德士古氣化工藝

1、德士古煤氣化工藝化工09-四班徐寧2009301766主要內(nèi)容.德士古氣化爐的運行概況德士古水煤漿氣化工藝條件及工藝流程德士古氣化爐技術(shù)的優(yōu)缺點四.德士古氣化工藝的關(guān)鍵設(shè)備五.德士古氣化爐主要問題及處置一德士古氣化爐的運行概況德士古氣化爐是一種以水煤氣為進料 的加壓氣流床氣化工藝。德士古氣化 爐由美國德士古石油公司所屬的德士 古開發(fā)公司在1946年研制成功的，1953 年第一臺德士古重油氣化工業(yè)裝置投燒嘴口液位指爪聯(lián)箱燒嘴口德士古氣化爐激冷水入口門I人扎液位指爪聯(lián)箱澆注料向火而祐絕熱磚4一電迪偶盤酸汁出 口m*-* 激冷水出口排放水出口鎖斗再循環(huán)渣水出I r德士古淬冷型氣化爐kt煤氣化爐，德士

2、古煤氣化爐沼排出耐火材粗目前國內(nèi)大化肥裝置較多采用德士古氣化 爐，并且世界范圍內(nèi)聯(lián)合循環(huán)發(fā)（IGCC） 電站多采用德士古式氣化爐。我國的德士古氣化爐典型的產(chǎn)品有：渭河 氣化爐、恒升氣化爐、神木氣化爐、神華 氣化爐等。目前我國運行的水煤漿氣化裝置概況:廠名魯化上焦渭化淮化浩化德州恒升山東國泰金陵石化南化公司榆林化工渭化上焦投產(chǎn)時間19931995199620002005200420052005.92006.32005.92006.62007.12規(guī)模360150014001000100014001000210090010007001500壓力MPa2.64.0流程激冷產(chǎn)品尿素6.54.04.06

3、.54.04.08.54.06.54.0激冷激冷激冷激冷激冷激冷激冷激冷激冷激冷尿素尿素尿素甲醇、合成氨尿素，氫氣尿素甲醇甲醇、COTexaco氣化爐在中國的運用乏號名稱1魯南化肥2上海焦化3陜西渭河4浩化5淮南化工6金陵大化7南京大化8神木化工9兗礦榆林10上焦二期13惠生14上焦三期16神木化工二期17大化集團18新奧單臺投煤量t/d臺數(shù)壓力Mpa簽約時間產(chǎn)品36032.61989氨，甲酉50043.921992甲醇750、 102446.371992氨，甲酉500241997合成氨500342002合成氨750342003合成氨150028.72002合成氨500342002甲醇1500

4、36.52003甲醇500342003F甲醇50026.520041500342004甲醇1500242006甲醇140028.72006150036.52006二德士古水煤漿氣化工藝條件及工藝流程工藝條件：1、煤漿濃度2、氣化溫度和氣化壓力3、氧碳比4、對煤種的要求（1）總水分（2）揮發(fā)份及固定碳（3）煤的灰份（4）煤的灰熔點（5）元素分析（6）發(fā)熱量1 煤漿濃度煤漿濃度是德士古氣化法獨特的控制指標(biāo),這也是一個極為重要的工藝參數(shù)。煤粒度越小，煤漿濃度越高，黏度愈大。 碳轉(zhuǎn)化率或氣化效率愈高，但是也會引起 煤漿黏度劇增，給氣化爐加料帶來困難， 因此不同的煤種都有一個最佳的粒度和濃 度。需預(yù)先進

5、行試驗選擇。2氣化溫度和氣化壓力氣化溫度對于氣化過程的影響是很顯著的。為當(dāng)煤的灰熔點高于此溫度時，需加助溶劑。了提高氣化溫度和氣化效率，縮短反應(yīng)時間， 與其他氣流床氣化方法一樣，德士古爐的氣化 溫度比較高，并且采取液態(tài)排渣。故操作溫度 址須大才煤艇次燈貝 考庭製爐擘耐火材料的 耐咼溫性和使角壽命，一般控制無1000350C，氣化爐的生產(chǎn)能力與壓力的開方成正比，升高 壓力，有利于提高氣化爐的單爐生產(chǎn)能力，一 般在10MM以下。爐內(nèi)氣化壓力咼低的確定還 敘決于產(chǎn)品確氣的用途。用成合成氨一般為8.5- lOMPa,如用于合成甲醇則為6-7MPa為宜，這 樣后面的工序不需再增壓。比 碳 fLX中漿 煤

6、煤般消 jjp - ft 量氐值高o_ 耗性其愈標(biāo)一 氧的，比指 中煤關(guān)碳濟一 程與有氧經(jīng) a它布,響 化。分然影 氣值度顯將 指比粒，皆 是的漿間， 一比量煤之大 碳耗、.95愈 軋消度-0就0.9-4 對煤種的要求(1) 總水分總水分：包括外在水分和內(nèi)在水分外在水分是煤粒表面附著的水分，來源于人為 噴灑和露天放置中的雨水，通過自然風(fēng)干即可水 失去。外在水分對德士古煤氣化沒有影響，但如 果濾動太大初某漿濰懐看一定影響，而且會增加 運侖成本，應(yīng)盡量降底。內(nèi)在水分是煤的結(jié)合水，以吸附態(tài)或化合態(tài)形 式存在于煤中，煤的內(nèi)在水分高同樣會增加運輸 費用，但更重要的是內(nèi)在水分是影響成漿性能的 關(guān)鍵因素。內(nèi)

7、在水分越高成漿性能越差，制備的 瞬薔濃度甦低，一獨畀勺時的有效氣體含量、氧氣（2）揮發(fā)份及固定碳煤化程度增加，則可揮發(fā)物減少，固定碳增加。 固定碳與可揮發(fā)份之比稱為燃料比，當(dāng)煤化程度增 加時，它也顯著增加，因而成為顯示煤炭分類及特 性白切一個參數(shù)。煤中的揮發(fā)份高，有利于煤的氣化和碳轉(zhuǎn)化率的 提高，但是揮發(fā)份太高的煤種容易自燃，給儲煤帶 來一定麻煩。（3）煤的灰份灰份雖然不直接參與氣化反應(yīng)，但卻要消耗煤在氧化反應(yīng)中所產(chǎn)生的反應(yīng)熱，用于灰份的升溫、熔化及轉(zhuǎn)化。灰份含有率越高，煤的總發(fā)熱量越低，漿化特性也較差。根據(jù)資料顯示，同樣反應(yīng)條件下，灰份含量每增加1%,氧耗約增加0.7%-0.8%,煤耗約增加

8、(4) 煤的灰熔點煤灰的熔融性習(xí)慣上用4個溫度來衡量，即煤灰 的初始變形溫度T1,軟化溫度T2,半球溫度T3, 和流動溫度T4,煤的灰熔點一般是指流動溫度， 它的高低與灰的化學(xué)組成密切相關(guān)。SiO2、A12O3、CaO、和Fe2O3組分約占灰份組成 的90%-95%,它們的含量相對變化對灰熔點影響 極大，一般認為，灰份中Fe2O3、60、MgO的 含量越多，灰熔點越低；SiO2、A12O3含量越高, 灰熔點越高。（5）元素分析煤中有機質(zhì)主要由碳、氫、氧、氮、硫五種元素 構(gòu)成，碳是其中的主要元素。煤中的含碳量隨煤化 程度增加而增加，氫和氧含量隨煤化程度加深而減 少，氮在煤中的含量變化不大，硫則隨

9、成煤植物的 品種和成煤條件的不同而有較大的變化，與煤化程 度無關(guān)。氣化用煤希望有效元素碳和氫的含量越高越好， 其他元秦含量越低舷好。（6）發(fā)熱量發(fā)熱量是煤的主要性能指標(biāo)之一，其值與煤的可 燃組分有關(guān)，熱值越高每千克煤產(chǎn)有效氣量就越大, 要產(chǎn)相同數(shù)量的有效氣體煤耗量就越低。工藝流程： Texaco氣化爐分為淬火型氣化爐和配置有 輻射制冷器的氣化爐(又稱全熱能回收型)o 如圖(1)和圖(2)所示。兩種氣化爐的上部結(jié) 構(gòu)和氣化工藝是相同的，下部合成器的冷 卻方式不同。Texaco水煤漿氣化工藝過程 包括煤漿的制備和輸送、煤漿氣化和熱量 回收、煤氣的冷卻和凈化、閃蒸及水處理 等工序。在氣化爐中，工藝氣

10、和灰渣經(jīng)下降管進入激冷室, 激冷室上部有激冷環(huán)，下部進入水中，煤氣中的 熔渣迅速冷卻后分離下來，并沉降在激冷室底部, 隨后進入渣灌，由排渣系統(tǒng)定時排放；冷卻后的 工藝氣在水中激冷至露點溫度，使其處于水蒸氣 飽和狀態(tài)滿足變換反應(yīng)要求，經(jīng)過側(cè)壁上的出口 離開氣化爐的工藝氣進入洗滌工序經(jīng)冷卻凈化后 送人變化工序；氣化爐排岀的灰水經(jīng)4級閃蒸后， 一部分循環(huán)利用，另一部分作廢水處理。氧氣三磨煤機再循環(huán)煤漿気水煤漿泵氣化爐氣體除塵器鎖氣式排渣斗爐渣分離器E-1合成氣冉循環(huán)1淬火型氣化爐氧氣氧氣原煤添加劑甲醇廢水新鮮水煤磨機煤漿槽高壓煤漿泵族汁o研磨水泵循環(huán)泵O一| 渣池泵O研磨水池鎖斗Texacol藝流程

11、示意圖合成氣去屮醇徳士古 氣化爐渣池粗渣循環(huán)泵鎖斗沖洗水罐除鹽水變換冷凝液蒸汽y除氧器洗滌塔冷礙液泵中壓閃蒸罐真空閃蒸罐中爪閃蒸廠 分離曬丄咼丿k灰水泵G0沉降槽給料泵-O真空泵真空閃蒸分離罐閃蒸汽去火炬重力沉降槽絮凝劑灰水槽竊口細渣低壓灰水泵壓濾機廢水去硝 化反硝化三德士古氣化爐技術(shù)的優(yōu)缺點德士古氣化爐是一種以水煤漿進料的加壓 氣流床氣化裝置，水煤漿由氣化劑夾帶由 專門的噴嘴噴入爐內(nèi)，瞬間氣化。優(yōu)點： (1)甲烷含量低，利于甲醇與氨的合成 (2)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)件很少；理論上可以用于任 何煤種(3)具有較長的實際運行經(jīng)驗，操作危險性小，可 用率達80%-85% (4)利用水煤漿便于高壓泵送的

12、特點，可以制備壓 力很高6勺和煤氣 (5)能充分利用一切污水源制作水煤漿 (6)氣化爐的運行費用較低 (7)后續(xù)的除灰系統(tǒng)比較簡化.裝置特點:（1）原料適應(yīng)廣。各種煙煤、氣煤、肥煤，都可以用來制氣，對煤的水分、灰分、可然霧含量、灰熔離嚮瞬的要求這有利于廠家就近選煤，可 （2）氣體有效成分高。排渣無污染，污水污染小易 嘛腮氣品艸驚利用。 （3）氣化壓力范圍大。從2.56.5MPa皆有工業(yè)化裝 置，以4.0MPa較為普遍，氣化壓力高可節(jié)省合成氣 壓縮動。（4）碳的轉(zhuǎn)化率高。碳的轉(zhuǎn)化率高達98%。（5）氣化爐結(jié)構(gòu)簡單生產(chǎn)能力大一臺03200mm的氣化爐氣化壓/4.0MPa生產(chǎn)的合 成氣可以日產(chǎn)合成氨

13、760t以上。缺點：對煤質(zhì)要求方面，要求活性好，灰熔點低，由于其 工藝原料是水煤漿（含碳60%左右）要求流動性、 成漿性、灰熔點、可磨性、灰份要求嚴(yán)格必須試燒 認可，改變煤種也需要經(jīng)過試燒認可。同時水煤漿 中含35%水分，因此比氧耗高，比煤耗高。同時氣 化爐噴嘴使用周期短，耐火材料容易侵蝕損壞，灰 水處理系統(tǒng)較大，濕灰處理較困難，對廠區(qū)環(huán)境影 響教大。四德士古氣化工藝的關(guān)鍵設(shè)備 1磨煤機為氣化工藝提供合格的水煤漿鋼制筒體，內(nèi)襯橡膠（或鋼）襯里研磨體：鋼棒（或球）主要內(nèi)容 2氣化爐、激冷室氣化爐氣化爐為一鋼制外殼，內(nèi)襯耐火材料與保溫材料的立式反應(yīng)器。在反應(yīng)器內(nèi)煤與氫氣發(fā) 生部分氧化反應(yīng)生成主要含

14、CO+H2的合成氣.激冷室激冷室為高溫合成氣及熔渣與水進行熱交 換及熔渣固化的鋼制外殼容器，在該容器 內(nèi)實現(xiàn)高溫合成氣的冷卻、熔融渣的固化 及氣（汽）液（水）的分離。由于合成氣及黑水中含有一定的硫化物，所 以將對激冷室殼體造成一定的腐蝕。為此在 設(shè)計制造時，在激冷室內(nèi)壁堆焊（或復(fù)合）了一層（約6mm）不銹鋼材料。耐火磚:耐火磚要承受高溫（1400 C）氣流及煤熔渣的沖蝕與滲透侵蝕，要抗?fàn)t溫急冷急熱的條件變化，還要承受一定的壓力（上部磚的應(yīng) 力）。工作環(huán)境惡劣，條件苛刻。耐火磚（向火面）是制約德士古煤氣化技術(shù) 發(fā)展的關(guān)鍵材料向火面耐火磚主要以Cr-Al-Zr （銘鋁錯）磚 為主耐火磚的使用壽命

15、焦化：80009000小時(002mm/h) 渭河：15000小時(0012mm/h)淮化、魯南：1100012000小時(0.016mm/h)影響耐火磚壽命的因素 耐火磚質(zhì)量筑爐質(zhì)量磚型設(shè)計及與氣化爐、噴嘴的匹配磚的使用開停爐次數(shù)操作溫度煤灰性質(zhì)操作負荷3 氣化工藝噴嘴德士古煤氣化工藝的核心設(shè)備。釆用三流外混式，利用高速噴出的氧氣動能 充分霧化水煤漿，使水煤漿與氧氣能在極短 的時間（45秒）內(nèi)充分地完全反應(yīng)。中心氧量占總氧量1216%左右，起到預(yù)混 作用。噴嘴本體釆用Inconel600（600合金銀一鋸一 鐵），噴頭釆用Mco-50或Haynes 188 （高溫合 金）耐磨材料。工藝噴嘴的

16、主要磨損耗為中噴嘴頭部，壽命在30 60天（90天），新型燒嘴能達180天左右。噴嘴性能主要表現(xiàn)在碳轉(zhuǎn)化率、渣中殘?zhí)?、CO + H2的含量等。噴嘴的蝕損還表現(xiàn)在頭部H2S的腐蝕、冷卻與噴嘴連接焊縫的熱應(yīng)力裂紋，以及頂部端頭的龜裂紋。噴嘴端部的修復(fù)主要采用堆焊后加工至設(shè)計尺寸,并經(jīng)熱處理。五德士古氣化爐主要問題及處置 1 激冷室?guī)F(xiàn)象：提高進激冷室水量，仍無法提高激冷液位, 合成氣將水大量帶入后序洗滌塔，使洗滌塔液位 難以控制，嚴(yán)重時水帶入變換系統(tǒng)，造成系統(tǒng)停 車。原因：激冷室內(nèi)傳熱傳質(zhì)工況惡化（單位面積熱 負荷、分離空間）采取的措施及對策：加長加粗激冷室結(jié)構(gòu)尺寸。加大激冷室的水循環(huán)。保證鎖斗

17、系統(tǒng)的正常運行，降低水中的含固 量。降低進入系統(tǒng)水的溫度。 2 帶灰現(xiàn)象：激冷室上部積聚大量灰，使托磚板不 能得到冷卻，支撐板溫度上升，被迫停車。原因：激冷室液位偏低激冷室液相含固偏高（包括溶解固體如氨鹽等）操作溫度偏高合成氣帶水嚴(yán)重 工藝噴嘴工況欠佳對策:調(diào)整操作溫度調(diào)節(jié)工藝狀況，抑制帶水上JL更黯激冷室液位，加大水循環(huán)，降低液相 含固量調(diào)節(jié)工藝噴嘴工況 3 激冷環(huán)燒壞：現(xiàn)象：激冷嚴(yán)重變形，局部穿孔或燒毀。原因：激冷環(huán)局部或整體缺水，激冷環(huán)結(jié)垢，激 冷環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計存在缺陷。對策：保證激冷水流量。保證水系統(tǒng)良好的運行狀況。改善激冷環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計。建立完善的激冷環(huán)清理確認管理制度。 4 排渣系統(tǒng)不暢現(xiàn)象：鎖斗不出渣，長時間累積后將黑水管 堵塞。原因:破渣機故障。破渣機上渣“架橋”。破渣機至鎖斗排渣管堵塞。鎖斗循環(huán)泵系統(tǒng)故障。對策:恢復(fù)正常的鎖斗循環(huán)水循環(huán)。修復(fù)破渣機。用高壓冷凝液反沖堵塞的排渣管及破渣機上 5.高壓煤漿泵堵塞現(xiàn)象：高壓煤漿泵打量不足，爐溫快速上升。原因：煤漿篩故障，煤漿系統(tǒng)進入大粒子。鋼棒配比失調(diào)，或鋼棒嚴(yán)重磨損。鋼棒出現(xiàn)斷棒、彎棒。低流量煤漿時間過長。煤質(zhì)發(fā)生變化，可磨指數(shù)發(fā)生變化。對策：檢查煤漿篩，對煤漿過篩系統(tǒng)故障進行及時處理。停磨機檢査鋼棒情況，及時調(diào)