。3、添加剂：对于水煤浆气化而言，我们一般选用反应活性好的年轻烟煤，我们在制浆时加入适量含有憎水基团的添加剂，可制出合格的水煤浆。如选用亲水性较差的煤种，我们应加入含有亲水性基团的添加剂，来提高煤浆稳定性制出合格煤浆。4、另外还有一些外在因素，如煤浆制备过程中有无外力干扰，添加剂在碱性环境中效果最好等等。我们在此不做详细介绍了。总之，我们在制浆试验过程中要全方位的衡量，力争做到减小各种因素的干扰，做出高质量的水煤浆。第三节德士古对水煤浆性质的要求德士古气化对原料要求高，相应地对水煤浆的性质也要有很高的要求，我们就从以下五个方面介绍一下。一、较高的浓度水煤浆的浓度就是指物质中的含固量。若水煤浆的浓度低，它的粘度也相对的低，虽然有利于泵送，但它的气化效率就会降低，进入气化炉水份大，大量水蒸发，使炉温下降，为维持炉温，就须增加氧气用量，从而使比氧耗增高。而且每期质量也有所下降。一般气化用水煤浆浓度在6070wt%之间。我公司水煤浆浓度在（ ）二、较好的流动性水煤浆的流动性我们用其表观粘度来表示。如粘度大，流动性就差，不易泵送，雾化效果也差。实验表明，如果煤浆浓度超过50wt%时，粘度会突然增大，以致不能流动，这时我们加入表面活性剂，即加入合适的添加剂，来降低粘度。这样我们就可得到高浓度、低粘度的水煤浆。我公司粘度设计值为（ ）三、较好的稳定性水煤浆的稳定性是指煤粒在水中的悬浮能力。水煤浆是一种分散的悬浮体系。它存在着因煤粒重力作用引起的沉降问题，特别是在水煤浆静止和低速下，会发生分层、沉降，影响装置的稳定运行。水煤浆的稳定性与煤粒粒度分布和煤的亲水性有关，煤粉粒度小，煤粒的表面亲水性越强，其稳定性就越好，但粘度会增大，流动性差。就单对水煤浆稳定性而言，我们应选用年轻的亲水性好的煤。四、适宜的粒度分布水煤浆中粒度分布是成浆的关键因素。若水煤浆中粗颗粒多，表观粘度下降，流动性好，但易分层、沉降。较细颗粒多，稳定性就好，但流动性变差。对气化反应而言，颗粒越小，反应越安全，效果越好。所以，合格的水煤浆中，大小颗粒互相填充，大小比例要协调。这就要求水煤浆要有适宜的粒度分布。我公司水煤浆的粒度分布如下：2380m（8目） 100%1410m（14目） 98%100%420m（40目） 90%95%44m（325目） 25%35%五、适宜的PH值如水煤浆呈酸性，会对管道、设备等产生腐蚀，如呈强碱性，会在管道中结垢，引起堵塞。另外添加剂在碱性环境里使用效果好，所以我们把水煤浆PH值控制在79之间。第三章气化原理及操作条件的选择第一节德士古水煤浆加压气化原理德士古水煤浆加压气化属气流床，氧气和水煤浆通过德士古烧嘴混合后喷射时立即雾化进入气化炉，在0.1秒内煤浆中水被气化，煤粒子被气体隔开，各煤粒独立的进行反应，气化炉在煤灰熔点以上温度发生反应，固体在气化炉内停留35秒钟，反应生成的粗合成气甲烷含量减少，一般仅为0.1%以下，碳转化率高达98%，由于反应温度高，不生成渣油、酚及高级烃等可凝聚的付产物。一、炉内流动过程德士古水煤浆气化过程从流动特征上讲属受限对流反应过程，按流动过程可将炉内分为三个流动区域，即对流区、回流区和管流区，每个区域的流动特征各异。在对流区中物流流动速度大，不断地与回流区进行物质交换，喷口附近回流区中的高温气体大量地被卷吸到对流区，而远离喷口区域却有大量流体离开对流区进入回流区，未离开部分流体则进入到管流区。二、气化过程的化学反应气化炉内发生的化学反应是很多的，在火焰中可能同时进行以下化学反应：CmHn+(m+n/4)O2=mCO2+n/2H2O 2C+O2=2CO +246.6KJ C+O2=CO2 +409.1KJ 2CO+O2=2CO2 +573.2KJ H2+1/2O2=H2O C+H2O=CO+H2 122.7KJ CO2+H2=CO+H2O 42.3KJ CH4+H2O=CO+3H2 412.8KJ C+CO2=2CO 165.0KJ CH4=C+2H2 此时还可能发生如下付反应：COS+H2O=H2S+CO2 C+O2+H2=HCOOH N2+3H2=2NH3 N2+H2+2C=2HCN 1、对流区反应及特征进入对流区的介质有水煤浆和来自回流区的高温烟气，发生的过程是：雾化后的水煤浆接受炉膛辐射热并与来自回流区的高温烟气迅速混合升温，水份蒸发，挥发份逐渐放出来，在气化温度下0.1秒左右，释放出的挥发份与来自回流区CO、H2等于CO2相遇达到着火条件即发生燃烧，温度持续升高，煤中难以挥发的碳氢化合物也开始裂解，脱挥发份的过程结束后，形成的残碳呈多孔的疏松状，若此时氧未消耗完，则残碳将进行燃烧反应。由于此区中含大量水份及氧气等，究竟发生的部分氧化反应还是燃烧反应，依据动力学研究确定：在对流区中氧气消耗完之前的区域，以生成CO2的完全燃烧反应为主（C+O2=CO2），定义为一次反应区，在氧气消耗完之后的区域，碳的各种转化反应速率相当，即过程进入到气化反应阶段，此区域与管流区一并称为二次反应区。（气化反应区）2、管流区反应及特征进入管流区的介质为来自一次反应区的燃烧产物及CH4、残碳、水蒸气及惰性气体等，此区中进行的反应主要是碳的非均相气化反应，甲烷水蒸气转化反应，逆变换反应等，对比二次反应区的反应进行方向研究结果在1350下，有下列特点： 反应和反应反应尚未到达平衡，反映将沿着生成CO和H2的方向进行。 反应沿着生成CO的方向进行，即逆变换反应，生成CO和H2O。 CH4转化反应沿着生成CO+H2的方向进行。说明气化产品气中CH4存在是由于其与水蒸气转化反应警醒的不够完全的原因，而不是进行了甲烷化反应。不难发现，随着温度的升高，甲烷转化反应平衡常数升高转性，故有提高气化温度，出口气体中CH4含量降低的说法。3、回流区反应及特征回流区中的介质为在对流卷吸作用下来自对流区的燃烧产物残碳、水蒸汽和少量氧气等，因而其反应包括一次反应和二次反应，此区为一、二次反应共存区。第二节气化反应条件的选择一、水煤浆浓度随着煤浆进入气化炉的水，一部分参与化学反应，一部分蒸发，所需要的热量由氧化燃烧热提供，水煤比对合成气组分和冷煤气效率起着决定性作用。提高水煤浆浓度，冷煤气效率上升，这是由于减少了过量的水份带入气化炉，使氧、煤燃烧作用于气化反应的比例增加，故气化效率和有效气（CO+H2）也相应提高。但煤浆浓度的提高又引起了其粘度升高，不利于贮运，且多耗电。虽然向水煤浆中添加活化剂可降低煤浆粘度改善其流动性。但会使生产成本上升。综合各方面要求，我公司水煤浆浓度控制在60%65%，添加剂为（）二、氧煤比所谓氧煤比就是指进入气化炉的氧气和煤的比例，更确切地说应是氧碳原子比。氧煤比对碳转化率、冷煤气效率、煤气中CO2含量，产气率均有影响。从上图可以看出，随着氧煤比增加，碳转化率显著上升，这是因为燃烧反应所产生的热量成为吸热反应所必需的热量，当氧煤比增加到一定值后，曲线趋于平缓。冷煤气效率是指煤气化后，煤气中可燃烧的含碳气体中的碳与煤气中总碳量之比。从图可以看出：氧煤比增加、冷煤气效率增加，但当高到一定值时，冷煤气效率反而下降，那是因为氧煤比过高，一部分碳完全氧化生成CO2使煤气有效成份降低而降低了气化效率。从图可见：产气率随氧煤比增加而增加，到一定值开始下降，那是因为此时煤气中H2被燃烧成水的缘故。从图（）看，氧煤比提高，是因为氧化剧烈放出大量热，使气化温度升高。煤气中CO2含量随氧煤比增加而降低，到一定值开始上升，原因和冷煤气效率一致。从图可以看出，比氧耗和比煤耗都有一格最佳点，先降后升，这是因为氧煤比越大，产生有效气就越多，但到一定值后，反而将有效气氧化成无用的组分，因此需要用来生成有效气的氧气和原料煤就越多，于是比氧耗和比煤耗增加。综上所述，氧碳比对各气化指标的影响各有不同，其最佳值也有所不同，加之实际生产中还存在着其它反应的相互影响及热量损失等原因，氧碳比应高于理论值，一般控制在0.961.02为宜。三、煤粉粒度煤粉粒度对碳的转化率有很大影响，因为煤粒在反应区停留时间和固气反应的接触面积与煤粒尺寸关系密切相关。对大颗粒的煤粒，离开喷嘴所具有较大的动能，在气化炉停留时间比小颗粒短，另一方面比表面积也小，必然导致小颗粒煤转化率大于大颗粒，细颗粒（200目）含量多对齐华有利。但细颗粒多得使水煤浆的表观粘度增大，不利于制备及贮运高浓度的水煤浆，所以一般控制在细颗粒含量为50%左右。四、气化压力水煤浆气化反应是体积增大的反应，提高压力对化学反应的平衡不利，但是，目前工业上普遍采用加压操作，其原因是：1、提高压力可以增加反应物浓度，加快反应速度，从而降低生成气中甲烷的含量，提高气化效率。2、采用加压气化，喷嘴雾化效果好，不利于降低气体中甲烷的含量和提高碳的转化率，提高有效气产率。3、加压气化气体体积缩小，气化炉容积不变时，气化炉生产强度高，也减少了热损失。4、加压气化生产出的煤气压力高，大大减小压缩煤气时动力消耗。5、对碳与水蒸汽、碳与CO2、甲烷水蒸汽转化等体积增大的反应化学平衡不利，但对气化影响最大的逆变换反应则无影响。但气化压力提高，对设备的材料及制造要求更严格，因此选择气化压力需从系统的技术经济效果来考虑。目前，世界上气化压力有四个等级，鲁南化肥厂2.7MPa，日本宇都、上海焦化厂4.0MPa，渭河化肥厂6.5MPa，最高是8.5MPa，本公司因与等压合成甲醇相配，故采用3.74MPa。五、气化温度气化温度是水煤浆部分氧化过程十分重要的控制指标。水煤浆与氧的反应，其画反应是朝着反应物浓度降低的方向进行，为增加反应推动力，提高反应温度，必须提高反应温度。而且为了保证灰渣呈熔融状态，便于液态排渣，气化温度必须在灰熔点T3以上，但温度太高会：1、产品气中有效成分降低，CO2含量上升。2、比氧耗增加，反应温度降低100，氧耗可降低10%。3、熔渣粘度过低，对耐火砖冲刷侵蚀添加剂，使其寿命缩短，当气化温度超过1400时，耐火砖会出现裂纹、剥落甚至爆炸。综上所述，一般气化炉操作温度控制在13501400，由于我厂采用的原料煤灰熔点较高（1380），故我厂采用的温度是14001450。第四章 德士古水煤浆加压气化工艺流程及主要设备第一节工艺流程一、水煤浆气化工艺流程的选择目前，水煤浆气化工艺流程按热回收方式不同，可分成急冷流程和废热锅炉（废锅）流程。急冷流程系将高温煤气在气化炉底部的急冷室内用热水急冷至露点，饱和了水蒸汽的煤气再经洗涤后送到下一工序。这种流程多用于CO须全部变换（如制氨、制氢）的场合，流程相对简单，但能耗略高；废热锅炉流程多用于CO不须变换的场合，如制CO气或OXO合成气、IGCC，先用废热锅炉（辐射式和对流式二台串联）回收煤气显热，产生高达10.5MPa高参数蒸汽，以做到能量综合利用。有人推荐甲醇（CO部分变换）用只有辐射段的半废锅流程。这样做法虽技术合理，但在实际应用上大多宁愿选用比较简便的急冷流程。二、我公司所选用的气化装置工艺流程简述由煤贮运系统来的小于100mm的碎煤进入煤贮斗（V1001）后，经煤称重给料机（W1001）计量进入煤磨机（M1001），与由研磨水泵（P1003A/B）送来的一定量的甲醇残液、灰水、低温变换冷凝液、新鲜水混合，在棒磨机种磨成一定粒度分布的约61%65%浓度的水煤浆。出棒磨机的煤浆经煤浆滚筒筛（S1001），以除掉大颗粒煤、杂物，合格的煤浆自流至棒磨机出料槽（V1003），由磨机出料槽泵（P1001）经煤浆分流器V1104松枝煤浆槽（V1101A/B），再由煤浆给料泵（P1101A/B/C）经煤浆切断阀XV1202进入德士古烧嘴X1202的内环隙。投料前，煤浆经煤浆循环阀XV1203循环回煤浆槽V1101。空分装置来的纯度为99.6%的氧气（ ）经氧气缓冲罐V1201、氧气流量调节阀FV1205、氧气切断阀XV1205、XV1206进入德士古烧嘴的中心管和外环隙。氧气的流量有压力和温度（PT1232、TIA1202）进行补偿。在投料前，氧气经FV1214和XV1207放空。水煤浆和氧气在德士古烧嘴X1202中充分混合雾化后进入气化炉R1201的燃烧室中，在4.0MPa（A），约1350条件下进行部分氧化反应生成以CO和H2为有效成分的粗煤气。粗煤气和熔融态灰渣一起向下，经过均布激冷水的激冷环沿下降管进入激冷室的水浴中。大部分熔渣经冷却同化后，落入激冷室底部。粗煤气沿下降管和导气管的环隙上升，出激冷室去洗涤塔T1301。在激冷室粗煤气出口处设有高温变换冷凝液冲洗水阀FV1211，以防止固体在出口管累积堵塞。激冷水（ ）经激冷水过滤器V1204滤去可能堵塞激冷环的大颗粒，送入位于下降管上方的激冷环，沿下降管壁流入激冷室。激冷室底部黑水，含固量小于1%，经FV1212送入汇水处理系统（6142段）激冷室液位控制在63%。在开车期间，黑水可以经过气化炉水封槽V1205排入渣沟，或经LV1201排入真空闪蒸罐V1305。激冷室底部的粗渣自流排入锁斗V1207，然后定期排放至渣斗V1208，然后用冲洗水经渣沟冲至渣水沉降系统处理。在气化炉预热期间，激冷室出口气体经开工抽引器X1206排入大气，开工抽引器底部通入经HV1206来自管网的低压蒸汽（1.0MPa），通过调节预热烧嘴风门和抽引蒸汽量控制气化炉的真空度在610mmH2O。2、合成气洗涤系统从激冷室出来的饱和了水汽的合成气（ ）进入文丘里洗涤器X1301，在这里与激冷水泵P1301来的洗涤塔黑水混合，使合成气中夹带的固体颗粒完全湿润，以便在洗涤塔内能快速除去。水粗煤气的混合物进入洗涤塔T1301沿下降管进入塔底部的水浴中。煤气向上穿过水层，大部分固体颗粒沉降到塔底部与煤气分离。上升的煤气沿下降管和导气管的环隙向上穿过四块冲击式塔板，由冷凝液泵P1302来的洁净的变换冷凝液（ ）喷淋，洗涤剩余的固体颗粒。合成气在洗涤塔顶部经过一个折流式除沫器，除去夹带在气体中的雾沫，然后离开洗涤塔T1301。煤气水汽比控制在（ ）之间，含尘量小于1mg/Nm3。在洗涤塔T1301出口管线上设有在线分析仪，一个连续分析CH4、O2含量，另一个分析煤气中的H2、CO、CO2、H2S、COS的组成。干净的煤气（ ）经气动阀HV1301送往下游变换工序。在开车期间，煤气经气缸阀PV1302-1和气膜阀PV1302-2串联控制压力排至开工火炬，火炬管线连续通入低压氮气使火炬管线保持微正压。第二节主要设备介绍气化装置有（）种设备共计（）台套（其中国外进口（）台），其中有些设备的制造必须经德士古发展公司认可后方可制造，这里我们仅对一些主要设备的结构、工作原理、操作和维护要点做简单说明，详细情况请查阅设备及维护说明。一、棒磨机棒磨机是用来制备水煤浆，粒度10mm的原料煤与甲醇残液、添加剂，变换冷凝液按一定比例加入棒磨机研磨后，水煤浆给滚筒筛分成符合工艺要求的粒度浓度为62%65%的水煤浆送入贮槽贮存，供气化用。滚筒筛筛出的大颗粒煤返回原料场。棒磨机技术性能参数：设备形式： 湿式溢流式棒磨机筒体内径： 3800mm筒体工作长度： 5800mm筒体有效容积： 65m3最大装载量： 煤炭（干） 12.6 t 钢棒 90 t入料粒度： 15mm筒体工作转速： 13.84 r/min电机功率： 1120kw转速： 742 r/min电压： 1000V进料速率： 煤（干） 48.