金陵石化水煤浆制氢工艺技术介绍
煤制氢(CTG)工艺概况
导读：1、煤为原料制取氢气方法：焦化、气化；2、传统煤制氢技术和煤气化制氢工艺；3、煤气化制氢原理与工艺流程。
我国是世界上开发利用煤炭最早的国家。
2000多年前的地理名著《山海经》(现代多数学者认为《山海经》成书非一时，作者亦非人。
大约是从战国初年到汉代初年楚和巴蜀地方的人所作，到西汉刘歆校书时才合编在一起)中称煤为“石涅”，并记载了几处“石涅”产地，经考证都是现今煤田的所在地。
例如书中所指“女床之山”，在华阴西六百里，相当于现今渭北煤田麟游、永寿一带；“女儿之山”，在今四川双流和什邡煤田分布区域内；书中还指出“风雨之山”。
显然，我国发现和开始用煤的时代还远早于此。
在汉些史料中，有现今河南六河沟、登封、洛阳等地采煤的记载煤不仅用作柴烧，而目成了煮盐、炼铁的燃料。
现河南巩县还能见到当时用煤饼炼铁的遗迹。
汉朝以后，称煤为“石墨”或“石炭”。
可见我国劳动人民有悠久的用煤历史。
煤制氢技术发展已经有200年历史，在中国也有近100年历史。
我国是煤炭资源十分丰富的国家，目前，煤在能源结构中的比例高达70%左右，专家预计，即使到2050年，我国能源结构中，煤仍然会占到50%。
如此大量的煤炭使用将放出大量的温室气体CO2。
现在我国已经是世界CO2排放第一大国，受到巨大的国际压力。
洁净煤技术将是我国大力推行的清洁使用煤炭的技术。
在多种洁净煤技术中煤制氢，可以简称为CTG( Coal to gas)，将是我国最重要的洁净煤技术，是清洁使用煤炭的重要途径。
■煤为原料制取氢气方法：焦化、气化以煤为原料制取氢气的方法主要有两种：一是煤的焦化(或称高温干馏)，二是煤的气化。
焦化是指煤在隔绝空气条件下，在900-1000℃制取焦炭，副产品为焦炉煤气。
焦炉煤气组成中含氢气55%-60%(体积分数)、甲烷23%~27%、一氧化碳6%~8%等。
每吨煤可得煤气300~350m3，可作为城市煤气，亦是制取氢气的原料。
煤的气化是指煤在高温常压或加压下，与气化剂反应转化成气体产物。
煤制氢气_当今全加氢型炼油厂的发展方向_赵岩
此方法采用 SMR( 甲烷蒸汽重整) 技术，将精制后 的烃类气体与水蒸气按一定比例混合，进入装有 催化剂的多根转化炉列管内发生转化和变换反 应，生成富含氢气和一氧化碳的转化气，再经过变 换反应得到氢气，变换气经过提纯工序获得高纯 度的氢气。该工艺的优点是技术成熟，原料清洁 环保，设备可靠，投资不高，装置可实现长周期运 行; 缺点是炼油厂烃类气体量受限制( 特别是干 气) ，天然气价格昂贵，氢气成本高。 1． 2 原料部分氧化制氢
煤制氢 1 300 1 270 16． 51
天然气制氢 510 6 500
33． 15
肥厂、南化集团、南京惠生; 中石化下属的齐鲁石 化、茂名石化、九江石化; 大连大化等公司先后从 GE 公司获得了水煤浆气化专利的使用授权，部分 装置已经投产运行，部分装置正在建设中。该气 化技术在设计和工程建设上已经比较成熟，基本 上解决了气化技术影响工业化和稳定生产的核心 问题。
400 8 810 1． 36 2 156 2 116
450 9 205 1． 65 2 254 2 233
500 9 600 1． 74 2 372 2 349
550 9 996 1． 82 2 489 2 465
600 10 390 1． 91 2 607 2 581
700 11 180 2． 08 2 842 2 841
通过对比可以看出，如果用天然气代替煤来 生产氢气，从原料成本看，煤制氢比天然气制氢低 16． 64 × 108 RMB ￥ / a。 3． 2 综合成本分析 3． 2． 1 国外研究机构的测算结果
关于天然气制氢和煤制氢的成本对比，国外 的 Shell Global Solution 机构对全球炼油行业的制
4结论 从技术、经济、环保角度出发，用煤作为制氢
德士古水煤浆气化装置高压煤浆泵运行探讨
德士古水煤浆气化装置高压煤浆泵运行探讨
作者：黄剑平
作者单位：金陵石化化肥联合车间 210033
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本文链接：/Conference_7123192.aspx。
关于水煤浆气化技术的简介
3、气化炉中发生的化学反应
在气化炉中主要进行以下化学反应：
同时还可能发生 以下副反应：
二、气化炉结构
工业上有各种各 样的炉子如气化炉、 冶金炉、窑炉和焚烧 炉等。
想一想：以上各种炉 子有什么共同点？
一般都具有用耐 火材料包围的炉膛， 利用热介质或燃料燃 烧产生的热量将物质 （固体或流体）加热 ，使炉膛内物质发生 物理或化学变化。
烧嘴的材料为Inconel600，夹套头部材料为 Haynes188，烧嘴头部煤浆通道上都在主材表面堆 焊一层Stellite6耐磨层。
工艺烧嘴主要是藉高速氧气流的动能，将水煤 浆雾化并充分混合，在炉内形成一股有一定长度黑 区的稳定火焰，为气化创造条件。
操作要点：
1、要控制好雾化角，防止火焰直接喷射到炉壁上， 或者火焰过长，燃烧中心向出渣口方向偏移，使煤 燃烧不完全。
（3）撞击流股：
四股流体撞击后，流体沿反应器轴向运动，分别 在撞击区外的上方和下方形成了流动方向相反，特 征相同的两个流股。在这个区域中，撞击流股具有 与射流相同的性质，即流股对周边流体也有卷吸作 用，使该区域宽度沿轴向逐渐增大，轴向速度沿径 向衰减，直至轴向速度沿径向分布平缓。
（4）回流区：
由于射流和撞击流股都具有卷吸周边流体的作用， 故在射流区边界和撞击流股边界，出现在回流区。
2、煤浆颗粒在气化炉内的气化过程
煤浆颗粒在气化炉内的气化过程
经历了以下步骤：
湍流脉动
颗粒的湍流弥散
颗粒的振荡运动
来自火焰、炉内壁、高温 气体、固体物等
颗粒的对流加热
煤的热裂解
颗粒的辐射加热
裂解产物、挥发份及其 他易燃组分
Texaco气化工艺
二、德士古煤气化工艺技术特点及应用
工艺技术特点：
• 水煤浆进料
• 纯氧气化
• 加压气化
• 液态排渣
• 自动化程度高
• 环境污染少
Texaco工艺与环保特点
水煤浆连续进料纯氧气化，耐火砖热壁炉，液态排渣，激冷 或废锅流程，生产能力大，流程简单，可靠，实现计算机集 散控制 原料适应性相对较宽，可气化广泛采用水力开采的粉煤、石 油焦、煤液化残渣等
•温度：60℃
•PH：7.5 •粘度分布： （棒） •通过8目：100％ •通过200目：40～55％
•通过325目：35～45％
LC
放空 氧气 煤浆 去后系统
P-3
FC
FC
LC
去闪蒸系统
去闪蒸系统
去闪蒸系统
激冷室
高位槽
低压灰水 卸压至渣池
FC FC
V-3
锁斗
循环泵 高压冷凝液
渣池
黑水闪蒸工艺流程图
• 炉内典型的反应可概括描述为： C+O2 CO
C+O2
CO2
CO2+H2 等
CO+H2O( g)
即C、H、N、S、O、Ash + O2 + H2O
CO、H2、CO2、H2O H2S、N2、CH4、NH3 COS、HCN 残C、粗渣、细渣
二、工艺流程（原理图）
流程总图
Texaco工艺流程示意图
→与系统压差<0.18MPa时，开KV02阀→关
KV07阀→开KV08阀，关KV10阀→集渣状态
第三章 关键设备
1. 磨煤机
• 为气化工艺提供合格的水煤浆 • 钢制筒体，内衬橡胶（或钢）衬里 • 研磨体：钢棒（或球）
煤制氢气化炉—洗涤塔开工线的使用与维护
煤制氢气化炉—洗涤塔开工线的使用与维护曹志普【摘要】中国石化九江分公司通过对化肥装置进行产业结构调整,引进GE水煤浆气化技术,并对其进行技术改进,引进了气化炉与洗涤塔之间的黑水管线(简称开工线),从而设计了制氢能力105 000m3/h煤制氢装置,阐述了开工线在气化炉的开车、停车、气化炉连投事故状态下的使用以及日常维护.【期刊名称】《煤炭加工与综合利用》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】4页(P53-56)【关键词】煤制氢;气化炉;开工线;技术改进【作者】曹志普【作者单位】中国石化股份有限公司九江分公司,江西九江332004【正文语种】中文【中图分类】TQ545目前，我国炼油厂的制氢装置主要采用干气和轻油制氢，其生产成本较高，若以煤炭为原料来制取氢气，则可大大降低生产成本[1]。
中国石化金陵分公司已经成功组建了水煤浆气化技术的制氢装置。
现在的煤制氢主要采用煤的气化，即煤在高温、常压或加压下，与气化剂（一般是氧气和水蒸气）反应，转换为气体产物（主要含有CO、H2、CO2、CH4和H2S 等组分），然后经过变换、低温甲醇洗和甲烷化，将CO变换，经分离和提纯等一系列工艺，得到高纯度的产品H2。
主要反应方程式如下[2]：（1）水蒸气转化反应，C+H2O——CO+H2；（2）水煤浆变换反应，CO+H2O——CO2+H2；（3）完全氧化反应，C+O2=CO2；（4）部分氧化反应，C+O2——CO；（5）甲烷化反应，CO+2H2——CH4；（6）Boudouard反应，C+ CO2=2CO。
按照整体的规划和布局，中国石化股份有限公司九江分公司“油改煤”的方案是对原设计以渣油为原料路线的化肥装置的产业结构化改造，将原装置改造为煤制氢装置，为加氢裂化、柴油加氢和渣油加氢等炼化装置提供高纯度氢气，从而满足汽油、柴油产品质量升级的需求，保障地区成品油市场稳定和安全供应。
九江石化引进了GE水煤浆技术，建成三套气化炉装置（两开一备），装置制氢能力为105 000m3/h[3]。
煤制氢脱硫工序原理与流程
煤制氢脱硫工序原理与流程1.1.1脱硫工序由煤气鼓风机来的煤气依次进入一、二级脱硫塔，与栲胶脱硫贫液逆流接触脱除H2S,脱硫塔出来的半水煤气中H2S含量≤70mg/Nm3，送至压缩工序。
吸收硫化氢后的脱硫富液从脱硫塔底部出来进入富液槽, 由泵送至再生槽喷射器，经喷射器自吸空气进入再生槽内氧化再生，浮选出来的硫泡沫自流入硫泡沫中间槽，由硫泡沫泵送至硫泡沫贮槽，用泵送入连续熔硫釜加热熔融后制得副产品硫磺。
从再生槽分离出来的贫液自流入贫液槽，由脱硫泵将贫液送至脱硫塔循环使用。
1.1.2压缩由一次脱硫工段来的煤气，经气水分离器进入半水煤气低压机一级压缩，气体经加压后进入一级冷却分离器，冷却分离后进入二级压缩，然后经二级冷却分离,然后进入三级压缩，加压至2.2Mpa，冷却分离后送变换工段、变脱工段、脱碳工段。
由脱碳工段返回的气体进四级压缩，经过冷却、水分离温度为40 ，压力为2.8Mpa，送至用户。
1.1.3变换1.1.3.1变换工艺的选择全低温变换技术与中低低变换技术相比，具有比较大的优势。
由于中变催化剂对于进口原料的水汽比值有比较严格的限制，（最低水汽比（0.4左右），汽耗高不可避免。
而全低温变利用宽温耐硫变换催化剂，它没有加入蒸汽的下限，特别是在要求变换率相对较低的情况下，全低温变换节约蒸汽的效果非常明显，且技术成熟可靠。
因此，项目选择全低温变换工艺。
变换主要反应式：CO＋H2O＝CO2＋H2变换催化剂为钴钼系，钴钼系催化剂具有有机硫加氢转化功能，可以有效降低有机硫含量，转化率可高达95%，转化反应如下：COS+H2O=H2S+CO2CS+H2O=H2S+CO21.1.3.2工艺流程简述压缩工序三段来的煤气，温度约40 ，压力2.2MPa，经焦碳过滤器过滤出油污后，再经主热交换器和中间热交换器升温至约220 进入预变换炉的除氧段和反应段后，温度约350-370 出预变换炉气体经废热锅炉，温度调节到210 进入第一变换炉上段，出口经中间热交换器、淬冷过滤器，温度调节到210 进入第一变换炉下段，出第一变换炉下段经淬冷过滤器降温到210 进入第二变换炉，出口C O＜1.5％经过主热交换器、热水加热器、软水预热器、溴化锂热量回收器、软水预热器、水冷器温度降至40 后进入变脱工序。
第9讲 水煤浆加压气化工艺技术
第9讲水煤浆加压气化工艺技术水煤浆气流床气化是指煤或石油焦等固体碳氢化合物以水煤浆或水炭浆的形式与气化剂一起通过喷嘴，气化剂高速喷出与料浆并流混合雾化，在气化炉内进行火焰型非催化部分氧化反应的工业过程。
具有代表性的工艺技术有美国德士古发展公司开发的水煤浆加压气化技术、道化学公司开发的两段式水煤浆气化技术、中国自主开发的多喷嘴煤浆气化技术，它们当中以德士古发展公司水煤浆加压气化技术开发最早、在世界范围内的工业化应用最为广泛，本课也将重点介绍。
一、水煤浆加压气化过程原理及特点水煤浆气化反应时一个很复杂的物理和化学反应过程，水煤浆和氧气喷入气化炉后瞬间经历煤浆升温及水分蒸发、煤热解挥发、残炭气化和气体间的化学反应等过程，最终生成以CO、H2为主要组分的粗煤气（或称合成气、工艺气）。
灰渣采用液态排渣。
1、水煤浆气化制粗煤气技术的优点。
❶可用于气化的原料范围比较宽。
几乎从褐煤到无烟煤的大部分煤种都可采用该项技术，还可气化石油焦。
煤液化残渣。
半焦、沥青等原料，之后又开发了气化可燃垃圾、可燃废料的技术。
❷水煤浆进料与干粉进料比较，具有安全并容易控制的特点。
❸工艺技术成熟、流程简单，过程控制安全可靠。
❹操作弹性大，气化过程碳转化率比较高。
❺粗煤气质量好，用途广。
❻可供选择的气化压力范围宽。
❼单台气化炉的投煤量选择范围大。
❽气化过程污染少，环保性能好。
2、水煤浆气化技术的缺点。
❶炉内耐火砖冲刷侵蚀严重，选用的高铬耐火砖寿命为1～2年，更换耐火砖费用大，增加了生产运行成本。
❷喷嘴使用周期短，一般使用60～90天就需要更换或修复，停炉更换喷嘴对生产运行高负荷运行有影响，一般需要有备用炉，增加了建设成本。
❸考虑到喷嘴的雾化性能及气化反应过程对炉砖的损害，气化炉不适宜长时间在低负荷下运行，经济负荷应在70%以上。
❹水煤浆含水量太高，使冷媒气效率和煤气中的有效气体成分（CO+H2）偏低，氧耗、煤耗均比干法气流床气化高一些。
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气化 耐硫 变换 换
H N D 净化 甲烷化
水煤气
变换气
净化 气 合 成 气 氢气 气
、
国内 国内 国内
新建 新建
改造 原有装 置 原有装置
氨吸 收制冷
压缩
7 5 0 T/ D
7 5 0 T/ D
合成 气
日本
8 9
lO
氨合 成
冰机
尿素
氨
1 4 0 0 T/ D
原有装 置
三
1
.
工 艺路线选择及 德士 古气 化工 艺
,
,
,
其灰分少 灰熔 点低 不 需要 添加 助熔剂
,
碳含量 高 反应 活性好
,
。
唯一 的缺点 是成 浆性稍差
,
煤浆
、 浓度一般 在 5 8% 6 0 %
。
利用 GE ( 德 士 古 ) 水煤浆加 压 气化装 置 采用 石 油焦加煤按适 当 比例 掺混 为原料 在技术上 可行
, ,
,
操作上 是可靠 的
处理 炼油含油污 泥
,
故选 择了国 内已 有多 年化 工 生产经验
。
,
操作相对灵活 可靠
,
,
易 国产化
、
投资省
、
建设 期相 对较短 的德 士 古水 煤浆加 压气化技 术
,
/ 根据产 品规模 选用 了 3 台在 国内首次使用的 中3 2 0 0 中380 0 气化 炉
2
.
。
GE
气化 (德 士 古 ) 技术概 况
生 产具有较大的灵活性
从而使企 业具 有较强 的市场应 变能力
( 安全 可靠 ) 2
GE (德 士 古 )
八 水煤浆加压气化工 艺 自 十年代工 业化 以来 积累 了丰富的生产经验 工 艺也不 断
、
,
,
的进 行了 改进
,
目前是 一 个非 常成 熟
安全 可 靠的工 艺技 术
、 、
、
。
影响水煤浆加压气化 工 艺 安全 可靠运 行的设备
炼厂制氢 废氢回收与氢气管理 学术交流会论文集
、
金 陵石 化水煤浆制氢工 艺 技术 介绍
程祖 山
(金 陵石 化 )
一
J l R 胃
4 金陵分公司化肥装置始建于 1 9 7 年
。
V 该合成氨装置 从法 国赫尔 蒂公司引进 采用丹 麦托 普索和 意大利 G 公 司工 艺技术
,
,
以石 脑油为原
料烃 蒸汽 转化 法制合成 氨 工 艺
、
。
优化 产品结构 的调整
。
,
,
又 对 该套装置 的安全
稳定
、
可靠 性提 出了更 高的要
因此 工 艺 路线的选择十 分关键
将煤气 化 工 艺与传统 的炼油 工 艺技 术进 行 组合
际上也不 多见
,
,
为炼油提 供廉价 的氢 源
,
,
在国 内尚属 首次 在 国
,
,
,
其主要 的难 点就是要求煤气化装 置服 从 炼油生 产传统的安 稳 长
, ,
,
S 分 别通 过 D C 及 ES 实现 功能 其中气化炉 安全
,
系统 最 为关 键 通过 ES 实现
号
。
安全级 别 为三 级
,
气化 炉进 料采 用 双切 断阀 连 锁 信 号采用
3
选
2
信
气 化炉 事 故 安全系 统用 于维 持装 置运 转 分 为三 个不 同的功 能 程 序
:
、
,
并确保开 车 停车 和气化 炉 吹扫及 正 常操 作的安全
,
国务院的大力表扬
,
。
随着我国改革 开放 的不 断深 入 化肥 的辉 煌历 史一 去不返
20 00
。
由于众所周 知的原 因
工 厂 逐年 亏损
,
经济效 益 急剧 下 降
,
当年
年根据 中石化 的部 署 金 陵分 公司考虑 自身的实际 提 出借化肥 原料路 线改造 之 际 结 合公
,
、
,
,
司 内部体制改革 的需要 充分进行 资源重组
、
、
材料 工 艺 操作等问题 均得到 了很好 的解决
。
、
,
如 比较关键的气化炉 安全系统 耐火砖 的寿命 烧 嘴的检修维护等等 根 据 目前国内装 置 的操作经 验
,
除有计 划 的气化 炉定期停车切换维护烧 嘴外
时间可 在 3 0 天 以上
。
,
由于气化装置原 因 引起的 停车很少
,
气化装置 的年运 行
气化装 置 以纯氧为 原料 在高温 ( ~ 14 0 0
,
O
) C
,
4 P) 高压 ( OM a 下 反应
.
,
具 有较 大的危 险性 本 装
,
置 在 工 艺及 安全连锁的设置 上进 行 了详 细 的考虑 以确 保其安全性
。
气 化装 置 的主要 安全 系统包括 气 化
,
炉 安 全 系统
,
烧 嘴冷却水 安全 系统 及锁 斗 安全 系统
化炉
,
技术 比 较先进
。
,
无 需耐 火衬 里
,
烧嘴使用 寿命长
,
有效气产 率高
,
,
消耗低
,
煤种适 应种类 相对
、
比 德 士 古的要 求 广
关键 是缺 乏 与化 工 装 置 衔接的实 际运 行经 验
。
主要 设 备 国产 化率低
,
投 资高
,
单
台炉运 行操作灵 活性 差 活
,
德 士 古水 煤浆 气 化 技术 己 在世 界 上 广泛 应 用
0 成氨 3 万 吨/ 年
, ,
,
尿 素装 置是 采用 荷兰 斯太 米卡 邦 C 2 气 提法 工 艺 0
。
。
引进 装 置规 模为 合
8 6 万吨/
配尿 素 5 万 吨 / 年 2
,
199 6
、
9 年合 成氨产 量达 到 3
.
5
万 吨/ 年
,
尿 素 产 量达
年 创 国 内外 同类装 置之最
获得中石化
。
国外现 有四套德士 古气 化装 置采用 石油 焦为原料 其 中美国有三套 日本有一 套 运 行情况 良好
,
,
,
,
: 二 5 最高掺烧 比例为石油焦 煤 9
:
5
。
金 陵装置掺烧石 油焦 比例短期 曾到过 1 0 0 %
,
,
5 ( 计焦 煤比 9 设
。
:
5
到
5: 9 5
。
开 工 考核值为 5 0
:
50 )
。
优化
,
并在此基础 上进 行产 品结构调整
。
,
改化肥 生产尿素
, 、
为生产氢气为主 在降低化肥生产成 本的同时 降低 炼油加氢的成本 通 过 化肥 原料路线改 造 将炼 油 热 电 化肥 进 一 步整合 成一 个有机的整体 使其生 产要 素相 互 结合 资源 配置 的重组 求
。 、 、 , 、
密 不可分
水煤浆加 压气 化法为 目前世 界上 先进的气化技 术之 一
, , ,
G E (德 士 古 )
属气流 床加压 气化法
,
。
其特
,
” 点是 该工 艺对煤 的适 应 范 围较 宽 单台气化炉生产 能力较大 气化操 作温度高 碳 转化 率可达 9 5 98 %
煤气质 量好
,
+ Z 有效气成份 (CO H ) 高 甲烷含 量低 不产生焦油 蔡 酚 等污 染物
。
但是
炼厂 制氢 废 氢回收与氢气管理 学术交流 会 论文集
、
考 虑到运 行的经 济可 靠 其 工 艺对 于煤种的选择还 是有一 些要 求
, ,
,
。
煤种 的性质对 于气化适应程度 的影 响非 常复杂 简单 来说 水煤浆加 压气化 由于其进料及气 流床
反应 的特性
,
要 求煤种有较高的反应活性
0
、
热值 较低 的灰熔点 灰分 以及 较好的成 浆性 一 般希望
,
划执行 至 目前 为止
装 置运 行 正常
。
值得总 结的是 以天 辰化学 工 程公 司为主 的总承包 项 目部与业 主 方 的项 目经 理 部 之 间的相 互 信任
相互 支持
二
、
、
团结协作 是该 工 程 得 以顺 利实施的关键
。
改造 的原 则 及 改 造 的 内容 在 进行 工 艺路线 选 择 时 确定 了以下几 条 原则
、
: 水煤浆加压气化和 壳牌粉煤气化 主要技术特点 比较列表如下
德 士 古水 煤浆气化 技术与壳牌粉煤气化 技术的 比较
项
目
3
德士 古 台 (两 开一 备 )
壳牌
1
气化炉数量
炉体保护
能量 回收形 式
台
耐火材料
水 激冷 冷 烧 嘴 耐火材料 水 煤浆 浆
14 0 0
、
水冷 壁
水冷壁+ 废锅
无
干粉 煤
14 0 0 一1 7 0 0
3
、 。
,
努力节约投 资 千方 百计将 改造的投 资控制在 总公司 核定 的范 围内
,
。
主 要改造 内容
序号
1
装置名称 称
空分
生产能 力
尸 。 八 八 八 、: _
主要 产 品