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E-Gas气化工艺高效节能技术浅析

[日期:2020-10-15] 来源:《中氮肥》2020年第5期  作者: [字体: ]

吴同舫

(中海油惠州石化有限公司,广东 惠州516086

 

       [摘  要]煤气化技术是煤炭转化利用的主要途径之一,我国大型煤化工项目多采用气流床加压气化技术,其中,E-Gas水煤浆气化工艺中的高效节能技术值得研究和借鉴。结合中海油惠州石化有限公司煤制氢装置E-Gas气化系统生产过程中相关工艺参数的变化,围绕其气化系统热能利用效率、氧气消耗、煤浆浓度、碳回收率等几个方面,对E-Gas气化工艺中有利于能效提高的技术特点进行分析与总结,并对能效提高的程度进行初步估算。

[关键词]E-Gas气化工艺;高效节能技术;两段式气化炉;HTHR流程;碳回收设施;渣浆回用制浆;预热煤浆;渣水制浆

[中图分类号]TQ546   [文献标志码]B   [文章编号]1004-9932202005-0018-03

 

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我国化石能源资源禀赋的特点为“富煤贫油少气”,煤炭在一次能源结构中的占比高达60%,煤炭的高效利用对于保障我国能源安全具有重大的现实意义和战略意义。而在煤炭资源的集约利用方面,煤气化技术是煤炭转化利用的主要途径,是在转化含碳固体物为高附加值产品过程中处于领先地位的清洁生产技术[1],是发展煤制氢、煤基化学品、煤基液体燃料、煤基多联产及IGCC发电等过程工业的基础,是多行业的龙头技术。

目前,我国大型煤化工项目采用的煤气化技术多数属于气流床加压气化技术,其中,E-Gas水煤浆气化高效节能技术值得研究和借鉴。以下结合中海油惠州石化有限公司(简称惠州石化)煤制氢装置E-Gas气化系统的有关情况,对E-Gas气化工艺高效节能技术作一浅析,以供同行参考。

1  E-Gas气化工艺简介

惠州石化煤制氢装置E-Gas气化系统工艺流程如图1。煤贮斗中的煤由称重给料机定量送入磨机,与来自沉降槽的含固循环水按照一定的比例进入棒磨机磨制出合格的煤浆,煤浆经煤浆循环泵、一段炉进料煤浆泵和二段炉进料煤浆泵送入气化炉。进入一段炉的煤浆与高纯度氧气在进料混合器中混合并喷入气化炉进行部分氧化反应,生成主要由H2COCO2H2O组成的粗合成气,大部分灰以熔渣的形式离开气化炉一段经渣口进入气化炉激冷段;气化炉一段产生的粗合成气向上进入气化炉二段(二段炉),被二段喷入的煤浆激冷,充分利用来自一段粗合成气的高温和热量,使煤在气化炉二段继续发生气化反应,产生更多的H2COCH4,从而提高粗合成气的热值和气化炉的反应效率。气化炉一段底部的熔渣和少量抽出的粗合成气一起经渣口进入激冷段,抽出的粗合成气经洗涤后外供下游系统使用;熔渣落入气化炉激冷室中,经破渣机破碎后减压为低压渣水混合物,通过碳回收设施回收未转化的碳,粗渣脱水后送厂外处理;经沉降槽沉降分离含碳固体颗粒后的含碳渣水由泵送回煤浆制备单元予以回用,澄清水则从沉降槽顶部的溢流口流入渣水槽,由渣水泵送至气化系统各用户回用。气化炉二段的高温粗合成气进入HTHR,回收高温粗合成气带出的热量副产超高压蒸汽,同时降低粗合成气的温度;之后粗合成气进入焦过滤器,除去其中约99.9%的焦炭和灰后进入氯洗塔洗涤,之后小部分合成气送合成气循环压缩机,以低压合成气和高压合成气的形式送至气化系统各用户使用,大部分合成气送至下游变换系统。

2  E-Gas气化系统概况

惠州石化煤制氢装置气化系统采用E-GAS水煤浆气化工艺,生产2种粗合成气,分别用于生产氢气和丁辛醇;气化系统共设3台气化炉,两开一备,年运行8 400 h,设计投煤量209.6 t/h(收到基),系统产出用于生产氢气的有效气(CO+H2246 356 m3/h和用于生产丁辛醇的有效气(CO+H216 808.4 m3/h

3  E-Gas气化工艺中的高效节能技术

3.1  采用两段进料和停留段,利用粗合成气热量提高气化效率

E-Gas气化炉为两段式气化炉,气化炉一段主要以气化反应为主,煤浆和高压氧气在气化炉一段发生部分氧化反应,并将煤浆和合成气加热至反应温度,实现粗合成气和熔渣的分离;气化炉二段注入的煤浆不加入氧气,充分利用来自气化炉一段的高温粗合成气携带的高热量进行气化反应,在降低粗合成气温度的同时原料煤也发生干馏和裂解反应,原料煤的挥发分和煤焦油经裂解反应转化为H2CH4和焦炭,气化炉二段后的气流通道进行了扩径设计而形成停留段,可减缓粗合成气流速,增加粗合成气的停留时间,为气化反应提供足够的时间,从而提高粗合成气的冷煤气效率,使E-Gas气化炉粗合成气的冷煤气效率可达82%85%,远高于其他水煤浆气化工艺约75%的冷煤气效率。

3.2  采用HTHR产生超高压蒸汽,回收粗合成气热量

为充分利用粗合成气的高能量,E-Gas气化工艺采用HTHR流程,E-Gas气化炉一段产生的粗合成气经气化炉二段并通过停留罐分解焦油后,用激冷喷嘴将粗合成气冷却至约780 ℃之后,进入HTHR进一步冷却,同时产生超高压饱和蒸汽,使高温粗合成气降温至300 ℃左右。

E-Gas气化系统两开一备,运行时可副产200 t/h的超高压饱和蒸汽(压力12 MPa,温度520 ℃),每年可产出超高压蒸汽约1 680 kt,按超高压蒸汽市场价格约343/t计算,每年可产生57 624万元的经济效益。

3.3  采用碳回收设施回收渣水中的炭粉,降低渣中含碳量,提高碳转化率

更多内容详见《中氮肥》2020年第5

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