甲醇气化工艺设计

甲醇气化工艺设计任务书

专业 化学工程与工艺 班级 化工1 设计人 孟德东 一 设计题目

题目三 年产 120 万吨煤制甲醇气化工艺设计

二 设计条件

1 生产规模

年产 120 万吨甲醇，年开工日为330天，工作小时为24小时。 2原料煤规格

原料煤的元素分析为：C 67.5%；H 4.0% ；O 10.2%；N 0.65% ；S（可燃）1.73%；S（不可燃）0.34%； Cl/（mg/kg）229；F/（mg/kg）104；Na/（mg/kg）2180；K/（mg/kg）292 。

3产品质量标准及粗甲醇组成

本产品（精甲醇）执行国家《GB338—92》标准，具体指标见下表

表1 甲醇《GB338—92》

指标 项 目 优等品 色度（铂—钴），号 ≤ 密度（200C），g/cm3 温度范围(0℃,101325Pa)，℃ 沸程（包括64.6±0.10C），℃ ≤ 高锰酸钾试验，min ≥ 水溶性试验 水分含量，% ≤ 酸度（以HCOOH计），% ≤ 或碱度（以NH3计），% ≤ 羰基化合物含量（以CH2O计），% ≤ 蒸发残渣含量，% ≤

0.10 0.0015 0.0002 0.002 0.001 0.8 50 澄清 0.15 0.003 0.0008 0.005 0.003 0.791～0.792 5 0.791～0.793 64.0-65.5 1.0 30 1.5 20 0.005 0.0015 0.01 0.005 一等品 合格品 10

表2 粗甲醇组成

组分 甲醇 二甲醚 高级醇（以异丁醇计） 高级烷烃（以辛烷计） 水 粗甲醇 百分比 93.40% 0.42% 0.26% 0.32% 5.6% 100%

年产83万吨甲醇气化工艺设计

1.总论 1.1 设计概况

1.1.1 产品介绍

煤气化产物的有效组分是CO，H2 和CH4。通过调节其各自比例后广泛地应用于国民经济的不同部门，包括合成气、城市煤气、工业用燃气、联合循环发电用燃气及冶金工业还原气等。如今，国内外正在把煤化学发展成以煤炭气化为基础的碳化学工业，使煤化工由能源型逐渐转向化工型。所以，煤气化制合成气 (主要成分为CO+H2)将成为目前主要发展方向。

合成气又称化工原料气，其除了作为气体燃料使用外，另一个重要用途是作为化工合成原料，已展现出广阔的前景。由于合成气化工和碳化学技术的开发和发展，煤气化制取合成气，进而直接合成各种化工产品的工艺已成为现代煤化工的基础。

当前国内外进行合成研究的重点包含以下三个方面：

（1） 醇类：甲醇、乙醇、低碳混合醇、乙二醇； （2） 烃类：烷烃 (CH4)、烯烃、芳烃 (汽油、柴油)； （3） 酸类：醋酸。

近来研究表明，大多数化工原料 (烷烃，烯烃，芳烃等)均可以用合成气直接合成，而其一次产物 (如甲醇)又可进一步合成更多不同产物。

如下图1所示。

F－T油裂解 烃类 烯烃 催化剂 H2O 甲烷 CO+H2 （合成气） 羟基合成 甲醇 H2/CO 乙醇 NH3 含氧化合物 醋酸

图1－各种合成路线

在醇类合成过程中，甲醇占据着重要的地位，它既是重要的化工原料，又是

重要的二次能源。能直接用CO+H2 合成的大部分产物，都可以通过甲醇间接制取，而且间接过程往往在技术上和经济上更简便，综合考虑本装置所生产的合成气将被应用于制取甲醇。

在烃类合成中，甲烷合成作为从合成气中脱出微量CO+CO2的手段已在合成氨等工业中得到广泛应用，现阶段大规模制取高浓度甲烷的工艺已在美国实现工业性生产。我国为了提高城市煤气的热值也正在开发低热值部分甲烷化。

液态烃的合成，即费－托合成工艺以合成气为原料，烃类及其含氧化合物，是煤液化的主要方法之一。它是煤炭间接液化的基础，其制取烯烃的直接液化过程目前还处于试验阶段，并不成熟。

醋酸的合成通常采用CH4和CO的羟基化法，用Rh－I2作催化剂。 在我国，目前合成气用量最大的是化肥工业，尤其是中小合成氨厂几乎均采用水煤气工艺，由煤制合成气作为合成氨原料。

因而，无论从近期或远景来看，煤炭气化制合成气都在我国化工工业发展以及能源安全保障中发挥着不可估量的作用。 1.1.2 简要结论

(1) 产品市场前景良好，符合国家能源发展战略和国家产业政策；工艺技术先进、成熟、可靠，能耗低，安全、卫生、环保等各项措施完善、符合国家标准； (2) 从财务分析看，所得税前内部收益率14.68%，大于行业基准收益率12%； (3) 敏感性分析表明本项目有较好的抗风险能力；

(4) 增加地区和国家税收、扩大就业岗位，拉动社会需求，促进地区社会繁荣，社会效益良好，因此本项目是可行的。

2 . 煤气化工艺

2.1 煤气化的应用及重要性

进入21世纪，为了保护中国经济的可持续发展，实施《京都议定书》减少燃煤对大气的污染，必须大力发展洁净煤技术，煤炭气化是最重要的应用广泛的洁净煤技术，是发展现代煤化工最重要的单元技术，煤炭气化可以生产工业燃料气、民用燃料气、化工合成原料气、合成燃料油原料气、氢燃料电池、煤气联合循环发电、合成天然气和火箭燃料等。

煤气化技术广泛应用于化工、冶金、机械和建材等重要工业部门和城市煤气的生产，目前中国拥有各种类型的煤气炉约有9000台，其中化工行业煤气化炉约有4000台，以固定床气化炉为主。多数中小化肥厂和少数大型化肥厂以煤炭 (焦炭)为原料，通过煤气化生产合成氨和甲醇，年耗原料煤4000多万吨，合成氨产量占全国总产量的60%以上，为中国农业生产提供了充足的化肥。因此，煤气化过去和今后在中国工农业生产和居民生活中，特别是对现代煤化工和洁净煤技术的发展占有十分重要的地位，是实现中国经济可持续发展的主要技术手段之一。

2.2 煤气化技术的现状及发展趋势

目前世界正在应用和开发的煤气化技术有数十种之多，气化炉型也是多种多样，最有发展前途的有10余种，所有煤气化技术都有一个共同的特征，即气化炉内煤炭在高温条件下与气化剂反应，使固体煤炭转化为气体燃料，剩下的含灰

残渣排出炉外。气化剂为水蒸气、纯氧、空气、CO2 和H2 。粗煤气中主要成分有CO、CO2、H2、CH4 、N2、H2O，还有少量硫化物、烃类和其他微量成分。各种煤气的组成和热值取决于煤的种类、气化工艺、气化压力、气化温度和气化剂组成。

2.2.1煤炭气化技术的发展趋势 (1) 气化压力向高压发展

气化压力由常压低压 (﹤1.0 MPa)向高压 (2.0－8.5 MPa)气化发展，从而提高气化效率、硫转化率和气化炉能力，实现气化装置大型化和能量高效利用，降低合成气的压缩能耗或实现等压合成 (如甲醇低压合成)降低生产成本。如Texaco气化压力可达6.5 MPa－8.5 MPa，Shell气化压力为2－4 MPa。 (2) 气化炉能力向大型化发展

Texaco和Shell单台气化炉气化煤量已达2000 t/d以上，prenflo气化炉单台气化煤量已达2600 t/d 。大型化便于实现自动控制和优化操作、降低能耗和操作费用。

(3) 气化温度向高温发展

Texaco气化温度1400－1500 ℃，Shell气化温度高达1400－1700 ℃，流化床气化温度为1000－1200 ℃。气化温度高煤中有机物质分解气化，消除或减少环境污染，对煤种适应性广。

(4) 不断开发新的气化技术和新型气化炉

提高硫转化率和煤气质量，降低建设投资。目前硫转化率高达98%－99%，煤气中含CO+H2 达到80%－90%。

(5) 现代煤气化技术与其他先进技术联合应用

如与燃气轮机发电组合的IGCC发电技术，高压气化 (6.5 MPa)与低压合成甲醇、二甲醚技术联合实现等压合成，省去合成气压缩机，使生产过程简化、总能耗降低。

(6) 煤气化技术与先进脱硫除尘技术相结合，实现环境友好、减少污染。

如在气化炉内加入脱硫剂(石灰石)，脱硫效率可达80%－90%。采用高效除尘器使煤气中含尘降到1－2 mg/m3以下。

总之，先进的流化床、气流床煤气化技术目前已成功实现工业化和大型化，并不断改进和完善，应用范围不断扩大，是今后的主要发展方向。而固定床气化技术特别是固定床间歇式气化技术其气化效率低、能耗高、污染大，随着各气化工艺的不断发展将会被淘汰。

2.2.2国内外煤气化技术的现状和发展 1.国内煤气化技术的发展趋势

煤气化技术在中国已有近百年的历史，但仍然较落后和发展缓慢，就总体而

言，中国煤气化以传统技术为主，工艺落后，环保设施不健全，煤炭利用效率低，污染严重。目前在国内较为成熟的仍然只是常压固定床气化技术。它广泛用于冶金、化工、建材、机械等工业行业和民用燃气，以UGI、水煤气两段炉、发生炉两段炉等固定床气化技术为主。常压固定床气化技术的优点是操作简单，投资小；

生产能力提高，气相分压增大，气化反应加快，停留时间延长，则使碳的转化率提高。

E 煤浆浓度

煤浆浓度高，黏度小，气化效率高，产率高，利于气化。因此，制浆过程中会配一定量的添加剂来改善煤浆浓度到最佳气化要求。

2.4 气化工艺选择 2.4.1 煤气化方法的分类

煤气化无统一的标准，有多种分类方法：①按气化炉传热方式可分为外热式 (间接传热)和内热式 (直接传热)两类。②按煤气热值可分为低热值煤气 (<8340kJ/m)，中热值煤气 (16000－33000 kJ/m)和高热值煤气(>33000 kJ/m)三类。③按煤与气化剂在气化炉内运动状态可分为移动床 (固定床)流化床 (沸腾床)气流床和熔融气化方法。④按气化炉压力、气化炉排渣方式、气化剂种类、气化炉进煤粒度和气化过程是否连续等进行分类的。

按照固定床、流化床、气流床进行分类不同气化炉型技术比较分别列于表1 、表2和表 3。

表1－ 固定床气化不同方法的比较

气化 方法 间歇气化 气化方法

空气 富氧 纯氧

炉型 UGI 发生炉 改良UGI Lurgi炉

气化炉直径/mm φ3000 φ3000 φ3000 φ3000

煤种

氧气含量/%

气化压力/ MPa

CO

焦炭 无烟煤 焦炭 焦炭

21.8 21.8 约50 》95

常压 常压 常压 2.0~3.0

32.4 25.9 37.8 18.5

H2 38.5 15.3 29.4 39.0

粗煤气组成/% CO2 7.1 6.7 14.0 31.1

O2 0.3 0.1 0.1 0.5

N2 21.4 51.2 18.2 2.4

333间歇 气化

煤气热冷煤气化强值气效度/(KJ/m3) 率/% /m3/(m2

.h) 8347 5208 8122

75.0 1.0 80.0

1060 1250 2290

产气率 φ(CO+H/(m3/kg) 2)

含量/% 2.08 3.54 2.71

70.9 41.2 67.0

氧耗/m3/m3 /(CO+H2)

0 0 0.214

煤耗/Kg/m3 (CO+H2) 0.600 0.686 0.542

蒸汽耗 /Kg/m3 (CO+H2) 0.905 0.350 0.519

间歇 气化

空气 富氧

纯氧 9578 项目

82.0

》3000 2.63 HTW炉

57.0 0.326 U－gas型炉

φ1.2－φ2.6 15.3－18.5 褐煤、木屑 0－6 ＜3 120－260

0.22－2.7 950－1050 900－980 250－285

0.6－0.7 2.80－2.90 0.45－0.72 4680－4970

15－16 20－21 8－9 0.8－1.5 0.2－0.3 5.6－5.7 5.2－5.4

0.677 1.346

表2 － 流化床气化炉技术指标 气化炉规格

炉膛内径/m 气化炉总高/m 原料煤种 入炉煤粒度/mm

入炉煤含水量/％(质量分数) 气化炉进煤量/(t·d气化条件

气化压力/kPa

气化温度/ ℃ 炉顶温度/ ℃ 入炉蒸汽温度/ ℃

消耗定额

氧气消耗率/[m3(标) .kg (煤)] 空气消耗率/[m3(标) ?kg (煤)] 蒸汽消耗率/*kg?kg (煤)] 粗煤气产率(标态)/[m3.t (煤)] 干煤气组成

H2/％(体积分数) CO/％(体积分数) CO2/％(体积分数) CH4/％(体积分数) O2/％(体积分数) N2/％(体积分数)

煤气低热值(标态)/(MJ·m

?3?1灰熔聚流化床

φ2.4－φ3.0 15－18 烟煤，焦炭 0－8 ＜3 120－216

0.03－0.05 950－1100 950－1000 280－310

0.47－0.54 2.0－2.5 0.6－0.8 2200－2400

38－39 31－32 21－22 1.8－2.1 0.2－0.4 4.0－4.6 5.4－5.6

)

φ2.2－φ3.7 16－23 褐煤、次烟煤

0－10 ＜12 168－284

1.0－3.0 950－1050 900－950 250－300

0.486 2.8－3.1 0.52 1600－1850

32－34 36－38 9.0－10.0 2.0－2.2 0.2－0.3 0.6－1.3 8.3－8.5

)

表 3－ 气流床气化炉技术指标 项目 气化炉规格

炉膛内径/m 气化炉总高/m 原料煤种 入炉煤粒度/mm 入炉煤含水量/％(质量

分数) 气化炉进煤量/(t·d气化条件

?1Texaco炉

φ1.67－φ3.048

14.27－18.25 低灰熔点烟煤 ＜0.076占70％

500－2000 168－284

Shell炉

φ4.5 15.3－18.5 烟煤

＜0.15占90％

＜2.0 400－2000

K－T

φ2.0－φ3.50

15－18 烟煤

＜0.076占80％

＜2.0 430－860

)

气化压力/kpa 气化温度/ ℃ 入炉蒸汽温度/ ℃

加煤方式 消耗定额

氧气消耗率/[m3(标) .kg (煤)] 蒸汽消耗率/*kg?kg (煤)] 粗煤气产率(标态)/[m3.t

(煤)] 干煤气组成

H2/％(体积分数) CO/％(体积分数) CO2/％(体积分数) CH4/％(体积分数) CO+ H2％(体积分数) N2+Ar/％(体积分数) O2/％(体积分数) 煤气低热值(标态)/(MJ·m

?33.8－6.5

1400－1500 不加蒸汽 水煤浆

0.62－0.65

0 1.9－2.1

35－36 45－46 1.7－1.8 0.02－0.03 80－82 0.6－1.3 0.1－0.2

9.6－9.72

2.0－4.0 1400－1700

250 干煤粉

0.56－0.57 0.13－0.15

1.7－1.86

26－28 61－63 1.8－3.8 0.01－0.02 89－92 0.7－0.8 0.1 10.5－11.0

0.03－0.05 1500－1600 250－260 干煤粉

0.60－0.65 0.4－0.5

1.75－1.80

26.5－27.5 63－65 1.5－2.0 约0.1 89.5－93.0 4.3－5.4

11－12

)

2.4.2气化工艺选择

2.4.2.1德士古水煤浆气化工艺

德士古水煤浆工艺具有以下特点： （1）煤种适应性广

德士古水煤浆气化在理论上可以广泛利用各种煤种,包括高水份、高灰份、高硫份、高粘结性的煤。

国内实际生产中主要以烟煤为主,对煤的活性没有严格要求,但对煤的灰熔点有一定要求。 （2）生产的连续性

德士古水煤浆气化工艺采用连续进料、液态排渣,在排渣时不影响气化炉运行,克服了固定层气化方法间歇性排渣的缺点,提高了生产的连续性。 （3）降低了气体压缩功耗

德士古水煤浆气化工艺采用加压气化,煤浆的压力由煤浆泵提供。氧气压力由液氧泵提供，视后工序生产压力,一般其压力等级分为2.7MPa、4.0MPa、6.5MPa、

8.5MPa等,因此，气化后的气体压力较高，可以省去了后工序气体压缩所需的大量功耗。 （4）气化强度高

气化炉结构简单，气化强度高，设备体积小，布置紧凑，生产能力大。例如1台直径3200mm的气化炉，在4.0Mpa压力下进行, 可以日产合成氨760吨。 （5）热量回收利用

德士古水煤浆气化在高温(1400℃左右)、高压(2.0～8.5MPa)下进行生产,采用激冷流程或废热锅炉的方式回收热量。由于温度、压力较高,其回收的热量具有较高的利用价值,可以副产不同压力等级的蒸汽以及用于联合发电等。激冷流程一般适用于合成氨和甲醇的生产,废热废锅流程一般用于联合发电和合成油。 （6）有利于环境保护

由于德士古煤气化工艺是在高温下进行,产品气中不含有焦油、酚等大分子烃类,废水中主要是含氰化合物,远比其他方法生产的废水易于处理。同时气化系统的水在内部循环使用,外排量很少。并且可以将难于处理的工业废水(如含酚废水)用于水煤浆的配制,大大减轻了对环境的污染。气化排出的废渣可用于建筑材料(如水泥熟料)的生产。 （7）控制系统先进、可靠

德士古水煤浆气化工艺采用了先进的DCS集散控制系统,自动化程度高。为了使装置运行安全可靠,系统中设置了复杂的安全联锁。 （8）一次性投资较小

由于德士古煤气化工艺专利权属于德士古公司所有,并且重要的设备、阀门、仪表需从国外引进,专利费比较高。目前该装置的国产化程度比较高，装置建设投资数额不大。

2.4.3shell生产工艺

壳牌 (Shell)干煤粉气化工艺是壳牌 (Shell)公司开发的煤粉气化工艺，具有鲜明的技术特色，是当前先进的第二代煤气化工艺。早在1972年就开始基础研究，1978年德国汉堡壳牌150 t/d投煤量中试装置运行几年并取得丰富的基础数据。1987年在美国休斯顿建设了一套投煤量250 t/d的示范装置，在此示范装置中壳牌公司使用了十几种煤，包括烟煤、无烟煤、褐煤、石油焦等，其运行表明，该示范装置能适应上述所有煤种并累计运行了15000小时。在取得大量数据基础上，于1993年在荷兰建成日处理煤量为2000吨的单系列大型气化装置，1994年首次将生产的煤气用于发电，并且使用了多种世界各地煤种，取得了丰富的数据。该煤气化装置用于联合循环发电经过3年示范运行，已于1998年1月正式交付用户使用，气化装置连续运转率达95％，其负荷可在40－100％之间调整，生产操作数据表明已达到预期目标。

壳牌粉煤气化工艺具有如下特点：

A 采用干煤粉作气化原料，煤粉用惰性气输送，操作十分安全。对煤种的

适应性比较广泛，从较差的褐煤、次烟煤、烟煤到石油焦均可使用；对煤的灰熔点适应范围比其它气化工艺更宽，即使是高灰分、高水分、高硫的煤种也能使用。 B 气化温度高，一般在1400－1600 ℃，碳转化率高达99%，合成气质量好。煤气中甲烷含量极少，不含重烃组分，CO+H2 含量可达到含量可90%。由于气体中有效组分含量高，煤气总量有所减少，因而气化消耗煤量也可降低。 C 氧耗低。采用干煤粉进料与水煤浆进料气化法相比不需在炉内蒸发水分，氧气用量因而可减少15－25%，从而降低了生产成本。配套空分装置规模相对缩小，投资也可相应降低。

D 气化炉采用水冷壁结构，无耐火砖衬里。水冷壁设计寿命按25年考虑。正常使用维护量很小，运行周期长，也无需设置备用炉。商业化运行单台炉日处理煤量已达2000吨，目前，正在设计更大规模的装置。

E 每台气化炉设有4－6个烧嘴，故对生产负荷调节比Texaco单个烧嘴更为灵活，范围也更宽。Shell烧嘴保证寿命为8000小时，已超过连续16000小时运行。烧嘴的使用寿命长，也是气化装置能长期运行的一个重要保证。

F 热效率高。Shell煤气化的冷煤气效率达到78－83%，其余－15%副产高压或中压蒸汽，总的原料煤的热效率达98%，处于很高水平。

G 对环境影响小。气化过程无废气排放。系统排出的融渣和飞灰含碳低，可作为水泥等建筑材料，堆放时也无污染物渗出。气化污水不含焦油、 酚等，容易处理，需要时可作到零排放。

2.4.4熔融床气化工艺

熔融床气化炉是一种气-液-固三相反应的气化炉，燃料和气化剂并流进入

炉内，煤在熔融的渣，金属与盐浴中直接接触气化剂而气化，生成的煤气由炉顶道出，灰渣则以液态和熔融物一起溢流出气化床。

炉内温度很高，燃料一进入床内便迅速被加热气化，因而没有焦油类物质生成。熔融床不同于移动床，沸腾床和气流床，对煤的粒度没有过分的要求，大部分熔融床气化炉适应磨得很粗的煤，也包括煤粉。熔融床也可以适应强粘结性煤，高灰煤和高硫煤。熔融床的缺点是热损失大，熔融物对环境污染严重，高温熔铁盐对炉体造成严重腐蚀。

2.4.5鲁奇加压气化炉工艺

（1）原料选择

加压气化所应的煤种有无烟煤、烟煤、褐煤等。煤的活性高，能在较低的温度下操作，降低氧耗，并能提高气化强度和煤气质量，因此煤的活性越高越好，加压气化也可以采用弱黏结性煤种，炉内需设搅拌破黏装置，依靠浆叶的转动，将结块打碎。

（2）生产过程控制

气化炉的生产能力高，以水分含量为20%-25%的褐煤为原料，气化炉的气化强度在2500kg/(m2.h ) 左右，比一般的常压气化强度高4-6倍，所产煤气的压力高，可以缩小设备和管道尺寸。

（3）气化产物

压力高的煤气易于净化处理，副产品的回收率高，通过改变气化压力和气化剂的汽氧比等条件，以及对煤净化处理后，几乎可以制的各种比例（H2/CO）的化工合成原料气。

（4）煤气输送

可以降低动力消耗，便于远距离输送。

2.4.6各种气化工艺的比较

Texaco水煤浆气化技术、Shell煤气化技术、熔融床气化工艺、鲁奇加压气化炉成分及工艺比较分别见下表：

表1-1 四种煤气工艺水煤气的成分含量

成分 H2 CO CO2 CH4 H2S+COS N2 Ar

德士古 35.1 45.5 17.1 0.1 1.1 0.7 0.6

Shell 26.7 63.3 1.5 0.1 1.7 4.1 1.1

表1-2 四种煤气化工艺比较

项目 灰熔点/oC 德士古 小于1300 Shell 小于1450 水分/％ 小于8 小于8（褐煤） 小于2（烟煤） 灰分/％ 操作压力/MPa 操作温度/ oC 排灰方式 碳的转化率/％ 原料准备 小于13 2.65-6.5 1350-1400 液态 98-99 复杂，费用高 小于13 2.0-4.0 1400-1700 液态 大于98 复杂，费用高 灰分无限制 2.0-3.1 1100-1300 固态 98 简单，费用低 小于40 2.0-3.0 900-1000 固态 88-95 简单，费用低 小于20 小于154 熔融床

34.8 26.0 10.3 5.8 0.5 0.3 0.2

鲁奇加压

38 21.5 28.5 11.2 0.7 9073

熔融床 大于1400 鲁奇加压 1600-1700 煤气水处理 较简单 简单 量大，复杂 量大，复杂 以上比较可以看出，Shell工艺在运行周期、单炉产能、变负荷能力、碳的转化率和有效气(CO+H2)含量等方面优势明显，而且在环保和资源综合利用方面也具有优势，有较好的技术发展前景，但该技术设备投资较大。中国石化集团公司和壳牌公司合作，已投资136亿美元在岳阳洞庭化肥厂建设日耗煤2 000 t的煤气化厂，以煤代油生产合成氨300 kt/a。目前还有多家采用Shell粉煤气化工艺造气用于生产合成氨的装置正在建设中。

鲁奇加压气化工艺在国内合成氨生产中已有多套工业化装置，技术成熟，运行可靠，国产化率高。但Lurgi煤气化工艺明显存在许多缺陷，导致合成工艺流程复杂，废水处理困难，环境污染严重。

Texaco工艺在我国已有近10 年的成功应用经验。水煤浆是一种由水、煤、添加剂混合制备而成的新型煤基流体环保燃料，流动性好、储存稳定、运输方便，既保留了煤的燃烧特性，又具备了类似重油的液态燃烧特点，燃烧效率高，污染物排放低，2 t水煤浆可以替代1 t燃油。［8］相比之下，Texaco工艺具有明显的优势，而且水冷激流程特别适合与合成氨、甲醇生产工艺相匹配。若将我国每年烧掉的30000 kt重油全改为水煤浆，其意义将是深远的。有关资料表明，我国每年的原油产量在1.6亿t左右，2004年中国石油进口达1亿t。因此，Texaco水煤浆气化技术是目前合成氨、甲醇生产厂家的优选工艺，将成为缓解我国石油供需矛盾和减少常规污染的主要途径。

3.工艺流程简述

3.1工艺流程说明

3.1.1 煤浆制备及输送工段

来自原料贮运系统的粒度为10mm以下的碎煤，连续送入煤仓V1101，在煤仓中储存可供4小时的用量。煤仓中的煤经煤称量给料机W1101计量后送入磨煤机M1101。

磨煤机M1101中还加入添加剂，以稳定煤浆，降低煤浆粘度。从界区外运来的添加剂（主要是造纸废液，含木质素磺酸钠）由软管注入到添加剂地下槽V1207，再由添加剂地下槽泵P1202送到添加剂槽V1202中储存，添加剂槽V1202底部设有蒸汽盘管。添加剂槽中的添加剂经添加剂给料泵P1203计量后送入磨煤机M1101。

制浆用水为渣水处理工序的冷凝液和滤液。来自渣水处理工段滤液受槽V1416的滤液经滤液泵P1409由调节阀FV1101进行流量调节后送入磨煤机M1101。气化炉未开车时，磨煤机M1101的工艺水由新鲜水补充。

煤﹑添加剂﹑工艺水按比例在磨煤机M1101中湿磨至所要求的粒度分布﹑浓度约为58～62％(WT)的水煤浆后从磨煤机M1101出口溢出，溢流出的煤浆经滚筒筛S1101滤去3mm以上的大颗粒，煤浆依靠重力自流至磨煤机出料槽V1102，由磨煤机出料槽泵P1101送至煤浆槽V1201储存，再由煤浆给料泵P1201送往气化工序。

为防止煤浆在储存过程中发生沉淀，在磨煤机出料槽V1102、煤浆槽V1201顶部分别安装有搅拌器X1101﹑X1201进行搅拌。

同时，在开﹑停车时为防止煤浆管线堵塞，还设置了冲洗水系统：来自管网的新鲜水送到冲洗水槽V1103后由冲洗水泵P1102分配到磨煤机区域﹑煤浆槽区域﹑气化框架﹑渣水处理等四个区域，冲洗时用软管连接。

磨煤单元的排放﹑冲洗﹑泄漏等废水都汇集到磨煤排放池V1203中，由磨煤排放池泵P1204送到滤液受槽V1416中，以供循环利用。

工艺流程中还考虑了用于降低煤灰熔点的石灰石工艺流程。用以改善熔渣性能的石灰石由槽车运至界区，并用气力输送至石灰储仓V1104，在石灰储仓V1104顶部设有除尘系统以防止粉尘污染，石灰石经石灰称量给料机W1102称量后送至磨煤机M1101。

3.1.2 多喷嘴对置式气化及煤气初步净化工序

由磨煤机出口槽泵来的煤浆送入煤浆槽V1201。煤浆槽有一定的标高，提供煤浆给料泵所需的入口压头。来自煤浆槽的煤浆，由两台煤浆给料泵P1201A、P1201B加压后，分别经煤浆切断阀进入工艺烧嘴X1301。投料前，煤浆经煤浆循环阀循环回煤浆槽V1201。空分装置来的纯氧，分别经氧气流量调节阀、氧气切断阀后，进入工艺烧嘴X1301的中心通道和外通道。根据安全系统要求，投料前用氧气放空方式建立氧气流量。

水煤浆和氧气通过四个对称布置在同一水平面的工艺烧嘴同轴射流进入气化炉内，气化反应的条件为～4.0MPa、～1350℃。生成的粗合成气为H2、CO、CO2及水蒸汽等的混合物。煤中的未转化组分与煤灰形成灰渣。粗合成气与灰渣一起向下，穿过洗涤冷却水分布环，沿洗涤冷却管进入洗涤冷却室的水浴中。大部分的灰渣冷却后，落入洗涤冷却室底部。粗合成气经分布器后由多层横向分隔器破泡洗涤，出洗涤冷却室，去煤气初步净化工序。

洗涤水经黑水过滤器V1309滤去可能堵塞洗涤水分布环的大颗粒，送入位于洗涤冷却管上部的洗涤水分布环。洗涤冷却室底部含渣水中含固量～1%，通过液位调节连续排出洗涤冷却室，送入含渣水处理工序。

在气化炉烘炉期间，洗涤冷却室底部水经过水封槽V1305溢流排入澄清槽V1411，在开车期间，含渣水经过开工管线去真空闪蒸。洗涤冷却室底部的粗渣经破渣机X1304破渣后排入锁斗V1307，然后定时排放。在气化炉预热期间，利用顶置的预热烧嘴进行升温，直到气化炉内温度达到要求的温度。预热烧嘴有其单独的燃料供给和调节系统。洗涤冷却室出口气体经开工抽引器X1303排入大气。通过调节预热烧嘴风门和抽引蒸汽量控制气化炉的真空度在100～800mmH2O。

气化炉燃烧室装有若干直接测量反应温度的热电偶。

工艺烧嘴在高温下工作，为了保护烧嘴，在端部有冷却盘管和水夹套，通入的冷却水连续循环流动以冷却烧嘴，防止高温损坏。脱盐水首先送入烧嘴冷却水槽V1301，由烧嘴冷却水泵P1301加压后送入烧嘴冷却水换热器E1301，然后分多路分别进入对应的工艺烧嘴的冷却盘管。出烧嘴冷却盘管的水分别进入对应的烧

嘴冷却水回水分离罐V1306。烧嘴冷却水回水分离罐V1306通入低压氮气，作为CO分析的载气。V1306的气相经放空管排入大气。在四个放空管上分别安装CO监测器，通过监测CO含量来判断烧嘴是否被烧穿，正常CO含量为0ppm。分离器的冷却水依靠重力合流返回烧嘴冷却水槽。

烧嘴冷却水系统设置了一套单独的联锁系统，在判断烧嘴端部冷却盘管和水夹套泄漏的情况下，将引起烧嘴冷却水系统四选二联锁造成气化炉联锁停车，以保护工艺烧嘴（X1301A～F）不受损坏。烧嘴冷却水泵（P1301A/B）设置了自启动功能，当出口压力低（PSL1310）则备用泵自启动。如果备用泵启动后仍不能满足要求，出口压力低低（PSLL1310），则事故冷却水槽（V1302）的事故阀（KV1309）打开短时间向烧嘴提供烧嘴冷却水。

沉积在气化炉洗涤冷却室底部的粗渣及其他固体颗粒，通过循环水流的循环作用，经锁斗安全阀、锁斗进口阀进入锁斗V1307。锁斗安全阀处于常开状态，仅当洗涤冷却室液位低低引起的气化炉停车，安全阀才关闭。锁斗循环泵P1302从锁斗顶部抽取相对洁净的水送回洗涤冷却室底部水浴，建立的循环水流携带渣进入锁斗。

锁斗循环分为收渣、泄压、清洗、排渣和充压五个阶段，一个循环的时间大约为 30 分钟。锁斗程序启动后，当排渣时间到时，循环阀打开，锁斗循环泵入口关闭，锁斗进口阀关闭，锁斗泵自身循环。锁斗泄压阀打开，渣池溢流阀关闭，锁斗开始减压，锁斗内压力泄至渣池 V1303。减压后，清洗阀打开，清洗泄压管线，设定时间到后关闭清洗阀，关闭锁斗泄压阀，打开自锁斗冲洗水罐V1308至锁斗的锁斗冲洗阀及自锁斗至渣池的锁斗出口阀，锁斗开始排渣。排渣计时器开始计时，到达预定时间后，锁斗出口阀、锁斗冲洗阀关闭。锁斗充压阀打开，用来自含渣水处理工序高温热水泵 P1402 的高压灰水对锁斗进行充压。当锁斗与气化炉之间的压差小于设定值时，充压阀关闭，锁斗进口阀重新打开。与此同时，锁斗循环泵入口阀打开，循环阀关闭，锁斗开始收渣，渣池溢流阀在锁斗出口阀关闭5min打开。全部排渣循环(泄压、清洗、排渣、充压)时间大约 2 分钟。锁斗循环重新开始。

灰水由低压灰水泵P1406经灰水冷却器E1302冷却后，通过锁斗冲洗水罐加水阀，送入锁斗冲洗水罐。冲洗水罐设置有至渣池的溢流管线。

锁斗排放出的渣水，排放至渣池前仓。大约排放5分钟后，渣池溢流阀打开，较清的渣水溢流至渣池后仓，并由渣池泵P1303将渣水送往含渣水处理工序的真

Q燃料 ——气化原料的热值，15666kj/kg b. 气化原料的显热Q2为：

Q2=c2m2t2=1.256X100X25=3140kj

式中c2 ——气化原料的比热容，kj/kg，取为1.256 t2——入炉煤的温度，25℃ c．气化剂中工业氧的显热Q3为：

Q3=c3m3t3=0.9016X22.5005X30=608.6kj 式中c3——工业氧的比热容，0.9016kj/kg.℃

m3——工业氧的消耗量，kg

t3——工业氧入炉温度，取为30℃

c. 气化剂中水蒸气的热焓Q4。查有关水蒸气表，得450℃、30kg/cm2下，过热水蒸气的焓为3344.4kj/kg，所以 Q4=107X3344.4=357850.8kj d. 炉体夹套软水带入的热量Q5。 Q5=c5m5t5=4.18X8X30=1003.2kj

式中 c5——水的比热容，4.18kj/kg.℃

m5——加入气化炉的软水的质量，取8kg t5——软水的入炉温度，取为30℃. 由以上计算，供给气化炉的总热量为：

Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=1566600+3140+608.6+357850.8+1003.2=1929202.6kj 2：付热方

气化过程生成的各项有效热量与所有的热损失之和，为热量衡算的付热方，由以下几项组成：

a．生成的煤气热量Q6为：

Q6=100V粗X2843X4.178=100X0.973X11903=1158162kj 式中 V粗——粗煤气的产率，0.973m3/kg煤 11903——粗煤气的发热量，kj/m3

b.生成煤气的显热Q7为：

Q7=100c7V粗t7=100X1.5519X0.973X300=45300KJ 式中 1.5519——粗煤气的比热容，kj/kg.℃ t7——粗煤气的出口温度，℃

c.出炉煤气中水蒸气的热焓Q8为：

Q8=m8H水=98.305X3030=297864.2KJ 式中 m8——粗煤气夹带水蒸气量，kg

H水——粗煤气中水蒸气的热焓，kj/kg。粗煤气出口温度为30℃，粗煤气中水蒸气的分压.

d.生成的焦油热Q9为：

Q9=m9Q焦油=3.9172X33632.7=131746KJ 式中 m9——焦油产量，kg

Q焦油——焦油热量，33632.7kj/kg e. 焦油的显热和潜热Q10为：

Q10=m9（376.8+2.72t7）=2.9172X(376.8+2.72X300)=3480KJ 式中 376.8——焦油的潜热，kj/kg

2.72——焦油的比热容，kj/kg.℃

f. 生成轻质油的发热能Q11为：

Q11=m11Q轻质油=0.786X43652.5=34310.8KJ

式中 m11——生成轻质油的质量，kg Q轻质油——轻质油的热值，kj/kg g. 轻质油的显热和潜热Q12为：

Q12=m11（293+1.57t7）=0.786X(293+1.57X300)=600.5KJ 式中 293——轻质油的潜热，kj/kg

1.57——轻质油的比热容,kj/kg.℃ h.生成氨的发热能Q13为：

Q13=m13Q氨=0.6503X22190=14430KJ 式中 22190-氨的热值，kj/kg i.氨的显热和潜热Q14为：

Q14=m13（1557.49+2.31t7）=0.6503X(1557.49+2.31X300)=1463KJ 式中 1557.49——氨的潜热，kj/kg

2.31——氨的比热容，kj/kg.℃ J.生成的酚的发热能Q15为：

Q15=m15Q酚=0.515X32657=16818KJ 式中 Q酚——酚的热值，kj/kg

生成酚的显热和潜热很小，可以忽略不计。 k.煤气夹带煤粉的发热能Q16为：

Q16=m16Q煤=1.0X15666=15666KJ 式中 m16——煤气中带出的碳量，kg Q煤——煤的发热量，kj/kg l. 夹带出煤粉的显热Q17为：

Q17=c17m16t7=1.1723X1.0X300=351.7KJ 式中 c17——煤粉的比热容，kj/kg.℃ m.灰渣带出碳量的发热能Q18为：

Q18=m18Q碳=1.73X34045=58898KJ 式中 m18——灰渣中的碳量，kg Q18——碳的发热量，kj/kg n.灰渣带出的显热Q19为：

Q19=c19m18t19=0.9739X28.852X225=6322kj 式中 c19——灰渣比热容，kj/kg.℃ m18——灰渣量，kg

t19——灰渣出炉温度，取为225℃ o.炉体夹套产生的蒸气热焓Q20为： Q20=m5H20=8X2805=22440kj 式中 H20——饱和水蒸气的热焓，kj/kg p.其他热损Q21为：

气化过程中的其他热损由热量衡算确定。 付方总热量为：

Q付=Q6+Q7+…+Q21=1807852KJ

（2）热量衡算 以1000kg收到基煤为计算基准，计算如下。

1：供热方

气化原料的发热量Q1为：

Q1=m1Q原料=100X15666=1566600

式中m1——气化的原料气，100kg，下同 Q燃料 ——气化原料的热值，15666kj/kg 气化原料的显热Q2为：

Q2=c2m2t2=1.256X100X25=3140kj

式中c2 ——气化原料的比热容，kj/kg，取为1.256 t2——入炉煤的温度，25℃ c．气化剂中工业氧的显热Q3为：

Q3=c3m3t3=0.9016X22.5005X30=608.6kj 式中c3——工业氧的比热容，0.9016kj/kg.℃

m3——工业氧的消耗量，kg

t3——工业氧入炉温度，取为30℃

气化剂中水蒸气的热焓Q4。查有关水蒸气表，得450℃、30kg/cm2下，过热水蒸气的焓为3344.4kj/kg，所以 Q4=107X3344.4=357850.8kj 炉体夹套软水带入的热量Q5。 Q5=c5m5t5=4.18X8X30=1003.2kj

式中 c5——水的比热容，4.18kj/kg.℃

m5——加入气化炉的软水的质量，取8kg t5——软水的入炉温度，取为30℃. 由以上计算，供给气化炉的总热量为：

Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=1566600+3140+608.6+357850.8+1003.2=1929202.6kj 2：付热方

气化过程生成的各项有效热量与所有的热损失之和，为热量衡算的付热方，由以下几项组成：

生成的煤气热量Q6为：

Q6=100V粗X2843X4.178=100X0.973X11903=1158162kj 式中 V粗——粗煤气的产率，0.973m3/kg煤 11903——粗煤气的发热量，kj/m3

b.生成煤气的显热Q7为：

Q7=100c7V粗t7=100X1.5519X0.973X300=45300KJ 式中 1.5519——粗煤气的比热容，kj/kg.℃ t7——粗煤气的出口温度，℃

c.出炉煤气中水蒸气的热焓Q8为：

Q8=m8H水=98.305X3030=297864.2KJ 式中 m8——粗煤气夹带水蒸气量，kg

H水——粗煤气中水蒸气的热焓，kj/kg。粗煤气出口温度为30℃，粗煤气中水蒸气的分压.

d.生成的焦油热Q9为：

Q9=m9Q焦油=3.9172X33632.7=131746KJ 式中 m9——焦油产量，kg

Q焦油——焦油热量，33632.7kj/kg

焦油的显热和潜热Q10为：

Q10=m9（376.8+2.72t7）=2.9172X(376.8+2.72X300)=3480KJ 式中 376.8——焦油的潜热，kj/kg

2.72——焦油的比热容，kj/kg.℃ f. 生成轻质油的发热能Q11为：

Q11=m11Q轻质油=0.786X43652.5=34310.8KJ

式中 m11——生成轻质油的质量，kg Q轻质油——轻质油的热值，kj/kg g. 轻质油的显热和潜热Q12为：

Q12=m11（293+1.57t7）=0.786X(293+1.57X300)=600.5KJ 式中 293——轻质油的潜热，kj/kg

1.57——轻质油的比热容,kj/kg.℃ h.生成氨的发热能Q13为：

Q13=m13Q氨=0.6503X22190=14430KJ 式中 22190-氨的热值，kj/kg i.氨的显热和潜热Q14为：

Q14=m13（1557.49+2.31t7）=0.6503X(1557.49+2.31X300)=1463KJ 式中 1557.49——氨的潜热，kj/kg

2.31——氨的比热容，kj/kg.℃ J.生成的酚的发热能Q15为：

Q15=m15Q酚=0.515X32657=16818KJ 式中 Q酚——酚的热值，kj/kg

生成酚的显热和潜热很小，可以忽略不计。 k.煤气夹带煤粉的发热能Q16为：

Q16=m16Q煤=1.0X15666=15666KJ 式中 m16——煤气中带出的碳量，kg Q煤——煤的发热量，kj/kg l. 夹带出煤粉的显热Q17为：

Q17=c17m16t7=1.1723X1.0X300=351.7KJ 式中 c17——煤粉的比热容，kj/kg.℃ m.灰渣带出碳量的发热能Q18为：

Q18=m18Q碳=1.73X34045=58898KJ 式中 m18——灰渣中的碳量，kg Q18——碳的发热量，kj/kg n.灰渣带出的显热Q19为：

Q19=c19m18t19=0.9739X28.852X225=6322kj 式中 c19——灰渣比热容，kj/kg.℃ m18——灰渣量，kg

t19——灰渣出炉温度，取为225℃ o.炉体夹套产生的蒸气热焓Q20为： Q20=m5H20=8X2805=22440kj 式中 H20——饱和水蒸气的热焓，kj/kg p.其他热损Q21为：

气化过程中的其他热损由热量衡算确定。 付方总热量为：

Q付=Q6+Q7+…+Q21=1807852KJ

气化过程热平衡综合表（以100kg褐煤计 ） 项目 入 方 原料 发热量Q1 显热Q2 工业氧 显热量Q3 蒸汽 热焓Q4 夹套饮水 带入Q5 共计 出 方 氨 轻质油 焦油 粗煤气(干) 发热量Q6 显热Q7 出炉煤气携带蒸汽热Q8 发热能Q9 显热+潜热Q10 质量/kg 100.0 - 22.5005 107 8.0 237.5005 95.405 (97.3m3) 98.375 3.9172 - - - 0.515 - 1.73 28.852 8.0 - 237.4305 热量/kg 1566600 3410 608.6 357850.8 1003.2 1158162 45300 303782 131746 3481 34310.8 600.6 14430 1463 16818 15666 351.7 58898 6322 22440 1154.32 Ψ/% 81.20 0.18 0.03 18.55 0.05 60.03 2.35 15.75 6.83 0.18 1.78 0.03 0.75 0.08 0.87 0.81 0.02 3.05 0.33 1.16 5.98 1929202.6 100.00 发热能Q11 0.786 显热+潜热Q12 发热能Q13 0.6503 显热+潜热Q14 酚 发热能Q15 带出煤粉 灰渣 显热+潜热Q17 碳的发热能Q18 发热能Q16 1.0 显热Q19 夹套蒸汽 热焓Q20 热量损失 Q21 共计

1929202.6 100.00

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9leg.html