煤化工合成氨的工艺
你这个问题太大了。
氨的合成,首先必须制备合格的氢、氮原料气。氮气可直接取自空气或将空气液化分离而得;或使空气通过燃料层燃烧,将生成的CO和CO2除去而制得。氢气一般常用含有烃类的各种燃料,如焦炭、无烟煤、天然气、重油等为原料与水蒸气作用的方法来制取。
合成氨的生成过程基本上可分为 3 个步骤:原料气的制备;原料气的净化;氨的合成。
利用固体燃料(焦炭或煤)的燃烧将水蒸气分解,将空气中的氧与焦炭或煤反应而制得氮气、氢气、一氧化碳、二氧化碳等的气体混合物。
气化过程中的主要反应有:
C + H2O(g) = CO+H2ΔH= 131.39 kJ/mol
C + 2H2O(g) = CO2+2H2 ΔH= 90.20 kJ/mol
将净化后的氢、氮混合气经压缩后,在铁催化剂与高温条件下合成氨,反应式为
3H2 + 2N2 =NH3
尿素合成过程包括:在过量氨存在下,用氨和二氧化碳作初始原料合成尿素;由此生成的尿素合成液,在高压下,使用二氧化碳或氨作汽提剂,进行汽提,并且在比上述高压低的压力下,使得到的尿素合成液至少经一步分解和分离未转化物的操作,目的是为了分离过量氨和由氨基甲酸铵分解产生的氨和二氧化碳,该氨基甲酸铵没有从合成液中转化成尿素;以上生成的氨和二氧化碳气体混合物用溶剂吸水或冷凝;然后将所得到的溶液或冷凝液再循环用于尿素合成工序,
气化工艺各有千秋
1.常压固定床间歇式无烟煤(或焦炭)气化技术
目前我国氮肥产业主要采用的煤气化技术之一,其特点是采用常压固定床空气、蒸汽间歇制气,要求原料为?准 25~75mm的块状无烟煤或焦炭,进厂原料利用率低,单耗高、操作繁杂、单炉发气量低、吹风放空气对大气污染严重,属于将逐步淘汰的工艺。
2.常压固定床无烟煤(或焦炭)富氧连续气化技术
其特点是采用富氧为气化剂、连续气化、原料可采用?准 8~10mm粒度的无烟煤或焦炭,提高了进厂原料利用率,对大气无污染、设备维修工作量小、维修费用低,适合用于有无烟煤的地方,对已有常压固定层间歇式气化技术进行改进。
3.鲁奇固定床煤加压气化技术
主要用于气化褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤,要求原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱粘结性,适用于生产城市煤气和燃料气。其产生的煤气中焦油、碳氢化合物含量约1%左右,甲烷含量约10%左右。焦油分离、含酚污水处理复杂,不推荐用以生产合成气。
4.灰熔聚煤气化技术
中国科学院山西煤炭化学研究所技术。其特点是煤种适应性宽,属流化床气化炉,煤灰不发生熔融,而只是使灰渣熔聚成球状或块状灰渣排出。可以气化褐煤、低化学活性的烟煤和无烟煤、石油焦,投资比较少,生产成本低。缺点是操作压力偏低,对环境污染及飞灰堆存和综合利用问题有待进一步解决。此技术适合于中小型氮肥厂利用就地或就近的煤炭资源改变原料路线。
5.恩德粉煤气化技术
属于改进后的温克勒沸腾床煤气化炉,适用于气化褐煤和长焰煤,要求原料煤不粘结或弱粘结性,灰分<25%~30%,灰熔点高、低温化学活性好。在国内已建和在建的装置共有13套22台气化炉,已投产的有16台。属流化床气化炉,床层中部温度1000~1050℃。目前最大的气化炉产气量为4万m3/h半水煤气。缺点是气化压力为常压,单炉气化能力低,产品气中CH4含量高达1.5%~2.0%,飞灰量大、对环境污染及飞灰堆存和综合利用问题有待解决。此技术适合于就近有褐煤的中小型氮肥厂改变原料路线。
无烟煤或焦碳破碎筛分→煤气化(C+H2O=CO+H2) →煤气预处理→煤气变换(CO+H2O=CO2+H2)→脱除残硫或脱除CO↓〔2〕→甲烷化→合成气压缩→氨合成(N2+3H2=2NH3),
采用湿式或干式脱硫工艺,效率可达90%。烟气通过催化剂,在300℃~400℃下加入氨可脱除氮氧化物50%~80%。在大型电站中应采用静电除尘,除尘效率可达99%。
燃烧后脱硫,又称烟气脱硫(Fluegasdesulfurization,简称FGD)。在FGD技术中,按脱硫剂的种类划分,可分为以下5种方法:1.以CaCO3(石灰石)为基础的钙法;2.以MgO为基础的镁法;3.以Na2SO3为基础的钠法;4.以NH3为基础的氨法;5.以有机碱为基础的有机碱法。世界上普遍使用的商业化技术是钙法,所占比例在90%以上。
按吸收剂及脱硫产物在脱硫过程中的干湿状态又可将脱硫技术分为湿法、干法和半干(半湿)法。1.湿法FGD技术是用含有吸收剂的溶液或浆液在湿状态下脱硫和处理脱硫产物,该法具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点,但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易对环境造成二次污染等问题;2.干法FGD技术的脱硫吸收和产物处理均在干状态下进行,该法具有无污水废酸排出、设备腐蚀程度较轻,烟气在净化过程中无明显降温、净化后烟温高、利于烟囱排气扩散、二次污染少等优点,但存在脱硫效率低、反应速度较慢、设备庞大等问题;3.半干法FGD技术是指脱硫剂在干燥状态下脱硫、在湿状态下再生(如水洗活性炭再生流程),或者在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物(如喷雾干燥法)的烟气脱硫技术。特别是在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物的半干法,以其既有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点,又有干法无污水废酸排出、脱硫后产物易于处理的优势而受到人们广泛的关注。按脱硫产物的用途,可分为抛弃法、回收法两种。
石灰石石膏法脱硫工艺是世界上应用最广泛的一种脱硫技术,日本、德国、美国的火力发电厂采用的烟气脱硫装置约90%采用此工艺。
脱硫设备它的工作原理是:将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合,烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙,硫酸钙达到一定饱和度后,结晶形成二水石膏。经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水,使其含水量小于10%,然后用输送机送至石膏贮仓堆放,脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴,再经过换热器加热升温后,由烟囱排入大气。由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触,吸收剂利用率很高,钙硫比较低,脱硫效率可大于95%,对环境的影响可以到非常低的程度。
1.洗选处理除去或减少原煤中所含的灰分、矸石、硫等杂质。1991年我国原煤洗选仅18.1%,洗选效率为85%;而发达国家原煤已全部洗选,洗选效率95%以上。
煤炭洗选是利用煤和杂质(矸石)的物理、化学性质的差异,通过物理、化学或微生物分选的方法使煤和杂质有效分离,并加工成质量均匀、用途不同的煤炭产品的一种加工技术。按选煤方法的不同,可分为物理选煤、物理化学选煤、化学选煤及微生物选煤等。
物理选煤是根据煤炭和杂质物理性质(如粒度、密度、硬度、磁性及电性等)上的差异进行分选,主要的物理分选方法有:(1)重力选煤,包括淘汰选煤、重介质选煤、斜槽选煤、摇床选煤、风力选煤等。(2)电磁选,利用煤和杂质的电磁性能差异进行分选,这种方法在选煤实际生产中没有应用。
物理化学选煤—浮游选煤(简称浮选),是依据矿物表面物理化学性质的差别进行分选。目前使用的浮选设备很多,主要包括机械搅拌式浮选和无机械搅拌式浮选两种。
煤炭自动洗选系统化学选煤是借助化学反应使煤中有用成分富集,除去杂质和有害成分的工艺过程。目前在实验室常用化学的方法脱硫。根据常用的化学药剂种类和反应原理的不同,可分为碱处理、氧化法和溶剂萃取等。
微生物选煤是用某些自养性和异养性微生物,直接或间接地利用其代谢产物从煤中溶浸硫,达到脱硫的目的。
物理选煤和物理化学选煤技术是实际选煤生产中常用的技术,一般可有效脱除煤中无机硫(黄铁矿硫),化学选煤和微生物选煤还可脱除煤中的有机硫。目前工业化生产中常用的选煤方法为淘汰、重介、浮选等选煤方法,此外干法选煤近几年发展也很快。
洗选精煤随着科技的进步及时代的发展,处于攻关或业已投入生产的某些特殊洗选工艺也将得到进一步的发展并替代传统工艺。
2.型煤加工
用机械方法将粉煤和低品位煤制成有一定形状和粒度的煤制品。高硫煤成型时可加入适量的固硫剂,大大减少二氧化硫的排放。
型煤是以粉煤为主要原料,按具体用途所要求的配比、机械强度和形状大小,经机械加工压制成型的,具有一定强度和尺寸及形状各异的煤成品。常见的有煤球、煤砖、煤棒、蜂窝煤等。型煤分工业用和民用两大类。工业型煤有化工用型煤,用于化肥造气、蒸汽机车用型煤、冶金用型煤(又称为型焦)。
民用型煤,又称为生活用煤,用于炊事和取暖,以蜂窝煤为主。
型煤生产工艺有无黏结剂成型、有黏结剂成型、热压成型3种。成型机械有冲压式成型机、对辊成型机、螺旋挤压机和蜂窝煤机等。型煤包括很多的种类,型煤可以把煤粉、煤面、煤泥,分别压成球形或者其他形状,也可以把煤粉和煤泥混合压成球形和其他形状,用于锅炉的燃烧和造气。
3.水煤浆
水煤浆热值相当于燃料油的1/2,可代替燃料油用于锅炉、电站、工业炉和窑炉,用于代替煤炭燃用,具有燃烧效益高、负荷调整便利、减少环境污染、改善劳动条件和节省用煤等优点。桂林钢厂以水煤浆代煤粉燃烧,折合标准煤约为90千克/吨材,节煤33%,烟尘排放由732降至240毫克/立方米致癌的氮氧化物含量由280.8毫克/立方米降至44毫克/立方米,使环境和劳动条件得到明显改善。此外,由于燃烧水煤浆工艺性能好,使钢材的烧损率由1.8%下降至1.5%,企业获得较好的经济效益。所以水煤浆技术不仅可用于代油,用于代煤也有节能和环保效益。
我国煤炭资源分布集中在“三西”,即山西、陕西及内蒙古西部。目前有63%的煤炭要从“三西”调出,我国长期存在北煤南运、西煤东调的格局。煤炭的管道运输投资少、建设周期短、营运费低、为全密闭输送,不污染环境。水煤浆经管道输送到终端即可供用户燃用,而且可长期密闭储存,避免了传统煤炭存储造成的污染。
煤气化作为洁净煤技术的重要组成部分,具有龙头地位。它将廉价的煤炭转化成为清洁煤气,既可用于生产化工产品,如合成氨、甲醇、二甲醚等,还可用于煤的直接与间接液化、联合循环发电(IGCC)和以煤气化为基础的多联产等领域。
迄今为止,世界上已经商业化的IGCC大型电站,均采用气流床技术,最具有代表性的是以干煤粉为原料的Shell气化技术和以水煤浆为原料的Texaco气化技术。Shell气化技术即将被引进中国建于洞庭,显现其碳转化率高、冷煤气效率高的优势。相比之下,水煤浆气化技术在中国引进得早,实践时间长,研究开发工作也做得更深入。
经过10多年的实践探索,中国在水煤浆气化技术方面,积累了丰富的操作、运行、管理与制造经验,气化技术日趋成熟与完善。经过长期科技攻关,在水煤浆气化领域,形成完整的气化理论体系,研究开发出拥有自主知识产权,达到国际领先水平的水煤浆气化技术。
脱硫,泛指燃烧前脱去燃料中的硫分以及烟道气排放前的去硫过程。是防治大气污染的重要技术措施之一。一般有燃烧前、燃烧中和燃烧后脱硫等三种。随着工业的发展和人们生活水平的提高,对能源的渴求也不断增加,燃煤烟气中的二氧化硫已经成为大气污染的主要原因。
减少二氧化硫污染已成为当今大气环境治理的当务之急。不少烟气脱硫工艺已经在工业中广泛应用,其对各类锅炉和焚烧炉尾气的治理也具有重要的现实意义。
扩展资料
燃烧前煤脱硫的注意事项:
对于一些对煤气中的硫化氢比较敏感的行业,可以结合干法脱硫与湿法脱硫技术的优点,将两种脱硫方法结合起来应用,利用湿法脱硫先将煤气中的大部分硫化氢脱除,然后,再利用干法脱硫对煤气中的硫化氢进行精脱,从而,达到较高的脱硫净度。
这样既利用了湿法脱硫可以在线调整的优点,又利用了干法脱硫脱硫效率高的优点,并克服了由于干法脱硫脱硫剂硫容因素造成的脱硫剂失效过快的问题。
参考资料来源:百度百科-脱硫
煤炭气化技术虽有很多种不同的分类方法,但一般常用按生产装置化学工程特征分类方法进行分类,或称为按照反应器形式分类。气化工艺在很大程度上影响煤化工产品的成本和效率,采用高效、低耗、无污染的煤气化工艺(技术)是发展煤化工的重要前提,其中反应器便是工艺的核心,可以说气化工艺的发展是随着反应器的发展而发展的,为了提高煤气化的气化率和气化炉气化强度,改善环境,新一代煤气化技术的开发总的方向,气化压力由常压向中高压(8.5 MPa)发展;气化温度向高温(1500~1600℃)发展;气化原料向多样化发展;固态排渣向液态排渣发展。 固定床气化也称移动床气化。固定床一般以块煤或焦煤为原料。煤由气化炉顶加入,气化剂由炉底加入。流动气体的上升力不致使固体颗粒的相对位置发生变化,即固体颗粒处于相对固定状态,床层高度亦基本保持不变,因而称为固定床气化。另外,从宏观角度看,由于煤从炉顶加入,含有残炭的炉渣自炉底排出,气化过程中,煤粒在气化炉内逐渐并缓慢往下移动,因而又称为移动床气化。
固定床气化的特性是简单、可靠。同时由于气化剂于煤逆流接触,气化过程进行得比较完全,且使热量得到合理利用,因而具有较高的热效率。
固定床气化炉常见有间歇式气化(UGI)和连续式气化(鲁奇Lurgi)2种。前者用于生产合成气时一定要采用白煤(无烟煤)或焦碳为原料,以降低合成气中CH4含量,国内有数千台这类气化炉,弊端颇多;后者国内有20多台炉子,多用于生产城市煤气;该技术所含煤气初步净化系统极为复杂,不是公认的首选技术。
(1)、固定床间歇式气化炉(UGI)
以块状无烟煤或焦炭为原料,以空气和水蒸气为气化剂,在常压下生产合成原料气或燃料气。该技术是30年代开发成功的,投资少,容易操作,目前已属落后的技术,其气化率低、原料单一、能耗高,间歇制气过程中,大量吹风气排空,每吨合成氨吹风气放空多达5 000 m3,放空气体中含CO、CO2、H2、H2S、SO2、NOx及粉灰;煤气冷却洗涤塔排出的污水含有焦油、酚类及氰化物,造成环境污染。我国中小化肥厂有900余家,多数厂仍采用该技术生产合成原料气。随着能源政策和环境的要来越来越高,不久的将来,会逐步为新的煤气化技术所取代。
(2)、鲁奇气化炉
30年代德国鲁奇(Lurgi)公司开发成功固定床连续块煤气化技术,由于其原料适应性较好,单炉生产能力较大,在国内外得到广泛应用。气化炉压力(2.5~4.0)MPa,气化反应温度(800~900)℃,固态排渣,气化炉已定型(MK~1~MK-5),其中MK-5型炉,内径4.8m,投煤量(75~84)吨/h,粉煤气产量(10~14)万m3/h。煤气中除含CO和H2外,含CH4高达10%~12%,可作为城市煤气、人工天然气、合成气使用。缺点是气化炉结构复杂、炉内设有破粘和煤分布器、炉篦等转动设备,制造和维修费用大;入炉煤必须是块煤;原料来源受一定限制;出炉煤气中含焦油、酚等,污水处理和煤气净化工艺复杂、流程长、设备多、炉渣含碳5%左右。针对上述问题,1984年鲁奇公司和英国煤气公司联合开发了液体排渣气化炉(BGL),特点是气化温度高,灰渣成熔融态排出,炭转化率高,合成气质量较好,煤气化产生废水量小并且处理难度小,单炉生产能力同比提高3~5倍,是一种有发展前途的气化炉。 流化床气化又称为沸腾床气化。其以小颗粒煤为气化原料,这些细颗粒在自下而上的气化剂的作用下,保持着连续不断和无秩序的沸腾和悬浮状态运动,迅速地进行着混合和热交换,其结果导致整个床层温度和组成的均一。流化床气化能得以迅速发展的主要原因在于:(1)生产强度较固定床大。(2)直接使用小颗粒碎煤为原料,适应采煤技术发展,避开了块煤供求矛盾。(3)对煤种煤质的适应性强,可利用如褐煤等高灰劣质煤作原料。
流化床气化炉常见有温克勒(Winkler)、灰熔聚(U-Gas)、循环流化床(CFB)、加压流化床(PFB是PFBC的气化部分)等。
(1)、循环流化床气化炉CFB
鲁奇公司开发的循环流化床气化炉(CFB)可气化各种煤,也可以用碎木、树皮、城市可燃垃圾作为气化原料,水蒸气和氧气作气化剂,气化比较完全,气化强度大,是移动床的2倍,碳转化率高(97%),炉底排灰中含碳2%~3%,气化原料循环过程中返回气化炉内的循环物料是新加入原料的40倍,炉内气流速度在(5~7)m/s之间,有很高的传热传质速度。气化压力0.15MPa。气化温度视原料情况进行控制,一般控制循环旋风除尘器的温度在(800~1050)℃之间。鲁奇公司的CFB气化技术,在全世界已有60多个工厂采用,正在设计和建设的还有30多个工厂,在世界市场处于领先地位。
CFB气化炉基本是常压操作,若以煤为原料生产合成气,每公斤煤消耗气化剂水蒸气1.2kg,氧气0.4kg,可生产煤气 (l.9~2.0)m3。煤气成份CO+H2>75%,CH4含量2.5%左右, CO215%,低于德士古炉和鲁奇MK型炉煤气中CO2含量,有利于合成氨的生产。
(2)、灰熔聚流化床粉煤气化技术
灰熔聚煤气化技术以小于6mm粒径的干粉煤为原料,用空气或富氧、水蒸气作气化剂,粉煤和气化剂从气化炉底部连续加入,在炉内(1050~1100)℃的高温下进行快速气化反应,被粗煤气夹带的未完全反应的残碳和飞灰,经两极旋风分离器回收,再返回炉内进行气化,从而提高了碳转化率,使灰中含磷量降低到10%以下,排灰系统简单。粗煤气中几乎不含焦油、酚等有害物质,煤气容易净化,这种先进的煤气化技术中国已自行开发成功。该技术可用于生产燃料气、合成气和联合循环发电,特别用于中小氮肥厂替代间歇式固定床气化炉,以烟煤替代无烟煤生产合成氨原料气,可以使合成氨成本降低15%~20%,具有广阔的发展前景。
U-Gas在上海焦化厂(120吨煤/天)1994年11月开车,长期运转不正常,于2002年初停运;中科院山西煤化所开发的ICC灰熔聚气化炉,于2001年在陕西城化股份公司进行了100吨/天制合成气工业示范装置试验。CFB、PFB可以生产燃料气,但国际上尚无生产合成气先例;Winkler已有用于合成气生产案例,但对粒度、煤种要求较为严格,甲烷含量较高(0.7%~2.5%),而且设备生产强度较低,已不代表发展方向。 气流床气化是一种并流式气化。从原料形态分有水煤浆、干煤粉2类;从专利上分,Texaco、Shell最具代表性。前者是先将煤粉制成煤浆,用泵送入气化炉,气化温度1350~1500℃;后者是气化剂将煤粉夹带入气化炉,在1500~1900℃高温下气化,残渣以熔渣形式排出。在气化炉内,煤炭细粉粒经特殊喷嘴进入反应室,会在瞬间着火,直接发生火焰反应,同时处于不充分的氧化条件下,因此,其热解、燃烧以吸热的气化反应,几乎是同时发生的。随气流的运动,未反应的气化剂、热解挥发物及燃烧产物裹夹着煤焦粒子高速运动,运动过程中进行着煤焦颗粒的气化反应。这种运动状态,相当于流化技术领域里对固体颗粒的“气流输送”,习惯上称为气流床气化。
气流床气化具有以下特点:(1)短的停留时间(通常1s);(2)高的反应温度(通常1300-1500℃);(3)小的燃料粒径(固体和液体,通常小于0.1mm);(4)液态排渣。而且,气流床气化通常在加压(通常20-50bar)和纯氧下运行。
气流床气化主要有以下几种分类方式:
(1)根据入炉原料的输送性能可分为干法进料和湿法进料;
(2)根据气化压力可分为常压气化和加压气化;
(3)根据气化剂可分为空气气化和氧气气化;
(4)根据熔渣特性可分为熔渣气流床和非熔渣气流床。
在熔渣气流床气化炉中,燃料灰分在气化炉中熔化。熔融的灰分在相对较冷的壁面上凝聚并最终形成一层保护层,然后液态熔渣会沿着该保护层从气化炉下部流出。熔渣的数量应保证连续的熔渣流动。通常,熔渣质量流应至少占总燃料流的6%。为了在给定的温度下形成具有合适粘度的液态熔渣,通常在燃料中添加一种被称为助熔剂的物质。这种助熔剂通常是石灰石和其它一些富含钙基的物质。在非熔渣气流床气化炉中,熔渣并不形成,这就意味着燃料必须含有很少量的矿物质和灰分,通常最大的灰分含量是1%。非熔渣气流床气化炉由于受原料的限制,因此工业上应用的较少。
气流床对煤种(烟煤、褐煤)、粒度、含硫、含灰都具有较大的兼容性,国际上已有多家单系列、大容量、加压厂在运作,其清洁、高效代表着当今技术发展潮流。
干粉进料的主要有K-T(Koppres-Totzek)炉、Shell- Koppres炉、Prenflo炉、Shell炉、GSP炉、ABB-CE炉,湿法煤浆进料的主要有德士古(Texaco)气化炉、Destec炉。
(1)、德士古(Texaco)气化炉
美国Texaco(2002年初成为Chevron公司一部分,2004年5月被GE公司收购)开发的水煤浆气化工艺是将煤加水磨成浓度为60~65%的水煤浆,用纯氧作气化剂,在高温高压下进行气化反应,气化压力在3.0~8.5MPa之间,气化温度1400℃,液态排渣,煤气成份CO+H2为80%左右,不含焦油、酚等有机物质,对环境无污染,碳转化率96~99%,气化强度大,炉子结构简单,能耗低,运转率高,而且煤适应范围较宽。目前Texaco最大商业装置是Tampa电站,属于DOE的CCT-3,1989年立项,1996年7月投运,12月宣布进入验证运行。该装置为单炉,日处理煤2000~2400吨,气化压力为2.8MPa,氧纯度为95%,煤浆浓度68%,冷煤气效率~76%,净功率250MW。
Texaco气化炉由喷嘴、气化室、激冷室(或废热锅炉)组成。其中喷嘴为三通道,工艺氧走一、三通道,水煤浆走二通道,介于两股氧射流之间。水煤浆气化喷嘴经常面临喷口磨损问题,主要是由于水煤浆在较高线速下(约30m/s)对金属材质的冲刷腐蚀。喷嘴、气化炉、激冷环等为Texaco水煤浆气化的技术关键。
80年代末至今,中国共引进多套Texaco水煤浆气化装置,用于生产合成气,我国在水煤浆气化领域中积累了丰富的设计、安装、开车以及新技术研究开发经验与知识。
从已投产的水煤浆加压气化装置的运行情况看,主要优点:水煤浆制备输送、计量控制简单、安全、可靠;设备国产化率高,投资省。由于工程设计和操作经验的不完善,还没有达到长周期、高负荷、稳定运行的最佳状态,存在的问题还较多,主要缺点:喷嘴寿命短、激冷环寿命仅一年、褐煤的制浆浓度约59%~61%;烟煤的制浆浓度为65%;因汽化煤浆中的水要耗去煤的8%,比干煤粉为原料氧耗高12%~20%,所以效率比较低。
(2)、Destec(Global E-Gas)气化炉
Destec气化炉已建设2套商业装置,都在美国:LGT1(气化炉容量2200吨/天,2.8MPa,1987年投运)与Wabsh Rive(二台炉,一开一备,单炉容量2500吨/天,2.8MPa,1995年投运)炉型类似于K-T,分第一段(水平段)与第二段(垂直段),在第一段中,2个喷嘴成180度对置,借助撞击流以强化混合,克服了Texaco炉型的速度成钟型(正态)分布的缺陷,最高反应温度约1400℃。为提高冷煤气效率,在第二阶段中,采用总煤浆量的10%~20%进行冷激(该点与Shell、Prenflo的循环没气冷激不同),此处的反应温度约1040℃,出口煤气进火管锅炉回收热量。熔渣自气化炉第一段中部流下,经水冷激固化,形成渣水浆排出。E-Gas气化炉采用压力螺旋式连续排渣系统。
Global E-Gas气化技术缺点为:二次水煤浆停留时间短,碳转化率较低;设有一个庞大的分离器,以分离一次煤气中携带灰渣与二次煤浆的灰渣与残炭。这种炉型适合于生产燃料气而不适合于生产合成气。
(3)、Shell气化炉
最早实现工业化的干粉加料气化炉是K-T炉,其它都是在其基础之上发展起来的,50年代初Shell开发渣油气化成功,在此基础上,经历了3个阶段:1976年试验煤炭30余种;1978年与德国Krupp-Koppers(krupp-Uhde公司的前身)合作,在Harburg建设日处理150t煤装置;两家分手后,1978年在美国Houston的Deer Park建设日处理250t高硫烟煤或日处理400t高灰分、高水分褐煤。共费时16年,至1988年Shell煤技术运用于荷兰Buggenum IGCC电站。该装置的设计工作为1.6年,1990年10月开工建造,1993年开车,1994年1月进入为时3年的验证期,目前已处于商业运行阶段。单炉日处理煤2000t。
Shell气化炉壳体直径约4.5m,4个喷嘴位于炉子下部同一水平面上,沿圆周均匀布置,借助撞击流以强化热质传递过程,使炉内横截面气速相对趋于均匀。炉衬为水冷壁(Membrame Wall),总重500t。炉壳于水冷管排之间有约0.5m间隙,做安装、检修用。
煤气携带煤灰总量的20%~30%沿气化炉轴线向上运动,在接近炉顶处通入循环煤气激冷,激冷煤气量约占生成煤气量的60%~70%,降温至900℃,熔渣凝固,出气化炉,沿斜管道向上进入管式余热锅炉。煤灰总量的70%~80%以熔态流入气化炉底部,激冷凝固,自炉底排出。
粉煤由N2携带,密相输送进入喷嘴。工艺氧(纯度为95%)与蒸汽也由喷嘴进入,其压力为3.3~3.5MPa。气化温度为1500~1700℃,气化压力为3.0MPa。冷煤气效率为79%~81%;原料煤热值的13%通过锅炉转化为蒸汽;6%由设备和出冷却器的煤气显热损失于大气和冷却水。
Shell煤气化技术有如下优点:采用干煤粉进料,氧耗比水煤浆低15%;碳转化率高,可达99%,煤耗比水煤浆低8%;调解负荷方便,关闭一对喷嘴,负荷则降低50%;炉衬为水冷壁,据称其寿命为20年,喷嘴寿命为1年。主要缺点:设备投资大于水煤浆气化技术;气化炉及废锅炉结构过于复杂,加工难度加大。
我公司直接液化项目采用此技术生产氢气。
(4)、GSP气化炉
GSP(GAS Schwarze Pumpe)称为“黑水泵气化技术”,由前东德的德意志燃料研究所(简称DBI)于1956年开发成功。目前该技术属于成立于2002年未来能源公司(FUTURE ENERGY GmbH)(Sustec Holding AG子公司)。GSP气化炉是一种下喷式加压气流床液态排渣气化炉,其煤炭加入方式类似于shell,炉子结构类似于德士古气化炉。1983年12月在黑水泵联合企业建成第一套工业装置,单台气化炉投煤量为720吨/天,1985年投入运行。GSP气化炉目前应用很少,仅有5个厂应用,我国还未有一台正式使用,宁煤集团(我公司控股)将要引进此技术用于煤化工项目。
总之,从加压、大容量、煤种兼容性大等方面看,气流床煤气化技术代表着气化技术的发展方向,水煤浆和干煤粉进料状态各有利弊,界限并不十分明确,国内技术界也众说纷纭。