【文章內容簡介】 下進行,產品氣中不含有焦油、酚等大分子烴類,廢水中主要是含氰化合物,遠比其他方法生產的廢水易于處理。同時氣化系統(tǒng)的水在內部循環(huán)使用,外排量很少。并且可以將難于處理的工業(yè)廢水(如含酚廢水)用于水煤漿的配制,大大減輕了對環(huán)境的污染。氣化排出的廢渣可用于建筑材料(如水泥熟料)的生產。（7）控制系統(tǒng)先進、可靠德士古水煤漿氣化工藝采用了先進的DCS集散控制系統(tǒng),自動化程度高。為了使裝置運行安全可靠,系統(tǒng)中設置了復雜的安全聯(lián)鎖。（8）一次性投資較小 由于德士古煤氣化工藝專利權屬于德士古公司所有,并且重要的設備、閥門、儀表需從國外引進,專利費比較高。目前該裝置的國產化程度比較高，裝置建設投資數(shù)額不大。殼牌 (Shell)干煤粉氣化工藝是殼牌 (Shell)公司開發(fā)的煤粉氣化工藝，具有鮮明的技術特色，是當前先進的第二代煤氣化工藝。早在1972年就開始基礎研究，1978年德國漢堡殼牌150 t/d投煤量中試裝置運行幾年并取得豐富的基礎數(shù)據(jù)。1987年在美國休斯頓建設了一套投煤量250 t/d的示范裝置，在此示范裝置中殼牌公司使用了十幾種煤，包括煙煤、無煙煤、褐煤、石油焦等，其運行表明，該示范裝置能適應上述所有煤種并累計運行了15000小時。在取得大量數(shù)據(jù)基礎上，于1993年在荷蘭建成日處理煤量為2000噸的單系列大型氣化裝置，1994年首次將生產的煤氣用于發(fā)電，并且使用了多種世界各地煤種，取得了豐富的數(shù)據(jù)。該煤氣化裝置用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電經過3年示范運行，已于1998年1月正式交付用戶使用，氣化裝置連續(xù)運轉率達95％，其負荷可在40－100％之間調整，生產操作數(shù)據(jù)表明已達到預期目標。殼牌粉煤氣化工藝具有如下特點：A 采用干煤粉作氣化原料，煤粉用惰性氣輸送，操作十分安全。對煤種的適應性比較廣泛，從較差的褐煤、次煙煤、煙煤到石油焦均可使用；對煤的灰熔點適應范圍比其它氣化工藝更寬，即使是高灰分、高水分、高硫的煤種也能使用。 B 氣化溫度高，一般在1400－1600 ℃，碳轉化率高達99%，合成氣質量好。煤氣中甲烷含量極少，不含重烴組分，CO+H2 含量可達到含量可90%。由于氣體中有效組分含量高，煤氣總量有所減少，因而氣化消耗煤量也可降低。 C 氧耗低。采用干煤粉進料與水煤漿進料氣化法相比不需在爐內蒸發(fā)水分，氧氣用量因而可減少15－25%，從而降低了生產成本。配套空分裝置規(guī)模相對縮小，投資也可相應降低。D 氣化爐采用水冷壁結構，無耐火磚襯里。水冷壁設計壽命按25年考慮。正常使用維護量很小，運行周期長，也無需設置備用爐。商業(yè)化運行單臺爐日處理煤量已達2000噸，目前，正在設計更大規(guī)模的裝置。 E 每臺氣化爐設有4－6個燒嘴，故對生產負荷調節(jié)比Texaco單個燒嘴更為靈活，范圍也更寬。Shell燒嘴保證壽命為8000小時，已超過連續(xù)16000小時運行。燒嘴的使用壽命長，也是氣化裝置能長期運行的一個重要保證。 F 熱效率高。Shell煤氣化的冷煤氣效率達到78－83%，其余－15%副產高壓或中壓蒸汽，總的原料煤的熱效率達98%，處于很高水平。 G 對環(huán)境影響小。氣化過程無廢氣排放。系統(tǒng)排出的融渣和飛灰含碳低，可作為水泥等建筑材料，堆放時也無污染物滲出。氣化污水不含焦油、 酚等，容易處理，需要時可作到零排放。 熔融床氣化爐是一種氣液固三相反應的氣化爐，燃料和氣化劑并流進入爐內，煤在熔融的渣，金屬與鹽浴中直接接觸氣化劑而氣化，生成的煤氣由爐頂?shù)莱?，灰渣則以液態(tài)和熔融物一起溢流出氣化床。 爐內溫度很高，燃料一進入床內便迅速被加熱氣化，因而沒有焦油類物質生成。熔融床不同于移動床，沸騰床和氣流床，對煤的粒度沒有過分的要求，大部分熔融床氣化爐適應磨得很粗的煤，也包括煤粉。熔融床也可以適應強粘結性煤，高灰煤和高硫煤。熔融床的缺點是熱損失大，熔融物對環(huán)境污染嚴重，高溫熔鐵鹽對爐體造成嚴重腐蝕。（1）原料選擇加壓氣化所應的煤種有無煙煤、煙煤、褐煤等。煤的活性高，能在較低的溫度下操作，降低氧耗，并能提高氣化強度和煤氣質量，因此煤的活性越高越好，加壓氣化也可以采用弱黏結性煤種，爐內需設攪拌破黏裝置，依靠漿葉的轉動，將結塊打碎。（2）生產過程控制氣化爐的生產能力高，以水分含量為20%25%的褐煤為原料，氣化爐的氣化強度在2500kg/( ) 左右，比一般的常壓氣化強度高46倍，所產煤氣的壓力高，可以縮小設備和管道尺寸。（3）氣化產物 壓力高的煤氣易于凈化處理，副產品的回收率高，通過改變氣化壓力和氣化劑的汽氧比等條件，以及對煤凈化處理后，幾乎可以制的各種比例（H2/CO）的化工合成原料氣。（4）煤氣輸送 可以降低動力消耗，便于遠距離輸送。Texaco水煤漿氣化技術、Shell煤氣化技術、熔融床氣化工藝、魯奇加壓氣化爐成分及工藝比較分別見下表：表11 四種煤氣工藝水煤氣的成分含量成分德士古Shell熔融床魯奇加壓H238COCO2CH4H2S+COSN29073Ar表12 四種煤氣化工藝比較項目德士古Shell熔融床魯奇加壓灰熔點/oC小于1300小于1450大于140016001700水分/％小于8小于8（褐煤）小于2（煙煤）小于20小于154灰分/％小于13小于13灰分無限制小于40操作壓力/MPa操作溫度/ oC1350140014001700110013009001000排灰方式液態(tài)液態(tài)固態(tài)固態(tài)碳的轉化率/％9899大于98988895原料準備復雜，費用高復雜，費用高簡單，費用低簡單，費用低煤氣水處理較簡單簡單量大，復雜量大，復雜 以上比較可以看出，Shell工藝在運行周期、單爐產能、變負荷能力、碳的轉化率和有效氣(CO+H2)含量等方面優(yōu)勢明顯，而且在環(huán)保和資源綜合利用方面也具有優(yōu)勢，有較好的技術發(fā)展前景，但該技術設備投資較大。中國石化集團公司和殼牌公司合作，已投資136億美元在岳陽洞庭化肥廠建設日耗煤2 000 t的煤氣化廠，以煤代油生產合成氨300 kt/a。目前還有多家采用Shell粉煤氣化工藝造氣用于生產合成氨的裝置正在建設中。 魯奇加壓氣化工藝在國內合成氨生產中已有多套工業(yè)化裝置，技術成熟，運行可靠，國產化率高。但Lurgi煤氣化工藝明顯存在許多缺陷，導致合成工藝流程復雜，廢水處理困難，環(huán)境污染嚴重。 Texaco工藝在我國已有近10 年的成功應用經驗。水煤漿是一種由水、煤、添加劑混合制備而成的新型煤基流體環(huán)保燃料，流動性好、儲存穩(wěn)定、運輸方便，既保留了煤的燃燒特性，又具備了類似重油的液態(tài)燃燒特點，燃燒效率高，污染物排放低，2 t水煤漿可以替代1 t燃油。［8］相比之下，Texaco工藝具有明顯的優(yōu)勢，而且水冷激流程特別適合與合成氨、甲醇生產工藝相匹配。若將我國每年燒掉的30000 kt重油全改為水煤漿，其意義將是深遠的。有關資料表明，2004年中國石油進口達1億t。因此，Texaco水煤漿氣化技術是目前合成氨、甲醇生產廠家的優(yōu)選工藝，將成為緩解我國石油供需矛盾和減少常規(guī)污染的主要途徑。 煤漿制備及輸送工段來自原料貯運系統(tǒng)的粒度為10mm以下的碎煤，連續(xù)送入煤倉V1101，在煤倉中儲存可供4小時的用量。煤倉中的煤經煤稱量給料機W1101計量后送入磨煤機M1101。磨煤機M1101中還加入添加劑，以穩(wěn)定煤漿，降低煤漿粘度。從界區(qū)外運來的添加劑（主要是造紙廢液，含木質素磺酸鈉）由軟管注入到添加劑地下槽V1207，再由添加劑地下槽泵P1202送到添加劑槽V1202中儲存，添加劑槽V1202底部設有蒸汽盤管。添加劑槽中的添加劑經添加劑給料泵P1203計量后送入磨煤機M1101。制漿用水為渣水處理工序的冷凝液和濾液。來自渣水處理工段濾液受槽V1416的濾液經濾液泵P1409由調節(jié)閥FV1101進行流量調節(jié)后送入磨煤機M1101。氣化爐未開車時，磨煤機M1101的工藝水由新鮮水補充。煤﹑添加劑﹑工藝水按比例在磨煤機M1101中濕磨至所要求的粒度分布﹑濃度約為58～62％(WT)的水煤漿后從磨煤機M1101出口溢出，溢流出的煤漿經滾筒篩S1101濾去3mm以上的大顆粒，煤漿依靠重力自流至磨煤機出料槽V1102，由磨煤機出料槽泵P1101送至煤漿槽V1201儲存，再由煤漿給料泵P1201送往氣化工序。為防止煤漿在儲存過程中發(fā)生沉淀，在磨煤機出料槽V110煤漿槽V1201頂部分別安裝有攪拌器X1101﹑X1201進行攪拌。同時，在開﹑停車時為防止煤漿管線堵塞，還設置了沖洗水系統(tǒng)：來自管網(wǎng)的新鮮水送到沖洗水槽V1103后由沖洗水泵P1102分配到磨煤機區(qū)域﹑煤漿槽區(qū)域﹑氣化框架﹑渣水處理等四個區(qū)域，沖洗時用軟管連接。磨煤單元的排放﹑沖洗﹑泄漏等廢水都匯集到磨煤排放池V1203中，由磨煤排放池泵P1204送到濾液受槽V1416中，以供循環(huán)利用。工藝流程中還考慮了用于降低煤灰熔點的石灰石工藝流程。用以改善熔渣性能的石灰石由槽車運至界區(qū)，并用氣力輸送至石灰儲倉V1104，在石灰儲倉V1104頂部設有除塵系統(tǒng)以防止粉塵污染，石灰石經石灰稱量給料機W1102稱量后送至磨煤機M1101。 多噴嘴對置式氣化及煤氣初步凈化工序由磨煤機出口槽泵來的煤漿送入煤漿槽V1201。煤漿槽有一定的標高，提供煤漿給料泵所需的入口壓頭。來自煤漿槽的煤漿，由兩臺煤漿給料泵P1201A、P1201B加壓后，分別經煤漿切斷閥進入工藝燒嘴X1301。投料前，煤漿經煤漿循環(huán)閥循環(huán)回煤漿槽V1201。空分裝置來的純氧，分別經氧氣流量調節(jié)閥、氧氣切斷閥后，進入工藝燒嘴X1301的中心通道和外通道。根據(jù)安全系統(tǒng)要求，投料前用氧氣放空方式建立氧氣流量。水煤漿和氧氣通過四個對稱布置在同一水平面的工藝燒嘴同軸射流進入氣化爐內，氣化反應的條件為～、～1350℃。生成的粗合成氣為HCO、CO2及水蒸汽等的混合物。煤中的未轉化組分與煤灰形成灰渣。粗合成氣與灰渣一起向下，穿過洗滌冷卻水分布環(huán)，沿洗滌冷卻管進入洗滌冷卻室的水浴中。大部分的灰渣冷卻后，落入洗滌冷卻室底部。粗合成氣經分布器后由多層橫向分隔器破泡洗滌，出洗滌冷卻室，去煤氣初步凈化工序。洗滌水經黑水過濾器V1309濾去可能堵塞洗滌水分布環(huán)的大顆粒，送入位于洗滌冷卻管上部的洗滌水分布環(huán)。洗滌冷卻室底部含渣水中含固量～1%，通過液位調節(jié)連續(xù)排出洗滌冷卻室，送入含渣水處理工序。在氣化爐烘爐期間，洗滌冷卻室底部水經過水封槽V1305溢流排入澄清槽V1411，在開車期間，含渣水經過開工管線去真空閃蒸。洗滌冷卻室底部的粗渣經破渣機X1304破渣后排入鎖斗V1307，然后定時排放。在氣化爐預熱期間，利用頂置的預熱燒嘴進行升溫，直到氣化爐內溫度達到要求的溫度。預熱燒嘴有其單獨的燃料供給和調節(jié)系統(tǒng)。洗滌冷卻室出口氣體經開工抽引器X1303排入大氣。通過調節(jié)預熱燒嘴風門和抽引蒸汽量控制氣化爐的真空度在100～800mmH2O。氣化爐燃燒室裝有若干直接測量反應溫度的熱電偶。工藝燒嘴在高溫下工作，為了保護燒嘴，在端部有冷卻盤管和水夾套，通入的冷卻水連續(xù)循環(huán)流動以冷卻燒嘴，防止高溫損壞。脫鹽水首先送入燒嘴冷卻水槽V1301，由燒嘴冷卻水泵P1301加壓后送入燒嘴冷卻水換熱器E1301，然后分多路分別進入對應的工藝燒嘴的冷卻盤管。出燒嘴冷卻盤管的水分別進入對應的燒嘴冷卻水回水分離罐V1306。燒嘴冷卻水回水分離罐V1306通入低壓氮氣，作為CO分析的載氣。V1306的氣相經放空管排入大氣。在四個放空管上分別安裝CO監(jiān)測器，通過監(jiān)測CO含量來判斷燒嘴是否被燒穿，正常CO含量為0ppm。分離器的冷卻水依靠重力合流返回燒嘴冷卻水槽。燒嘴冷卻水系統(tǒng)設置了一套單獨的聯(lián)鎖系統(tǒng)，在判斷燒嘴端部冷卻盤管和水夾套泄漏的情況下，將引起燒嘴冷卻水系統(tǒng)四選二聯(lián)鎖造成氣化爐聯(lián)鎖停車，以保護工藝燒嘴（X1301A～F）不受損壞。燒嘴冷卻水泵（P1301A/B）設置了自啟動功能，當出口壓力低（PSL1310）則備用泵自啟動。如果備用泵啟動后仍不能滿足要求，出口壓力低低（PSLL1310），則事故冷卻水槽（V1302）的事故閥（KV1309）打開短時間向燒嘴提供燒嘴冷卻水。沉積在氣化爐洗滌冷卻室底部的粗渣及其他固體顆粒，通過循環(huán)水流的循環(huán)作用，經鎖斗安全閥、鎖斗進口閥進入鎖斗V1307。鎖斗安全閥處于常開狀態(tài)，僅當洗滌冷卻室液位低低引起的氣化爐停車，安全閥才關閉。鎖斗循環(huán)泵P1302從鎖斗頂部抽取相對潔凈的水送回洗滌冷卻室底部水浴，建立的循環(huán)水流攜帶渣進入鎖斗。鎖斗循環(huán)分為收渣、泄壓、清洗、排渣和充壓五個階段，一個循環(huán)的時間大約為 30 分鐘。鎖斗程序啟動后，當排渣時間到時，循環(huán)閥打開，鎖斗循環(huán)泵入口關閉，鎖斗進口閥關閉，鎖斗泵自身循環(huán)。鎖斗泄壓閥打開，渣池溢流閥關閉，鎖斗開始減壓，鎖斗內壓力泄至渣池 V1303。減壓后，清洗閥打開，清洗泄壓管線，設定時間到后關閉清洗閥，關閉鎖斗泄壓閥，打開自鎖斗沖洗水罐V1308至鎖斗的鎖斗沖洗閥及自鎖斗至渣池的鎖斗出口閥，鎖斗開始排渣。排渣計時器開始計時，到達預定時間后，鎖斗出口閥、鎖斗沖洗閥關閉。鎖斗充壓閥打開，用來自含渣水處理工序高溫熱水泵 P1402 的高壓灰水對鎖斗進行充壓。當鎖斗與氣化爐之間的壓差小于設定值時，充壓閥關閉，鎖斗進口閥重新打開。與此同時，鎖斗循環(huán)泵入口閥打開，循環(huán)閥關閉，鎖斗開始收渣，渣池溢流閥在鎖斗出口閥關閉5min打開。全部排渣循環(huán)(泄壓、清洗、排渣、充壓)時間大約 2 分鐘。鎖斗循環(huán)重新開始。灰水由低壓灰水泵P1406經灰水冷卻器E1302冷卻后，通過鎖斗沖洗水罐加水閥，送入鎖斗沖洗水罐。沖洗水罐設置有至渣池的溢流管線。鎖斗排放出