楊衛(wèi)祖， 霍元彬

(河南能源化工集團(tuán)鶴壁煤化工，河南 鶴壁 458000)

二氧化碳在采用殼牌氣化技術(shù)煤化工中的應(yīng)用淺析

楊衛(wèi)祖， 霍元彬

(河南能源化工集團(tuán)鶴壁煤化工，河南 鶴壁 458000)

主要介紹了殼牌氣化爐反應(yīng)原理，二氧化碳如何再利用實現(xiàn)增收降耗，實現(xiàn)企業(yè)環(huán)境雙贏。

二氧化碳；氣化爐；甲醇；低溫甲醇洗

Shell公司的石化燃料氣化可以追溯到 20 世紀(jì)50年代 ,當(dāng)時開發(fā)了以渣油為原料的 Shell氣化工藝 ( SGP) 。隨后 20 世紀(jì) 70 年代初期 ,在渣油氣化的基礎(chǔ)上 , 又開發(fā)了 Shell粉煤氣化技術(shù)。該技術(shù)從 1972 年開始進(jìn)行中試 ,到 2001 年在荷蘭正式投入商業(yè)化運行為止 ,前后共經(jīng)歷了 30 多年的技術(shù)開發(fā)歷程 。

1 技術(shù)特點

(1) 煤種適應(yīng)性廣： Shell氣化爐可以使用無煙煤、煙煤、褐煤以及石油焦等多種原料 ,對煤的灰熔點范圍比其他氣化技術(shù)更寬一些 , 對于較高水分、灰分和含硫量的煤種也同樣適應(yīng)。

(2) 單系列能力大： 目前已投入生產(chǎn)運行的單臺氣化爐爐內(nèi)徑為 4 600 mm ,氣化壓力 4. 0 M Pa,O投煤量達(dá) 2 000 t/ d 以上更大規(guī)模的日投煤量在2 500 t以上的氣化裝置也正在實現(xiàn)工業(yè)化。

(3) 氣化溫度高 ：氣化溫度 1 450～1 600 ℃,碳轉(zhuǎn)化率達(dá) 99% ,氣體產(chǎn)品潔凈 ,煤氣中有效成分可達(dá) 90%以上 ,冷煤氣化效率為 80% ～85% , 其余15%的熱能被回收作為中壓或高壓蒸汽 ,總熱效率為 98%左右。

(4) 氣化氧耗量低 ： 氣化氧耗量比水煤漿氣化工藝低 15% ～20% , 噸煤氣化氧耗量為 600 m3(神府煤 ) ,因而與之配套的空分裝置可相應(yīng)減少投資費用。

(5) 運轉(zhuǎn)周期長 ：氣化爐壁冷卻采用水冷膜壁結(jié)構(gòu)形式 ,采用掛渣措施以保護(hù)氣化爐壁 , 無耐火磚襯里 ,噴嘴使用設(shè)計壽命為 8 000 h,維護(hù)工作量小 ,氣化爐內(nèi)無轉(zhuǎn)動部件 ,運轉(zhuǎn)安全可靠。

(6) 環(huán)境效益好： SCGP從煤粉制備到產(chǎn)生潔凈合成氣的整個生產(chǎn)過程中對污染物實行了全過程控制 ,高溫氣化物不產(chǎn)生焦油、酚等凝聚物 ,高溫排出的熔渣經(jīng)激冷后成為性質(zhì)穩(wěn)定的玻璃狀顆粒 ,可作為商品出售。氣化污水中含氰化物少 ,易于處理。利用高效飛灰過濾器除塵回收飛灰 ,飛灰可當(dāng)成副產(chǎn)品出售。

2 基本化學(xué)反應(yīng)原理

首先簡單介紹一下氣化的基本化學(xué)反應(yīng)方程式：

反應(yīng)方程式1：C+1/2O2=CO -110MJ/kmol C

(1)

反應(yīng)方程式2：C+O2=CO2-393MJ/kmol C

(2)

反應(yīng)方程式:3：C+CO2=2CO +137MJ/kmol C

(3)

反應(yīng)方程:式4：C+H2O=CO+H2+131MJ/kmol C

(4)

從以上化學(xué)反應(yīng)方程式不難看出，二氧化碳是不可避免的，因為C+O2=CO2是放熱反應(yīng)，而C+CO2=2CO，C+H2O=CO+H2是吸熱反應(yīng)，一氧化碳和氫氣是合成氣中的有效成分，越多越好，但是需要方程式1提供熱量，這就需要部分碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳和熱量。合成氣中的二氧化碳通常在化工生產(chǎn)中都是通過低溫甲醇吸收的辦法出去，這些二氧化碳如果都放到大氣中(二氧化碳又稱為溫室氣體)，隨著二氧化碳在大氣中不斷增多，地球表面的氣溫會逐漸升高,因此二氧化碳如果能夠在回到氣化爐中參與氣化反應(yīng)，勢必會增加二氧化碳的濃度，從而增加方程式3向一氧化碳方向反應(yīng)。

3 二氧化碳是怎么樣又在此進(jìn)入系統(tǒng)的

(1)煤粉在氣化爐中與氧氣發(fā)生不完全的反應(yīng)，生成合成氣(主要氣體成分：一氧化碳、氫氣、二氧化碳、甲烷、硫化氫、氮氣等)，其中一氧化碳在甲醇的變換單元部分生成二氧化碳(CO+H2O=CO2+H2+41.2 kJ/mol)，以獲取合適的氫、碳比。

(2)一氧化碳和氫氣在甲醇合成中消耗掉，而二氧化碳(包括變換生成的和合成氣中本身帶的)在低溫甲醇洗過程中去除(利用二氧化碳在甲醇不同壓力下溶解度不同)。

(3)然后二氧化碳在利于在甲醇中在不同壓力下溶解度不同閃蒸出來，用壓縮機(jī)把二氧化碳加壓再送到氣化代替氮氣做為煤粉的載氣，再次進(jìn)入氣化爐中參與反應(yīng)。

4 氮氣/二氧化碳系統(tǒng)圖

河南能源鶴壁煤化工是一家年產(chǎn)60萬噸甲醇項目，利用二氧化碳回收充當(dāng)?shù)獨?，這樣做既有利于少向大氣中排放二氧化碳，有利于提高碳的轉(zhuǎn)化率，節(jié)省下來的氮氣可以賣液氮，實現(xiàn)環(huán)境企業(yè)的雙贏。圖1河南能源鶴壁煤化工廠氮氣/二氧化碳系統(tǒng)圖。

圖1 河南能源鶴壁煤化工廠氮氣/二氧化碳系統(tǒng)圖

從圖1中可以看到1h就有約24236NM3/h(30FI0001)+4440NM3/h(30FI0006)=28676NM3/h,由于二氧化碳的摩爾分子量：44g/mol ; 44÷22.4=1.96g/L

在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下一方氣體等于1000L,一標(biāo)方二氧化碳約1.96kg.

28676NM3/h×1.96 kg /NM3=56205 kg /h ≈56.2t/h

一年按8000h運行的話，一年大約就少向大氣中排放約45萬噸二氧化碳，節(jié)省約28.6萬噸氮氣。加上二氧化碳進(jìn)入系統(tǒng)后，隨著碳的轉(zhuǎn)化率提高，煤耗也跟著降下來，甲醇產(chǎn)量也跟著提高，這樣企業(yè)的成本就跟著降下來了，從而增加產(chǎn)品在市場上的競爭力。據(jù)不完全統(tǒng)計，我們廠二氧化碳工況下生產(chǎn)的成本要比氮氣工況下成本降低300～400元。這樣就給企業(yè)增加了動力。

5 結(jié)語

企業(yè)要想生存，必須要實現(xiàn)環(huán)境和效益的雙豐收，否則，忽略了任何一點企業(yè)都無法長期生存。

(本文文獻(xiàn)格式：楊衛(wèi)祖， 霍元彬.二氧化碳在采用殼牌氣化技術(shù)煤化工中的應(yīng)用淺析[J].山東化工，2017，46(14)：101，105.)

2017-05-06

楊衛(wèi)祖(1984—)，河南鶴壁人，工程師，主要從事氣化爐研究。

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1008-021X(2017)14-0101-01