水煤浆气化与粉煤气化的模拟评价

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1、水煤浆气化与粉煤气化的模拟评价唐宏青(中国石化集团兰州设计院，甘肃兰州,)2001-12-16   由于油价的上涨使以油为原料的化肥、甲醇企业面临困境，以渭河化肥厂为代表的大型水煤浆制氨厂却闪起生机，为洁净煤化工开辟了新的前景。现在，众多厂家又提出引进粉煤气化技术，进一步提高洁净煤化工的效益。但是外商及其代理人在提出这一新技术时，有过分夸大粉煤气化效益的倾向，最突出一点是：粉煤气化的有效气量(CO+H2)比水煤浆气化多10％～12％，氧耗量低15％～25％。如此可贵的技术进步，引起国内学者的严肃思考，

2、对其真实性存有疑问。许多人提出应该用高新技术对这个问题进行定量的评价，为投资决策者提供可靠的依据。   对这两个工艺进行评价，单纯依靠外商报价是无济于事的。用模拟技术对国外报价进行评价的办法，已在多项工程中得以应用。可以有信心地说，在研究模拟技术30年后的今天，做这一件事并不困难。毫无疑问，“模拟—评价”是化学工程的成熟技术。1 客观评价的基础   建国至今，我国已经引进三十多套大型合成氨装置，可以博览世界氮肥新技术。不妨回忆引进的过程，每当引进签约时，都是国际先进水平，投产时就不一定了。因为随着时间

3、的推移，技术在逐渐发展，国情也有一定的变化。历年来，国内的生产企业与设计院为这些企业进行技术改造。普遍的看法是，有百年历史的合成氨技术进步是渐进的，大幅度的技术进步是难以得到的。   为了正确地评价这两个工艺，应该建立一个“评价平台”。在这个平台上，尽量设置一个相对一致的初始和终止条件，输入两种工艺不同的数据，从而客观地评价这两个过程效果。无疑，这样的评价是比较公正的。   目前见到的对这两种工艺的评价，都是数字来自于资料的评价。这些评价片面地建立在只针对气化炉的基础上作出的，而且只是从气化炉出口组成

4、的百分数出发的，忽略了气化炉出口干气绝对量的变化。这就是问题所在。   现在这两种炉子不仅仅打算用在制取合成气上，还打算用在制取甲醇、二甲醚、煤液化、合成油和氢气的工艺上。气化炉出来的粗水煤气的成分、数量、温度、压力将影响到它的后续工艺的指标。也就是说，只有在产物一致的前提下，才能比较这两种工艺的区别，可以让人看清各自的特点，成为投资者建厂的依据。2 评价平台2.1 工艺终点   两种煤气化工艺评价的终点，是合成氨工艺中可以设想为达到一致的地方。这无疑应该是液氨产品。但进行这样的模拟过分烦琐，不利于对

5、比分析。两种煤气化工艺的评价流程分别见图1和图2。因此，可以将这一终点前移至中变入口点。在水煤浆制氨的工艺中，这一点是客观存在的，在粉煤气化制氨流程中，这一点是很接近的，不会失去粉煤气化流程的真实性。   这样的工艺评价终点是合理的，尽管这一评价终点的气体组成、温度、压力不尽相同，其后续工艺上也会稍有变化，但这一区别已经不影响评价的结果，可视为公平的评价终点。   上述工艺终点仅仅适合于合成氨，对于甲醇、二甲醚、合成油、制氢等工艺，还不能这样做。图1和图2是合成氨流程从投煤到评价终点的工艺信息图。2.

6、2 工艺参数   1)煤   尽管两种工艺实际生产过程中用煤的组成不可能一致，但在评价时应该一致。目前已经肯定，水煤浆气化应该用灰熔点低一些的煤，根据国外的经验，粉煤气化在用于发电时，可以用熔点高的煤，但在化工上正期待着新的实践。为了满足两种工艺的需求，评价时都用低灰熔点的煤，见表1。   2)操作条件   随着气化后续工艺的区别，评价用的操作条件难以做到完全一致，随工艺不同有所区别。水煤浆流程的操作数据基本上取自国内唯一的30万吨水煤浆制氨装置的设计数据。粉煤气化流程的操作数据基本上取自国外报价数据

7、。表2列出了评价用的操作条件，其中变换前的H2O／CO，水煤浆流程取在评价流程终点，而粉煤气化流程取在预变换前，这是为满足变换摧化剂的要求而确定的。投料量不是根据炉子的大小确定，而是计算的基准。2.3 评价工具   采用中国石化组织开发的合成氨流程模拟软件SAPROSS。3 评价结果   表3和表4是计算结果。表3是气化炉出口的干气组成和数量，可以看出两种流程的吨煤纯合成气量是不同的。粉煤气化流程的纯合成气的含量比水煤浆流程的高，但干气总量少，两者相乘除以投煤量，才是真正的气化效果一吨煤纯合成气的产量

8、。      表4是评价终点的数据，是该文用来进行两种流程比较的数据。在水煤浆流程中，由于激冷过程中气体还有损耗，因此部分数据与气化出口还有区别。4 结论   从评价终点的数据可以得到，粉煤气化比水煤浆气化投入少，产出多。从表4的数据可以得到以下结果：粉煤气化比水煤浆气化的氧耗量少5.82％，粉煤气化比水煤浆气化的纯合成气产量高6.49％，粉煤气化在气化后补充水蒸汽量略高于产汽量。该数据比前文中的数据低得多，但足以令人相信这不是商业运作的结果，而依赖严格