技術(shù)前沿

粉煤氣化“雙高”原料氣耐硫變換新工藝開(kāi)發(fā)成功

煤氣化是煤炭高效、清潔利用和轉(zhuǎn)化的核心技術(shù),是發(fā)展煤基化學(xué)品、IGCC發(fā)電、制氫等過(guò)程工業(yè)的基礎(chǔ),對(duì)于利用我國(guó)豐富的煤炭資源,滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。煤氣化方法不同,制取的原料氣中的CO含量不同,變換反應(yīng)的控制及耐硫變換工藝也不相同,直接影響著生產(chǎn)裝置的能源轉(zhuǎn)化效率。因此在選擇變換工藝技術(shù)方案時(shí),既要根據(jù)煤氣化工藝的特點(diǎn),還要兼顧能量利用的合理性。

開(kāi)展先進(jìn)的耐硫變換新技術(shù)的研究與應(yīng)用,是根據(jù)我國(guó)資源特點(diǎn),促進(jìn)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要戰(zhàn)略決策。為了更好地解決粉煤航天爐HT-L氣化、西門(mén)子GSP氣化等粉煤氣化中出現(xiàn)的“雙高”(即高濃度CO和高水氣比含量)原料氣變換反應(yīng)推動(dòng)力大、易發(fā)生甲烷化副反應(yīng)、催化劑床層易超溫等難題,青島聯(lián)信催化材料有限公司與河南晉開(kāi)化工投資控股集團(tuán)有限公司、安徽臨泉化工股份有限公司近期成功開(kāi)發(fā)了粉煤氣化“雙高”原料氣耐硫變換新工藝。

現(xiàn)已投入運(yùn)行10余套粉煤氣化制氨、制甲醇等裝置,在其運(yùn)行周期和工藝指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的低水氣耐硫變換工藝技術(shù)基礎(chǔ)上,該工藝通過(guò)對(duì)活性穩(wěn)定性助劑、堿金屬助劑加入方式和抗水合等性能的研究,開(kāi)發(fā)了適應(yīng)于在“雙高”原料氣工藝條件下使用的QDB系列催化劑,提高了催化劑的低溫活性、活性穩(wěn)定性和抗水合性能。通過(guò)模擬“雙高”原料氣的工藝條件,測(cè)定了不同溫度和組成的變換反應(yīng)速率,修正并確定了動(dòng)力學(xué)方程的活性系數(shù),建立了能精確計(jì)算出催化劑裝量的動(dòng)力學(xué)方程式。同時(shí)針對(duì)“雙高”原料氣的變換反應(yīng)深度不同,開(kāi)發(fā)出前置廢鍋+兩段耐硫變換工藝及分層進(jìn)氣控溫的專(zhuān)利反應(yīng)器技術(shù),可以靈活調(diào)節(jié)和控制變換爐熱點(diǎn)溫度,將床層熱點(diǎn)溫度控制在要求的范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)了該工藝從技術(shù)開(kāi)發(fā)、工業(yè)示范到推廣應(yīng)用的完整歷程。

2014年3月1日,粉煤氣化“雙高”原料氣耐硫變換新工藝在河南開(kāi)封通過(guò)了中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的科技成果鑒定。與會(huì)專(zhuān)家聽(tīng)取了技術(shù)完成單位的工作報(bào)告、研究報(bào)告、查新報(bào)告以及應(yīng)用報(bào)告等,并對(duì)工業(yè)應(yīng)用裝置進(jìn)行了考察,一致認(rèn)為,該工藝的開(kāi)發(fā)成功,解決了“雙高”原料氣變換裝置蒸汽消耗高、變換爐超溫和裝置不能長(zhǎng)周期運(yùn)行的難題,穩(wěn)定了變換操作,降低了蒸汽消耗,使變換操作更為靈活,節(jié)能效果顯著,保證了裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益,實(shí)現(xiàn)了耐硫變換工藝的又一次創(chuàng)新和突破,為采用粉煤氣化制合成氣開(kāi)辟了一條運(yùn)行平穩(wěn)、節(jié)能、環(huán)保效果顯著的新工藝途徑,整體技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平,具有良好的工業(yè)推廣應(yīng)用前景。

目前,該工藝技術(shù)已取得專(zhuān)利5項(xiàng),其中發(fā)明專(zhuān)利3項(xiàng),并開(kāi)發(fā)了專(zhuān)有技術(shù)工藝包,在河南晉開(kāi)化工投資控股集團(tuán)有限公司、安徽晉煤中能化工股份有限公司等7套粉煤氣化制合成氨、制甲醇等裝置中已成功投入運(yùn)行,對(duì)生產(chǎn)起到了非常積極的作用。河南中新化工有限責(zé)任公司采用該技術(shù),在變換負(fù)荷低至25%-30%的苛刻操作條件下,仍能將床層的熱點(diǎn)溫度控制在450℃以下,成功解決了高濃度CO、高水氣比原料氣在低負(fù)荷開(kāi)車(chē)時(shí)易發(fā)生的變換反應(yīng)器超溫難題。

工業(yè)應(yīng)用實(shí)踐表明,該工藝第一變換爐最高熱點(diǎn)溫度不超過(guò)450℃,操作條件靈活可控、變換裝置運(yùn)行平穩(wěn)、工藝指標(biāo)先進(jìn)、催化劑使用壽命長(zhǎng),蒸汽用量大幅度降低并節(jié)省設(shè)備投資,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。該工藝的成功應(yīng)用為采用粉煤氣化制合成氣的合成氨、甲醇等裝置開(kāi)辟了一條生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn)、節(jié)能環(huán)保效果顯著的耐硫變換新工藝途徑。

(汪家銘)