二氧化碳在采用殼牌氣化技術煤化工中的應用淺析

楊衛祖， 霍元彬

(河南能源化工集團鶴壁煤化工，河南 鶴壁 458000)

二氧化碳在采用殼牌氣化技術煤化工中的應用淺析

楊衛祖， 霍元彬

(河南能源化工集團鶴壁煤化工，河南 鶴壁 458000)

主要介紹了殼牌氣化爐反應原理，二氧化碳如何再利用實現增收降耗，實現企業環境雙贏。

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50年代 ,當時開發了以渣油為原料的 Shell氣化工藝 ( SGP) 。隨后 20 世紀 70 年代初期 ,在渣油氣化的基礎上 , 又開發了 Shell粉煤氣化技術。該技術從 1972 年開始進行中試 ,到 2001 年在荷蘭正式投入商業化運行為止 ,前后共經歷了 30 多年的技術開發歷程 。

1 技術特點

(1) 煤種適應性廣： 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更寬一些 , 對于較高水分、灰分和含硫量的煤種也同樣適應。

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

(3) 氣化溫度高 ：氣化溫度 1 450～1 600 ℃,碳轉化率達 99% ,氣體產品潔凈 ,煤氣中有效成分可達 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減少投資費用。

(5) 運轉周期長 ：氣化爐壁冷卻采用水冷膜壁結構形式 ,采用掛渣措施以保護氣化爐壁 , 無耐火磚襯里 ,噴嘴使用設計壽命為 8 000 h,維護工作量小 ,氣化爐內無轉動部件 ,運轉安全可靠。

(6) 環境效益好： SCGP從煤粉制備到產生潔凈合成氣的整個生產過程中對污染物實行了全過程控制 ,高溫氣化物不產生焦油、酚等凝聚物 ,高溫排出的熔渣經激冷后成為性質穩定的玻璃狀顆粒 ,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 ,飛灰可當成副產品出售。

2 基本化學反應原理

首先簡單介紹一下氣化的基本化學反應方程式：

反應方程式1：C+1/2O2=CO -110MJ/kmol C

(1)

反應方程式2：C+O2=CO2-393MJ/kmol C

(2)

反應方程式:3：C+CO2=2CO +137MJ/kmol C

(3)

反應方程:式4：C+H2O=CO+H2+131MJ/kmol C

(4)

從以上化學反應方程式不難看出，二氧化碳是不可避免的，因為C+O2=CO2是放熱反應，而C+CO2=2CO，C+H2O=CO+H2是吸熱反應，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，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。

3 二氧化碳是怎么樣又在此進入系統的

(1)煤粉在氣化爐中與氧氣發生不完全的反應，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，再次進入氣化爐中參與反應。

4 氮氣/二氧化碳系統圖

河南能源鶴壁煤化工是一家年產60萬噸甲醇項目，利用二氧化碳回收充當氮氣，這樣做既有利于少向大氣中排放二氧化碳，有利于提高碳的轉化率，節省下來的氮氣可以賣液氮，實現環境企業的雙贏。圖1河南能源鶴壁煤化工廠氮氣/二氧化碳系統圖。

圖1 河南能源鶴壁煤化工廠氮氣/二氧化碳系統圖

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

在標準狀態下一方氣體等于1000L,一標方二氧化碳約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，節省約28.6萬噸氮氣。加上二氧化碳進入系統后，隨著碳的轉化率提高，煤耗也跟著降下來，甲醇產量也跟著提高，這樣企業的成本就跟著降下來了，從而增加產品在市場上的競爭力。據不完全統計，我們廠二氧化碳工況下生產的成本要比氮氣工況下成本降低300～400元。這樣就給企業增加了動力。

5 結語

企業要想生存，必須要實現環境和效益的雙豐收，否則，忽略了任何一點企業都無法長期生存。

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

2017-05-06

楊衛祖(1984—)，河南鶴壁人，工程師，主要從事氣化爐研究。

TQ53

A

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