干粉气化与水煤浆气化的对比20120427.docVIP

年产30万吨合成氨装置气化技术的选择和比较 煤化工的龙头是煤气化，煤气化工艺的选择，有时直接决定了企业的生死存亡或者效益好坏，最典型的例子就是国内有名的三家大型煤制烯烃企业，采用了三种不同的煤气化技术，得到三种不同的结果。 目前成熟的高压粉煤气化技术从进料方式上可以分为干法（干法进料）和湿法（水煤浆进料）。干法气化目前在国内应用较多的主要有Shell、GSP和航天炉；湿法气化目前在国内应用较多的主要GE、四喷嘴和清华炉。这些气化技术各有优缺点，就气化炉本身而言也有很多科研单位和应用单位对其优缺点、性能、使用情况进行了介绍和对比。由于合成氨工程是技术集成度很高的综合工程，涉及多个单元，因此仅仅从气化炉本身进行对比不尽全面，不尽合理。本文从合成氨整个流程上对干法气化和湿法气化的主要流程和消耗进行比较，以便从整个流程上对两种气化方法有更全面的认识，以便于气化技术的选择。 为便于比较，故选用国内目前较成熟的工艺路线进行比较，干法气化流程为，4.0MPa气化，四段耐硫变换，低温甲醇洗，液氮洗，合成器压缩，合成氨。湿法气化流程为，6.5MPa气化，三段耐硫变换，低温甲醇洗，液氮洗，合成器压缩，合成氨。合成氨装置，两种气化技术均相同，故不作比较，仅对前面工序进行对比。 对于空分工段，不是本文比较的重点，仅对氧耗进行比较，一般4.0MPa气化，配套氧气压力为5.8MPa，6.5MPa气化，配套氧气压力为8.3MPa，如均采用内压缩流程，5.8MPa 1Nm3的氧气能耗和8.3MPa 1Nm3的能耗相差约0.02KW，在国内实际的运行案例中，两者的实际差别几乎没有，例如，神华宁煤采用4.0MPa气化，神华包头采用6.5MPa气化，但是宁煤空分单位氧气的能耗却比包头的还要高。 气化反应 不论是干法气化还是湿法气化，其气化原理是相同的，目前在国内应用的高压气流床气化均是采用纯氧气化，主要的反应式为： 对于湿法气化，由于大量水分随水煤浆进入气化炉，因此气化室内有大量的水蒸气存在，在炉内会发生部分CO变换反应，有比较多的CO会转化成CO2，同时得到相同摩尔数的H2，而且在高温下变换反应的速率很大，所以湿法气化出气化炉的粗煤气中CO含量比干粉气化低，H2含量比干粉气化高。 干法气化中为了保证煤粉的顺利输送，通常煤粉中的水份含量要控制在2%左右，与湿法气化相比，干法气化入炉一吨干煤粉只有20kg水到炉内。如果湿法气化的水煤浆浓度按照62%考虑，则入炉一吨干煤约带613kg水到炉内进行气化。不过根据气化技术不同，在干法气化中需要向气化炉内加入约5~20%的水蒸气（在本文的计算中假定为8%），因此干法气化时一吨干煤需要的入炉水量为80kg。 湿法气化炉气化室出口水蒸气含量通常约20%左右，1000kg煤通常的干气产量约2200Nm3，因此气化室出口仍然还有约440Nm3的水蒸气，即约353kg的水没有反应，只是温度需要加热到气化室出口温度（本文计算中按照1350℃考虑）。 假定干法气化炉出口的水蒸气含量为0%。在干粉气化中原煤带入的2%水分需要从常温加热到气化室出口温度，以蒸汽方式进入的水分需要从饱和温度加热到气化室出口的温度。 无论是湿法气化还是干法气化，气化炉出口合成气中的氢气来源一部分是煤本身含有的氢元素，另外一部分进入气化炉的水反应生成的H2。为了简化计算，假定进入气化炉中的水和焦炭发生异相水煤气变换反应，即： 根据现有的实际运行经验，就气化炉本身来说，干法气化的氧耗和煤耗都比湿法气化要低。从以上分析可以看出，入炉一吨干煤的条件下，主要是由于湿法气化中需要将带入的水分加热到气化室的出口温度，同时在湿法气化炉中还有约260kg的水要发生吸热的异相水煤气变换反应，而干法气化炉中发生此反应的水分只有约80kg。经过核算，湿法气化与干法气化相比，由于要将带入水分加热到气化室出口温度，同时要提供大量热量供异相水煤气变换反应，需要额外提供的热量差约为2553MJ。假定这些额外的热量供应需要入炉煤完全燃烧并生成CO2来提供，则入炉一吨干煤时，湿法气化比干法气化约要多103kg煤转化成为CO2，并多消耗86Nm3的氧气。这也是湿法气化炉出口中CO2含量高于干法气化的一个原因。 根据国内气化的典型结果，吨氨煤耗为1353kg，吨氨氧耗为710Nm3，因此： 表1 氧耗和煤耗比较表 项目 湿法气化 干法气化 备注 吨氨煤耗 1492.8Kg 1353Kg 吨氨氧耗 783.3Nm3 710Nm3 以上比较的基础是相同煤种 煤浆（粉）制备 2.1 干粉制备 干粉气化采用干磨，原料煤在微负压条件和热惰性气条件下，在磨煤机中进行磨粉和干燥，热惰性气由热风炉提供，采用加热的惰性气体进行干燥，通过惰性气体对煤粉进行吹扫，同时将蒸发出来的水分带走，惰性气体和煤粉在煤