煤化工项目鲁奇三合一装置工艺介绍
鲁奇气化工艺及设备原理概述
鲁奇气化工艺及设备原理概述引言鲁奇气化是一种常见的化学工程过程，用于将固体或液体燃料转化为气体燃料或有机化学品。
本文将概述鲁奇气化工艺及设备的原理，以便读者对该技术有一个基本的了解。
本文将首先介绍鲁奇气化的基本概念，然后讨论该过程的主要原理和涉及的各种设备。
1. 鲁奇气化的基本概念鲁奇气化是一种通过在高温和高压下将固体或液体燃料转化为气体燃料或有机化学品的化学过程。
该过程通常涉及将燃料与氧气或空气反应，产生一系列气体和液体产物。
这些产物可以用作燃料或用于化工生产。
2. 鲁奇气化的主要原理鲁奇气化的主要原理是将燃料在高温和高压下与催化剂或氧气反应，产生气体和液体产物。
该反应通常发生在一个封闭的反应器中。
以下是鲁奇气化的主要原理：•燃料预处理：在气化反应之前，燃料通常需要进行预处理，以去除杂质和调整化学成分。
例如，固体燃料可能需要经过粉碎和干燥处理，液体燃料可能需要去除杂质和溶剂。
•气化反应：在气化反应器中，燃料与催化剂或氧气反应，产生气体和液体产物。
气化反应通常是一个高温反应，温度通常在1000 °C以上。
高温下的气化反应能够将燃料的化学键破坏，产生更多的气体产物。
•产物处理：气化反应产生的气体和液体产物需要进行处理，以分离和纯化。
例如，气体产物可以通过冷却和压缩分离出其中的固体和液体成分。
液体产物可以通过蒸馏和提纯过程进行分离和纯化。
3. 鲁奇气化的主要设备鲁奇气化涉及多种设备，用于处理燃料、反应、分离产物和处理废气。
以下是鲁奇气化的主要设备：•燃料预处理设备：用于对燃料进行粉碎、干燥、除杂和调整化学成分。
•气化反应器：用于将燃料与催化剂或氧气反应，产生气体和液体产物。
气化反应器通常是一个密封的高温容器，具有适当的进料和出料口。
•分离设备：用于将气体产物中的固体和液体分离。
通常使用冷却和压缩技术，将气体冷却、压缩，分离出其中的固体和液体成分。
•纯化设备：用于分离和纯化液体产物。
通常使用蒸馏和提纯技术，将液体产物中的不同成分分离和纯化。
鲁奇加压气化技术的工艺流程
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在采用鲁奇加压气化技术之前，需要做好充分的准备。
鲁奇气化工艺特点及影响其运行的主要因素分析
鲁奇气化工艺特点及影响其运行的主要因素分析鲁奇加压气化是一项相对成熟的技术。
在煤化工造气领域具有很多优势，但该项技术具有的缺点也是很明显的，文章通过介绍鲁奇工艺特点，分析了影响鲁奇气化工艺的各种关键因素，并针对这些因素的控制来提高鲁奇气化装置的优点。
标签：鲁奇气化炉；工艺特点；因素前言鲁奇加压气化工艺是煤和气化剂逆流接触的一种加压移动床煤气化工艺。
由于其适应的煤种广、气化强度较大、气化效率高，技术成熟可靠，广泛应用于各个煤化工企业。
但鲁奇气化工艺也有一定的缺点，如运行周期短，设备维修频繁等。
如何在目前的工艺基础上对设备和工艺操作进行改进和优化，保证鲁奇气化炉进行长周期运行，已经成为鲁奇炉发展面临的一个重要因素。
本文通过某煤化工企业实际生产中经济运行的实践，从气化用煤品质、生产工况控制等方面分析了影响气化炉稳定运行的因素。
1 鲁奇气化工艺主要特点1.1 原料煤为块煤鲁奇炉原料用煤一般采用5～50mm的块煤，并在煤的反应性、无粘结性、机械强度、灰熔融性等方面要求较高。
因此适宜的煤种为褐煤、次烟煤、贫煤和无烟煤，同时由于其工艺特点对一些水分较高（20%～30%）和灰分较高（如30%）的劣质煤也适用。
与气流床工艺相比，鲁奇炉采用碎煤为原料，入炉煤的前期处理较为简单。
1.2 氧耗相对较低鲁奇气化工艺采用干法排灰，气化剂采用蒸汽和纯氧气，运行过程中为防止结渣汽氧比较高，这就降低了氧气的消耗，通常要比气流床氧节省30%，在空分制氧工艺方面可以节约投资。
1.3 煤气中CH4含量较高气化产生的煤气中CH4含量较高，可以达到10%左右，因此该工艺适合于生产城市煤气和代用天然气（SNG），另外可通过加完转换工艺可将CH4转化为CO和H2后也可以用于生产液体燃料，比如甲醇石脑油和柴油。
1.4 粗煤气中H/CO为2.0，在这种状况下不经变换或少量变换即可用于F-T 合成、甲醇合成、天然气合成等产品生产的原料气，对比其他气化技术减少了气体成分的变换工序。
鲁奇炉工作原理
鲁奇炉（Lurgi Gasifier）是一种用于煤炭气化的加压移动床反应器，它的主要工作原理可以概括如下：1.物料输入与预处理：o煤炭首先经过破碎和干燥处理，然后通过煤锁（Coal Lock）按批次定量送入炉体内部。
煤锁通过充气加压与炉内压力保持一致，防止气体泄漏。
2.炉体结构与过程分区：o鲁奇炉为立式圆筒形结构，炉体内壁有水夹套，可利用高温煤气产生的热量生产蒸汽。
煤炭自上而下通过炉膛，依次经过干燥区、干馏区、气化区、部分氧化区和燃烧区。
3.气化过程：o在炉内的不同高度，煤炭与气化剂（通常包括氧气、水蒸气以及其他可能的还原气体）逆流接触。
o干燥区去除煤炭中的水分；干馏区发生热解作用，释放挥发分；气化区煤炭在一定的温度和压力下与气化剂反应生成合成气（主要成分为氢气H2、一氧化碳CO以及其他烃类和惰性气体）。
o部分氧化区煤炭与氧气进一步反应，提供热量维持气化反应所需的高温条件；燃烧区则是剩余未完全反应的煤炭和气体被充分燃烧。
4.排渣过程：o固态排渣鲁奇炉中，煤灰在气化完成后形成固态灰渣，通过炉底的炉箅排出到灰斗。
o液态排渣鲁奇炉在下部增设了喷嘴，高速喷入氧气和蒸汽，使煤灰在高温下熔融形成液态渣，通过调整急冷室与炉缸的压力差，控制液态渣以适宜的速度排出，避免排渣口堵塞。
5.能量回收与环境保护：o鲁奇炉的设计考虑了能源的高效利用和环保要求，炉壁夹套产生的蒸汽可用于发电或者作为工艺蒸汽循环使用。
o产生的煤气经过冷却、净化处理，分离出的产品包括清洁煤气、硫磺等，同时对废水和废气进行处理，以达到环保排放标准。
总的来说，鲁奇炉通过一系列复杂的化学反应将固体煤炭转化为便于运输和使用的合成气，实现了煤炭资源的有效转化和利用，同时也是洁净煤技术的重要组成部分，在煤化工产业中具有重要地位。
三种煤气化工艺详述
三种煤气化炉技术介绍一、概述煤气化技术的开发与应用大约经历了200年的发展历史。
煤气化技术按固体和气体的接触方式可分为固定床、流化床、气流床和熔融床4种，其中熔融床技术还没有实际应用开发，各种煤气化炉的模式见图1。
图1 各种煤气化炉模式图1.固定床。
固定床气化炉是最早开发出的气化炉，如图1（a）所示，炉子下部为炉排，用以支撑上面的煤层。
通常，煤从气化炉的顶部加入，而气化剂（氧或空气和水蒸气）则从炉子的下部供入，因而气固间是逆向流动的。
特点是单位容积的煤处理量小，大型化困难。
目前，运转中的固定床气化炉主要有鲁奇气化炉和BGC-鲁奇炉两种。
2.流化床。
流化床气化炉如图1（b）所示，在分散板上供给粉煤，在分散板下送入气化剂（氧、水蒸气），使煤在悬浮状下进行气化。
流化床气化炉不能用灰分融点低的煤，副产焦油少，碳利用率低。
3.气流床。
气流床气化炉如图1（c）所示，粉煤与气化剂（O2、水蒸气）一起从喷嘴高速吹入炉内，快速气化。
特点是不副产焦油，生成气中甲烷含量少。
气流床气化是目前煤气化技术的主流，代表着今后煤气化技术的发展方向。
气流床按照进料方式又可分为湿法进料（水煤浆）气流床和干法进料（煤粉）气流床。
前者以德士古气化炉为代表，还有国内开发的多元料浆加压气化炉、多喷嘴（四烧嘴）水煤浆加压气化炉；后者以壳牌气化炉为代表，还有GSP炉以及国内开发的航天炉、两段炉、清华炉、四喷嘴干粉煤炉。
二、三种先进的煤气化工艺我国引进并被广泛采用的三种先进煤气化工艺——鲁奇气化炉、壳牌气化炉、德士古气化炉。
1.鲁奇气化炉（结构见图2）属于固定床气化炉的一种。
鲁奇气化炉是1939年由德国鲁奇公司设计，经不断的研究改进已推出了第五代炉型，目前在各种气化炉中实绩最好。
德国SVZ Schwarze Pumpe公司已将这种炉型应用于各种废弃物气化的商业化装置。
我国在20世纪60年代就引进了捷克制造的早期鲁奇炉并在云南投产。
1987年建成投产的天脊煤化工集团公司从德国引进的4台直径3800mm的Ⅳ型鲁奇炉，先后采用阳泉煤、晋城煤和西山官地煤等煤种进行试验，经过10多年的探索，基本掌握了鲁奇炉气化贫瘦煤生产合成氨的技术，现建成的第五台鲁奇炉已投产，形成了年产45万吨合成氨的能力。
煤气化技术简介及装置分类
煤气化技术简介及装置分类煤气化是清洁利用煤炭资源的重要途径和手段。
目前，国内自行开发和引进的煤气化技术种类众多，但总体上可以分为以下三大类：一、固定床气化技术以鲁奇为代表的加压块煤气化技术。
鲁奇加压气化炉是由联邦德国鲁奇公司于1930年开发的，属第一代煤气化工艺，技术成熟可靠，是目前世界上建厂最多的煤气化技术。
鲁奇气化炉是制取城市坑口煤气装置中的心脏设备。
它适应的煤种广﹑气化强度大﹑气化效率高﹑粗煤气无需再加压即可远距离输送。
鲁奇气化技术的特点为：采用碎煤加压式填料方式，即连接在炉体上部的煤锁将原料制成常温碎煤块，然后从进煤口经过气化炉的预热层，将温度提高至300℃左右。
从气化剂入口吹进的助燃气体将煤点燃，形成燃烧层。
燃烧层上方是反应层，产生的粗煤气从出口排出。
炉篦上方的灰渣从底部出口排到下方连接的灰锁设备中，所以气化炉与煤锁﹑灰锁构成了一体的气化装置。
鲁奇炉的代表炉型即第三代MARK－IV/4型Ф3800mm加压气化炉, 炉体由内外壳组成，其间形成50mm的环形水冷夹套，是一种技术先进﹑结构更为合理的炉型。
我公司为河南义马、大唐克旗等制做了多台鲁奇式气化炉。
图1 鲁奇加压块煤气化装置二、流化床气化技术以恩德炉、灰熔聚为代表的气化技术。
恩德炉粉煤流化床气化技术是朝鲜恩德“七.七”联合企业在温克勒粉煤流化床气化炉的基础上，经长期的生产实践，逐步改进和完善的一种煤气化工艺。
灰融聚流化床粉煤气化技术根据射流原理，在流化床底部设计了灰团聚分离装置，形成床内局部高温区，使灰渣团聚成球，借助重量的差异达到灰团与半焦的分离，在非结渣情况下，连续有选择地排出低碳量的灰渣。
目前，中科院山西煤化所山西省粉煤气化工程研究中心开发的加压灰熔聚气化工业装置已经成功应用于晋煤集团天溪煤制油分公司1 0万吨/年煤基MTG合成油示范工程项目，该项目配备了6台灰熔聚气化炉（5开1备），气化炉操作压力0.6MPa，日处理晋城无烟煤1600吨，干煤气产量125000Nm3/h（配套30万吨/年合成甲醇）。
鲁奇气化项目部工艺
▪ 液态排渣
本装置采用第三代鲁奇气化炉，气化炉结构如 下：
▪ 炉体
▪ 夹套
▪ 炉篦 ▪ 灰锁
▪ 煤锁 ▪ 洗涤冷却器
(1)煤锁
▪ 煤通过煤锁由常压系统间歇地加入 到气化炉内，容积18.7m3，设计 压力4.6MPa，设计温度250℃350 ℃ ，操作温度20-150℃。采 用上下阀门加煤形式。高负荷时每 小时向气化炉加煤3－5次，每次 加煤时间约 8-10min。
与气化工艺有关的技术指标
▪ 1：气化强度：
▪ 气化强度是指单位时间内，单位横截面积上气化的原料煤 量，以㎏∕（ M2.h ）表示。 在实际生产中气化强度常以单 位时间，单位横截面积上的粗煤气量来表示〔M3（标） ∕㎡ .h ， 影响气化强度的因素较多，原料煤的性质（煤种粒度 ）和气化过程的操作条件（压力、温度、汽氧比等）均对气 化强度有较大影响。
▪ 缺点： ▪ (1)蒸汽分解率低，气化过程的热效率有所降低； ▪ (2)气化炉有复杂的传动机构，易损件多，设备检修频繁； ▪ (3)废水量大，废水处理复杂； ▪ (4)只能气化小块煤。
▪ 煤质要求： ▪ (1)需块煤（一般入炉煤在5～50mm之间）； ▪ (2)灰熔融性软化温度大于1200℃； ▪ (3)除强粘结性煤外都能气化。
▪ 炉篦传动改为侧向传动
▪ 灰锁改在炉体下部正中， 下灰
第三代MARKIII (我们采用的炉型） （直径3.8m; 单炉产气量 35000-50000 Nm3/h）
▪ 改进了煤分布器和破粘装置
▪ 改进多层炉篦
▪ 改进了传动机构和控制系统
BGL气化炉 （单炉产气
75000Nm3/h ）
▪ 去掉炉蓖改为喷 嘴
▪
⑴C+O2=CO2+408.8MJ
鲁奇MTP工艺流程简介
鲁奇煤化工MTP 工艺流程简介甲醇制丙烯(MTP)工艺是德国鲁奇公司使用甲醇作为原料生产聚合物级丙烯的专利技术，该工艺同时可副产乙烯，LPG 和汽油。
MTP 工艺包含五个工艺步骤：MTP 反应部分、MTP 反应器再生部分、水烃冷却分离部分、碳氢压缩部分、产品/副产品精制部分。
单元工艺方框流程图吸附单元处理水粗汽油丙烯乙烯净化燃料气万吨年万吨年万吨年来自甲醇中间罐区的新鲜甲醇和由甲醇回收塔返回的循环甲醇经过一系列换热设备，加热到275℃。
混合物料先在DME反应器中于275℃，1.6MPa，在氧化铝基催化剂的作用下反应生产二甲醚。
之后，生成的二甲醚与循环回的C2/C4/C5/C6混合进入MTP反应器(3台，2开1备)，于480℃，0.13MPa下，在沸石基催化剂的作用下进行反应，生成以丙烯为主要产品的各种烃类，送到下一单元－气体冷却和分离单元。
2CH3OH→CH3OCH3(DME)+H2O +QnCH3OCH3→2CnH2n＋nH2O +Q(N=2,3,4….)MTP反应器经过一段时间(每台反应器运行500-600小时后需再生)的运行，在催化剂的表面会产生一定的结焦，降低了催化剂的活性，从而影响丙烯的产率。
此时，需用热的再生气（装置空气和氮气）对催化剂进行再生，再生所需时间为56-69小时。
由MTP反应器出来的烃类物料经废热回收系统降到190℃后，首先进入预急冷塔（3台），用激冷水进行冷却至55℃。
之后再送入急冷塔，用激冷水进行冷却，温度降至40℃后送至碳氢压缩单元。
出急冷塔的激冷水大部分经过热量回收后循环回急冷塔，小部分送到甲醇回收塔，回收其中含有的甲醇，回收的甲醇与新鲜甲醇混合进入DME反应器。
经急冷塔冷却分离后的MTP反应器物流温度为40℃，压力为0.105MPa，送入压缩单元。
通过压缩机进行四级压缩，压力达2.25MPa。
每级压缩后都设一水冷器和一分离器，分离冷凝下来的水份和一部份液态烃。
分离出的水送到急冷塔作为激冷水，分离出的烃送到四级压缩分离器，进行气烃和液烃分离，然后气烃送入气烃干燥器，液烃送入液烃干燥器分别进行干燥。
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来自电厂脱盐水 25℃,275t/h
272℃
来自气化
粗合成预热器
260℃
中压蒸汽 266℃
5.1MPa
220
一
1CL.2+
滤
H2：30.6%；
变
SA347
器
CO：9.1%；
换
CO:27.3%； H2O：32.2%
炉
330℃
中压蒸汽过热器
130.6℃, 275t/h
来自CO2吸收段的部分含CO2甲醇和H2S吸收段富硫甲醇送入中压 闪蒸塔T40003中。在此甲醇在中压下闪蒸，有价值的H2和CO闪蒸出 来，再循环气压缩机（C40001）压缩后循环回变换气入口管线。 15
精洗甲醇去洗涤塔
CO2产品送气化 140908Nm3/h,11. 7℃，0.125MPa
粗煤气来自煤气化装置
247244.48Nm3/h 170℃，3.8MPa（a）
H2：17.2%；CO：46.4%； CO2：12%；H2O：23.1%
分 离 器
变换气去低温甲醇洗装置
257600Nm3/h 40℃，3.4MPa（a）
H2：42.5%；CO：18.5%； CO2：37.5%；H2O：3%
11
2.2 低温甲醇洗单元
12
本单元主要的作用是利用甲醇在低温下对酸性
气体溶解度大，可以将其有选择性地吸收的特
性，将来自CO变换单元的变换气中多余的CO2
以及对甲醇合成催化剂有毒害作用的硫化氢等
杂质脱除，使净化后的气体成为适合于甲醇合
成反应所需的净煤气 。
本单元主要是采用一些化工单元操作，属物理
吸收塔T－40002AB从下到上依次可分为预洗段、硫化氢吸收段 和二氧化碳吸收段。
在预洗段，变换气中微量组份如NH3和HCN等被低冷甲醇吸收。 在H2S吸收段，将H2S和COS脱除，使净煤气中硫含量满足甲醇合成 催化剂的要求。在CO2吸收段，将多余的CO2脱除，使净煤气中CO2 的含量达到适合于甲醇合成反应所需的含量。出CO2吸收段的净煤 气经过变换气最终冷却器 E40003（绕管式）回收冷量后，被送到 甲醇单元作为甲醇合成的原料气。
450℃
第
二
变
换
炉
分 40℃ 离 器
除盐水加热器
361℃
H2：38.8%； CO：5.9%； 10 CO:35.1%； H2O：19.3.2%
一氧化碳变换简易流程概述
煤气化装置来的粗煤气，气量247244.48Nm3/h，温度170℃， 压力3.8MPa。首先进入粗煤气分离器，分离出水、煤灰后再 进入粗煤气过滤器，过滤一些杂质，然后进入粗煤气加热器， 加热至220℃，在蒸汽混合器中配入600t/h饱和中压蒸汽，再 经过粗煤气换热器加热以温度260℃进入第一变换炉，出第一 变换炉后的反应气温度为450 ℃依次经过中压蒸汽过热器、 粗煤气换热器、粗煤气加热器换热，以251.6 ℃进入第二变换 炉。出第二变换炉的反应器以361 ℃依次经过废锅、第二除 盐水加热器、分离器，分离出的气体以40 ℃, 3.42MPa送到 下一单元－低温甲醇洗单元。
CO2 H2S
原料气
CO 变换
低温甲醇洗
压缩
C3-(乙烯、丙稀) C4+(LPG、汽油)
甲醇/二甲醚
产品精馏
压缩
气体分离
MTP 反 应
器
甲醇合成
H2
三塔精馏
5
本界区原料、产品方案
粗煤气： 640万吨/年
二氧化碳： 200万吨/年
甲醇： 168万吨/年
乙烯： 2.3万吨/年
丙烯： 47万吨/年
LPG： 3.64万吨/年
三合一装置构成如下：
3
三合一装置所涉及的化学反应原理
⑴水煤气变换 CO+H2O→CO2+H2 +2.33 KJ/mol
⑵甲醇合成 CO+2H2→CH3OH +90.8KJ/mol
CO2+3H2→CH3OH +H2O+49.5KJ/mol ⑶甲醇脱水 2CH3OH→CH3OCH3+H2O +1.33 KJ/mol
硫磺： 3.8万吨/年
汽油： 18.2万吨/年 6
2、各装置工艺流程简介
7
2.1 CO变换单元
8
本单元主要的任务是利用一氧化碳和水 蒸汽反应将来自煤气化单元的粗煤气中 过量的一氧化碳转化成甲醇合成反应所 需的大量氢气。
主要反应方程式：
CO+H2O→CO2+H2+2.33 KJ/mol
9
一氧化碳变换工艺流程简图
一、三合一装置简介
1
三合一装置是指大唐国际引进德国鲁奇公司的三项专利 技术：低温甲醇洗脱硫脱碳工艺、百万吨级甲醇合成工 艺和甲醇制丙稀MTP工艺 （Methanol to Propylene） 的总称，同时包括CO变换单元。其中甲醇制丙烯装置为 目前世界上首套工业化装置
2
三合一装置各单元
三合一装置主要负责将煤气化装置产生的粗煤气进行精制，得到的合格 合成气体在甲醇合成塔中合成甲醇，同时进行精制，为丙烯生产装置提供原 料。
CO2：37.5%； H2S：0.43%
绕管换热器
-19.9℃
-42.6℃
闪蒸汽压缩机
-53.1℃
精洗甲醇 来自热再 生塔
-23.5℃ -37℃
丙 -57.3℃ 稀 制 冷 剂
主洗甲醇 来自再吸 收塔
-29.6℃
中 压 闪 蒸 塔 富CO2甲醇
-23.8℃
去再吸收塔
去热再生塔 T-40005
富H2S甲醇14 去再吸收塔
过程，不涉及化学反应。
13
变换气洗涤
493934.5Nm3/h
30℃，3.2MPa
H2：66.99%；CO：28.9.%；
CO2：2.7%；
甲
合成气去甲
醇
醇单元
洗
涤
锅炉给水
塔
氨 洗 塔
变换气
来自低温甲 醇洗
780242Nm3/h
40℃，3.3MPa 去水处理 H2：42.5%； CO：18.5%；
低温甲醇洗－气体洗涤
来自CO变换工段的变换气（温度40℃，压力3.4Mpa(a)），首先 经过一系列换热器换热后被冷却到约10℃，然后通过氨洗涤塔 T40001（，用锅炉给水进行洗涤以降低其NH3 和HCN含量。再经过 变换气最终冷却器（绕管式）后，温度降到－19.9℃，送到并联的 两台吸收塔T－40002AB的底部。
⑷MTP 反应 nCH3OH→(CH2)n +nH2O +Q
nCH3OCH3→2CnH2n＋nH2O +Q(N=2,3,4….)
⑸硫回收反应：H2S＋1/2O2=S+H2O
(1)
H2S+3/2O2=SO2+H2O (2)
2H2S+SO2=3S+2H2O
(3)
4
三合一装置工艺方框流程图：
硫回收
硫磺产品