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煤氣化技術(shù)的基本原理范文第1篇

關(guān)鍵詞：殼牌煤氣化 CO 變換技術(shù) 高摩爾分?jǐn)?shù)

隨著改革開(kāi)放，社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，越來(lái)越多的居民使用上了管道煤氣，過(guò)多的需求導(dǎo)致許多中小城市也紛紛加快了煤氣廠(chǎng)建造的規(guī)模與數(shù)量，但是過(guò)多的煤氣廠(chǎng)建造必然導(dǎo)致CO的排放過(guò)量，因而為了走可持續(xù)性發(fā)展的環(huán)保道路我們就必需要降低煤氣中CO含量?，F(xiàn)階段，煤氣化技術(shù)作為高效轉(zhuǎn)化的核心技術(shù)在煤炭清潔方向的發(fā)展是非常迅速的，是降低煤氣排放氣體中CO含量的切實(shí)而有效的方法。

一、淺析CO變換的工藝設(shè)計(jì)

1.CO變換的基本原理。

通過(guò)技術(shù)手段，將煤氣廠(chǎng)排放尾氣中的CO變換成同樣可以燃燒但不會(huì)導(dǎo)致人們中毒的H2的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程就是CO的變換過(guò)程。CO的變換過(guò)程主要包括以下兩個(gè)反應(yīng)：

如圖所示，CO通過(guò)化學(xué)反應(yīng)變換為H2、CO2和H2S三種氣體，這三種氣體都可以通過(guò)后續(xù)工序進(jìn)行脫除，不會(huì)對(duì)人們和大氣造成危害。

2.CO變換工藝的條件。

2.1溫度對(duì)CO變換反應(yīng)的影響

CO變換反應(yīng)的主要特點(diǎn)在于放熱反應(yīng)是可逆的，如果溫度降低，平衡常數(shù)變大，反應(yīng)推動(dòng)力則變大，對(duì)反應(yīng)速度有利。前期反應(yīng)過(guò)程中，因距離反應(yīng)平衡段尚遠(yuǎn)，雖然未達(dá)到最佳的反應(yīng)溫度線(xiàn)，但仍具有較高的反應(yīng)速率。隨著反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，溫度應(yīng)逐漸降低，所以需要從催化劑中不斷的移去熱量。由此可見(jiàn)，各方面因素決定了變換過(guò)程中的溫度。

2.2水 / 氣比高低對(duì)CO變換的影響

對(duì)CO變換的設(shè)計(jì)來(lái)講，水氣比過(guò)高或者過(guò)低都是不利的。

2.3全氣量變換和部分氣量變換

在CO變換過(guò)程中，對(duì)合成氨方面來(lái)講，因需要將CO轉(zhuǎn)換成H2和CO2，所以通常需要全氣量通過(guò)變換爐進(jìn)行CO變換；而對(duì)于合成甲醇而言，全氣量變換或者部分氣量變換都可以在CO變換中進(jìn)行應(yīng)用。

2.4工藝?yán)淠旱钠?/p>

在CO變換設(shè)計(jì)中通常采用將部分的冷凝液汽提除氨的方法防止變換冷凝液中氨的累積。然而，在實(shí)際的汽提系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，銨鹽結(jié)晶容易堵塞氨汽提塔塔頂冷凝系統(tǒng)。一般在汽提塔分離器處至塔頂水冷器之間發(fā)生該類(lèi)現(xiàn)象，為解決該問(wèn)題，工藝上應(yīng)考慮對(duì)汽提塔分離器至塔頂水冷器管線(xiàn)、液位計(jì)的伴熱以及汽提塔分離器氣相管線(xiàn)等設(shè)備布置時(shí)，考慮縮短汽提塔分離器和塔頂冷凝器之間的間距并保證兩者之間的高度差，使得從塔頂冷凝器冷凝后的工藝?yán)淠阂揽恐亓ψ粤鬟M(jìn)入汽提塔分離器，配管時(shí)兩個(gè)設(shè)備之間的管道盡可能短并且不能有袋形。

二、三種殼牌粉煤氣化配套的典型CO變換技術(shù)

1.高水氣比CO變換技術(shù)

高水氣比CO變換技術(shù)也叫高水氣比高摩爾分?jǐn)?shù) CO 耐硫變換工藝流程，這項(xiàng)流程技術(shù)的特點(diǎn)是一次性把足量的中壓過(guò)熱蒸汽添加到煤炭爐中，在預(yù)變爐之前通常保持水氣比在 1.40水平以上，之后使CO變換反應(yīng)分段進(jìn)行，每段反應(yīng)之間添加少量或者不加激冷水對(duì)CO變換氣的溫度和水氣比進(jìn)行微調(diào)，反應(yīng)熱通過(guò)換熱或段間廢鍋等方式移除，最終的變換結(jié)果是 CO 摩爾分?jǐn)?shù)不高于 0. 4%。

2.低水氣比CO變換技術(shù)

低水氣比CO變換技術(shù)也叫低水氣比高摩爾分?jǐn)?shù) CO 耐硫變換工藝流程，這項(xiàng)流程技術(shù)的特點(diǎn)是不在第一變換爐入口處添加蒸汽，而是利用粗煤氣自帶的水蒸氣進(jìn)行CO的變換反應(yīng)，在后續(xù)各變換爐入口添加適量的工藝?yán)淠汉驼羝阉畾獗仍趥€(gè)階段變換爐入口的數(shù)值均控制在 0.5 以下，最終變換氣出口 CO 摩爾分?jǐn)?shù)一般可不高于 0.4%。

3.低串中水氣比CO變換技術(shù)

低串中水氣比CO變換技術(shù)也叫低串中水氣比高摩爾分?jǐn)?shù) CO 耐硫變換工藝流程，這項(xiàng)流程技術(shù)的特點(diǎn)是不在預(yù)變換爐入口處添加蒸汽，與低水氣比CO變換技術(shù)一樣利用粗煤氣自帶的水蒸氣進(jìn)行CO變換反應(yīng)，不同的是把蒸汽和工藝?yán)淠涸诘谝蛔儞Q爐入口進(jìn)行添加，使水氣比數(shù)值維持在 0. 95 左右，然后分段進(jìn)行CO變換反應(yīng)，段間添加少量或不加激冷水對(duì)變換氣的溫度和水氣比進(jìn)行微調(diào)，反應(yīng)熱通過(guò)換熱或段間的廢鍋等方式移走，最終變換氣出口CO 摩爾分?jǐn)?shù)一般可不高于 0.4%。

4.三種CO變換技術(shù)點(diǎn)評(píng)。

通過(guò)對(duì)以上三種高摩爾分?jǐn)?shù) CO 變換技術(shù)過(guò)程分析，結(jié)合其實(shí)際操作運(yùn)行狀況，我們可以得出：高水氣比變換技術(shù)的裝置在現(xiàn)行煤氣化CO變換過(guò)程中被使用較多，但這種技術(shù)裝置同時(shí)也存在著較多問(wèn)題，只有不斷的對(duì)這些裝置進(jìn)行技術(shù)改造，才能跟上現(xiàn)代CO變換的技術(shù)更替，所以如果高水氣比CO變換技術(shù)無(wú)法突破解決目前CO變換技術(shù)中存在的主要問(wèn)題，那么能否在將來(lái)配套殼牌粉煤氣化工藝CO變換裝置上繼續(xù)采用高水氣比變換技術(shù)就未嘗可知了；我們認(rèn)為低水氣比高摩爾分?jǐn)?shù) CO 變換技術(shù)是一種可靠、成熟、節(jié)能的CO變換技術(shù)，低串中水氣比高摩爾分?jǐn)?shù)CO 變換技術(shù)是在對(duì)高水氣比變換技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和低水氣比變換技術(shù)的集成的基礎(chǔ)上研發(fā)的，這項(xiàng)技術(shù)適用于高水氣比變換裝置或者新建變換裝置的技術(shù)改造。

三、結(jié)束語(yǔ)

殼牌煤氣化過(guò)程中CO變換工藝技術(shù)是否成熟先進(jìn)可靠，主要取決于在裝置投資、催化劑壽命、操作控制、低位熱能利用和高位熱能回收等方面，尤其是在如何降低能耗、如何穩(wěn)定的運(yùn)行系統(tǒng)以及如何延長(zhǎng)催化劑壽命等方面是現(xiàn)在CO變換技術(shù)研發(fā)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，但這也是我們技術(shù)人員在改進(jìn)殼牌粉煤氣化CO變換技術(shù)中需要為之努力和突破的方向。

參考文獻(xiàn)

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煤氣化技術(shù)的基本原理范文第2篇

1黑液氣化聯(lián)合合成二甲醚工藝流程設(shè)計(jì)

黑液和O2由噴槍注入，在氣化爐內(nèi)發(fā)生干燥、熱分解和氣化反應(yīng)，生成由CO和H2為主要成分的粗氣化氣。高溫粗氣化氣經(jīng)冷卻器冷卻到低于250℃后，進(jìn)入填料吸收凈化塔進(jìn)行脫硫。在凈化塔中，回收堿液由吸收塔頂部加入，向下流動(dòng)，粗氣化氣由吸收塔底部加入，向上流動(dòng)，溶質(zhì)和吸收劑之間發(fā)生逆流吸收反應(yīng)；反應(yīng)生成碳酸鈉、硫化鈉和硫醇鈉，富液從吸收塔底部排出，通過(guò)管道引入苛化池；在苛化池內(nèi)，富液中的碳酸鈉與石灰乳發(fā)生苛化反應(yīng)生成氫氧化鈉，富液中的硫化鈉和甲硫醇鈉不參與反應(yīng)，苛化反應(yīng)后，經(jīng)過(guò)過(guò)濾，得到含氫氧化鈉、硫化鈉和少量甲硫醇鈉的混合回收堿液，回用作為脫硫吸收劑。凈化合成氣經(jīng)增壓機(jī)增壓至0.1～2MPa，再經(jīng)過(guò)CO的高溫變換，增加H2濃度，同時(shí)減少CO濃度，使H2∶CO=2.2。經(jīng)過(guò)高溫變換的合成氣增壓至5～7MPa后通入甲醇合成反應(yīng)器中反應(yīng)，在催化劑的作用下，H2和CO反應(yīng)生成甲醇。生成的高溫甲醇及余氣經(jīng)冷卻分離塔中的冷卻管間接冷卻，分離為甲醇液和余氣。余氣通入余氣分離塔，塔內(nèi)用膜分離法分離余氣中的H2，回收成為合成甲醇的原料，剩余廢氣被排出。甲醇液進(jìn)入二甲醚合成器，反應(yīng)生成二甲醚及廢氣，經(jīng)冷卻分離塔間接冷卻分離出二甲醚，剩余廢氣被排出。

2黑液氣化聯(lián)合合成二甲醚的技術(shù)參數(shù)

2.1黑液高溫氣化生產(chǎn)合成氣黑液氣化技術(shù)根據(jù)氣化溫度的高低可以分為兩類(lèi)，低溫氣化氣化爐的操作溫度低于800℃，一般在650～750℃，但由于反應(yīng)溫度較低，黑液中有機(jī)質(zhì)反應(yīng)不夠徹底，碳轉(zhuǎn)化率較低；高溫氣化氣化爐的操作溫度在1000℃左右，碳轉(zhuǎn)化率和熱能利用率較高。國(guó)外進(jìn)行了高溫空氣氣化和高溫O2加壓氣化試驗(yàn)，前者效果不佳，后者效果較好。2008年，國(guó)內(nèi)采用噴射氣化爐進(jìn)行黑液氣化試驗(yàn)，也取得較好效果。試驗(yàn)運(yùn)行條件為：溫度500～1350℃；壓力：常壓；氧化劑：工業(yè)O2；氣體流量2.5～5.3m3/min。試驗(yàn)結(jié)果表明，有機(jī)碳轉(zhuǎn)化率達(dá)到89.7%～91.0%，氣化氣熱效率最高74.7%，得到最佳粗燃?xì)饨M成為（V%）：H2:42，CO:26.7，CO2:29.8，CH4:0.6，H2S:0.63。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有進(jìn)行加壓黑液氣化試驗(yàn)，所以，根據(jù)現(xiàn)有條件，當(dāng)前宜采用常壓O2氣化方法。參數(shù)見(jiàn)表1。

2.2合成氣脫硫黑液氣化氣和煤氣成分都以CO、CO2和H2為主，含有少量CH4、焦油和H2S，H2S為主要含硫化合物。由于兩者成分相似，黑液氣化脫硫凈化方法有低溫反應(yīng)脫硫法和高溫反應(yīng)脫硫法，高溫脫硫凈化還在研究試驗(yàn)，技術(shù)處于未成熟階段。低溫反應(yīng)脫硫作為常用的脫硫方法，主要包括ADA、PDS、HPF和有機(jī)胺脫硫等多種工藝。煤氣化氣低溫脫硫效果較好，但黑液氣化氣中H2S占硫化物總量的98%，還有2%的甲硫醇和甲硫醚組分不能有效消除。為消除甲硫醇的成分，可采用以填料吸收塔為主要設(shè)備，以回收堿液為吸收劑的黑液氣化氣脫硫凈化新方法。氣化氣脫硫具體參數(shù)見(jiàn)表2。

2.3CO部分轉(zhuǎn)換合成氣經(jīng)過(guò)脫硫后主要成分為H2和CO，其中H2和CO的比相當(dāng)于H2∶CO=1.64。由于H2和CO反應(yīng)生成甲醇的最佳計(jì)量比為H2∶CO=2.2，所以，繼脫硫后的合成氣需要進(jìn)行部分水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)，使氣體的比例達(dá)到H2∶CO=2.2。目前工業(yè)上一般將CO變換過(guò)程分成兩步進(jìn)行，以保證較高的反應(yīng)速率和較低的CO殘留。第一步高溫變換過(guò)程，用鐵鉻系催化劑，在0.1～2MPa、350～500℃條件下進(jìn)行，可將轉(zhuǎn)化尾氣中CO含量降低到3%左右；第二步低溫變換過(guò)程，使用銅鋅系催化劑，反應(yīng)溫度為190～250℃，將CO含量降低到0.3%以下。在國(guó)外，常用的CO高溫變換催化劑如C12-304、C12-305等使用壓力為0.1～5MPa，SK-12、K6-10等使用壓力為0.1～8MPa。在國(guó)內(nèi)，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的CO高溫變換催化劑使用壓力大多在0.1～2MPa。在黑液氣化產(chǎn)生的合成氣中，H2和CO的比約為H2∶CO=1.64，其中，H2的體積分?jǐn)?shù)為38.8%～42.45%，CO的體積分?jǐn)?shù)為29.78%～38.48%。只需要其中約20%～28%的CO發(fā)生轉(zhuǎn)化，就達(dá)到H2∶CO=2.2的要求。由于要求CO轉(zhuǎn)化率低，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量小，反應(yīng)器中的催化床的溫度較低，所以選擇低溫轉(zhuǎn)化工藝。CO部分轉(zhuǎn)換具體參數(shù)見(jiàn)表3。2.4合成甲醇當(dāng)前工業(yè)化甲醇的生產(chǎn)基本采用的是氣相合成法。其主要化學(xué)反應(yīng)式為：CO+2H2CH3OH+Q；CO2+3H2CH3OH+H2O+Q。合成甲醇的反應(yīng)物為CO和H2，但是原料氣中往往含有CO2及少量的N2和CH4。合成甲醇的催化劑基本上是以Cu和ZnO為主,并加入鋁或鉻的氧化物如CuO-ZnO-Cr2O3，CuO-ZnO-Al2O3，最新發(fā)展到Co-Mo/MgO-Al2O3催化劑。生成甲醇的反應(yīng)是一個(gè)體積縮小的放熱可逆復(fù)雜反應(yīng)過(guò)程。提高合成的壓力有利于反應(yīng)，同時(shí)反應(yīng)熱使催化床的溫度升高，導(dǎo)致副反應(yīng)發(fā)生和催化劑失活，因此，甲醇反應(yīng)器需要有反應(yīng)中心的散熱功能。CuO-ZnO-Cr2O3催化劑的活性區(qū)域在473～563K之間,最佳活性使用溫區(qū)在500～530K之間，壓力在5～7MPa。合成甲醇的具體參數(shù)如表4。

2.5甲醇冷卻分離甲醇反應(yīng)器出口氣的冷卻是甲醇生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié),通常采用甲醇分離器進(jìn)行分離。當(dāng)冷卻器的冷卻效果不好時(shí)，通常造成甲醇不能完全冷凝，影響甲醇的產(chǎn)率。大慶油田化工集團(tuán)甲醇分公司采用冷凍水作為冷卻液不僅使得循環(huán)氣溫度降低，還使得余氣中的氣態(tài)甲醇體積分?jǐn)?shù)降低了0.5個(gè)百分點(diǎn)。具體參數(shù)如表5所示。

2.6甲醇余氣分離甲醇余氣分離的目的是回收甲醇合成過(guò)程中未反應(yīng)的H2。甲醇余氣中H2的含量大約占60%～70%，因?yàn)镠2成本較高，如直接排放,不但浪費(fèi)資源,而且污染環(huán)境。當(dāng)前主要采用膜分離和PSA變壓吸附兩種方法回收H2。變壓吸附技術(shù)是以吸附劑(多孔固體物質(zhì))內(nèi)部表面對(duì)氣體分子的物理吸附為基礎(chǔ),在高壓下進(jìn)行選擇吸附,較低壓力下使吸附的組分解吸出來(lái)。利用吸附劑對(duì)特定氣體的吸附和脫附能力不同,實(shí)現(xiàn)氣體的有效分離。膜分離就是在一定的壓力條件下,利用不同種類(lèi)的氣體在有機(jī)高分子膜中具有不同的滲透速率而實(shí)現(xiàn)氣體分離。榆林能化有限公司、山東兗礦國(guó)宏化工有限責(zé)任公司在余氣的回收中對(duì)其進(jìn)行了充分運(yùn)用。由于膜分離技術(shù)具有能耗低、操作簡(jiǎn)單、投資少、生產(chǎn)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛運(yùn)用。膜分離的具體參數(shù)見(jiàn)表6。

2.7甲醇合成二甲醚當(dāng)前由甲醇合成二甲醚主要分為甲醇?xì)庀嗝撍ê图状家合嗝撍?。甲醇?xì)庀嗝撍ㄆ浠驹硎菍⒓状颊羝ㄟ^(guò)固體酸性催化劑(氧化鋁或結(jié)晶硅酸鋁)，發(fā)生非均相反應(yīng)，甲醇脫水生成二甲醚。傳統(tǒng)的甲醇液相脫水法是以甲醇為原料，在濃硫酸的催化作用下，生成硫酸氫甲酯，硫酸氫甲酯再與甲醇反應(yīng)生成二甲醚。由于液相合成二甲醚具有設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單、占地面積小、投資較少、反應(yīng)溫度低、反應(yīng)容易控制、轉(zhuǎn)化率高、副產(chǎn)物少、產(chǎn)品提純相對(duì)容易的優(yōu)點(diǎn),所以對(duì)于提高生產(chǎn)效率、降低投資和生產(chǎn)成本具有重要意義。但采用濃硫酸作催化劑,產(chǎn)生大量難處理的稀硫酸廢液。在黑液氣化聯(lián)合合成二甲醚的研究初級(jí)階段，從可靠性和穩(wěn)定性考慮，將選擇酸催化合成法。酸催化合成二甲醚的具體參數(shù)見(jiàn)表7。

3技術(shù)難點(diǎn)分

解及解決辦法采用立式噴射氣化爐進(jìn)行黑液氣化試驗(yàn)，O2和黑液由頂部噴入爐腔，造成氣化爐上部分的溫度較低、水蒸發(fā)速率小，需要較長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)距離才能使黑液完全干燥，所以需要反應(yīng)器的高度在6.5m以上，同時(shí)存在無(wú)機(jī)物熔融對(duì)氣化爐腐蝕問(wèn)題，目前，在世界范圍內(nèi)還沒(méi)有完全成功研制出的工業(yè)應(yīng)用型黑液氣化爐。解決辦法：以干燥黑液為原料，在實(shí)驗(yàn)室的小型反應(yīng)器中進(jìn)行氣化試驗(yàn)，生產(chǎn)合成氣。