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时间:2019-08-21
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1、煤化工工艺技术评述与展望煤化工的三个工业化层次:煤化工工艺,按工艺步骤分为三个工业化层次:醇醚类(甲醇、DME)煤合成气——碳氧化合物(醋酸)——下游产品烃类(烯烃、汽、柴、煤油)其它(H2、H2/N2)其中合成气后的二个层次可与天然气化工和煤层气化工并轨,它们所需研究的问题是一致的。煤气化技术有两次重大突破,第一次是工业制氧装置的开发,用O2代替空气进行工业煤气化;第二次是加压气化的开发。煤气化方法随着煤气化技术的发展,形成了不同的气化方法,按煤在气化炉中的流体力学行为,可分为移动床气化、流化床气化、气流床气化、熔融床气化四种方法,前三种已工业化或
2、已建示范装置,熔融床气化则处于中试阶段。2.1.1 移动床气化移动床气化又称固定床气化,属于逆流操作。可分为常压与加压两种。2.1.2 流化床气化流化床气化采用8mm以下颗粒煤为原料,气化剂同时作为流化介质,经过流化床的气体分布板自下而上通过床层。由于流化床内气、固之间良好的返混和接触,其传热和传质速率均很高,故流化床的温度和组成比较均匀。温克勒煤气化方法是最早用于工业生产的,适用于褐煤、不粘煤、弱粘煤、中等粘结性的烟煤,煤粒的允许粒度范围较宽,气化炉的结构简单,造价低,气化剂消耗也较低,但温克勒炉的体积庞大,显热损失大,碳利用率低,煤耗高。高温温克
3、勒气化法(HTW)可以提高气化压力和气化温度,来改进操作和改善煤气质量,是很有前途的气化工艺。随着灰熔聚技术的研究成功,美国煤气技术研究所(IGT)和美国凯洛格公司分别开发出了U-GAS和KRW两种流化床气化工艺,这两种工艺弥补了传统工艺排灰含碳过高的不足。2.1.3 气流床气化气流床是在固体燃料气化过程中,气化剂将煤粉夹带进入气化炉,进行并流气化。粉煤气化具有较大的反应表面积。气流床气化的特点在于煤粒各自被气流隔开,燃料的粘结性对气化过程没有影响。燃料在气流床气化炉的反应区停留时间极短,即燃料与气化剂的反应很快。为了维持较高的反应温度,采用O2和少
4、量的水作为气化剂。K-T炉法是最早工业化的气流床气化方法。它采用干法进料技术,在常温下操作,属粉煤高温常压液态排渣气化法。由于在常压下操作存在问题较多,故又开发出加压气化工艺-Shell法和Prenflo法。2.3.1 Texaco水煤浆气化技术水煤浆气化是以水煤浆(含煤60W/%~65W/%、水35W/%~40W/%)为原料,与工艺O2在气化炉内进行部分氧化反应,气化压力为2.6MPa~8.53MPa、温度1400℃,最终获得合成气CO+H2。该工艺碳转化率达95%~96%,有效气成份(CO+H2)高达80%左右,甲烷含量低,不产生焦油、萘、酚等污
5、染物,单耗指标因煤种和后序工艺技术而异,吨氨煤耗约为1.24t。该技术1978年开发成功后,曾用于Eastman、CoolWater、UBE等装置,展示了良好的经济效益与社会效益。其优点是:安全可靠、适用煤种相对较广和对粒度无要求、操作弹性大、碳转化率高、三废处理简单、对环境友好。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,较之渣油气化不同的是:水煤浆气化喷嘴经常面临喷口磨损,主要是由于水煤浆在较高线速下(约30m/s)对金属材质的冲刷磨蚀。喷嘴、气化炉、激冷环
6、为Texaco水煤浆气化的技术关键。该工艺技术没在中国申请专利,靠Knowhow支撑其商业活动。在引进Texaco专利技术进行工程设计时,该公司提供PDP软件包,用以完成指定规模工程设计,但不提供气化炉结构参数和计算依据。一旦气化炉容量以及工艺条件(如煤种、煤浆浓度、气化压力等)改变时,仍需向该公司申请专利许可证,并支付专利费。Texaco水煤浆气化技术应用典型装置:(1)Coo1Water电站。1984年5月起动投运,1989年率先完成了商业验证运行。煤浆浓度60%~68%,日处理能力为900t~1000t煤。(2)Tampa电站。1996年投运,
7、日处理煤2400t,218MPa气化。(3)UBE氨厂。1983年筹建,日处理煤1500t。(4)Eastman甲醛厂。日处理煤820t。(5)Ruhrchem/Ruhrkohle。日处理煤720t。目前水煤浆气化技术还有一些关键技术需改进,如:(1)喷嘴寿命短,进口可使用约60d(25万$/台),国产可使用约52d;(2)激冷环使用寿命仅一年;(3)耗氧量大,有效气产率不够高。2.3.2 Dow气化技术Dow水煤浆气化工艺是美国Dow公司开发出的两段气化工艺,主要用于循环联合发电(IGCC),但Dow公司有将该工艺用于化工生产的意图,如在引进渭河化
8、肥装置时,Dow公司曾参与与投标。迄今,还未见Dow气化的化工生产的报道。但该工艺因优点明显,有用于化工生产
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