煤气化工艺及配套空分设备流程特点（二）

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1.12四喷嘴对置式干煤粉加压气化技术

四喷嘴对置式干煤粉加压气化技术是华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂（水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心）、中国天辰化学工程公司三家通力合作开发的具有自主知识产权的煤气化技术，中试装置投煤能力为15-45t/d，建于兖矿鲁南化肥厂，已于2004年12月21日通过科技部主持的课题专家委员会72h运行考核验收。气化炉为热壁炉，内衬耐火砖。干煤粉由气化炉上部经四个烧嘴加入，产生的合成气下行经水激冷后出气化炉。属气流床煤气化炉。中试装置作了以氮气为输送载气和二氧化碳为输送载气的试验。气化温度为1300-1400℃，气化压力为2.0-3.0MPa，碳转化率≥98%,有效气（CO+H2）比煤耗为530-540kg/km3，比氧耗为300-320m3/km3，有效气（CO+H2）含量≥89-93%，冷煤气效率83-84%，比蒸汽（过热蒸汽）耗为110-130kg/km3。以氮气输送干煤粉时，合成气中含氮量为4-7%，以二氧化碳气输送干煤粉时，合成气中含氮量为0.7-0.9%。这种气化炉属热壁炉，适用于气化灰熔点低的煤，在技术指标上，与多喷嘴水煤浆加压气化炉相差并不太大，但是增加了过热蒸汽的消耗和加压氮气或二氧化碳气载气的能耗。有待在冷壁炉上再做些工作，以取得完善的成果。

1.13航天炉HT-L干煤粉加压气化技术

航天炉HT-L干煤粉加压气化技术是航天部十一所的专利技术，该炉型结合了德士古和壳牌的优点，以干粉煤为原料，可适应所有煤种，一个烧嘴，激冷流程，水冷壁产生蒸汽，类似GSP炉。气化温度1400-1700℃，最高可达1850℃，气化压力为3.7MPa，热效率η=95%，碳转化率99%,有效气（CO+H2）≥90%,2050m3煤气可产生1吨氨。原料煤耗比德士古低10%，炉渣残碳≤0.5%，而德士古残碳在3%，因此，总煤耗比其低15%，氧气耗低20%。该技术备煤、输煤、燃料调节系统、气化炉辐射段采用先进的粉煤气流床气化技术，灰渣水系统、洗涤、净化则采用水煤浆气化工艺的激冷流程技术，集当今世界两大先进煤气化技术之特点。在原料煤本地化、工艺路线优化、减少投资、关键设备国产化方面有优势。航天炉在安徽临泉，晋开化工合成氨项目已经投运。

2.配套空分设备流程选择

2.1产品规格

2.1.1煤化工合成氨项目（晋开化工投资控股集团有限责任公司500kt/a合成氨及配套工程，配置两套）

注：(1) 送气化炉烧嘴、硫回收； (2) 送液氮洗装置配氮；(3) 送输煤、气化炉和氧气路故障吹扫；(4) 送磨煤单元、液氮洗分子筛再生、送低温甲醇洗，气提用N2和全厂公用工程；(5) 送磨煤单元密封风机；(6) 液氮洗补充冷量用；

开车用高压氮需要用二氧化碳压缩机压缩（由于CO2分子量大，用活塞压缩机可以实现压氮到80bar,透平压缩机压氮只能压到60bar,需要在机前配置小型离心机和节流阀做好切换）。

该产品规格氮产品量大，规格较多，采用氮气循环单泵流程较为合理，但是由于进口西门子压缩机供货周期太长，业主最后选择双泵+氮压机空气循环流程。

煤化工合成氨的项目较多，合成氨工艺总的来说氮气需求量大，有的需要高压氮气，有的工艺不需要配置，一般流程形式几种都有。

2.1.2煤气化制醋酸（龙宇煤化工制醋酸）

高压氧内压缩，高压氮压力高，且量小（小于高压氧50%），采用空气循环双泵流程较为合理。

煤制醋酸为新兴起的一种煤气化方式，目前应用不是太普遍。

2.1.3煤制天然气产品规格（大唐阜新煤制天然气项目）

高压氧内压缩，高压氮压力高，且量小（小于高压氧50%），采用空气循环双泵流程较为合理。

煤制天然气为新兴起的一种煤气化方式，目前应用不是太多，但是市场潜力较大，而且运营压力不是太大。

    2.2配套空分流程选择

流程形式主要与投资和能耗有关，而不同要求的机器其效率不同，相同要求的机器又有进口和国产之分，流程形式不仅要结合理论模拟计算，而且要和机器实际效率结合，比如增压机的效率较高，但是氮压机的效率较低，则有时氮气内压的能耗较外压的能耗小，而且少了一套机组的配置，这一点和外压缩氧透效率低而增压机效率高导致最终能耗相差不大是同一道理。

对于配套煤化工空分设备来说，所需氧气产品一般比较单一，且一般都大于30bar ，所以应采用内压缩方式；然而其对氮气产品的需求不仅量大，而且压力等级多，获取方式一般有多种：下塔抽取压力氮气，下塔抽取压力氮气再外压缩（中抽+末级），下塔抽取液氮内压缩，上塔低压氮气出冷箱，上塔低压氮气+氮压机，氮气循环单泵流程（中抽与一压到底）等几种，而每种形式其对投资和能耗的影响因素又各不同，流程组织型式不唯一，所以一般是以满足氮气产品的规格要求来组织化工型内压缩空分设备流程方案，最后择优而选的。

煤化工配套空分流程主要有三种典型流程形式：空气循环单泵流程，空气循环双泵流程，氮气循环单泵流程。当然最终还要通过各种方案投资与能耗比较选择。

2.2.1空气循环单泵流程

采用氧内压，高压氮外压（一般无），中压氮外压（一般无，或者30bar以下），压力氮下塔抽，低压氮上塔抽。

流程特点：无中高压氮产品，在精馏上塔抽氮产品量少时，下塔抽压力氮，有效利用了精馏下塔所富裕的一定量的压力氮。整套空分设备具有投资少、能耗低、占地面积小、可操作性好，维护量小、可靠性高等特点。

2.2.2空气循环双泵流程

采用氧内压，高压氮内压，中压氮外压（一般无）压力氮下塔抽，低压氮上塔抽；

流程特点：高压氮产品占高压氧产品的比例小于50%，采用双泵流程，既可以减少一组高压氮压机的投资，又可以有效利用精馏下塔所富裕的一定量的压力氮。整套空分设备具有投资少、能耗适中、占地面积小、操作简单、维护量较小、运行可靠性高等特点。

2.2.3氮气循环单泵流程

采用氧内压，高压氮外压，中压氮外压，压力氮下塔抽，低压氮上塔抽，增压机与中高压氮压机合二为一；

高压氮产品占高压氧产品的比例大于50%，中压氮压力规格与膨胀空气规格大致相同且气量大，下塔抽压力氮，少量低压氮气上塔抽，中高压产品氮压机与空分流程的增压机合二为一，既可以减少中高压氮压机的投资，又可以有效利用精馏下塔所富裕的一定量的压力氮。整套空分设备具有投资适中、能耗适中、占地面积较小、可操作性好、维护量小、可靠性一般等特点。

氮气循环单泵流程一般有两种，一种为增压机（与氮压机合二为一）中抽型式（适合有中高压氮气，一种为一压到底型式（无高压氮气，中压氮气压力一般在50bar以下，且量大）此种场合应用较为合理。

2.3机组配置及型式选择

当前机组选择一般有进口和国产两种，汽轮机进口主要是曼透平和西门子，国产主要是杭汽。进口压缩机组主要供货商是曼透平和西门子，国产主要是陕鼓和沈鼓。进口机组价格大约为国产一倍，国产空压机能耗较进口高2%左右，增压机较进口高10%左右，主要是进口能做齿轮式压缩机，国产只能做单轴压缩机，单轴适合流量大，压比小的工况，压力不能做太高，而且流量要求变化不是太大，同一转速；齿轮式适合压比大的工况，适合高压，流量可以有较大的变化，转速不同，充分发挥叶轮特性，但是成本大。

机组型式目前主要有中抽和一压到底两种。中抽型式采用齿轮式增压机较好，易于控制，可以满足中抽量较大的工况，流程只需要满足末级最小流量即可，而且效率较高。中抽流程应用于产品压力较高，进口机组配置的情况。

一压到底型式采用单轴机器较多，单轴增压机中抽后后面几级效率大幅降低，在能耗方面几乎无优势，采用不中抽型式，可以弥补其缺陷，但是一压到底机组形式不太好控制，尤其膨胀机由于受到产液体多少其膨胀量的变化，导致高压空气的出口压力及量变化较大，这些都不利于流程的稳定。同时对于产液体量较大的工况，此时膨胀空气量大，齿轮式机器的优势也不是太大，采用一压到底形式，可以使得膨胀空气量增大，而且膨胀机轴两端流量相近，膨胀机的效率也很高。而且整套机器叶轮个数较少，成本小，此时这种方式较好，一般配置国产机器较多。

结束语

煤化工以煤制甲醇、煤制二甲醚、煤制油、煤制烯烃与煤制合成天然气这5种典型工艺为代表。但是甲醇产能已经过剩,所以单独发展甲醇产品没有竞争优势;煤制油和煤制烯烃虽然是很好的石油替代方案,但是煤制油存在着较大的能源浪费,从而被国家限制;煤制烯烃流程长、工艺复杂、投资大使其发展受到限制。二甲醚热值较高,价格低,无毒害,所以可以作为高热值燃料使用;煤制合成天然气是一种新兴的煤化工项目得到许多化工厂的追捧。

目前国际上先进的加压气流床煤气化工艺技术主要是Shell公司的SCGP粉煤加压气化工艺、美国德士古公司的水煤浆加压气化工艺和德国未来能源公司的GSP粉煤加压气化工艺。

近十年来，在我国的化肥工业中，美国德士古公司的水煤浆加压气化工艺已有渭河、鲁南、上海焦化、淮南、浩良河、金陵石化等12套成功应用的业绩，另外还有7套装置正在建设中。

Shell公司的SCGP工艺是粉煤加压气化工艺，是近年发展起来的先进煤气化工艺之一，已成功地用于联合循环发电工厂的商业运营。目前国内已有湖北双环、广西柳化、湖南洞氮、湖北枝江、安庆石化、神华、云南沾益、云天化、大连大化、永煤集团、河南开祥、中原大化等19套装置，有5套投料试运行，其余在建或已签合同。

西门子GSP工艺技术采用气化炉顶干粉加料与反应室周围水冷壁结构，是较为先进的气化技术。目前国内多家企业计划引进该技术建设大型煤化工装置。但江苏宜兴和淮化在与德国未来能源公司签订引进协议并进行了用淮南煤在德国的试烧后，因未来能源公司的工程能力等问题而终止了协议。

煤气化工艺实质上是在Texaco工艺、Shell工艺、GSP工艺和国内煤气化工艺中选择。

配套煤化工的空分流程一般有空气循环单泵流程，空气循环双泵流程和氮气循环单泵流程；机组可以选择进口（效率高，投资高），也可以选择国产机组（空压机相差2%左右，增压机相差10%，投资为进口一半）；机组形式可以选择中抽形式（一般压力高于40bar,进口齿轮式离心机较多），也可以选择一压到底（国产机组单轴，不适合压比很大，否则不能做或者效率低）；根据液体量大小可以配置单台膨胀机器，也可以配置高低温膨胀机（18%以上液体量）；机器驱动可以电驱动，也可以汽轮机驱动（一般较多）。

尽管空分设备仅仅是煤化工配套单元中的一小部分，但是其能耗以及提供稳定的气源是整套煤气化装置运行的首要保障。合理选择空分流程不仅满足工艺要求，而且对于投资与综合运行能耗来说意义重大，其配套空分装置国产进口（一般6万等级以上）都有，所以大力开发先进流程，不断推进大型空分装置的国产化，对气体分离行业的进步及提高我国核心竞争力有重大意义。

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