60 萬t 甲醇廠煤氣化工藝對比分析研究

尉美玲

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037036）

1 煤氣化工藝流程及特點(diǎn)

1.1 Texaco 水煤漿氣化工藝流程及特點(diǎn)

Texaco 水煤漿氣化工藝主要通過磨煤機(jī)將原煤打磨制成水煤漿，然后利用專用泵將水煤漿輸送至氣化爐井下制氣，如圖1 所示。該技術(shù)生產(chǎn)能力大，目前最大的氣化爐生產(chǎn)能力達(dá)2 000 t/d，而我國氣化爐最大生產(chǎn)能力已達(dá)1 200 t/d，可選用各種煤種井下制氣，如煙煤、無煙煤、高硫煤等，但是對原煤含灰量、灰熔點(diǎn)等要求相對較高，要求含灰量較低以及還原性氣氛下灰熔點(diǎn)應(yīng)不得高于1 300 ℃、灰渣黏溫特性好等[1-2]。在生產(chǎn)過程中氣壓調(diào)校范圍在2.5～8.5 MPa。

圖1 Texaco 水煤漿氣化工藝流程示意圖

采用Texaco 水煤漿氣化工藝優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾方面：

1）對原煤要求低。Texaco 水煤漿氣化工藝對原煤要求相對較低，如對原煤顆粒大小、原煤含水率、活化性等要求低，所有可制成要求濃度輸送漿料的含煤固體均可使用。

2）氣化率相對較高。Texaco 水煤漿氣化工藝時(shí)水煤漿在進(jìn)入氣化爐后在高溫高壓作用下水煤漿瞬間轉(zhuǎn)化為合成氣，轉(zhuǎn)化率達(dá)95%。

3）成本費(fèi)用低。由于采用Texaco 水煤漿氣化工藝時(shí)水煤漿氣化率高，具有高饋給量和高產(chǎn)氣量，從而減少了裝置數(shù)量、占地面積以及投資成本，同時(shí)可采用低廉煤種作為原料煤，降低了成本費(fèi)用。

4）回收效率高。采用該工藝可將煤氣轉(zhuǎn)化后的廢氣固體進(jìn)行回收，再次循環(huán)進(jìn)行煤漿制作以及煤氣轉(zhuǎn)化，回收效率高。

1.2 Shell 干煤粉氣化工藝流程及特點(diǎn)

根據(jù)進(jìn)料方式Shell 干煤粉氣化工藝屬于流床氣化，通過對磨碎原料煤、氧氣、蒸汽進(jìn)行加壓并進(jìn)入至氣化爐內(nèi)，在短時(shí)間內(nèi)通過氣化爐蒸餾、加壓等作用完成升溫、揮發(fā)分脫除、裂解、燃燒及轉(zhuǎn)化等反應(yīng)過程；在氧氣充足條件下原料煤、水分、揮發(fā)分等完成燃燒反應(yīng)，當(dāng)氣化爐中氧氣消耗完后原料完成其他轉(zhuǎn)化反應(yīng)并進(jìn)入氣化階段，并形成以CO、H2為主的混合煤氣，工藝流程如圖2 所示[3-4]。Shell 干煤粉氣化工藝主要特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾方面：

圖2 Shell 干煤粉氣化工藝流程示意圖

1）Shell 干煤粉氣化工藝對煤的活性、煤的灰熔點(diǎn)要求低，可采用高灰分、高水分、高含硫量的煤種作為原料煤，適用性強(qiáng)，而且工藝在操作過程中采用加壓氮?dú)廨斔头绞剑B續(xù)穩(wěn)定性好且操作穩(wěn)定。

2）該工藝在氣化過程中氣化溫度在1 350～1 780 ℃范圍內(nèi)，原煤量炭化率達(dá)99%以上，產(chǎn)品氣體相對潔凈，產(chǎn)品氣中CO、H2等有效氣體體積分?jǐn)?shù)在92%以上，氣體內(nèi)重?zé)N含量低。

3）Texaco 水煤漿氣化工藝相比Shell 干煤粉氣化工藝耗氧量低，減少了配套空分裝置成本費(fèi)用，同時(shí)在生產(chǎn)過程中生產(chǎn)氣壓為3 MPa，原煤料處理量達(dá)2 200 t，生產(chǎn)能力大。

4）氣化爐高溫排出的熔渣經(jīng)激冷后成玻璃狀顆粒，性質(zhì)穩(wěn)定，對環(huán)境幾乎沒有影響。氣化污水中含氰化合物少，容易處理，必要時(shí)可做到零排放，對環(huán)境保護(hù)十分有利。

2 Texaco 和Shell 煤氣化工藝指標(biāo)對比分析

2.1 工藝參數(shù)對比

通過對Texaco 和Shell 兩種煤氣化工藝指標(biāo)進(jìn)行對比分析，如表1 所示：

表1 Texaco 和Shell 煤氣化工藝參數(shù)對比分析表

根據(jù)表1 可知，采用Shell 煤氣化工藝時(shí)氣化溫度最高達(dá)1 700 ℃，在高溫作用下褐煤、次煙煤、煙煤、石油焦均可作為原煤料，適用性強(qiáng)，對煤種要求相對較低[5]，而Texaco 煤氣化工藝氣化溫度相對較低，僅次煙煤、無煙煤可作為原煤料，適用性受限，隨著煤供應(yīng)緊張，煤價(jià)格增加，其經(jīng)濟(jì)性以及適用性相對較低。

2.2 生產(chǎn)能耗對比

為了對比分析Texaco 和Shell 煤氣化工藝在進(jìn)行甲醇生產(chǎn)過程中能耗，Texaco 氣化工藝采用2 套操作壓力為6.5 MPa 直徑為3.2 m 氣化爐及其配套設(shè)備，Shell 氣化工藝采用一套操作壓力為4.0 MPa，直徑為5.0 m 氣化爐及其配套設(shè)備，按兩種工藝甲醇生產(chǎn)量為55×104t/a 對其能耗進(jìn)行對比分析，如表2 所示。

表2 Texaco 和Shell 煤氣化工藝能耗對比分析表

根據(jù)表2 可知，采用Shell 煤氣化工藝進(jìn)行甲醇生產(chǎn)時(shí)能耗相對較低，與Texaco 煤氣化工藝相比能耗可減少13.24 GJ/t，綜合分析發(fā)現(xiàn)采用Texaco 煤氣化工藝熱效率、熱能利用率以及碳轉(zhuǎn)化率相對較低，低壓蒸汽量為30.4 t/h，是造成能耗高的主要原因。

3 實(shí)際應(yīng)用效果分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益對比分析

1）以同規(guī)模的甲醇裝置的氣化單元為建設(shè)項(xiàng)目，采用Texaco 氣化工藝需投資金額為8.72 萬元，而Shell煤氣化工藝投資金額為10.46 萬元，相比較Shell 煤氣化工藝投資費(fèi)用高出19.95%。

2）從甲醇生產(chǎn)成本來看采用Shell 煤氣化工藝時(shí)煤氣化效率高，在相同生產(chǎn)能力下比Texaco 煤氣化工藝煤耗量低5%～7%，氧氣消耗量低15%～19%，在煤耗、氧氣消耗量上Shell 煤氣化工藝生產(chǎn)甲醇具有一定優(yōu)勢。

3）但是從甲醇生產(chǎn)成本費(fèi)用對比分析來看，Shell煤氣化工藝投資相對較高，以及設(shè)備維護(hù)及折舊費(fèi)用相比Texaco 煤氣化工藝高，同時(shí)采用Shell 煤氣化工藝生產(chǎn)甲醇時(shí)成本為1.42 萬元/t，而采用exaco 煤氣化工藝時(shí)生產(chǎn)甲醇成本為1.24 萬/t，生產(chǎn)成本高了4.2%。

3.2 運(yùn)行穩(wěn)定性對比分析

截止目前國內(nèi)共引進(jìn)Shell 煤氣化工藝生產(chǎn)裝置40 余套，實(shí)際操作過程中整體穩(wěn)定性相對較差，裝置開車率不足80%，而Texaco 煤氣化工藝采用3 套氣化爐，在生產(chǎn)過程中氣化燒嘴、耐火磚使用壽命長，氣化嘴平均120 d 更換一次，耐火磚8 000 h 更換一次，全年生產(chǎn)時(shí)間長達(dá)320 d，而Shell 煤氣化工藝氣化爐內(nèi)部主要采用水冷壁結(jié)構(gòu)，無需安裝耐火磚，在生產(chǎn)時(shí)減少了氣化爐維護(hù)工作量，氣化爐內(nèi)部無轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，增加了氣化爐使用壽命，無需安裝備用氣化爐，減少了設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。

4 結(jié)語

通過以上綜合對比分析相比傳統(tǒng)的Texaco 煤氣化工藝，Shell 煤氣化工藝在進(jìn)行甲醇生產(chǎn)時(shí)綜合能耗相對較低、煤種要求低、氣化效率高，通過實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)采用Shell 煤氣化工藝時(shí)原煤料85%的熱能能夠轉(zhuǎn)換為合成氣，高壓或中壓蒸汽回收量達(dá)17%，相比Texaco 煤氣化工藝熱效率可提高至98%以上。