二氧化碳在采用壳牌气化技术煤化工中的应用浅析

杨卫祖， 霍元彬

(河南能源化工集团鹤壁煤化工，河南 鹤壁 458000)

二氧化碳在采用壳牌气化技术煤化工中的应用浅析

杨卫祖， 霍元彬

(河南能源化工集团鹤壁煤化工，河南 鹤壁 458000)

主要介绍了壳牌气化炉反应原理，二氧化碳如何再利用实现增收降耗，实现企业环境双赢。

二氧化碳；气化炉；甲醇；低温甲醇洗

Shell公司的石化燃料气化可以追溯到 20 世纪50年代 ,当时开发了以渣油为原料的 Shell气化工艺 ( SGP) 。随后 20 世纪 70 年代初期 ,在渣油气化的基础上 , 又开发了 Shell粉煤气化技术。该技术从 1972 年开始进行中试 ,到 2001 年在荷兰正式投入商业化运行为止 ,前后共经历了 30 多年的技术开发历程 。

1 技术特点

(1) 煤种适应性广： Shell气化炉可以使用无烟煤、烟煤、褐煤以及石油焦等多种原料 ,对煤的灰熔点范围比其他气化技术更宽一些 , 对于较高水分、灰分和含硫量的煤种也同样适应。

(2) 单系列能力大： 目前已投入生产运行的单台气化炉炉内径为 4 600 mm ,气化压力 4. 0 M Pa,O投煤量达 2 000 t/ d 以上更大规模的日投煤量在2 500 t以上的气化装置也正在实现工业化。

(3) 气化温度高 ：气化温度 1 450～1 600 ℃,碳转化率达 99% ,气体产品洁净 ,煤气中有效成分可达 90%以上 ,冷煤气化效率为 80% ～85% , 其余15%的热能被回收作为中压或高压蒸汽 ,总热效率为 98%左右。

(4) 气化氧耗量低 ： 气化氧耗量比水煤浆气化工艺低 15% ～20% , 吨煤气化氧耗量为 600 m3(神府煤 ) ,因而与之配套的空分装置可相应减少投资费用。

(5) 运转周期长 ：气化炉壁冷却采用水冷膜壁结构形式 ,采用挂渣措施以保护气化炉壁 , 无耐火砖衬里 ,喷嘴使用设计寿命为 8 000 h,维护工作量小 ,气化炉内无转动部件 ,运转安全可靠。

(6) 环境效益好： SCGP从煤粉制备到产生洁净合成气的整个生产过程中对污染物实行了全过程控制 ,高温气化物不产生焦油、酚等凝聚物 ,高温排出的熔渣经激冷后成为性质稳定的玻璃状颗粒 ,可作为商品出售。气化污水中含氰化物少 ,易于处理。利用高效飞灰过滤器除尘回收飞灰 ,飞灰可当成副产品出售。

2 基本化学反应原理

首先简单介绍一下气化的基本化学反应方程式：

反应方程式1：C+1/2O2=CO -110MJ/kmol C

(1)

反应方程式2：C+O2=CO2-393MJ/kmol C

(2)

反应方程式:3：C+CO2=2CO +137MJ/kmol C

(3)

反应方程:式4：C+H2O=CO+H2+131MJ/kmol C

(4)

从以上化学反应方程式不难看出，二氧化碳是不可避免的，因为C+O2=CO2是放热反应，而C+CO2=2CO，C+H2O=CO+H2是吸热反应，一氧化碳和氢气是合成气中的有效成分，越多越好，但是需要方程式1提供热量，这就需要部分碳转化为二氧化碳和热量。合成气中的二氧化碳通常在化工生产中都是通过低温甲醇吸收的办法出去，这些二氧化碳如果都放到大气中(二氧化碳又称为温室气体)，随着二氧化碳在大气中不断增多，地球表面的气温会逐渐升高,因此二氧化碳如果能够在回到气化炉中参与气化反应，势必会增加二氧化碳的浓度，从而增加方程式3向一氧化碳方向反应。

3 二氧化碳是怎么样又在此进入系统的

(1)煤粉在气化炉中与氧气发生不完全的反应，生成合成气(主要气体成分：一氧化碳、氢气、二氧化碳、甲烷、硫化氢、氮气等)，其中一氧化碳在甲醇的变换单元部分生成二氧化碳(CO+H2O=CO2+H2+41.2 kJ/mol)，以获取合适的氢、碳比。

(2)一氧化碳和氢气在甲醇合成中消耗掉，而二氧化碳(包括变换生成的和合成气中本身带的)在低温甲醇洗过程中去除(利用二氧化碳在甲醇不同压力下溶解度不同)。

(3)然后二氧化碳在利于在甲醇中在不同压力下溶解度不同闪蒸出来，用压缩机把二氧化碳加压再送到气化代替氮气做为煤粉的载气，再次进入气化炉中参与反应。

4 氮气/二氧化碳系统图

河南能源鹤壁煤化工是一家年产60万吨甲醇项目，利用二氧化碳回收充当氮气，这样做既有利于少向大气中排放二氧化碳，有利于提高碳的转化率，节省下来的氮气可以卖液氮，实现环境企业的双赢。图1河南能源鹤壁煤化工厂氮气/二氧化碳系统图。

图1 河南能源鹤壁煤化工厂氮气/二氧化碳系统图

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

在标准状态下一方气体等于1000L,一标方二氧化碳约1.96kg.

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

一年按8000h运行的话，一年大约就少向大气中排放约45万吨二氧化碳，节省约28.6万吨氮气。加上二氧化碳进入系统后，随着碳的转化率提高，煤耗也跟着降下来，甲醇产量也跟着提高，这样企业的成本就跟着降下来了，从而增加产品在市场上的竞争力。据不完全统计，我们厂二氧化碳工况下生产的成本要比氮气工况下成本降低300～400元。这样就给企业增加了动力。

5 结语

企业要想生存，必须要实现环境和效益的双丰收，否则，忽略了任何一点企业都无法长期生存。

(本文文献格式：杨卫祖， 霍元彬.二氧化碳在采用壳牌气化技术煤化工中的应用浅析[J].山东化工，2017，46(14)：101，105.)

2017-05-06

杨卫祖(1984—)，河南鹤壁人，工程师，主要从事气化炉研究。

TQ53

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