煤制氢工艺简介及过程模拟系列（二）
大家好，本此推送是煤制氢工艺及模拟系列的第二期。此前，我们对制氢工艺的相关背景进行了介绍。（点击跳转：煤制氢工艺简介及过程模拟系列（一））。本期将对后续进行模拟的Texaco煤气化及制氢工艺进行详细说明。
现有工业化煤气化工艺大致有三大类别：气流床气化工艺，其中以Texaco、Shell技术为代表；固定床气化工艺，其中以Lurgi技术为代表；流化床气化工艺，其中以HTW 技术为代表。三类工艺中，气流床气化工艺的原料煤适应性强，气化炉气化压力与温度高、具有较大热负荷，逐渐发展为当今煤气化的主流技术。
Texaco煤气化技术主要以水煤浆为原料煤进料形态，故也称为水煤浆气化技术，包括备煤阶段、煤浆气化、灰水循环处理与一氧化碳变换等过程。Shell煤气化是较为先进的第二代煤气化技术代表之一，其进料方式为干式进料，原料煤、氧气及少量水蒸气在加压条件下进入气化炉进行气化反应，在3~10s内完成气化炉中升温、裂解与反应等一系列物理与化学转化过程，上述两种主流气化工艺的主要参数设置见下表。
两种气化炉主要参数设置对比
项目 | Texaco | Shell |
反应炉类型 | 气流床 | 气流床 |
进料方式 | 水煤浆进料 | 干式进料 |
温度（℃） | 1200~1500 | 1450~1600 |
压力（MPa） | 4.1 | 3.0 |
原料煤粒度（mm） | <0.1 | <0.1 |
Texaco煤气化制氢流程概述
此典型工艺中，气化装置使用Texaco水煤浆加压气化技术，以煤、石油焦、高纯氧与水为主要原料，进行高压气化反应生产粗合成气。采用水激冷流程，对合成气及含固灰水进行后处理。
粗合成气自气化单元产出后进入变换单元，经过变换反应得到粗氢气。净化装置包括一氧化碳耐硫变换、NHD（聚乙二醇二甲醚）脱硫脱碳以及甲烷化等工序。净化装置的任务是，将自德士古水煤浆加压气化送来的水煤气进行一氧化碳变换；脱除硫化物及二氧化碳；微量一氧化碳、二氧化碳的甲烷化转化，得到符合环保要求的氢气产品。
Texaco气化单元
备煤单元将原料煤进行粉碎，与水混合制备待用水煤浆。适宜浓度的煤焦浆由煤浆槽输送，在德士古气化炉与空分装置所输送来的高纯氧气进行混合，利用烧嘴装置在进入气化炉燃烧室前使进料完全雾化混合，物料气化反应在温度约1300~1400℃，压力为4.0 MPa的条件下进行，得到有效成分为H2和CO为主的粗合成气。
气化所产生的高温产品经过激冷后，灰渣由锁斗进行排放分离。黑水经渣水处理系统进行分离与回收，灰水通过多级闪蒸后可循环回备煤段进行水煤浆制备。
粗合成气进入水洗塔进行洗涤，除去气化过程所夹带的部分细渣，并对粗合成气补充部分后续变换工段所需的水汽。洗涤水由塔底排放后进入多级闪蒸系统。水与合成气混合进入洗涤塔，合成气在塔内与水充分接触后，气液固三相有效分离，固体颗粒与合成气分离并进行塔底沉降。除尘后合成气将送至后续变换工段。
气化单元&灰水处理单元工艺示意图
变换单元
由气化单元送来的干净水煤气进入变换工段，由中低水气比变换工艺生产变换气，使得出口变换气干基CO浓度小于工艺设定值，得到氢气粗产品。同时，变换段高温高压的变换气可以进入中变与低变废热锅炉进行换热，产出不同等级的中压与低压蒸汽。变换气经过多级水气分离器分离后进入净化工序脱硫脱碳。
变换单元工艺示意图
酸性气脱除单元
自变换工段来的变换气进入酸性气脱除单元，首先进行脱硫操作。变换气在脱硫塔中与NHD溶液（聚乙二醇二甲醚）进行吸收反应，逆流接触吸收绝大部分硫化氢气体及部分CO2、COS、H2等气体，出脱硫塔的脱硫气H2S+COS小于环保限定值，经脱硫气分离器分离掉夹带的NHD溶液后去NHD脱碳工序。塔底富液经再生塔再生后泵送至前部脱硫塔，吸收剂完成循环，富硫化氢气体送至硫磺装置生产硫磺等产品。
来自脱硫工段的脱硫气进入脱碳塔，气体自下而上与从塔顶来的NHD溶剂逆流接触，气体中的二氧化碳被溶液吸收，也有部分H2S、COS气体被吸收。从塔顶出来的净化气二氧化碳体积含量小于规定值，经净化气分离器除去少量雾沫夹带的NHD后送至甲烷化工序。塔底富液经再生塔再生后泵送至前部脱碳塔，吸收剂完成循环，富二氧化碳气体送可至二氧化碳厂进行利用。
NHD酸性气脱硫工艺示意图
NHD酸性气脱碳工艺示意图
甲烷化单元
进入反应器的净化气升温后进入脱硫槽，其内装填氧化锌用以脱除净化气中微量H2S，然后再进入甲烷化炉，其内装填甲烷化催化剂，经甲烷化反应，净化气一氧化碳和二氧化碳体积含量降到标准线以下，降温后进甲烷化水分离器分离掉冷凝液。
甲烷化后最终得到合格氢气产品。
本期对Texaco煤气化制氢过程进行了简介，下期将开始煤化工模拟进程。与常规组分不同，煤与石油等复杂组分在模拟时不可避免要遇到定义分析问题。对于石油组分，我们可以通过蒸馏曲线等信息进行原料定义，对于煤体系，则有另一套特殊的定义方式，模拟的具体内容我们下期再见啦~
END
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