德士古水煤浆加压气化装置的改进

1、我公司德士古水煤浆加压气化装置的改进陈方林(安徽淮化集团有限公司，安徽 淮南 ) 2001-05-16 我公司“1830”工程是一套年产18万t合成氨、30万t尿素的生产装置，是由空分、气化、净化、合成、尿素等几个工序组成。其中气化装置采用美国德士古公司(TEXACO)水煤浆加压气化工艺，引进美国德士古公司技术软件包(PDP)，由日本宇部公司(UBE)承包并进行基础设计，东华公司(原化工部第三设计院)进行详细设计，是国内继山东兖矿鲁南化肥厂、上海焦化有限公司、渭河化肥厂之后投运的第4套水煤浆加压气化装置。 1 试车及运行情况 该装置于2000年二季度末建成，2000年8月9日进行第一次化工投料

2、试车并取得成功， 2000年10月9日全面打通合成氨流程。在稳定运行的基础上转入试生产阶段。为解决气化用煤单一的问题，于2000年11月成功地进行了义马煤与华亭煤的掺烧(华亭煤与义马煤各占50)。 2000年12月15日，德士古与宇部公司专家共同对装置进行了24h满负荷性能试验，各项指标均达到或优于PDP性能保证值，见表1。考核期间主要工艺参数见表2。 该装置试车时间短(20天)，试生产期间运行稳定可靠，单炉最长运行时间已达42天，到2001年1月底，已生产合成氨4.6万t，创造了德士古水煤浆加压气化工艺的新纪录。 2 装置改进 美国德士古公司和日本宇部公司在总结以前德士古装置生产经验的基础上

3、，对我公司德士古装置作了如下改进。 2.1 采用新型激冷环 气化炉燃烧室产生的高温煤气和熔渣，在激冷水的激冷下，通过下降管进入激冷室。激冷环直接接触高温煤气和熔渣，工作条件恶劣。激冷环必须保证激冷水在下降管上分布均匀，并形成足够厚度的水幕，将高温介质与下降管隔开，使下降管不至于被烧穿。在运行中常会因激冷环结垢，堵塞激冷环通道，导致水量不足，被迫停车清理。 我公司激冷环是德士古新开发的专利产品，材质选用耐氧离子腐蚀的Incoloy825(耐热镍铬铁合金)，在结构上与以往的激冷环有细微的差别，主要有二方面的显著优点：(1)该新型激冷环可以使激冷水在激冷环的水腔旋转流动，且流速较大，使激冷水中的杂质

4、难以在激冷环水腔结垢，有效地解决了激冷环的堵塞问题。(2)激冷水经激冷环喷出后，沿下降管旋转下降，在水量较小的情况下，仍能形成较均匀的水幕，防止下降管被烧穿。开车以来，该激冷环一直运行良好。 2.2 气化炉取压点设在筒体部位 在以往的德士古装置中，气化炉的取压点都设在气化炉的拱顶部位，运行时，易引起拱顶炉壁超温，被迫停炉处理。原因为拱顶是气化炉内衬不规则部位，筑炉难度相对较大，易出现不规则缝隙，取压点又靠近炉口，这样取压点、可压缩层及炉口三者之间易形成通道，导致窜气，特别是在气化炉渣口缩小，气体返混时，窜气量更大，从而引起拱顶超温。 我公司德士古装置，取压口设在气化炉筒体部位，并通以小流量高压

5、氮气，这样一方面使筒体比较规则，筑炉质量易于保证，另一方面取压口离炉口相对较远，不易形成通道。目前，国内其它3套装置已将拱顶的取压口封死，将筒体的热电偶口作为取压口，也取得了较为满意的效果。 2.3 激冷室出口合成气管增设喷淋装置 激冷室出口合成气含有较多灰尘，在以往的装置中，常发现该出口管处有大量积灰，增大了阻力。我公司装置中，增设了出口合成气喷淋装置，即在激冷水管线上引一部分激冷水，经二个喷头对合成气进行洗涤。一个喷头喷出的水垂直于气流方向，呈扇形分布，另一喷头喷出的水顺着气流方向呈锥形分布，二路总水量达10m3h。在历次的停炉检查中发现激冷室合成气出口管无灰沉积，效果明显。 2.4 采用

6、一套二级闪蒸系统 我公司德士古装置的灰水处理工序仅一套系统，分为中压闪蒸(0.485 MPa)和真空闪蒸 (0.049MPa)二级，流程简单，操作方便，投资少。而上海焦化德士古装置采用的是二套二级闪蒸系统，渭化德士古装置采用的是四级闪蒸。 2.5 灰水换热器可作加热、冷却用 灰水换热器一般作为加热用，回收闪蒸热量，提高灰水进碳洗塔的温度，调整碳洗塔出口合成气水汽比。但当原料煤灰分高时，为使熔渣顺畅流过渣口，将耗更多的氧，导致整个系统热负荷增高，从而引起合成气水汽比超标。为适应义马煤灰分变化大(从12到26)的要求，当原料煤灰分高时(20以上)，我公司灰水换热器通循环冷却水，作为冷却器用。 2.

7、6 激冷室和碳洗塔黑水排放管线的改进 在以往的德土古装置设计中，激冷室和碳洗塔排放的黑水均通过一根总管进入中压闪蒸罐。由于激冷室的压力较碳洗塔压力高，使激冷室的黑水可顺畅排向中压闪蒸罐，而碳洗塔内黑水往往排不出去，经常出现细灰堵死碳洗塔黑水排放管的现象，并导致系统水质变差。 我公司德士古装置将3台激冷室的黑水合并到一根总管，3台碳洗塔的黑水合并到另一根总管，二路总管的黑水分别排到中压闪蒸罐，圆满地解决了上述矛盾。目前国内其它3套德士古装置也已改为相似的流程。 2.7 拱顶内衬设计为球形 对于气化炉内衬，拱顶是最薄弱的地方，我公司采用了德士古公司新推出的球形拱顶。该拱顶目前使用情况良好。 3 存

8、在的问题及改造 3.1 中心氧量偏低，且无调节手段 德士古烧嘴是三通道结构，最里面是氧气，通常称中心氧，最外面也是氧气，通常称外环氧，中间环隙走水煤浆。中心氧和外环氧的作用不同，中心氧能提高氧气和水煤浆的返混程度，外环氧能减少水煤浆对炉膛内壁的冲刷磨蚀。中心氧是可调的，应根据渣口的扩大、缩小适当调整中心氧量，中心氧量应为总氧量的820，最好为12。 我公司中心氧量偏低，满负荷时不足8。且中心氧管线无自调阀，仅一个手动球阀和一个止回阀，阀门全开也达不到设计要求。为此，我们进行了如下改进：在外环氧管上增加一个38 mm的限流孔板，使中心氧量提高到总氧量的10.511.5。如果要实现中心氧量自调，还

9、必须对中心氧管进行改造。 3.2 激冷室黑水排放管配管设计不合理 激冷室黑水管线分为三路，正常运行时黑水排到中压闪蒸系统，开、停车过程中黑水通过另外两路排到渣池和开工冷却器，后二路在气化炉正常运行时阀门是关闭的，但在停车时多次发现该二路阀前被灰渣堵死，给停车带来困难。原因之一是阀门内漏，黑水中的水从球面和阀座间渗透过去，而将灰渣过滤了下来，沉积在阀前，时间一长，堵塞管道；原因之二是配管走向不合理，形成死角。我们对此进行了改造：(1)消除死角；(2)去渣池和开工冷却器管线上的2只球阀由水平放置改为竖直放置，即使阀门内漏，灰渣也不易堵住进口管。 3.3 碳洗塔带水 气化炉正常运行时，变换之前的煤气

10、分离器的冷凝液量大，经试验发现是碳洗塔塔盘水被带到合成气造成的，我们准备作如下改造。 (1)筛板扩孔部分筛孔由6mm扩到7mm，增加筛孔面积，减小气体穿孔速度。 (2)增加一组除沫器，将除沫器由三组改为四组。其效果有待于实施后验证。 4 结束语 我公司德士古水煤浆加压气化装置试车成功，并在较短时间内由试车阶段转入试生产阶段，取得了较好的经济效益和社会效益，说明德士古水煤浆加压气化技术是可靠的，成熟的。新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉技术的研发及在洁净煤领域的应用前景陈建利(山东兖矿国泰化工有限公司 滕州 ) 2007-01-17 新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉是国家“九五”重点科技攻关项目，由华

11、东理工大学、兖矿鲁南化肥厂(水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心)、中国天辰化学工程公司共同完成，是我国首创的煤气化关键设备。该技术于2000年11月1日在北京通过了由原国家石油和化学工业局组织的专家鉴定，与会专家对新型水煤浆气化炉技术给予了高度的评价，认为所开发的新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉技术性能优于德士古气化炉，已经达到国际领先水平，并可望在以下方面发挥作用：推进化肥领域的技术进步；促进动力燃料及大宗化学品原料路线由油基向煤基的转换；促进煤清洁利用产业的发展。1 新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉的技术特点及工艺流程概述1.1 技术特点 水煤浆气化的控制步骤是热质传递。新型 (多喷嘴对置)水

12、煤浆气化炉通过喷嘴配置、气化炉结构及尺寸优化，形成撞击流以强化混合，这不仅使炉内气流场及温度分布合理，而且优化了气化效果，减轻了对耐火衬里的损伤，为实现长周期运转创造了条件。1.2 工艺流程概述 新型水煤浆气化炉流程示意见图1和图2。 (1)气化 煤与水、煤浆添加剂进入煤磨机，制得煤浆浓度为6065(质量分数)的煤浆，经煤浆给料泵加压后，进入4只工艺烧嘴；来自空分装置的纯氧分4路经氧气流量调节后进入工艺烧嘴；水煤浆与氧气一起通过工艺烧嘴喷入气化炉，在气化炉内形成撞击反应区，进行部分氧化反应，生成的粗合成气、熔渣一起向下进入气化炉激冷室，大部分熔渣在水浴中经激冷固化后落入激冷室底部，然后进入锁斗

13、收集，定期排放；粗合成气出气化炉，通过加湿混合后送入水洗塔进行洗涤除尘，含尘量 98，比Texaco高23；比煤耗、比氧耗均比 Texaco降低7，显示了良好的商业应用前景。 目前国际上以水煤浆为原料的气化技术只有美国德士古和道化学2家公司，而在世界上推广的仅德士古公司。新型气化炉的研制成功，从某种程度上讲已打破了国外公司的技术垄断，为发展我国煤化工工业打下了坚实的基础。4 新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉在洁净煤领域的应用前景 4.1 工业化效益可观 我国是煤能源大国，煤炭资源极为丰富，煤在我国能源结构中的占有比例在75以上，大力发展煤的转化利用，对于我国能源结构调整有举足轻重的意义。但我国有

14、不少是高硫煤和褐煤，加上煤气化生产工艺相对落后，每年排放到大气中的粉尘、氮化物、硫化物分别达5500、1500、5000 kt。为了走可持续发展的道路，避免重蹈发达国家的先污染后治理的覆辙，国家制定法规加大环保力度，并从1999年1月1日起对硫化物、氮化物的排放严格限制，超标准排放严厉处罚，并逐步限制高硫煤的开采。新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉的开发成功，为煤的洁净利用开辟了重要途径，该技术的使用和推广必将带来巨大的经济效益和社会效益。 (1)它不仅可以以水煤浆(高硫煤和褐煤)为原料制备合成气，进而应用于合成氨、合成甲醇、羰基合成、海绵铁、城市煤气、联合循环发电 (IGCC)等煤化工、能源热电

15、领域，推进化肥、化工领域的技术进步和中、小化肥企业的技术跨越，而且可以通过煤的间接液化制油品、烯烃、海绵铁等途径，实现大宗化学品原料路线由油基向煤基路线的转变。此项技术可采用烟煤、褐煤为原料，对煤的粒度、灰分和含硫量有较大的兼容性，用于改造现有中、小化肥企业，将大大降低化肥生产成本，提高企业的竞争力。 (2)该技术为我国自主开发，具有自主知识产权，推广使用可大大节省外国专利费开支。按目前德士古公司专利费计算方法，1m3(标态)有效气体为2.4美元，建设1套年产100 kt合成氨装置需支付的专利费将达170万美元，加上专利许可、培训服务等总计将达400万美元。如果中、小化肥企业产氨量的25(5

16、Mt)采用本技术，仅专利费一项即可节约8500万美元。4.2 推广前景广阔 (1)可以节约大量能源。在化肥生产方面，使合成氨的综合能耗大幅降低；用于整体气化联合循环发电(IGCC)，使热效率提高至45左右，煤炭利用率大大提高。 (2)符合越来越苛刻的环保要求。本技术不仅不制造污染，而且还可以消除其它污染源，如可在煤中掺烧可燃的生活垃圾、废旧轮胎、生化处理的细菌尸体等。 (3)由于本技术燃烧反应以后的气体温度在1400左右，产生的煤气不含焦炉煤气中难以消除的萘、酚、焦油等有机化合物，稍作处理更适宜作为长距离输送的城市煤气。 该项目推广应用的范围主要是油基大型氨厂以及中、小化肥企业传统造气技术改造、整体煤气化联合循环(IGCC)发电、煤电化一体化、煤间接液化以及用于直接液化制液体燃料的氢源、合成气制烯烃及含氧有机化合物等。据了解，我国目前合成氨工业中有66的产量采用无烟煤为原料，而无烟煤集中产在山西阳泉、晋城两地，运输费用高；由于国际油价的飙升，我国以渣油、石脑油为原料的大、中型化肥企业目前大多改产，正寻求采用煤(无烟煤、褐煤)为原料的气化技术。因此，该成果将具有极