鲁奇气化项目部工艺

伊犁新天煤化工年产20亿天然气项目气化装置生产工艺简介气化项目部气化装置是整个天然气项目的龙头，其功能是将煤在气化炉内转化为粗煤气，并将粗煤气洗涤冷却，通过变换炉将部分CO变换为H2以满足甲烷合成所需要的气体比例（甲烷合成要求：H2:CO=3)，产出的合格粗煤气送往净化装置进一步处理。同时经过煤气水分离装置回收焦油，轻油等副产品，通过酚氨回收装置脱除酸性气体、氨、酚，以达到生化处理废水的要求，处理后的煤气水送生化装置进一步处理。主要内容有以下几部分1：工艺原理及工艺特点2：生产流程3：气化炉生产控制过程4：主要消耗及产品一：工艺原理及工艺特点气化装置区由以下五个工段组成1：备煤2：加压气化3：变换冷却及煤锁气压缩4：煤气水分离5：酚氨回收流程简述如下加压气化变换冷却煤气水分离

酚氨回收净化压缩气柜原料煤来自备煤蒸汽灰渣煤气水煤气水煤锁气焦油，轻油等去油罐粗酚、氨水污水处理68℅氧气1：备煤原料煤来自距装置区3公里的4#矿，通过场外皮带输送进入8个煤储仓（其中气化5个，热电3个，每个煤储仓容积为一万吨，在供煤中断后可以满足加压气化装置3天的用煤量），生产经装置内输送系统送入热电站和加压气化使用。气化系统输送能力为1000吨/小时；锅炉系统燃料煤的输送能力为410吨/小时，合计年消耗原煤663.69万吨。气化炉顶部煤仓设计容量200m3，足够断煤时气化炉维持4小时持续供煤。2：碎煤加压气化

煤气化的原理

温度冷却原料煤煤气压力净化干燥热解气化燃烧

①物理化学基础②煤气化化学反应GasifierGasComposition(Vol%)H225-40CO13-60CO25-35CH40-15H2S0.2-1COS0-0.1N20.5-4Ar0.2-1NH3+HCN0-0.3Ash/Slag/PMC+1/2O2COC+O2CO2C+CO22COC+H2OCO+H2C+2H2CH4CO+H2OH2+CO2CO+3H2CH4+H2O〔S〕H2S+COS〔N〕NH3+HCN碳氧气蒸汽鲁奇加压气化炉工艺原理鲁奇加压气化炉内生产工况如图所示，在实际的加压气化过程中，原料煤从气化炉的上部加入，在炉内从上至下依次经过干燥、干馏、气化、燃烧、灰层等物理化学过程加压气化原理：压力下煤的气化在高温下受氧、水蒸汽、二氧化碳的作用，各种反应如下：碳与氧的反应：⑴C+O2=CO2+408.8MJ⑵2C+O2=2CO+246.4MJ⑶CO2+C=2CO-162.4MJ⑷2CO+O2=2CO2+570.24MJ碳与水蒸汽的反应：⑸C+H2O=CO+H2-118.8MJ⑹C+2H2O=CO2+2H2-75.2MJ⑺CO+H2O=CO2+H2+42.9MJ甲烷生成反应：⑻C+2H2=CH4+87.38MJ⑼CO+3H2=CH4+HOO+206.2MJ O2 H2O

煤粉 原料煤干馏产物CO+H2O＝CO2+H2C+2H2＝CH4Cox+H2→CH4C+H2O→CH4+CO2N2+H2→NH3C+CO2→COC+H2O→CO

+H2C+H2O→CO2+H2C+H2O→CH4+CO2C+O2→CO2C+H2O→CH4+CO2干燥层干馏层甲烷层气化层燃烧层灰渣层准备段气化段气化炉中过程灰渣CH4COCO2H2CH4CO2NH3焦油CNHMH2S气化过程示意图碎煤加压气化工艺技术特点

（鲁奇)加压气化是自热式、逆流移动床、固态排渣的生产工艺，气化过程所需要的热量靠煤的部分燃烧来供给。气化炉是双层壁压力容器，夹套由中压锅炉水保持液位，操作期间，热量传递到夹套，在此产生略高于气化炉操作压力下的饱和蒸汽，此蒸汽返回作气化剂，从而减少了外供的过热蒸汽供给量。煤进入气化炉后首先受热干燥脱去水分，随着燃料层的移动进入干馏层，在此煤中挥发份受热后逸出，热解后的煤焦质在气化层与上升的气体发生气化反应，从而产生以CO2、CO、H2、CH4为主要成份的粗煤气。碎煤加压气化的优缺点：优点：(1)技术成熟，氧耗较低；(2)气化节省动力，生产能力较大；(3)可以气化劣质煤；(4)生产自动化程度高。缺点：(1)蒸汽分解率低，气化过程的热效率有所降低；(2)气化炉有复杂的传动机构，易损件多，设备检修频繁；(3)废水量大，废水处理复杂；(4)只能气化小块煤。煤质要求：(1)需块煤（一般入炉煤在5～50mm之间）；(2)灰熔融性软化温度大于1200℃；(3)除强粘结性煤外都能气化。与气化工艺有关的技术指标1：气化强度：气化强度是指单位时间内，单位横截面积上气化的原料煤量，以㎏∕（M2.h）表示。在实际生产中气化强度常以单位时间，单位横截面积上的粗煤气量来表示〔M3（标）∕㎡.h，影响气化强度的因素较多，原料煤的性质（煤种粒度）和气化过程的操作条件（压力、温度、汽氧比等）均对气化强度有较大影响。2：气化能力:气化能力即气化炉的生产能力，即单位时间内入炉煤的气化量，用㎏∕h表示，在实际生产中，生产能力通常以生产量表示，即D=FgD-单位时间生产的粗煤气量m3∕hg-气化炉以产气量表示的气化强度m3∕㎡·hF-气化炉横截面积与气化工艺有关的技术指标3：煤气产率：煤气产率指单位质量的燃料气化后所得到的煤气量。影响煤气产率的因素：（1）对同类原煤，可燃组分越高，煤气产率越高。（2）在原料的可燃组分中，固定碳含量越高，则煤气产率越高。（3）煤气带出物及灰渣中残余残量增加，煤气产率下降。4：气化效率：煤气化后生成煤气的热量与为制取煤气所消耗的煤的热量之比，称为气化效率。碎煤加压气化炉的发展过程第一代MARKI直径2600mm单炉产气量5000～8000Nm3/h1939年建成投产内衬边置灰锁气化剂中空主轴进入密封限制了生产强度的提高平型炉篦第二代MARKII（2.6－3.7m，产气量32000-45000Nm3/h）搅拌破粘装置塔型炉篦进气量大均匀炉篦传动改为侧向传动灰锁改在炉体下部正中，下灰

第三代MARKIII(我们采用的炉型）（直径3.8m;单炉产气量35000-50000Nm3/h）改进了煤分布器和破粘装置改进多层炉篦改进了传动机构和控制系统BGL气化炉（单炉产气75000Nm3/h）去掉炉蓖改为喷嘴增加内衬里液态排渣本装置采用第三代鲁奇气化炉，气化炉结构如下：

炉体夹套炉篦灰锁煤锁洗涤冷却器(1)煤锁煤通过煤锁由常压系统间歇地加入到气化炉内，容积18.7m3，设计压力4.6MPa，设计温度250℃-350℃，操作温度20-150℃。采用上下阀门加煤形式。高负荷时每小时向气化炉加煤3－5次，每次加煤时间约8-10min。采用液压操作系统，驱动底部、顶部锥形阀和泄压阀控制系统：自动可控电子程序装置，可以实现自动、半自动、手动煤锁循环过程：煤由煤斗加入煤锁充压；向气化炉加煤；煤锁泄压；开始新的加煤循环(2)气化炉炉体操作压力4.11MPa气化炉外径—4000mm外壳壁厚60mm设计压力4.6MPa设计温度260℃气化炉内径—3848mm内壁厚30mm设计外压0.25MPa炉高H＝13000mm。（3）炉篦炉底宝塔型炉篦，四层相叠而成，转速0—12r／h(正常转速3－4r／h)，炉蓖缝隙出口气化剂速度5m／s四只塔形分布器，气量分布自下而上分别为40％、30％、20％、10％．采用液压或电机操作系统驱动控制系统：采用程序控制，可以实现自动、手动(4)灰锁结构和煤锁相似，也是上下阀形式．容积13.2m3，设计压力4.6MPa，设计温度470℃，操作温度400℃采用液压操作系统，驱动底部、顶部锥形阀和泄压阀控制系统：采用程序控制，可以实现自动、半自动、手动灰锁循环过程：灰由气化炉排入灰锁；灰锁泄压；排灰；充压；接灰；开始新的排灰循环。3：变换冷却及煤锁气压缩

变换冷却工段的主要任务是将加压气化来的粗煤气中的CO部分变换为H2，以满足甲烷合成对原料气H2/CO=3的要求，同时利用变换反应放出的热量，副产低压蒸汽，预热脱盐水、低压锅炉给水，实现热量梯级利用，提高能量的利用效率。

变换反应的原理：CO+H2O⇋CO2+H2（放热）煤锁气压缩装置

本装置气化炉较多，从煤锁泄压释放出的粗煤气总量约33576Nm3/h，相当于单台气化炉80%的煤气产量，直接放火炬燃烧非常浪费，必须加以回收利用。本着高效节能的原则，设置煤锁气气柜和煤锁气压缩装置，回收这部分粗煤气。本装置设置两套煤锁气气柜3000m3湿式气柜。压缩机为五级压缩，设计压力4.0Mpa。经压缩后煤气并入变换装置终冷器前的粗煤气管线，进行冷却分离。4：煤气水分离煤气水分离装置接收来自加压气化、变换冷却以及低温甲醇洗装置产生的煤气废水，废水成分复杂，含有大量的二氧化碳、硫化氢、焦油、酚、氨、灰尘等多种杂质。必须经过处理，否则直接影响后续酚回收装置的处理效果，所以，在煤气水分离装置先除掉大部分的酸性气体、油类、尘等物质，一方面回收了废水中的焦油等副产品；另一方面也使废水能够满足酚回收生产要求。煤气水分离装置的工艺原理：1：利用减压膨胀原理，分离出溶解在煤气水中的气体组分。2：利用无压重力沉降原理，将煤气水中油、尘组分分离。为防止分离过程中煤气水乳化现象的发生，本流程采用含油煤气水与含尘煤气水分二股，进入二个结构不同的膨胀器减压膨胀后进入油分离器和初焦油分离器，以达到最佳分离效果。经最终油分离器分离后的煤气水中，还含有悬浮固体、油和焦油等物质。3：利用过滤原理，通过双介质过滤器使出界区的煤气水中的油及固体物等杂质含量至10mg/l以下。5：酚氨回收

经煤气水分离装置除气、除尘、除油后的产品煤气水，除供气化和变换等洗涤、冷却循环使用以外，仍有大量的煤气水富余，必须外排到生化处理。但这部分煤气水仍大量含有二氧化碳、硫化氢、氨、酚、油、等物质，不能满足下游工序生化装置的处理要求，必须经酚氨回收装置进一步处理，降低COD、氨、油、酚等物质含量，便于将这部分高污染的废水回用以实现零排放的环保要求。酚氨回收的工艺原理

由于煤气化废水水质成份复杂，污染物主要有氨、二氧化碳、单元酚、多元酚、油等，硫化氢含量较少，这些物质都是极性物质，并且氨、二氧化碳和硫化氢在水溶液中是挥发性的弱电解质。废水中的硫化氢，二氧化碳气体对处理过程造成干扰，并造成设备腐蚀，结垢，而氨对微生物有抑制作用，影响后续的生化处理。本项目采用青岛科技大学的专利技术，对煤气化废水进行处理。1：酸性气体及氨在高温下的溶解度较低，利用汽提原理，分离出溶解在煤气水中的二氧化碳、硫化氢、氨气等气体组分，以及回收溶解在稀酚水中的二异丙基醚。2：利用萃取原理，选择二异丙基醚作萃取剂将煤气水中的酚类物质和部分油类萃取出来，得到粗酚产品。3：利用精馏原理，将萃取物中的酚类物质和萃取剂分离。二：工艺流程各装置主要生产流程如下：1：备煤2：加压气化3：变换冷却4：煤气水分离5：酚氨回收返回目录加压气化简易流程气化流程图2气化流程图1变换系统主流程

变换流程图1变换流程图2煤气水分离流程简述煤气水流程3变换冷却加压气化低温甲醇洗初焦油分离器油分离器含尘膨胀槽含油膨胀槽换热器双介质过滤器酚氨回收含尘焦油焦油轻油煤气水流程1煤气水流程2煤气水流程4酚氨回收流程简述酚氨回收流程2三级氨分凝系统酚塔脱氨塔萃取塔脱酸塔水塔酸气去硫回收萃取剂粗酚去罐区溶剂回收循环使用去生化装置氨气净化塔氨气吸收器氨水去烟气脱硫氨水去烟气脱硫酚氨回收流程1三：气化炉生产过程控制

鲁奇煤气化工艺是移动床加压连续煤气化工艺，在世界上较早形成工业化的装置。例如南非、美国有成功的装置，在我国有山西化肥厂、云南解放军化肥厂、哈尔滨气化厂、兰州煤气厂和河南义马煤气厂等。都有成熟的运行经验。在仪表方面有一整套完善的检测、控制和安全联锁系统，使气化炉能安全稳定运行。

为了保证气化炉在一定压力下连续生产，而原料和灰渣是固体，气化炉有一套完善的进煤和排灰设备，即煤锁和灰锁系统。煤、灰锁均有自动控制系统。

在气化炉正常生产时，煤层应均匀分布而且同步下移，使灰层、燃烧层、气化层、干馏层、干躁层保持相对稳定，这是不可见的，主要靠灰锁出口温度和气化炉出口温度是否正常来判断。出灰量由旋转炉蓖速度来调节。这些都由气化炉本体机械液压传动装置来完成。

煤气化是通过自动调节炉底吹入的蒸汽和氧气量来完成的。所以设有汽氧流量的比值调节。

气化炉还有一些其它的调节、安全联锁等系统，都是气化炉连续安全稳定运行的保证。

1、炉篦转速调节气化炉炉篦的作用是将反应产生的灰渣排出。调节炉蓖的转速可以增加或减少排灰量，以维持炉内各反应层的高度相对稳定，同时可将气化剂均匀分布。MMSICAHL606(A-H)-011SI606(A-H)-011运算器氧气流量（负荷）灰锁温度气化炉出口温度运算器炉篦的转速通过SI606(A-H)-011检测到以后输送到调节器SICAHL606(A-H)-011，调节器将实测值与设定值比较后将调节信号输出给驱动炉篦的变频电机（液压马达），使其改变转速，达到控制转速的目的。这是一个简单的调节回路。在此基础上，将气化炉出口温度、灰锁温度、氧气流量（负荷）综合运算后作为SICAHL606(A-H)-011的串级调节给定值，以控制炉蓖转速和气化炉负荷，炉出口温度与灰锁温度相匹配，从而控制了气化炉内灰层高度的稳定。2、蒸汽、氧气比例调节（汽/氧）汽/氧调节及蒸汽、氧气流量调节，该比值是由原料煤的灰熔点决定。正常生产时汽/氧必须是同比例增减，以保证气化炉反应层温度维持在一定范围。夹套来自产蒸汽FICHICFIC过热蒸汽氧气主控制器蒸汽、氧气比例调节（汽/氧）这个系统由一个定值系统（蒸汽）和一个随动控制系统（氧气）所组成，它不仅能保持两个流量之间的比值关系，而且能保证流量不变。主流量一旦失调，仍能保持原定的比值。并且当主流量因扰动而发生变化时，在控制过程中仍能保持原定的比值关系。3、气化装置负荷自动调节由于入炉煤的复杂性及炉内各反应层的变化，易造成煤气产量波动。为满足后工序对稳定供气的需求，在煤气总管上设有气化炉负荷自动调节系统，通过改变入炉气化剂来稳定出工段煤气压力，以达到稳定供气的目的。蒸汽A炉ABCBCABCPT负荷调节器HICBC＜BC氧气粗煤气气化装置负荷自动调节系统4、气化炉的联锁控制系统(参数暂定)1、气化炉的顶部法兰温度高气化炉顶部法兰温度高低反应了气化炉内部的料位和床层的分布情况，如果这一温度增高，可能意味着煤锁加煤系统出现问题，如煤锁故障，如出现这一情况，煤锁温度的记录将有所表征，虽然煤锁多次加煤，但煤锁温度并无明显下降或仅略有下降。当温度超过一定值时，气化炉因严重缺煤而爆炸，正常情况下这一温度约150℃，如大于200℃气化炉应考虑减负荷。超过250℃时联锁动作，气化炉停车。2、灰锁温度高灰锁温度正常范围为低于实际的气化剂温度30～50℃。灰锁的设计温度为470℃，联锁设计值为450℃，该联锁一方面保护灰锁不能超过设计温度，另一方面防止炉篦将火层排入灰锁而破坏气化炉工况。3、气化炉洗涤冷却器出口温度高正常时，洗涤冷却器出口温度约为201℃按照煤中水份和汽氧比的变化，洗涤冷却器出口温度约在200～240℃的小范围波动。如果洗涤冷却器出口温度增加到210℃以上，事故煤气水自动喷射进入洗涤冷却器。洗涤冷却器工况正常后，可以按下喷射阀的复位按钮，停止喷射事故煤气水。一旦该温度超过250℃，说明一方面煤气没有得到洗涤和冷却，另一方面将超过废热锅炉及管道的设计值，使设备安全受到影响。当温度超过250℃时，气