城市煤气化技术路线的比较(续).pdf

城市煤气化技术路线的比较续 第六图书馆 城市煤气 煤气 气化 工艺煤炭加工与综合利用石天宝不详1991第六图书馆 第六图书馆 城 市 煤 气 化 技 术 路 线 的 比 较 续 南 化研究院 石天宝 二 低 热 值 煤 气增 热技 术 目前我 国 已有许多 中小 城市采用水煤气 或两段炉煤 气化工 艺生产城 市煤 气。前 已述 及这种 常 压煤 气 化的优点 ， 但 其存 在的共 同 缺 点是 ， C O含 量高达 3 O 左右 ， 热 值 又低 达 l 2 O MJ ／ Nm ， 因而 不 符合 城 市煤气 的要求 。 必须采 取措旄 ， 降低 C O含量和增加热值 。目 前经 常 采 用 两 种方法 即用 C O变 换 及渣 比 石 油气增热和部分 甲烷 化。 1 ． C O变换 及液化 石油气增热 从 安 全和 卫生 的角度 考虑 ， 姣市煤 气 中 C O 古 量 越 低 越 好 ，国 外 ～ 般 要 求 在 6 “ 下。而常压气化 制得的 水煤气 在 3 0 左 右 ， 远高 于我 国城 市煤 气要 求值 c Ol 0 ， 通 过成熟 的 C O变换工艺 可降 低 C O含量 co H, O吒 o2 H2 Q 为了不增 加煤 气输 配量和保持原煤气热 瓶 ． 其 中大部 分 C O z 要脱除掉 。从 低热值 看 ， 变换 煤气 0为 1 ． 2 6 MJ ／ N m ， 变 换后 Qt只 有 1 ． 0 8 MJ ／ N m 。故此 法只能降低 C O含 量 ， 并没 有增热 。 通过掺混液化 石油气 ， 可现实增 热 为什 么不 直接 掺液 化石油气而非经过变 换呢 ， 道 理很简单 ， 因液 化石油气的热值很高 4 1 ． 8 MJ ／ k g ， 只要 掺八 少量便 能满 足 要求 ， 并不能显 著降低其 中 C O含量 ．如果 能保证 液化 石油 气供 应 ， 此法是 发展 中小城 市煤 气 化的最 佳选 择 。上海浦东煤气 厂二 期工 程即 准备采 用该法生产城市煤气 。因为该工 艺灵 活 ， 特别 适宜 作调 峰的机动 气源 ， 满足冬季和 烧饭期间的高峰供应 。 2 ．煤 气 甲烷 化技术 煤 气 甲烷 化是 指煤 气 中 C O和 在一 定 温度 、 压 力 和 催 化剂 作 用 下 ， 生成 C H． 的 反应 。煤气 甲烷化属 强放 热反应过 程 ， C O和 H 之间的反 应属 典型的 选择性 僵化 反应 ， 不 同的催化剂和工 艺条件 ， 可生成 甲烷或 甲醇 ， 酚干 口 醛或液态烃等 。国内有不少单位 都在从 事这方面的研究 。 甲烷 化工 艺本 身并不复杂 ， 原理 也 比较简单 ， 其关 键在 于如 何 从反 应器 取 走大 量 的 反应 热 ， 堠气 甲烷化 催化剂可分 为耐 硫和 不耐砖 的两犬 类 ， 煤气 甲烷 比工 艺也 随之 分成 酣硫 和不耐硫两 种。 1 不耐 硫 甲烷 化工 艺 该催化剂 以镍 为主 要活 性组 份 ， 特 点是 活性 高 、 使用 空速大 、 价 格便 宜 、 机 械和热 稳 定性 能好 、 可在常压或加 压 下使用 ， 缺点是对 硫化 物十 分敏感 ， 进 甲烷 炉 的 煤气 必惩先 进 行粗脱硫和 精脱硫 ， 使 其硫含 量达到 0 ． 2 p p m 以 下 。 大连化 学物 理研究所研 制成功的 Mm一 2 A型甲烷 化 催化 剂 。】 9 8 7年 在上 海青 浦 化 肥厂做 了单管放 大试验 ， l 9 8 8年成功 地做 了 多管 试验 。目前青浦化肥 厂已专门建立 了一 个 甲烷化 车间 ， 准 备大 规模生产城 市煤 气 ， 其 工艺流程见图 l 。 一 篓卜匝卜幽 图 1 甲髋 化车 同生产 藏程示 意图 这种工 艺的特征是 甲烷化 催化剂属 非均 匀分布的镰系 甲烷化催 化剂 ， 其 活性 高 ， 抗结 2 7 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 碳性能 好 ， 不 飞温 反 应热 由导热姆 一 种沸 高 的有机物 取走 ， 催化荆装在 等温 固定床 反 应 器 中 ， 经 甲烷 化 后 ， 热 值 可 以 提 高 到 l ． 7 MJ ／ N m ， 增 加 了 约 4 ． S MJ ／ Nm ， C O l 0 ， 催化 刺具 有变 换 ～ 甲烷 化双 功 能， C O 转 化 率 达 8 O～ 9 0 ， C H的 选 择 性 太 子 6 0 ， 系统总能 耗 损失不 到 1 0 。保持精 脱 硫水 平的稳定是 充分 发挥该 催化剂 活性 的关 键。图 2是常 压水煤 气部分 甲烷 化流程 图。 化工 部 化肥 工业 研 究 所开 发 的 RH M一 2 6 6型耐 高 温 甲烷 化催 化 荆 ， 也是 镶 系催化 剂。1 9 8 7年该所与 沙市煤气 工程筹建处合作 在沙 市化肥 厂进 行 了中试放 大 ， l 9 8 8年 通过 部级鉴定 。以半水煤气为原料 ， 经变换后， 通 过 租 和 精 二 级 脱 硫 。 甲 烷 化 后 煤 气 增 热 3 ． 1 3 MJ ／ N n ， C O l 0 ， C O转 化率达 8 0 ， 率木埔气 c H| 选 择性 在 6 O 以上 。该工 艺 的特点 也 是镶 系催化 荆 ， 抗 结 碳性 能好 ， 能 耐 1 0 0 0 “C 以上的高温 ． 采用 氧化铁和 氧化锌脱硫 可靠 ， 不蔷脱氧和 脱氨 。其 流程 如图 3所示 。 2号挺矗 ■ 图 2 常压水煤气邮分 甲烷化斑程图 母 3 常压耐高温半水煤气甲娩化工艺荫程示意图 1变攫豆直器 I 2 ， 5 ． 电加热誊I 3 ， ． 一 一 、 二鳜睨旋嚣l 6 ． ， ． 甲烷化豆应器l 8 按热器’ 9 - 分离誊 2 耐 硫 甲烷化工 艺 耐硫 甲烷 化催化剂 以钼系 为主要活性 组 份 ， 它对 硫 不太敏 感 ， 可在 台 硫气氛 中操作 ， 但 催化刺 活性 较低 ， 反 应热 较少 ， 价 格较 贵， 一 般需加压 操作。 化肥 所和 中国科 技 大学 合作开 发 的 S U 一 3 2 9型 耐 硫 甲烷 化 催 化剂 ． 在 江苏 昆山化 肥 厂进行 了立升级试验 。试验 以半水煤气为 原料， 经甲烷化、 脱硫后 ， C O2 0 ， 热值可 达 I 2 ． 6 M J ／ N m I 若以水鹉 } 气为原料， 经甲烷 28 化 和 脱 碳 后 ，c o 2 0 ，热 值 达1 4 ． 6 MJ ／ N m， 。 以半水煤气为原料的甲烷化流程如 图 4所示 。 研 } 旨 I 出 S D M 型 耐硫 甲烷 化 催化 剂 的华 东化工学 院 ， i 9 8 9年与 上海 奉贤 化肥 厂合作 进行 了单管立 升级 试 验 ， 1 9 9 0年 4月通过 了 上海市科委组织的鉴定 试验结果表明， 该催 化剂抗硫性能 良好 ， 能适应 于常规 AD A法睨 硫 H 在 0 ． 0 6 ～ 0 ． 1 S S ／ N m 或 未 经 脱 硫 H S在 i ． 6 8 S ／ N m 的 流 程 中 { 活 性 温度 很 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 窀 ． 在 4 5 0 ～6 5 0 ℃ ， 最高 耐热 7 0 0 ℃ 4 具 有 甲 烷 化和 变 换 双 重 功 能 ， 并 可 硫 化 再 生 操 作 压 力 低 达 0 ． 6 ～ 0 ． 7 MP a ， 机 械 性 能 好 。 他 们还 避 斤了卒 征动 力学 测试 ， 提 出了 回归动力 学方 程和 优 化 反应器 设计 的 条件 ， 目前 他们正在 寻找 厂家 ， 准 备建造 l万 Nm’ ／ 天的城市煤气 厂 一 图 4半水 煤气 加压 甲垸 化立升 级试验 流程 I 气承分 离器1 2 ． 址 滤器 3 ．加热器， 4 ． 多段甲烷 化厦应 器l 5 ．调节 反应 器 6 ．气 水分 离 碍 四 、 利 用化肥厂弛放 气联产城市煤气 建 国 4 0多年 来 ， 为促 进 我 国农 业的 发 展 ， 全 国 建有 5万 l ／ 年 下的小型合成 氪 厂 l 0 0 0余索 ， 产量 超 过 l 0 0 0万 t ， 占 我 国合成 要 量 的 5 0 。 随 着我国人 口的不断增 长和 人 民生活 水平 的 提高 ， 农 业的发展 对化肥 需 求量在 逐年增加 。 因此 。 小化肥工业今 后还 要 长期存 在 ， 并 通过降低能耗 ， 改进工艺而得到 较大的 发展 。 来自t 亏 木娃理的■环木 再 生来 贫 蕞 来自生产 毓 r_ 曲 半 兰 fr‘『 _ 一 这 些小 氮肥 7 一 遍 布 全 国各 地 。 大 多 建在 小 县 城 的 近 郊 ， 其 主 要 工 艺 为 固体 原 科 块状 无烟煤或炭 亿球 型煤 气化法 ， 也有 用重 油部 分氯气和天 然气 闯歌催化转 化法 生产 合成气 的 。 在生产过 程中 ． 为儇 持稳定的 H N． 比。 并减少 循 环气 中 甲烷 、 氢 气等 惰性 气 体的浓 度 ． 获得较 高的合 成率 ， 需经 常排放 出部分气 体即所 谓 合 成弛 放气 ” 。排放 量一般 在 1 0 O ～ 2 0 0 N m ／ t氨 不 包括 氮 ， 热值 在 l 3 ． 0 MJ ／ N m’左 右 ， 其 中 H 约 为 5 9 ． 0 ． C H．约 为 i 9 ． 0 。 有些厂开 始 回收 氢 ， 将 其返 回到 系统 中去 。 如果 单 独采 用弛 放 气作 城 市煤 气 气源 ， 将 尝出现高 峰 用气 的 调节 、 今 后继 续 扩大堞 气用户或化肥 厂停机 检修时 用户用气等 一系 列问题 。为保证 居 民长期 、 可靠地 使用煤气 ， 必须考虑 备用或 补充气源 。现有些小氮肥 厂 的气化炉生 产负 荷不满 ， 生产潜 力较大 ， 可将 其挖掘 出作 为备用气源 。 直接 用水 煤气 ， 虽危 险性较 大 ， 但 在 化肥 厂停 机检 修 或 用气高峰 时 ， 加强 宣 传 ， 在确 保 安全使 用 的 前提 下 ， 在 没有 其它选 择 时 ， 用水 煤 气暂 时作 为或 补充 城市煤气还 是可 行的 另 一种 方 案是 不增 设 气化 炉 ， 只用 弛放 气 掺 混 水 煤 气 或 半 水 煤 气 ， 或 增 建 一 台 2 ． 2 6 m气 化 炉 生 产 水煤 气 与弛 放 气 掺混 。 其工艺 流程 见图 5 ． 富蕞 I q 图 5 青浦镇 堞气工 程气荡【 藏程 简 圈 1 ． 4 0 0 气柜l 2 ． { 晕 法 脱 五塔， 3 ． 静 电 譬 焦油 塔I 罗茨 鼓风帆。 5 ． 狰却 塔I 6干 法 脱冀塔 7 ． 净氮塔‘ a罗菠呃量计1 0 ． 皇嚣 29 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 为达 到混合气中 C O2 0 ． 并兼顾 灶具 燃气的 可换性和 混合气热 值和华白指数尽可 能 与 半水 堞气相 近 ． 选择 的弛 放气与 半水 煤 气之 比为 23 。上海青浦县即采用此法供 民 用燃 气 4年多 。在 不影响合成 氪生产 ， 年产 1 ． 5万 t 合成氰 的小化 吧厂 ． 平均 每月供掺混 气 2 0 ～ 2 5万 Nm’ ， 1 9 8 9年供气 4 4 4 7户 按 1 9 8 8年 半 水煤 气 车间 成 本 0 1 1 元／ N m 棱 算 城 市 谋气 成本 ， 半 水堞 气热值 为 9 ． 3 6 U／ Nm。 ． 折 算 0 ． 0 5 5元／ 4 ． I 8 Ⅲ ， 与液化气 每瓶 l 5 k g ， 热值 4 1 ． 8 f ,C ／ ／ k g ， 每瓶 8 ． 2 5元 相 比较 两者相 当 。而现在有些地区议价藏 化石油气 高到 J 5 ～ 2 0元／ 瓶 ， 因此 ， 小化肥厂联 产城镇 j 某气在 经济上是可行的 从青浦县 4年多来 的经验看 ， 该工艺 简单． 操作方便 ， 投资步 ． 见 放快 ． 节能效果 显著 。 热值虽低于城市堞气标 准 ， 但 作 为园地 制宜 的过 渡性 气 豫 ， 虽非 理 想 ， 但还 是 可行 的 ． 只是要以 气来 定 户， 不能 盲 目扩大用 户， 否则将增加化肥厂的负担， 影 响合成 氟产量一 。 这 些 众多 的小氮肥 厂 ． 曾 为我国农业 发 展作 出俚 大贡 献 ． 它们都育 现 成的半水煤 气 制造 工 艺及 设 备． 大部分 厂家把合 成弛放 气 排放刊 大气中 ， 这 不仅是能源的援大 浪费 ， 同 时 也造成 了严 重 的环境 污染 ， 如果将其利 甩 起来 ． 显然是 一条发展小城 镇煤 气的捷径 。 结 语 我 国是煤 炭储 量 和 生产 大 国 ， 在 能源 消 耗结构 中 ， 煤 为主的格 局 ， 在今后相 当长 ～ 段时期 内 ， 是不 会发生根本性 变化的 。因此 ． 我们 必须 大力发 展 以清 洁 、 合理 利用煤 炭资 源 为 日的的煤 气化 技术 ． 把 搞好 城 市煤 气化 怍 为我 国煤 气化 技术 开发 的 首要 大事来 抓 城市煤气是 煤炭加工 利用的一个重要组成部 分 ， 同时 ． 也 是城 市现代化 建设的追切需求 。 按工农业 生产总值和 职工A均收入水平 顶测 ， 到本世纪 末我 国城 市煤 气总供热 量将 达到 3 ． 7 7 ,1 8 l 0 J ／年 。 煤 气 普 及 率 这 6 4 ． 2 5 ， 实现城 市 燃 料气 体化 ， 一年可 节约 标媒 5 0 0 0万 t 。 为实现这～远大 目标 ， 首先要 重视煤 气 化技术 的 开发 ， 园地 制宜选 择切实 可行的煤气 化技术路线 ． 最 主要 是炉型选 择 。 对于 有条件 的地 区 ， 应 合理 谓整 天然气 和液 化石油气 的消耗 结构 ． 增加供 民用的 比重 。 台 成氮 弛放气 捧空 实在 可惜 ， 应通 过适 当途径 加以 回收利 用。 总之 ， 只要各级领 导部 门重视 ， 我国城市 煤气化事业 一定会迈上 一个 新的台阶 。 奎文续 完 上 接 2 0万 焦出 口基地 ， 禁止土焦 出口。 4 总 结 推广山西襄 垣县 五阳村 集体 办 I ． 5万 t ／ 年 机 焦厂 的经验 ， 扶持 经 济条 件较 好的 乡镇 台股办机 焦 。 5 除维 持和推 广山 西省每吨出 省焦加 收 2 O元做机焦代土 焦基金 外 ， 还 应昔遍 实施 3 0 对土 焦征收能 源损 失补 偿 费的 制度 ， 亦做 为 机焦代 土焦基金 ， 特别是在煤 价没有理顺前 ， 应按控 制土焦企业资金 利润率不 高于该省工 业平均 水平的原则 ， 加重税 收 ， 以促 使加速 向 机焦过 渡 对于未按 规定生产土 焦者要 加倍 惩罚至徽利或无利。 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆