HT-L航天粉煤加壓氣化裝置運行情況

姜從斌,劉曉軍,葛超偉

(1.北京航天萬源煤化工工程技術有限公司,北京 100176;2.安徽晉煤中能化工股份有限公司,安徽臨泉 236400)

1 HT-L粉煤加壓氣化技術工藝流程

HT-L航天粉煤加壓氣化裝置主要包括磨煤及干燥單元、粉煤加壓及輸送單元、氣化及合成氣洗滌單元、渣及灰水處理單元。

HT-L航天粉煤加壓氣化工藝以干煤粉為原料,采用激冷流程生產粗合成氣。HT-L航天粉煤加壓氣化工藝采用了盤管式水冷壁氣化爐,頂燒式單燒嘴,在較高溫度(1 400～1 800℃)及壓力(4.0 MPa)下,以純氧及少量水蒸氣為氣化劑在氣化爐中對粉煤進行氣化,生成以(CO+H2)為主的濕煤氣(合成氣)。流程示意如圖1。

2 主要流程簡述

2.1 磨煤及干燥單元

本系統由磨煤、惰性氣體輸送、粉煤過濾三部分組成。該單元使用常規的原煤研磨、干燥技術。來自原料煤倉的碎煤/石灰石經稱重給煤機計量后進入磨煤機,原煤在磨煤機內磨成煤粉,并由高溫惰性氣流烘干、輸送,通過粉煤袋式過濾器實現粉煤與惰性氣體的分離,粉煤由螺旋輸送機送入粉倉,惰性氣體循環利用。

2.2 粉煤加壓及輸送單元

本系統由粉煤儲存、粉煤加壓、粉煤輸送組成。合格的粉煤儲存在常壓倉內,粉煤給料罐連續向氣化爐燒嘴供料,并與氣化爐之間保持恒定的壓差;通過粉煤鎖斗聯通常壓倉和給料罐;粉煤鎖斗常壓進料,加壓向給料罐放料。

2.3 氣化及合成氣洗滌單元

粉煤經三路進入氣化爐燃燒器的三個煤粉管;氧氣經氧氣預熱器加熱后在氧蒸汽混合器內按一定比例與蒸汽混合,然后進入燃燒器。

粉煤在氣化爐燃燒室內發生部分氧化反應,生成的合成氣主要成分是 H2和CO;合成氣經激冷環進入激冷室,在激冷室內合成氣經過降溫、增濕、除塵、洗滌(被水飽和),熔渣迅速固化;合成氣出氣化爐后再經文丘里洗滌器和合成氣洗滌塔,用水進一步增濕、除塵、洗滌,除塵后的合成氣進入下游變換工序;粉煤燃燒后形成的灰渣沉積在激冷室水中,絕大部分灰渣迅速沉淀并通過渣鎖斗系統定期排出。氣化爐燃燒室通過水冷壁產生中壓飽和蒸汽回收熱量。

圖1 HT-L航天粉煤加壓氣化工藝流程

2.4 渣及灰水處理單元

從氣化爐激冷室和合成氣洗滌塔底部排出的黑水進入渣水系統,經兩級閃蒸去除不凝性氣體并回收熱量,固體顆粒經絮凝、沉淀、過濾后收集,灰水循環利用。

3 示范裝置建設及運行情況

3.1 濮陽項目

3.1.1 建 設

濮陽龍宇示范項目是對老廠固定層煤氣化裝置的造氣部分進行改造,后面配套150 kt/a甲醇凈化生產裝置,項目建設期18個月。

2007年1月 開工建設

2008年1月 全部土建施工完成

2008年8月 機械竣工

2008年10月13日 系統一次點火投料成功

3.1.2 運行記錄

濮陽龍宇化工 HT-L航天粉煤加壓氣化裝置于2008年10月13日11:13一次點火、投料開車成功,經過系統整改,于2009年5月氣化裝置實現了安全、穩定、長周期運行,燃燒器累計運行記錄146 d,組合式燃燒器(其中兩個燃燒器)累計運行記錄超過一年。但由于與 HT-L航天粉煤加壓氣化裝置相配套的其他系統問題,氣化爐未能實現滿負荷運行,最高負荷入爐氧氣流量13500 m3/h,日產精醇450 t。

3.1.3 生產用煤

神木煤單燒,神木煤配新橋無煙煤末混燒,新橋無煙末煤單燒。

3.1.4 運行指標

氣化操作溫度 1 400～1 650℃

有效氣成分 90%～92%

有效氣(CO+H2)比煤耗 約580 kg/km3

有效氣(CO+H2)比氧耗 約350 m3/km3

3.2 臨泉項目

3.2.1 建 設

安徽臨泉化工示范項目是新建的一套完整的200 kt/a甲醇生產裝置,建設內容主要包括氣化裝置、空分、變換、凈化、壓縮、合成、精餾和公用工程等。

項目建設進度 建設期24個月

2006年10月 開工建設

2007年10月 土建施工完成

2008年8月 機械竣工

2008年10月31日 系統一次點火投料成功

3.2.2 運行記錄

安徽臨泉化工 HT-L航天粉煤加壓氣化裝置于2008年10月31日9:08一次投料開車成功。經過兩次整改,于2009年4月15日氣化裝置實現了穩定運行。2009年4月15日至2010年4月15日,氣化爐累計運行326 d(日歷天數365 d),運行率89.3%。2010年氣化裝置累計運行338 d,運行率92.58%,氣化爐連續(24 h不間斷)運行達到91 d;氣化爐燃燒器累計運行最長記錄為125 d。

3.2.3 氣化爐運行情況(表1)

表1 安徽臨泉HT-L爐運行情況

3.2.4 生產用煤

神木煤,神木與新鄭混煤,新疆煤,新疆與新鄭混煤、與晉城煤的混煤,甘肅煤,新疆保利煤,神木煤與晉城無煙煤末混燒,神木煤配晉城高硫煤(原煤含硫2.35%)等等。前后進行了5種煤的單燒,多種配煤的混燒。

3.2.5 技術指標

氣化操作溫度 1 400～1 650℃

有效氣成分 92%～93%

有效氣(CO+H2)比煤耗 約608 kg/km3

有效氣(CO+H2)比氧耗 約310 m3/km3

氣化爐運行記錄見表2。

3.2.6 產量及消耗

2010年臨泉化工累計生產甲醇183 026 t,噸甲醇耗原煤1392 kg,蒸汽2080 kg,電327 kW·h。

3.2.7 臨泉化工2010年獲得的榮譽

2010年 HT-L粉煤加壓氣化項目獲中國氮肥工業協會特等獎,阜陽市科學技術突出貢獻獎,臨泉縣科技進步特等獎。全年共獲國家項目資金1 176萬。尤其是粉煤氣化項目經濟高效運行,為公司跨越發展提供了堅實的技術支撐,取得了安徽省創新型企業稱號。

4 HT-L裝置現場考核和鑒定情況

2009年10月23～26日通過中國石油化工協會組織的現場考核。2009年10月28日通過中國石油化工協會組織的技術鑒定。

結論

(1)粉煤氣化+水激冷流程簡單可靠,適合煤化工流程;氣化裝置能做到安全、穩定、可靠運行。

(2)氣化系統的開停車,吹掃、點火、開工、投煤等都是通過程序自動執行,開停車方便可靠;故障安全聯鎖系統涵蓋了所有開車運行過程,聯鎖參數設計合理,確保了裝置安全。

(3)爐膛測溫點能及時反映水冷壁掛渣情況,間接反映爐膛溫度趨勢,特別是在煤種不穩定或換煤種時,爐膛溫度測點對順利過渡及安全運行起到了良好的指導作用。

(4)HT-L粉煤加壓氣化技術屬國際領先的潔凈煤氣化技術,具有良好的環保、節能性能。

(5)該裝置操作簡便、維護方便、投資和運行費用低,國產化率99%,裝置聯鎖投用率100%。自動化操作率大于98%。投資小,技術支持方便及時、氣化爐開工率高、故障率低。該技術擁有自主知識產權,總體技術水平處于國際領先。

5 HT-L航天粉煤加壓氣化技術的推廣

到目前為止,從示范裝置運行情況來看,航天煤氣化工藝系統、儀表控制系統、設備、土建等設計合理,運行指標達到或部分超過國外先進煤氣化技術的指標,都達到設計要求。

目前北京航天萬源煤化有限公司已經簽訂的煤化工項目見表3。北京航天萬源煤化工工程技術有限公司具有航天煤氣化專利技術、煤化工項目整體設計能力、專利專有設備制造能力、裝置開車能力,同時可對業主的操作隊伍進行仿真培訓,能提供完善的煤化工工程項目服務。

表3 簽訂項目一覽表