1.0MPa灰融聚氣化高硫粉煤及后續(xù)脫硫的研究

畢可軍，毛少祥

（陜西秦晉煤氣化科技有限公司，陜西西安 710075）

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國煤炭保有儲(chǔ)量10 024×108t以上，其中高硫煤（硫分高于3%）890.743×108t［1］。由于高硫煤在燃燒時(shí)對(duì)環(huán)境污染大，國家出臺(tái)了限制開采高硫煤的政策。但高硫煤作為一種特殊性質(zhì)的煤炭，具有巨大的潛在開發(fā)價(jià)值，如高硫煤制甲醇產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。因此，我國能源化工 “十二五”規(guī)劃中明確高硫煤主要用于煤氣化工業(yè)［2］。

高硫煤用于煤氣化工業(yè)的優(yōu)勢(shì)在于高硫煤在氣化及粗煤氣凈化過程中將硫脫除掉，而不排入大氣。目前，高硫煤用于煤氣化工業(yè)的脫硫方法以氣化制粗煤氣脫硫?yàn)橹鳎窍冗M(jìn)的煤氣化技術(shù)與脫硫技術(shù)的集成，其中，1.0MPa灰融聚流化床粉煤氣化技術(shù)與低溫甲醇洗脫硫技術(shù)的集成是一種新的方式。

1 1.0MPa灰融聚流化床粉煤氣化技術(shù)

一般流化床粉煤氣化工藝中，爐內(nèi)必須維持一定的含碳量（一般應(yīng)大于40%，以維持爐內(nèi)的還原氣氛），且在流化狀態(tài)下渣和料層的分離很困難，灰渣與飛灰的含碳量均較高，氣化溫度經(jīng)常控制在950℃以下。在此溫度下，只能用反應(yīng)活性好的煤種，如褐煤、長(zhǎng)焰煤，才能獲得質(zhì)量較好的煤氣。

而灰融聚流化床粉煤氣化技術(shù)根據(jù)射流原理，在流化床底部設(shè)計(jì)了灰團(tuán)聚分離裝置，床內(nèi)形成局部高溫區(qū)，使灰渣團(tuán)聚成球，借助重量的差異達(dá)到灰團(tuán)與半焦的分離，在非結(jié)渣情況下，連續(xù)有選擇地排出低碳量的灰渣，因此床內(nèi)含碳量高，床溫高（950～1 100℃），使用煤種就放寬了，尤其適合高灰、高硫、高灰熔點(diǎn)、低活性煤的氣化。

1.0 MPa灰融聚流化床粉煤氣化示范裝置建于山西豐喜集團(tuán)臨猗分公司，于2007年1月投產(chǎn)，是國家發(fā)改委批準(zhǔn)的合成氨原料路線改造及動(dòng)力結(jié)構(gòu)調(diào)整項(xiàng)目。該項(xiàng)目的實(shí)施，有力地提升了我國的煤氣化技術(shù)水平，成為具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的氣化技術(shù)之一，對(duì)實(shí)現(xiàn)合成氨原料煤本地化具有重大意義［3］。

相對(duì)于常壓灰融聚流化床粉煤氣化技術(shù)，1.0MPa灰融聚流化床粉煤氣化技術(shù)具有的優(yōu)勢(shì)有以下。

（1）氣化強(qiáng)度提高

流化床氣化爐氣化強(qiáng)度與氣化爐壓力的0.7～0.75次方成正比，加壓1.0MPa灰融聚流化床粉煤氣化強(qiáng)度是常壓的4倍左右。

（2）單爐的氣化能力增加

φ2.6m常壓灰融聚流化床粉煤氣化爐單臺(tái)氣化能力達(dá)到5t／h，而在1.0MPa操作條件下，φ2.6mm灰融聚流化床粉煤氣化爐單臺(tái)氣化能力將達(dá)到20t／h。

（3）節(jié)約壓縮能耗

氣化爐壓力提高，生產(chǎn)的合成氣可直接進(jìn)入后系統(tǒng)，省去了壓縮大量煤氣的能耗，而只增加壓縮少量氣化劑的能耗。

（4）帶出物損失減少

隨著氣化爐壓力的增加，氣體密度增加，速度減小，隨氣流夾帶的物料量減少，夾帶的顆粒尺寸也都減小。另外，隨著氣化爐壓力的增加，碳的轉(zhuǎn)化率提高，帶出物及灰渣含碳量都降低。

2 高硫粉煤氣化

2.1 設(shè)計(jì)能力

年操作時(shí)間 8 000h（330d）

氣化爐操作彈性 60%～120%

投煤量 500.00t／d

煤氣產(chǎn)量 38 000.00m3／h（干基）

日產(chǎn)煤氣量 912 000.00m3／d（干基）

日產(chǎn)CO＋H2656 640.00m3／d（干基）

年產(chǎn)合成氨或甲醇能力 100kt／a

2.2 氣化爐規(guī)格及工藝參數(shù)

氣化爐 上部為稀相段，內(nèi)徑為φ3 800mm；下部為密相段，內(nèi)徑為φ2 600mm。內(nèi)砌隔熱、保溫及耐火、耐磨材料。

氣化爐操作壓力 1.0MPa

氣化爐操作溫度 950～1 050℃

床層操作壓差 10～20kPa

有效氣（CO＋H2）含量（體積分率） 70%～72%

2.3 原料煤數(shù)據(jù)

原料煤 山東北宿氣煤

工業(yè)分析（質(zhì)量分率）

元素分析（質(zhì)量分率）

灰熔點(diǎn)

2.4 氣化設(shè)計(jì)指標(biāo)

在參考1.0MPa灰融聚流化床粉煤氣化示范裝置實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，采用氣化過程的綜合計(jì)算法，計(jì)算山東北宿氣煤氣化設(shè)計(jì)指標(biāo)，如表1所示。

表1 山東北宿氣煤氣化設(shè)計(jì)指標(biāo)

由以上山東北宿氣煤氣化設(shè)計(jì)指標(biāo)可知，通過1.0MPa灰融聚流化床粉煤氣化技術(shù)，可使煤炭中90.0%以上的硫轉(zhuǎn)化到粗煤氣中，粗煤氣含硫量15.60g／m3。

3 粗煤氣脫硫

以高硫煤為原料，采用1.0MPa灰融聚流化床粉煤氣化制粗煤氣，煤中的硫大部分以H2S的形式轉(zhuǎn)化到粗煤氣中，可采用合適的脫硫工藝將其脫除并回收硫磺產(chǎn)品。

3.1 粗煤氣脫硫工藝的選擇

通常，采用傳統(tǒng)的液相濕式氧化脫硫法（栲膠法、改良ADA法、PDS法等）就能滿足一般煤制粗煤氣粗脫硫凈化要求，但高硫煤氣化制粗煤氣含硫量在20g／m3左右，由于傳統(tǒng)的液相濕式氧化脫硫法具有脫硫液硫容低，溶液循環(huán)量大等弱點(diǎn)［4］，所以高硫煤氣化制粗煤氣脫硫采用傳統(tǒng)的液相濕式氧化脫硫法就具有很大的局限性。而低溫甲醇洗滌法特別適合在1.0MPa以上系統(tǒng)中進(jìn)行高濃度酸性氣體的脫除［5］，具有脫除效率高，選擇性好，能量消耗比傳統(tǒng)的液相濕式氧化脫硫法低得多的優(yōu)點(diǎn)。因此，采用低溫甲醇洗滌法進(jìn)行1.0MPa灰融聚流化床高硫粉煤氣化制粗煤氣脫硫就是很好的工藝選擇。1.0MPa灰融聚流化床高硫粉煤氣化制甲醇工藝簡(jiǎn)圖見圖1。

圖1 1.0MPa灰融聚流化床高硫粉煤氣化制甲醇工藝簡(jiǎn)圖

3.2 低溫甲醇洗滌法

低溫甲醇洗滌法屬于一種物理吸收過程，它利用酸性氣體與其他組分在甲醇中的溶解度差別很大的原理進(jìn)行分離，可以脫除氣體中多種雜質(zhì)，在－30℃到－70℃的低溫下，甲醇可以同時(shí)脫除氣體中的H2S、COS、CS2、C4H4S、CO2、HCN、NH3、芳香烴、粗汽油等雜質(zhì)，并可同時(shí)脫除水，所吸收的有用組分可以在甲醇的再生過程中加以回收。

高硫煤制粗煤氣采用低溫甲醇洗滌法脫硫具有如下優(yōu)點(diǎn)。

（1）脫硫凈化度高。高硫煤氣化制粗煤氣脫硫一般采用兩級(jí)低溫甲醇洗工藝，凈煤氣中總硫含量≤0.1×10－6［6］，可適用于對(duì)硫含量有嚴(yán)格要求的化工生產(chǎn)。

（2）吸收的選擇性比較高。可以在同一裝置中有選擇地將粗煤氣中硫化物、CO2脫除并回收硫磺產(chǎn)品和CO2。

（3）操作費(fèi)用低。甲醇溶液的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，粘度和腐蝕性小，不需加入消泡劑，在運(yùn)行中不會(huì)被降解或分解，補(bǔ)充量較少。

但也應(yīng)看到，目前低溫甲醇洗滌工藝仍然以國外專利技術(shù)為主，軟件費(fèi)用較高，設(shè)備及管道需低溫鋼材料，部分設(shè)備由國外制造，總體投資較高。針對(duì)低溫甲醇洗滌工藝投資高的問題，筆者建議可以提高高硫煤應(yīng)用于煤氣化工業(yè)的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模來平衡其在總項(xiàng)目上的投資。

4 結(jié) 語

灰融聚流化床粉煤氣化技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)是適合煤種范圍寬，尤其適合高硫煤等劣質(zhì)煤的氣化。1.0MPa灰融聚流化床粉煤氣化操作壓力和氣化能力都有一定的提高，可使氣化制粗煤氣直接采用低溫甲醇洗法脫硫，可使高硫煤用于煤氣化工業(yè)達(dá)到規(guī)模化生產(chǎn)。1.0MPa灰融聚流化床粉煤氣化技術(shù)和低溫甲醇洗脫硫技術(shù)的集成，能夠使高硫煤用于煤氣化工業(yè)，脫硫效率高并可回收硫磺，實(shí)現(xiàn)高硫煤由具有污染的資源變成高附加值資源的轉(zhuǎn)變。

［1］唐勇.利用中高硫煤發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì) ［J］.煤炭加工與綜合利用，2006，14（6）：39～40.

［2］姜鑫民.解析能源化工 “十二五”規(guī)劃 ［C］.中國能源化工暨節(jié)能減排高新技術(shù)國際論壇論文集，西安，2010.

［3］荊文化，朱紅波.1.0MPa灰熔聚粉煤氣化裝置試車中存在的問題及處理［J］.中氮肥，2008，14（6）：41～42.

［4］鄔來栓.“三高”劣質(zhì)煤制甲醇汽油 ［J］.中氮肥，2009，15（4）：34～36.

［5］王同章，魏敦菘，魏琪等.煤炭氣化原理與設(shè)備 ［M］.北京：中國機(jī)械工業(yè)出版社，2006：169～171.

［6］李美玉.低溫甲醇洗脫硫的操作優(yōu)化 ［J］.科技信息，2008，23（23）：708.