技术前沿

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粉煤气化“双高”原料气耐硫变换新工艺开发成功

煤气化是煤炭高效、清洁利用和转化的核心技术,是发展煤基化学品、IGCC发电、制氢等过程工业的基础,对于利用我国丰富的煤炭资源,满足国民经济与社会可持续发展具有重要意义。煤气化方法不同,制取的原料气中的CO含量不同,变换反应的控制及耐硫变换工艺也不相同,直接影响着生产装置的能源转化效率。因此在选择变换工艺技术方案时,既要根据煤气化工艺的特点,还要兼顾能量利用的合理性。

开展先进的耐硫变换新技术的研究与应用,是根据我国资源特点,促进行业可持续发展的一个重要战略决策。为了更好地解决粉煤航天炉HT-L气化、西门子GSP气化等粉煤气化中出现的“双高”(即高浓度CO和高水气比含量)原料气变换反应推动力大、易发生甲烷化副反应、催化剂床层易超温等难题,青岛联信催化材料有限公司与河南晋开化工投资控股集团有限公司、安徽临泉化工股份有限公司近期成功开发了粉煤气化“双高”原料气耐硫变换新工艺。

现已投入运行10余套粉煤气化制氨、制甲醇等装置,在其运行周期和工艺指标均达到国际先进水平的低水气耐硫变换工艺技术基础上,该工艺通过对活性稳定性助剂、碱金属助剂加入方式和抗水合等性能的研究,开发了适应于在“双高”原料气工艺条件下使用的QDB系列催化剂,提高了催化剂的低温活性、活性稳定性和抗水合性能。通过模拟“双高”原料气的工艺条件,测定了不同温度和组成的变换反应速率,修正并确定了动力学方程的活性系数,建立了能精确计算出催化剂装量的动力学方程式。同时针对“双高”原料气的变换反应深度不同,开发出前置废锅+两段耐硫变换工艺及分层进气控温的专利反应器技术,可以灵活调节和控制变换炉热点温度,将床层热点温度控制在要求的范围内,实现了该工艺从技术开发、工业示范到推广应用的完整历程。

2014年3月1日,粉煤气化“双高”原料气耐硫变换新工艺在河南开封通过了中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定。与会专家听取了技术完成单位的工作报告、研究报告、查新报告以及应用报告等,并对工业应用装置进行了考察,一致认为,该工艺的开发成功,解决了“双高”原料气变换装置蒸汽消耗高、变换炉超温和装置不能长周期运行的难题,稳定了变换操作,降低了蒸汽消耗,使变换操作更为灵活,节能效果显著,保证了装置的长周期稳定运行,取得了良好的经济效益,实现了耐硫变换工艺的又一次创新和突破,为采用粉煤气化制合成气开辟了一条运行平稳、节能、环保效果显著的新工艺途径,整体技术处于国际领先水平,具有良好的工业推广应用前景。

目前,该工艺技术已取得专利5项,其中发明专利3项,并开发了专有技术工艺包,在河南晋开化工投资控股集团有限公司、安徽晋煤中能化工股份有限公司等7套粉煤气化制合成氨、制甲醇等装置中已成功投入运行,对生产起到了非常积极的作用。河南中新化工有限责任公司采用该技术,在变换负荷低至25%-30%的苛刻操作条件下,仍能将床层的热点温度控制在450℃以下,成功解决了高浓度CO、高水气比原料气在低负荷开车时易发生的变换反应器超温难题。

工业应用实践表明,该工艺第一变换炉最高热点温度不超过450℃,操作条件灵活可控、变换装置运行平稳、工艺指标先进、催化剂使用寿命长,蒸汽用量大幅度降低并节省设备投资,取得了显著的经济效益和社会效益。该工艺的成功应用为采用粉煤气化制合成气的合成氨、甲醇等装置开辟了一条生产运行平稳、节能环保效果显著的耐硫变换新工艺途径。

(汪家铭)