魯奇碎煤加壓氣化工藝分析

魯奇碎煤加壓氣化工藝分析一、魯奇加壓氣化發(fā)展史魯奇爐是德國魯奇煤氣化公司研究生產(chǎn)的一種煤氣化反應器。該爐型的發(fā)展經(jīng)歷了漫長的過程，其發(fā)展過程可分為三個階段。1、第一階段：任務是證明煤炭氣化理論在工業(yè)上實現(xiàn)移動床加壓氣化。1936年至1954年，魯奇公司進行了34次試驗。在這基礎上設計了MARK—Ⅰ型氣化爐。該爐型的特點是爐內(nèi)設有耐火磚，灰鎖置于爐側(cè)，氣化劑通過爐篦主軸通入爐內(nèi)。爐身較短，爐徑較小。這種爐氣化強度低，產(chǎn)氣量僅為4500~8000Nm3/h，而且僅適用于褐煤氣化。2、第二階段：任務是擴大煤種，提高氣化強度。為此設計出了第二代氣化爐，其特點是（1）改進了爐篦的布氣方式。（2）增加了破粘裝置，灰鎖置于中央，爐篦側(cè)向傳動，(3)去掉了爐膛耐火磚。爐型有MARK—Ⅱ型與MARK—Ⅲ型。單臺爐產(chǎn)氣量為14000~17000Nm3/h。3、第三階段：任務是繼續(xù)提高氣化強度和擴大煤種適用范圍。設計了MARK—Ⅳ型爐,內(nèi)徑3.8米，產(chǎn)氣量35000~50000Nm3/h，其主要特點是：（1）增加了煤分布器，改進了破粘裝置，從而可氣化煉焦煤以外的所有煤。（2）設置多層爐篦，布氣均勻，氣化強度高，灰渣殘?zhí)苛可佟＃?）采用了先進的制造技術與控制系統(tǒng)，從而增加了加煤排灰頻率，運轉(zhuǎn)率提高到80%以上。4、第四代加壓氣化爐：第四代加壓氣化爐是在第三代的基礎上加大了氣化爐的直徑（達Ф5m），使單爐生產(chǎn)能力大為提高，其單爐產(chǎn)粗煤氣量可達75000m3（標）/h（干氣）以上。目前該爐型僅在南非sasol公司投入運行。今后魯奇爐的發(fā)展方向：（1）降低汽氧比，提高氣化層溫度,擴大煤種適用范圍，灰以液態(tài)形式排出，從而提高蒸汽分解率，增加熱效率，大幅度提高氣化強度，氣化強度可由2.4t/m2h提高到3-5t/m2h.煤氣中的甲烷可下降到7%以下。（2）提高氣化壓力，根據(jù)魯爾—100型爐實驗，當壓力由2.5Mpa提高到10.0Mpa,煤的轉(zhuǎn)化率及氣化強度可成倍增加，氧與蒸汽的消耗減少，煤的粒度也可以減少。煤氣中甲烷含量增加到16%，適用于代用天然氣的制造。二、魯奇爐的特點魯奇加壓氣化爐與常壓氣化爐相比具有：（1）煤氣中甲烷含量高，粗煤氣凈化后熱值高達3000—4000Kcal,而常壓氣化爐生產(chǎn)的煤氣熱值最高只有2500Kcal。(2)氣化強度高，加壓氣化爐的氣化強度是常壓氣化爐氣化強度的倍，設備金屬耗量低，制造費用遠低于常壓氣化裝置。（3）可氣化灰分和水分含量高的煤，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的煤氣。（4）可氣化弱粘結(jié)性煤，近年來經(jīng)過改進的爐子甚至可氣化粘結(jié)性較高的煤。（5）可氣化灰熔點較低的煤。（6）對煤的機械強度和熱穩(wěn)定性要求不高。（7）生產(chǎn)的煤氣作為城市煤氣時可遠距離輸送，而常壓氣化爐生產(chǎn)的煤氣只有加壓后才能輸送，動力消耗大。（8）可連續(xù)生產(chǎn)，實現(xiàn)過程的自動化控制。（9）副產(chǎn)品多，可生產(chǎn)出焦油、酚、氨、硫磺、石腦油、液態(tài)甲烷等十分有價值的產(chǎn)品。（10）可大規(guī)模的實現(xiàn)城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇、合成氨、發(fā)電，且成本低。三、煤氣化工藝技術選擇煤氣化工藝有十幾種，在工業(yè)上大量采用的也就是幾種，可分為固定床、流化床、氣流床三種類型。煤氣化工藝選擇原則是：（1）根據(jù)煤質(zhì)選擇相適應的煤氣化工藝；（2）根據(jù)煤氣加工的產(chǎn)品及用途選擇煤氣化工藝；（3）裝置規(guī)模的大型化。依據(jù)上述三個原則，流化床氣化工藝比較適應年輕褐煤氣化，但氣化壓力＜1MPa，飛灰太多且含碳高，碳轉(zhuǎn)化率、氣化效率較低，在裝置大型化方面還存在一定問題，BGL固定床液態(tài)排渣加壓氣化，雖然較好適應高水份褐煤氣化，且有蒸汽消耗低，煤氣中甲烷含量高的特點，但該技術目前在國內(nèi)外沒有工業(yè)化成功運行的先例，還有待開發(fā)研究。因此蘇新能源有限公司煤制天然氣項目可供選擇的氣化工藝有GSP、Texcao、Shell干粉煤、Lurgi碎煤固定床干法排灰壓力氣化。為此對GSP、Lurgi、Shell三種氣化工藝進行詳細的比較如下：GSP、Shell、碎煤加壓氣化三種氣化工藝比較名稱GSPShell碎煤加壓氣化原料要求（1）褐煤→無煙煤全部煤種，石油焦、油渣、生物質(zhì)；（2）粒徑250μm～500μm含水2%干粉煤（褐煤8%）；（3）灰熔融性溫度＜1500℃；（4）灰分1%～20%（1）褐煤→無煙煤全部煤種；（2）90%＜100目含水2%干粉煤（褐煤8%）；（3）灰熔融性溫度＜1500℃；（4）灰分8%～20%除主焦煤外全部煤種，5-50mm碎煤，含水35%以下，灰25%以下，灰熔點≥1200℃氣化溫度/℃1450～15501450～1550取決煤灰熔點，在DT-ST間操作氣化壓力/MPa4.04.03-4.0氣化工藝特點干粉煤供料，頂部單噴嘴，承壓外殼內(nèi)有水冷壁，激冷流程，由水冷壁回收少量蒸汽，除噴嘴外材質(zhì)全為碳鋼干粉煤供料，下部多噴嘴對噴，承壓外殼內(nèi)有水冷壁，廢鍋流程，充分回收廢熱產(chǎn)蒸汽，材質(zhì)碳鋼、合金鋼、不銹鋼粒狀煤供料，固體物料和氣化劑逆流接觸，煤通過鎖斗加入到氣化爐，通過灰鎖斗將灰排出爐外，氣化爐由承壓外殼、水夾套、轉(zhuǎn)動爐篦組成，爐內(nèi)物料明顯分為干燥、干餾、煤氣化洗滌除焦油/塵后進入廢鍋。材質(zhì)為碳鋼投煤2000t/d，單臺氣化爐尺寸/mmφ內(nèi)=3500H-17000φ內(nèi)=4600（投煤2300t/d）H=31640φ內(nèi)=4000H=11000投煤量800-1000t/d耐火磚或水冷壁壽命/a2020噴嘴壽命10a，前端部分1a1a～1.5a冷激室或廢鍋尺寸/mm冷激室φ內(nèi)=3500約為2500除塵冷卻方式分離+洗滌干式過濾+洗滌洗滌去變換溫度/℃22040180～185建筑物（不包括變換）裝置占地：9000m2高約55m（氣化部分）裝置占地：9000m2高約85m～90m（氣化部分）40m標煤消耗t/106KJ（包括干燥）34.2（包括干燥）34.2（包括焦油等副產(chǎn)品）33氧耗Nm3/106KJ（99.6%）292910（包括焦油熱值）蒸汽消耗kg/106KJ（包括造氣變換副產(chǎn)的中低壓蒸汽）0-3.60電耗KW/106KJ3.65.80.3碳轉(zhuǎn)化率%999999（包括焦油等副產(chǎn)品）冷氣效率%808080（包括焦油等副產(chǎn)品）氣化熱效率%909690（包括焦油等副產(chǎn)品）由上表可知：（1）三種煤氣化工藝在消耗指標上，消耗高水份原料煤基本一樣，差別最大的是氧氣消耗原料煤Shell、GSP氣化是碎煤加壓氣化2.9倍。電：Shell是碎煤加壓氣化19倍，GSP是碎煤加壓氣化12倍。蒸汽：GSP、碎煤加壓氣化比Shell每106KJ多消耗3.5kg。包括焦油等副產(chǎn)品在內(nèi)，三種氣化工藝的碳轉(zhuǎn)化率、氣化效率、氣化熱效率基本一樣。（3）三種煤氣化投資相差很大。Shell投資是碎煤加壓氣化的2.6倍，GSP是碎煤加壓氣化的2倍。造成投資大的主要原因除氣化裝置外，空分裝置影響更大。煤氣化、空分比較結(jié)果還不能代表全部工藝的比較結(jié)果，對于以煤為原料生產(chǎn)合成天然氣，碎煤加壓氣化生產(chǎn)煤氣中按熱值分布，焦油約占煤總熱值的10%，甲烷熱值約占煤氣總熱值30%。H2、CO約占60%。因此采用碎煤加壓氣化工藝合成天然氣與采用Shell、GSP煤氣化工藝合成天然氣相比，變換、低溫甲醇洗凈化裝置、甲烷化裝置等后系統(tǒng)的處理量大大減少，消耗、投資大大降低。（4）魯奇（BGL）碎煤加壓熔渣氣化液態(tài)排渣技術90年代初，英國煤氣公司投資2億英鎊進行煤氣化研究，1975年開始，該公司與德國魯奇能源與環(huán)境公司合作，利用英國煤氣公司技術在德國魯奇公司（BGL）氣化爐進行試驗，1990年，在英國貿(mào)工部的支持下，利用（BGL）氣化爐制得的經(jīng)過凈化的燃氣在發(fā)電方面的性能進行了示范。示范裝置運行了15000小時，氣化了177000多噸煤炭。試驗表明，BGL氣化技術煤氣轉(zhuǎn)化率高；比干灰氣化爐產(chǎn)氣量大；爐灰由不可滲濾性的玻璃質(zhì)固體所取代，灰渣含炭量在0.5%以下，產(chǎn)生的污水量也較少。試驗取得相關的試驗數(shù)據(jù)如下：試驗氣體成份：（%）H2:30.8CO:57.2CH46.2CO2:4.9其它碳氧化合物：0.4不可燃物質(zhì)：0.5BGL熔渣氣化技術的特點a與其它氧氣為主的氣化技術相比，BGL氣化爐耗氧量較低，從而總效率明顯提高；b煤料床頂部的氣化溫度一般為450℃，因而不需用要昂貴的熱回收設備；c氣體出口處凝結(jié)的焦油油類副產(chǎn)品可保護爐壁金屬表面使之不受腐蝕，爐壁可使用低成本的碳鋼；d灰渣是質(zhì)地緊密的固體物質(zhì)，封存了微量元素?；以鼰o害并具非浸溶性，適于作建筑材料；e氣化過程中無飛灰產(chǎn)生,f氣體成分中CO2含量低；f煤中90%以上的能量被轉(zhuǎn)化成可利用的燃料氣；g原煤可被氣化，粉煤可另加工成型煤投入或從噴嘴噴入；h氣體出口溫度低，提高了工藝效率，并可靈活選擇氣化爐場地。從云解化、金新化工、中煤圖克試運行的結(jié)果看還存在一定的問題，需要進一步完善。BGL氣化技術對煤質(zhì)要求較高，從降低蘇新能源項目投資和運營風險性考慮，本項目不選擇該氣化工藝。（5）德士古氣化技術的特點a德士古煤氣化技術，是將原料煤制成水煤漿，以噴流霧化的形式進入氣化爐進行高溫氣化，對原料煤的特性(如粒度、成漿性能、灰熔點等)均有較嚴格要求，故適用煤種較窄。因其可使用小顆粒粉煤，故煤的利用率高。b采用濕法磨煤，水煤漿供料安全可靠。但要求煤的成漿性好，煤漿濃度在60%—65%（wt）。c氣化爐為鋼制外殼，內(nèi)襯耐火磚，爐體結(jié)構(gòu)簡單，無傳動設備，運行穩(wěn)定。但耐火磚壽命較短，最多為一年，噴嘴僅60天左右，設備運行周期較短。對煤的灰熔點要求1350℃左右，灰小于15%。d氣化過程可在高壓（最高可達8MPa）下完成，降低了合成氣壓縮功耗，同時使單臺爐產(chǎn)氣量比較大。e氣化爐操作溫度高，煤在氣化爐中數(shù)秒內(nèi)幾乎全部氣化，碳轉(zhuǎn)化高可達96%～98%以上。煤氣中甲烷含量低，僅在0.1%左右，有效氣體（H2+CO）含量比較高，在80%左右，有利于作為合成氣使用。f生產(chǎn)的粗煤氣不含焦油、萘、酚等雜質(zhì)，對粗煤氣的凈化及污水的處理流程簡單，不污染環(huán)境。g灰渣成玻璃狀，不污染，易堆放，可做水泥的配料。h操作彈性大，可以快速轉(zhuǎn)變。由于采用噴流式氣化，負荷從50%到100%的大范圍變動，可在極短的時間內(nèi)完成。i與其它煤氣化工藝相比，德士古氣化工藝氧耗高，煤氣化效率相對較低，對耐火材料的要求較高，操作周期短，管理水平、維護水平要求高。對于本項目目標產(chǎn)品為天然氣，采用碎煤加壓氣化工藝與德士古氣化工藝有以下優(yōu)點：1)項目的投資增加：a備煤工段的投資與能耗增加5倍以上。b空分的的投資與能耗增加3倍以上。c變換、甲烷化工段的投資與能耗增加1.5倍以上。2)副產(chǎn)品減少：眾所周知碎煤加壓氣化工藝在氣化過程中生成大量的煤焦油、石腦油、粗酚、液氨。這些副產(chǎn)品可以抵扣產(chǎn)品天然氣的成本，使本項目更具有經(jīng)濟性。從以上兩點來看如采用德士古氣化工藝本項目的經(jīng)濟性很難通過。綜上所述蘇新煤制氣項目選用碎煤加壓氣化非常合適。四、魯奇加壓氣化工藝原理在加壓氣化過程中，高溫的碳在壓力下受到氧和水蒸氣、二氧化碳的作用，發(fā)生多種多樣的反應?？砂阉鼩w納為碳與氧、碳與水蒸氣及甲烷生成三類反應。1、碳與氧的反應高溫的碳受到氧氣的作用發(fā)生下列四個反應：[1]C+O2=CO2+97800千卡/公斤分子[2]C+CO2=2CO-38400千卡/公斤分子[3]2C+O2=2CO+97800千卡/公斤分子[4]2CO+O2=2CO2+136200千卡/公斤分子由于上述反應在氣化和燃燒中所具有的重要性，許多年以來已受到廣泛深入的研究。反應機理：第一種解釋，是所謂的二氧化碳說。這種學說認為，二氧化碳依照反應[1]由碳與氧分子直接結(jié)合而生成，而一氧化碳則為生成二氧化碳后與氧之間的第二次反應，即C+CO2=2CO。第二種解釋，是所謂的一氧化碳說，它與第一種解釋相反，認為碳與氧首先依照反應[3]生成一氧化碳，然后一氧化碳再與氧化合而生成二氧化碳，即2CO+O2=2CO2。通過實驗和研究發(fā)現(xiàn)作為一級反應的2C+O2=2CO的反應的活化能極高，在較低的溫度下（<800℃）,實際是可以不考慮的。那么，CO的生成反應主要為C+CO2=2CO這個反應。對這個反應的平衡狀態(tài)研究后發(fā)現(xiàn)，在壓力不變的情況下，隨著溫度的上升，平衡組分中CO含量大幅度上升，而CO2含量大幅度下降。在溫度不變的情況下，隨著壓力的升高CO含量降低，CO2含量升高。在實際的氣化爐操作中，當生產(chǎn)穩(wěn)定后，壓力波動不大，可看作衡壓操作，當溫度升高時CO2含量明顯下降，CO明顯上升。所以氣化爐出口粗煤氣中的CO2含量，也是我們判斷反應層溫度的一個重要指標。（1）溫度對反應速度的影響二氧化碳的還原反應進行得比較緩慢，為了達到反應平衡，就需要一段較長的時間。反應的溫度愈高，反映的速度將愈快，其達到平衡所需的時間就愈短。而在較低的溫度時反應速度較慢，達到平衡的時間就需要幾分鐘甚至幾小時。在一定的反應溫度下，若二氧化碳與熾熱的碳的接觸時間愈長，則生成一氧化碳的量就愈多。另一方面，在同一接觸時間下，若進行反應的溫度愈高，則二氧化碳還原就越快。（2）燃料的性質(zhì)對反應速度的影響經(jīng)過大量實驗和研究，發(fā)現(xiàn)參加氣化反應的燃料的性質(zhì)，對二氧化碳還原成一氧化碳的反應的速度有很大的影響，隨著原料的活性的提高，反應速度提高。那么氣化活性相對差的煤時爐內(nèi)氣化層的溫度應該高一些。2、碳與水蒸氣的反應高溫的碳受到水蒸氣的作用，所進行的反應主要為：[5]C+H2O=CO+H2-28150千卡/公斤分子[6]C+2H2O=CO2+2H2-17900千卡/公斤分子[7]CO+H2O=CO2+H2+10250千卡/公斤分子反應機理：第一種解釋，認為二氧化碳是碳與水蒸氣反應的初級產(chǎn)物，即反應[6]為第一反應，而一氧化碳的生成則為生成的二氧化碳與碳之間的第二反應：C+CO2=2CO。第二種解釋，認為一氧化碳是初級氧化物，即反應五為第一反應，而二氧化碳的生成，則是反應[7]的產(chǎn)物。第三種說法，認為碳與水蒸氣作用時，[5]、[6]兩反應同時進行，在氣化爐中同時得到一氧化碳和二氧化碳。通過對[5]、[6]的研究發(fā)現(xiàn)，在溫度較低時，反應[6]的反應速度常數(shù)比反應[5]大，而在溫度較高時反應[5]的反應速度常數(shù)比反應[6]的大，這就是說溫度較低，對于生成CO是不利的，所以提高溫度可以相對的降低二氧化碳而提高一氧化碳的含量。通過對[7]的研究發(fā)現(xiàn)，在該平衡組分中，隨著溫度的上升二氧化碳含量降低，一氧化碳的含量升高，反之則一氧化碳降低，二氧化碳含量升高。這就是說，在低溫時有利于二氧化碳的生成，高溫時有利于一氧化碳的生成。要進行一氧化碳變換不能在過高的溫度下進行。3、甲烷的生成反應在加壓氣化爐中，一般認為主要是由于下列反應生成甲烷：[9]2H2+C=CH4+20870千卡/公斤分子[10]CO+3H2=CH4+H2O+49250千卡/公斤分子[11]2CO+2H2=CH4+CO2+59100千卡/公斤分子[12]CO2+4H2=CH4+2H2O+38900千卡/公斤分子反應機理：有人認為，甲烷主要是燃料中的揮發(fā)分分離后被加氫而生成，即反應[9]是主要反應。由氫和一氧化碳或二氧化碳生成的合成甲烷反應[10]、[11]、[12]雖然屬于均相反應，其反應速度理應比多相反應[9]大。但是由于反應[10]、[11]、[12]需要有4個或5個分子的互相作用，在沒有催化劑的作用下，很難進行。因此被認為加壓氣化爐中，甲烷的生成反應主要是反應[9]所至。燃料中灰分的某些組分，對甲烷的生成起到了催化作用。（1）2H2+C=CH4的反應，是個放熱反應，所以在壓力不變的情況下，隨著溫度的上升，反應向吸熱方向進行，H2氣含量明顯增加，CH4含量明顯降低。（2）2H2+C=CH4的反應，是個體積縮小的反應，當溫度一定時，增加壓力時，平衡體系中甲烷含量升高，反之甲烷含量降低。曾有人研究過焦炭的加氫反應，得出如下結(jié)論，在較低的壓力下，氫與焦炭的反映在500~550℃的范圍內(nèi)進行的最快，而在較高的壓力下，則在900~950℃的范圍內(nèi)進行的最快。在900~950℃和50個大氣壓下的條件下，由焦炭制得的氣體，甲烷含量最大。但在實際生產(chǎn)中，甲烷的生成多少，與氣體中氫、一氧化碳含量并不完全成正比，而主要與煤種有關。甲烷含量主要跟煤的反應能力有關，即反應能力大者，在相同的氣化條件下，生成的甲烷量就多。所以，有人認為，甲烷的生成可能按[13]（2C+2H2O=CH4+CO2）的反應進行。這個反應并無體積的變化，主要是當蒸汽的濃度或壓力增加時（壓力的提高還是變向的增加濃度）甲烷的生成反應速度加快。從上述討論中可以看出，[13]才是甲烷生成的一個主要反應，在制取合成原料氣時，為降低甲烷的含量，可以采取較低的氣化壓力，選擇較高的反映溫度，同時，還要采用較小的汽氧比。相反，在制取甲烷合成氣時，要增加甲烷的含量就要采用較高的汽化壓力和較大的汽氧比，選擇較低的反應溫度。四、魯奇加壓氣化工藝流程碎煤加壓氣化裝置由氣化爐及加煤煤鎖和排灰灰鎖組成，煤鎖和灰鎖均直接與氣化爐相聯(lián)接。裝置運行時，煤經(jīng)由自動操作的煤鎖加入氣化爐，入爐煤從煤斗通過溜槽由液壓系統(tǒng)控制充入煤鎖中。煤斗的容量可供四小時用，它裝有料位測量裝置。裝滿煤之后，對煤鎖進行充壓，從常壓充至氣化爐的操作壓力。在向氣化爐加完煤之后，煤鎖再卸壓至常壓，以便開始下一個加煤循環(huán)過程。這一過程實施既可用自動控制，也可使用手動操作。用來自煤氣冷卻裝置的粗煤氣和來自氣化爐粗煤氣使煤鎖分兩步充壓；煤鎖卸壓的煤氣收集于煤鎖氣氣柜，并由煤鎖氣壓縮機送往變換冷卻裝置。減壓后，留在煤鎖中的少部分煤氣，用噴射器抽出。經(jīng)煤塵旋風分離器除去煤塵后排入大氣。氣化劑——蒸汽、氧氣混合物，經(jīng)安裝在氣化爐下部的旋轉(zhuǎn)爐蓖噴入，在燃燒區(qū)燃燒一部分煤，為吸熱的氣化反應提供所需的熱。在氣化爐的上段，剛加進來的煤向下移動，與向上流動的氣流逆流接觸。在此過程中，煤經(jīng)過干燥、干餾和氣化后，只有灰殘留下來，灰由氣化爐中經(jīng)旋轉(zhuǎn)爐蓖排入灰鎖，再經(jīng)灰斗排至水力排渣系統(tǒng)?；益i也進行充壓、卸壓的循環(huán)?；益i擁有可編程控電子程序器，也可手動操作。充壓用過熱蒸汽來完成。為了進行泄壓，灰鎖接有一個灰鎖膨脹冷凝器，其中充有來自循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水。逸出的蒸汽在水中冷凝并排至排灰系統(tǒng)。氣化所需蒸汽的一部分在氣化爐的夾套內(nèi)產(chǎn)生，從而減少了中壓蒸汽的需求。為此向氣化爐夾套中加入中壓鍋爐給水，氣化爐中產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)汽／液分離器送往氣化劑系統(tǒng)，蒸汽／氧氣在此按比例混合好噴射入氣化爐。離開氣化爐的粗煤氣以CO、H2、CH4、H2O和CO2為主要組分。還有CnHm、N2、硫化物(H2S)、焦油、油、石腦油、酚和氨等眾多氣體雜質(zhì)。氣化爐為帶夾套的Φ4000型，每臺氣化爐有一臺煤鎖、一臺灰鎖、一臺洗滌器和一臺廢熱鍋爐與之配套。煤鎖和灰鎖裝卸料的頻率取決于產(chǎn)氣量。離開氣化爐的煤氣首先進入洗滌冷卻器，在此，煤氣用循環(huán)煤氣水加以洗滌并使其飽和。洗滌冷卻器的用途首先是將煤氣溫度降至200℃左右，其次是除去可能夾帶的大部分顆粒物。飽和并冷卻后的煤氣進入廢熱鍋爐，通過生產(chǎn)0.5MPa(表壓)低壓蒸汽來回收一部分煤氣中蒸汽的冷凝熱。在廢熱鍋爐下部收集到的冷凝液的一部分，用洗滌冷卻器循環(huán)泵送出。多余的煤氣水送往煤氣水分離裝置。離開氣化工段的粗煤氣在壓力3910kpa(g)、溫度180℃飽和狀況下，通過粗煤氣總管進入煤氣變換冷卻工段。煤鎖氣回收系統(tǒng)供所有氣化爐系列所用。來自氣化爐的煤鎖氣送到文氏管洗滌器，在此與由煤鎖氣分離器來的洗滌水接觸，洗滌水由煤鎖氣洗滌泵進行循環(huán)。煤鎖氣柜用于平衡，收集不穩(wěn)定的煤鎖氣，這些煤鎖氣收集后經(jīng)壓縮送往主系統(tǒng)。分離后一部分煤氣水排往煤氣水分離裝置，所需的補充水為來自煤氣水分離裝置的噴射煤氣水。在開停車和事故操作期間，來自碎煤加壓氣化的煤氣進入火炬系統(tǒng)。這些粗煤氣含有雜質(zhì)和冷凝液（煤氣水），首先在開車煤氣洗滌器用來自開車煤氣分離器的煤氣水，靠開車煤氣洗滌水泵循環(huán)洗滌。開車煤氣洗滌器和開車煤氣分離器所用的低壓噴射煤氣水均來自煤氣水分離工段，過量的煤氣水將用泵送回煤氣水分離工段。通過火炬氣氣液分離器的火炬氣將通過火炬筒，在火炬頭部用導燃器點火燃燒，火炬采用分子封作為火焰擋板，并連續(xù)不斷地向火炬筒注入氮氣，供吹掃用。五、加壓氣化工藝指標分析（以蘇新能源是燒煤種為分析依據(jù)）1、消耗指標及噸煤產(chǎn)氣量隨著氣化壓力的提高，氧氣消耗有所減少但總體變化不大，而水蒸氣消耗提高，單位合成氣煤耗增大。甲烷的生成反應為放熱反應，隨著氣化壓力的提高，甲烷生成量增加，反應所放出的熱量亦增加，即相對減少了耗氧的燃燒熱，從蘇新能源三個煤樣試燒結(jié)果，賽爾4#汽氧比最低，100kg原煤消耗197kg蒸汽及59Nm3氧氣。圖5-1賽爾4#及紅山氣化劑消耗隨氣化壓力的變化情況圖5-2賽爾4#、紅山礦及嘎順消耗一覽2、蒸汽分解率及煤氣熱值圖5-3賽爾4#及紅山礦蒸汽分解率隨氣化壓力變化圖5-4賽爾4#及紅山煤氣熱值及有效氣組分隨壓力變化圖5-5蘇新能源試燒煤種蒸汽分解率及冷凝水產(chǎn)率一覽由圖5-3、5-4、5-5氣化壓力的提高使蒸汽分解率降低，煤氣熱值增大。氣化壓力的提高使煤氣熱值增大，有效氣體含量降低。這是因為雖然H2和CO含量降低而CH4含量增高，而甲烷熱值約是H2和CO熱值的3倍，因此使煤氣熱值提高。從上分析知道隨著壓力的增大，CO和H2含量降低，因此煤氣中有效氣體組分含量降低。從污水處理角度看，嘎順礦酚水量較少，嘎順3.0Mpa冷凝水產(chǎn)率為115kg/100kg原煤，三種煤樣3.0Mpa蒸汽分解率相差不大均在30%左右。3、煤氣產(chǎn)率圖5-6賽爾4#及紅山礦煤氣產(chǎn)率隨氣化壓力的變化情況圖5-7賽爾4#、紅山及嘎順噸煤產(chǎn)氣率從上圖可以看出，隨著氣化壓力的增大煤氣產(chǎn)率下降。煤氣產(chǎn)率與煤中惰性成分和固定碳含量有關系，灰分和水分越低、固定碳含量越高，那么煤氣產(chǎn)率就會越高。煤中的揮發(fā)分對煤氣產(chǎn)率的貢獻較小，大部分揮發(fā)份在干燥干餾段裂解后再次聚合成焦油，與氣化段產(chǎn)生的大量氣化煤氣相比占的比例較小。蘇新能源三種煤樣噸煤產(chǎn)氣量為賽爾4#最優(yōu)，在3.0MPa下達到1.6-1.7Nm3/kg原煤。4、煤氣組成圖5-8賽爾4#及紅山礦煤氣組成隨氣化壓力的變化情況從上圖可以看出，隨著氣化壓力的增大H2和CO雙原子氣體含量減小，而多原子氣體CH4、CO2含量隨著壓力的增大而增大。隨著氣化壓力的增大，汽氧比增大，水蒸汽分解率下降水蒸汽分解量增大。壓力增大水蒸汽消耗量的增大致使燃燒層的溫度下降，因此CO2還原反應和水蒸汽分解反應的條件變壞，生成的CO減少，此時灰渣中的碳含量將會隨著氣化壓力的增大而增加。同時，煤氣產(chǎn)率會隨著灰渣含碳量的增大而降低，因此冷煤氣效率降低。5、灰渣含碳魯奇氣化爐灰渣一般控制在5%左右。隨著氣化壓力的提高，汽氧比提高，燃燒層溫度下降，會使灰渣含碳量的增大。6、氣化特性試燒數(shù)據(jù)表明，蘇新能源煤樣賽爾4#礦3.0Mpa最優(yōu)汽氧比為6.22kg/Nm3左右，煤氣產(chǎn)率為1.69Nm3/kg原煤，焦油產(chǎn)率為1.46kg/100kg原煤，有效氣體為65.25%左右。預測4.0Mpa最優(yōu)汽氧比為7.22kg/Nm3，煤氣產(chǎn)率為1.69Nm3/kg原煤，焦油產(chǎn)率為1.40kg/100kg原煤，有效氣體為64.36%左右。蘇新能源煤樣紅山礦3.0Mpa最優(yōu)汽氧比為6.52kg/Nm3左右，煤氣產(chǎn)率為1.53Nm3/kg原煤，焦油產(chǎn)率為2.00kg/100kg原煤，有效氣體為66.05%左右。預測4.0Mpa最優(yōu)汽氧比為7.50kg/Nm3，煤氣產(chǎn)率為1.52Nm3/kg原煤，焦油產(chǎn)率為1.80kg/100kg原煤，有效氣體為64.87%左右。對于煤氣成分及消耗指標，操作壓力升高，氣化強度增加，煤氣中CH4和CO2含量增加，H2和CO含量有所降低。隨著壓力提高，單位蒸汽消耗增加，水蒸氣的分解率下降。本實驗爐料層厚度小于工業(yè)爐，CH4相對偏低，根據(jù)以往數(shù)據(jù)追蹤，預計3.0Mpa工業(yè)氣化本煤種工業(yè)氣化爐CH4組分為10-12%左右。蘇新能源煤樣的粗煤氣中的硫化物含量較高，賽爾4#氣體成分中H2S含量約5000-7000ppm。紅山礦5000ppm左右。根據(jù)工業(yè)化加壓固定床氣化爐（魯奇氣化爐）的性能和本實驗煤種的特性，工業(yè)氣化爐3.0MPa運行時的賽爾4#氣化強度約為3000－3500kg/m2h，氧氣負荷為6000-7000m3/h。紅山礦氣化強度約為3500－4000kg/m2h，氧氣負荷為5500-6000m3/h左右。六、煤質(zhì)對魯奇氣化爐的經(jīng)濟運行分析1、煤質(zhì)分析1）灰熔點的影響魯奇氣化爐的操作溫度介于煤的T1(煤灰變形溫度)和T2(煤灰軟化溫度)之間，入爐煤灰熔點高，則操作時就要適當降低汽氧比，相應提高爐溫，蒸汽分解率增加，煤氣水產(chǎn)量低，氣化反應完全，有利于制氣。但是受氣化爐原設計制約，蒸汽也不能無限制降低，否則可能會燒損爐篦及內(nèi)件，因此受設備材質(zhì)影響，灰熔點不能太高，一般控制在1150℃≤T2≤1250℃為宜。反之，煤的灰熔點低，則操作時就要適當提高汽氧比，相應降低爐溫(防止低灰熔點的煤在爐內(nèi)結(jié)渣，造成排灰困難)，蒸汽分解率降低，煤氣水產(chǎn)量增加，氣化反應速度減緩，不利于制氣，運行非常不經(jīng)濟。因此入爐煤灰熔點要盡可能控制在一定范圍內(nèi)，不能變化太大。在實際生產(chǎn)過程中，入爐煤存在多樣性，入爐煤的灰熔點也就各不相同;因此，有一個最佳汽氧比的選擇，即控制氣化爐內(nèi)的反應溫度，既不能因汽氧比高造成灰細導致排灰困難，也不能因汽氧比低造成結(jié)渣而無法排灰。若入爐煤灰熔點相差較大，就無法選擇最佳汽氧比，從而造成灰熔點低的煤易結(jié)渣，容易出現(xiàn)氣化爐工況惡化，另外還有可能達到T3溫度(煤灰熔融性流動溫度)，熔融部分將灰熔點高的煤包裹，阻礙了其與氣化劑接觸，不利于完全反應，導致碳流失，表現(xiàn)為爐渣中的黑核現(xiàn)象。相反，按照低灰熔點煤選擇汽氧比，則高灰熔點的煤表現(xiàn)為灰細，不利于排灰和制氣，同時增加煤氣水產(chǎn)量，加大了污水處理費用。2）揮發(fā)分的影響揮發(fā)分一般理解為烴類，是煤中有機質(zhì)加熱到一定溫度揮發(fā)出的氣態(tài)及蒸汽產(chǎn)物，它是反映煤的變質(zhì)程度的重要標志，隨著變質(zhì)程度的提高，煤的揮發(fā)分逐漸降低。氣化爐用煤中揮發(fā)分含量的多少與煤氣用途有一定的關系。當煤氣用作甲烷合成氣時，要求甲烷含量高、熱值大，則可選用揮發(fā)分較高的煤做原料，所得煤氣中甲烷含量較大。當煤氣用作工業(yè)生產(chǎn)的合成氣時，一般要求使用低揮發(fā)分、低硫的無煙煤、半焦或焦炭。另外，變質(zhì)程度輕的煤種，生產(chǎn)的煤氣焦油產(chǎn)率高，焦油容易堵塞管道和閥門，給焦油分離帶來一定困難，同時也增加了含酚廢水的處理量。更重要的是，對合成氣來講，甲烷可能成為一種不利的氣體。例如，合成氨中要求氫氣含量高，而這時甲烷卻變成了一種雜質(zhì)，含量不能太大，故要求揮發(fā)分小于10%。一般來說，煤的揮發(fā)分對魯奇氣化爐運行工況影響不是很大。煤中揮發(fā)分變高，能造成副產(chǎn)品焦油和中油的產(chǎn)率增大，煤氣水分離處理困難，粗煤氣產(chǎn)率下降，加煤頻繁，粗煤氣耗塊煤的單耗隨之增加。煤中揮發(fā)分低，煤氣產(chǎn)率增加，氣化爐運行更為經(jīng)濟。3）灰分及矸石的影響煤中矸石含量及灰分增加時，一是礦物質(zhì)燃燒灰化時要吸收熱量，大量排渣要帶走熱量，因而降低了煤的發(fā)熱量;二是為防止氣化爐結(jié)渣，要適當提高汽氧比，降低了氣化爐的操作溫度，影響了氣化強度，蒸汽分解率降低，煤氣水的產(chǎn)量提高，粗煤氣產(chǎn)量減少。同時，隨著煤中矸石含量及灰分增加，煤灰中FeO、CaO、MgO、K2O作為助熔劑，對結(jié)渣起到促進作用，加劇了設備磨損，一是爐篦刮刀、護板等部件，二是煤灰鎖上下閥運轉(zhuǎn)周期縮短，設備檢修頻次增加，開停車頻繁。灰分過高時，影響氣態(tài)反應物，反應產(chǎn)物擴散速度和熱量的傳遞速度，使氣化反應總反應處于擴散狀態(tài)，阻礙了固體表面和內(nèi)部氣化反應的有效進行，碳核也會進入灰區(qū)，導致灰鎖溫度升高，嚴重時導致各反應層紊亂，造成氣化爐工況惡化。4）水分的影響加壓氣化爐對爐溫的要求比常壓氣化爐低，而爐身一般比常壓氣化爐高，能提供較高的干燥層，允許進爐煤的水分含量高。適量的水分對加壓氣化是有好處的，水分高的煤，往往揮發(fā)分較高，在干餾階段，煤半焦形成時的氣孔率大，當其進入氣化層時，反應氣體通過內(nèi)擴散進入固體內(nèi)部時容易進行。因而，氣化的速度加快，生成的煤氣質(zhì)量也好。煤種的內(nèi)在水分屬固有特性，但外在水分對氣化爐經(jīng)濟運行影響較大。水分過高時，影響主要有以下幾個方面:①水分過大，會導致篩分效果不好，堵塞篩板，且塊煤表面黏附末煤入爐后影響氣化爐工況，還容易造成煤鎖膨料、掛壁，加煤不暢;②煤中水分過大，蒸發(fā)汽化所需熱量增加，造成氧耗一定程度增加;③原料煤雨雪季節(jié)防護不利，水分過高時，還可使煤氣水產(chǎn)量增加，增加污水處理費用。5）煤的粒度的影響魯奇氣化工藝屬于碎煤氣化，對粒度要求較高(5～50mm碎煤)粒度大小和范圍不同，會造成氣化爐同一床層截面的煤的比表面積不同，而在同一床層截面上，氣化劑的分布是均勻的，比表面積大的接觸的氧氣就多，若粒度大小和范圍不同，就會造成氣化爐同一床層的反應速度不同，而向下排灰拉動床層下移卻是均勻的，這樣就可能會導致氣化爐內(nèi)床層紊亂，比表面積小的煤(大粒度)，因反應不完全和灰渣一起排出，碳在灰鎖中繼續(xù)反應使灰鎖溫度也升高，同時灰中殘?zhí)苛可撸蛱剂魇亩巩a(chǎn)氣率下降，塊煤單耗升高。實際生產(chǎn)經(jīng)驗告訴我們，魯奇氣化中若用煤中大于50mm粒度的煤偏多，易造成氣化反應不完全;而小于13mm的煤偏多，容易產(chǎn)生小粒度填充大粒度間隙的現(xiàn)象，同時還會出現(xiàn)大粒度遍布氣化爐床層四周，而小粒度集中于中央，引起床層不均，局部阻力增大，氣化劑通過床層時會出現(xiàn)阻力小的部位通過的氣化劑量多，阻力大的部位通過的氣化劑量小，不但影響氣化爐的產(chǎn)量和氣體質(zhì)量，而且易出現(xiàn)氣化爐局部過熱結(jié)渣、結(jié)大塊，造成氣化爐工況惡化。通過多年來對粒度大小和粒度范圍的分析，得出魯奇氣化煤粒度控制范圍如下:5～13mm，＜10%;13～25mm，30%左右;25～50mm，30%左右;＞50mm，30%左右;同時需避免出現(xiàn)大于100mm的煤。6）固定碳含量的影響影響煤的發(fā)熱量的主要因素是固定碳，固定碳含量提高，則灰分、揮發(fā)分等相應含量下降，有效成分增加，有利于煤制氣。但隨著固定碳含量的升高，煤在魯奇爐內(nèi)就需要更多的氧氣參與反應，若氣化反應氧氣量一定且與煤的發(fā)熱量不匹配時，由于固定碳含量升高，參與反應的氧氣不足，會造成爐內(nèi)反應速度減慢，煤在爐內(nèi)停留時間增長，導致各層拉長，干餾層縮短，干燥層縮短或消失。氣化爐的工況表現(xiàn)為:粗煤氣出口溫度高，在450～490℃;灰鎖溫度高，在330～380℃;在此溫度下，煤中的揮發(fā)分在干餾層生成焦油的成分多(煤焦油生產(chǎn)約在320℃開始，在430℃達到最大值)，焦油產(chǎn)量增加，剩余半焦減少，進入氣化層后，生成CO、CO2、H2、CH4的有效成分減少，導致塊煤單耗出現(xiàn)拐點。也就是說并不是煤中固定碳越高越好，固定碳的含量相對應氣化負荷等因素應有一個合理的區(qū)間。2、氣化爐穩(wěn)定經(jīng)濟運行的煤質(zhì)建議及措施1）煤炭采購中應將灰熔點作為一項主要的控制指標，盡可能集中采購灰熔點相近的煤種。在煤場中應據(jù)煤質(zhì)、灰熔點等分類堆放，入爐前應將灰熔點相近的煤合理搭配。盡量避免在氣化爐上頻繁切換使用不同灰熔點的煤，以利氣化爐操作時最佳汽氧比的選擇和經(jīng)濟運行。2）灰分和矸石無任何利用價值，增加了運輸成本，矸石含量過高嚴重影響設備運行周期，造成設備檢修頻次增加，開停車頻繁，煤炭公司應增加原煤預選裝置，減少原煤的矸石含量，以保證氣化爐長周期穩(wěn)定運行帶來更好的經(jīng)濟效益。3）合理選擇發(fā)熱量保證用煤粒度煤炭采購中要嚴格控制塊煤下限率，末煤含量盡可能少，同時在原煤運輸、裝卸、進入氣化爐過程中盡量減少不必要的碰撞和擠壓，降低塊煤粉化率。此外，煤廠還應加強雨雪季節(jié)原料煤防水，可利用加蓋遮雨布或存于煤棚中，避免入廠干煤二次受水，滿足氣化爐的穩(wěn)定運行。七、魯奇加壓氣化現(xiàn)狀分析魯奇氣化爐引進國內(nèi)幾十年了，工藝日趨成熟，雖然在煤氣水處理問題上制約魯奇工藝曾經(jīng)的瓶頸，在義馬氣化廠、潞安煤制油項目、新疆慶華煤制氣項目已經(jīng)得到妥善解決，目前對魯奇工藝影響最大集中在氣化爐內(nèi)壁腐蝕、煤塵帶出物過多、氣化爐內(nèi)結(jié)渣的問題，以下主要針對這三個方面進行分析。1、魯奇氣化爐內(nèi)壁腐蝕問題分析1）新疆廣匯新能源項目氣化爐腐蝕原因分析

新疆廣匯煤化工項目氣化爐的腐蝕主要發(fā)生在腳踏護板往上大概2.5厘米左右處28毫米厚的20R板材腐蝕比較嚴重，氧化區(qū)和還原區(qū)之間的腐蝕嚴重，腐蝕主要發(fā)生在人孔右手側(cè)80度，左手側(cè)70度的這150度區(qū)域。腐蝕機理經(jīng)過反復掛片試驗，最終確定主要是高溫鹵化腐蝕機理，得到了氯離子是主要腐蝕的證據(jù)。在確定腐蝕機理的情況下，通過采用鎳基合金，問題可得到解決。由此看來，找到腐蝕機理十分關鍵。氣化爐修復之后，經(jīng)過1年的運行試驗，氣化爐內(nèi)壁堆焊鎳基合金沒有發(fā)生腐蝕，僅出現(xiàn)了一點瑕疵，堆焊層表面發(fā)生輕微裂紋，初步推斷是堆焊層在高溫高壓環(huán)境里面，不同材質(zhì)的膨脹系數(shù)不同，導致了堆焊層表面裂紋。

2）大唐克旗項目氣化爐腐蝕原因分析

內(nèi)蒙古大唐國際克旗煤制天然氣項目采用蒙東勝利煤田的褐煤為原料。2014年1月6日，大唐克旗煤制天然氣項目的工藝人員發(fā)現(xiàn)221#氣化爐運行參數(shù)出現(xiàn)異常。通過專家們的認真論證和考究，發(fā)現(xiàn)該煤灰中的氧化鈉、氧化鉀含量偏高，其硫酸鹽是夾套內(nèi)壁減薄的主要原因，釩含量也偏高。同時夾套板底部32毫米的15CrMo板減薄部位出現(xiàn)規(guī)律性豎向溝流槽，有可能是氣化劑布氣不均，局部出現(xiàn)煤灰流化磨蝕導致減薄。找到了問題的根源，專家們給出了修復意見：將下部15CrMoR板割除，更換為32毫米的Q245R帶極堆焊3～5毫米的inconel625材料；原20R夾套腐蝕減薄部分，手工或自動堆焊3～5毫米的inconel625材料。

由此看來，無論是新疆廣匯還是大唐克旗的氣化爐出現(xiàn)腐蝕的原因，都是原料煤質(zhì)的問題。其中煤灰成分中各種元素或金屬離子的含量是造成氣化爐腐蝕的主要原因。目前在氣化爐內(nèi)壁堆焊一層3～5毫米厚的inconel625合金可以解決氣化爐腐蝕問題，根據(jù)設計煤種和未來煤種可能存在差異，提前在制造氣化爐時候進行對焊inconel625合金可以防患于未然。2、帶出物過多原因分析造成帶出物過多的情況主要是由原煤熱穩(wěn)定性和機械性能決定，熱穩(wěn)定性差的煤遇熱后則迅速碎裂成小塊和粉末。對于移動床氣化爐來說，熱穩(wěn)定性差的煤將會增加爐內(nèi)阻力和帶出物量，降低氣化效率。一般熱穩(wěn)定性≥70％為宜。移動床氣化所用的原料煤一般要求機械強度大于65％。在操作過程中氣化爐和后系統(tǒng)壓差過大也會造成帶出物量增多多。帶出物增多會直接影響影響煤氣水處系統(tǒng)分離困難，嚴重會影響酚氨回收和變換冷卻裝置的正常運行，新疆慶華煤制氣項目也是近年來因帶出物太大影響生產(chǎn)的典型案例。新疆慶華煤制氣項目自2013年7月開車以來，由于在設計過程中忽略了煤長途運輸?shù)姆刍?，在設計中為了節(jié)約資金和有效的利用空間，運煤通道過篩分后由二期再返回一期，運輸距離大大增長，導致煤粉化率嚴重，進入氣化爐后氣化帶出物量太大，廢鍋底部集水槽、變換冷卻裝置洗滌系統(tǒng)和煤氣水系統(tǒng)堵塞嚴重，焦油因和塵無法分離未能產(chǎn)出，平均每天焦油塵產(chǎn)量大約480噸,煤氣水分離裝置平均出水指標為:COD:9500mg/l,油含量:＜4