煤炭气化技术浅析

20l1年39卷第10期广州化工47煤炭气化技术浅析王飞,朱玉芹,周霞(河南煤业化工集团鹤煤公司,河南鹤壁458000摘要:介绍了几种主要煤气化技术的发展情况,评述了各煤气化技术的优缺点煤种适应性各自的煤气质量和应用领域,工业化放大的不同特点,气化效率的不同,对环境的不同影响等。可为计划上马煤化工项目的用户选择气化技术提供参考。关键词:煤气化;固定床气化;灰熔聚煤气化;流化床气化;气流床气化Superficial view on Coal Gasification TechnologyWANG Fei, ZHU Yu-qin, ZHOU XiaHebi Coal Co, Ltd, Henan Coal Industry and Chemical Group Co., Henan Hebi 458000, China)Abstract Main types of coal gasification process were introduced. The characteristics, the applicability of coaltypes, the quality of different coal gas products as well as their applicable fields, different characteristics of commercializa-tion scale -up of the different reactors and difference of gasification efficiency as well as the impact to the environment about different types of coal gasification process were presented. The potential clients of going to construct coal -basedchemical projects can take referenceKey words: coal gasification; fixed bed; ash agglomeration; fluidized bed; entrained flow bed煤炭气化技术在煤化工中占有重要地位,气化所生产的气生产成分不同的水煤气和半水煤气。该技术采用固态排灰方体既可以作为燃料(作为T业燃气、民用煤气、冶金还原气),可式。由于采用空气作为氧化剂,碳利用率较低,入炉蒸汽分解以作为化学合成的原料(合成气),可以作为联合循环发电燃气、率、低灰渣含碳量较高,一般在20%左右。因为是常压间歇制煤炭气化制氢、可以作煤炭气化燃料电池、煤炭液化的气源,是气,单台设备生产能力较低。根据炉型规格不同,单台设备产气兼顾煤能源与资源价值的利用途径量在4000-12000m3/h,所产煤气有效气含量为60%~85%。1煤炭气化技术种类该工艺以无烟块煤为原料,该煤种价格较高,来源受到限制,同时原料利用率低能耗高使生产成本较高,这也是该技术煤炭技术气化技术有多种分类方法但一般常采用按生产的最大不足。其次造气采用常压间歇气化使装置大型化受装置化学工程特征分类方法进行分类即按照反应器的形式分到限制同时由于设备连续运行时间短使装置检修工作量大,类、按气化炉的流体力学条件分类以及按照气固相间相互接触而且一般采用2台或更多的备用炉。而且,装置环境污染较大的方式分类。按此方法,气化技术可分为如下几种:固定床气现场粉尘量较大操作环境差工艺相对落后。化、流化床气化、气流床气化熔融床气化以及地下煤炭气化技2.2鲁奇气(Lurg)化技术术。目前,应用较广泛的煤气化T艺有如下几种2。鲁奇( Lurgi)气化技术是世界上最早采用的加压气化法固定床气化及典型工艺由德国鲁奇公司首先提出。1936年第1座T业性装置在德国投产。该装置T作压力为25~3.5MPa,采用干排灰方式的固定余数固定床气化也称移动床气化固定床一般以块媒或媒焦为床型气化器。鲁奇气化法主要用于气化褐煤媒不黏结性或弱黏升力不致使固体粒的相对位置发生变化,即固体颗粒处于相强度高、不黏结性或弱黏结性,而且需要使用块煤,在使用煤种对固定状态,因而称为固定床气化。固定床的特点是简单、可和煤料方面有所限制。鲁奇T艺虽然T业装置较多,技术成熟靠。同时由于气化剂与煤逆流接触,气化过程进行得比较完全,生产操作经验也比较丰富但由于气化温度低,煤气中有效成分且使能址能得到合理利用,因而具有较高的热效率(CO+H2)含敏低煤气中苯、酚及焦油量高污水处理复杂煤2.1常压固定床气化技术宜用来生产合成氨和甲固定床气化技术造气系统主要包括原料煤的配置造气醇的中国煤化工气体净化除尘、废热回收等装置。生产T艺为常压间歇气化,每CNMHG3沂个造气循环主要由吹风、上吹、下吹、二次上吹、吹净5个部分组成循环时间一般在120~150s之间。根据不同的控制工艺可流化床气化又称沸腾床气化。其以小颗粒煤为气化原料,作者简介:王飞(1983-),男,从事煤炭气化工作。E-mal:25195508@q,com广州化工2011年39卷第10期这些小颗粒煤在自下而上的气化剂的作用下保持着连续不断4.1壳牌(She)煤气化技术和无秩序的沸腾和悬浮状态运动迅速地进行着混合和热交换其结果导致整个床层温度和组成的均一。流化床气化能得以迅壳牌(She)煤气化技术属于加压气流床技术,工艺流程速发展的主要原因在于:生产强度较固定床大、直接使用小颗粒主要包括原料煤的预处理煤的加压和投料、煤的气化、除灰、煤碎煤为原料,适应采煤技术发展、对煤种煤质的适应性强,可以气净化、脱硫以及配套的水处理、空分、氮气系统等。装置的造利用如褐煤等高灰劣等煤作原料。气压力为20-4.0MPa,操作温度1400~1600℃,采用液态排渣技术渣中含碳量<1%,干煤粉进料,碳转化率达99%,煤气3.1恩德炉( Undok Gasifier)粉煤流化床气化中有效气含量约90%,有效气比氧耗约340m3/100m3(C0+恩德炉( Undok Gasifier))1以粉煤为原料,采用不同的气化H2),比煤耗约590kg/00m3(CO+H2)剂,可生产空气煤气、半水煤气和水煤气,分别用于工业加热炉Shel煤气化技术有着煤种适应性广、单系列生产能力大、碳煤气、民用燃料和化工合成气。恩德炉的造气系统主要包括原料转化率高、产品气体质量好、气化氧耗低热效率高、负荷调节方煤配置造气、气体的初步净化以及配套的空分装置。生产工艺为便以及环境效益好等优点。但是,也存在着T业应用经验少国常压气化操作温度在900-1000℃之间采用固态排灰方式,灰产化程度低、投资大以及建设周期长的缺点渣含碳量<10%,所产煤气有效气含量为65%~70%。该技术果4.2德士古水煤浆加压气化用的原料主要是褐煤、长焰煤、不黏性和弱黏性烟煤,不仅要求煤的灰分少于25%-30%,灰熔点高(ST>1250℃),而且要求低温德土古( Texaco)水煤浆加压气化技术属气流床加压气化化学活性好(在950℃时>85%在1000℃时>95%)。技术,工艺流程主要包括煤的研磨和煤浆制备、煤浆储运、煤气该炉型采用褐煤和长焰煤为原料,可以降低造气成本但矿化及合成气洗涤渣水处理系统以及配套的空分等部分。气化原料煤的黏性等指标要求较严格。目前该煤种主要分布在吉炉热量利用有激冷、废锅激冷和废锅结合3种流程,可以根据林、内蒙古广西、云南、河南义马等地,在国内的分布并不广泛产品选择合适的流程。生产合成氨和甲醇的生产装置一般采用因此该造气方式由于原料的限制在较大程度上影响了它的推激冷流程,所得煤气的汽气比和氢碳比均较高。气化炉采用湿法进料,液体排渣技术,煤浆含水量约30%-40%。装置的造气广。这也是该炉型一个较为主要的方式,方面对于取压力在25-65MP4.0Ma装置较为普遍。气化炉操作温代国内普遍应用的固定床间歇气化造气炉有较大优势,另一方度为1300~1400℃,比原料煤的灰熔点高50~100℃。有效气面也使该炉型在装置的大型化方面受到一定限制。考虑到装置比氧耗为336-410m3/km3,比煤耗为550-620kg/km3。气体的运行稳定性,一般1套装置需采用2台以上造气炉,从而导致有效成分80%~84%,碳转化率超过9%。由于是高温气化,气投资增多、占地增大,操作复杂程度增加。体中含甲烷很低(CH含量≤0.1%),无焦油,对环境影响小便于气体净化3.2灰熔聚煤气化目前影响德士古气化装置长周期稳定运行的关键因素是气灰熔聚一流化床粉煤气化°系统主要包括原料煤配置、进化炉烧嘴运行周期短。气化炉烧嘴运行周期一般不超过2个煤系统、气化炉、排灰系统、除尘系统、废热回收系统和洗涤净化月,烧嘴即因为喷头磨损、裂纹等冋题而需要更换。这是造成德设备等。该技术采用富氧或纯氧连续制气,造气压力在0.03~土古气化装置必需有备炉的主要原因,从而导致装置投资增加1.0MPa之间,操作温度一般控制在I100℃,比原料煤的灰熔运行费用增加。当前国外向火面耐火砖使用寿命达2年,国内点低100℃。灰熔聚流化床采用固态排灰方式,灰渣含碳量耐火砖使用寿命约1年耐火砖更换费用占整个装置维修费用<10%碳转化率超过9%,有效气含量72%-78%,气体中无的1/2以上,更换时间超过1个月。最后,该T艺存在黑水系统焦油及重质烃类等物质酚含量低,废水量少。结垢、气化炉带水等问题影响了装置的连续稳定运行。而且该该技术对原料煤的预处理要求粒径范围在0~6mm(其中技术的煤气化炉仅有1个烧嘴,因此操作弹性相对较低。大于6mm的<1%,小于1mm的<4%),要求煤灰分从4.3GSP气流床气化技术10%-40%,焦渣特性1-6(以2-4为好),外在水分≤5%,灰GSP气流床气化技术是由原民主德国的德意志燃料研究所熔点(ST)≥120℃,使用的煤种有褐煤、烟煤、贫瘦煤、无烟煤、(DB)于1975年开始开发的煤气化技术,主要适用于低品位褐焦粉等,适应性较广。目前在工业装置应用的媒种有甘肃华亭煤。191年,该技术被德国的诺尔公司获得,并对其进行了系统烟煤、陕西彬县烟煤、山西大同黏结性烟煤、山西唐安无烟煤以性的改进。该技术属于气流床加压气化技术,以干煤粉为原料,及平顶山高灰分烟煤等煤种。采用单烧嘴下行制气,气化炉内有水冷壁内件,操作压力缺点该技术目前以常压气化为主低压气化正处于推广应28MPa,操作温度1450-1600℃。碳转化率达9%以上,煤用时期,单台设备产能较低,大型化还有待时日。气中甲烷含量极少(<0.1%)。不含重烃,CO+H2达90%以4气流床气化技术及典型工艺P气流床气化技术具有气流床气化的突出优点:煤种适气流床气化是一种并流式气化。气化剂(氧与蒸汽)将煤粉应广、处理能力大气化效率高、碳转化率高环境友好等。气化夹带入气化炉,在1500-1900℃高温下将煤进一步转化成炉的结构较为复杂国产化程度较低因而投资较高,而且CSPC0、H2、CO2等气体,残渣以熔渣形式排出气化炉。也可以将煤技术工粉制成煤浆用泵送入气化炉。在气化炉内煤炭细粉颗粒与气4,4中国煤化工化剂经特殊喷嘴进入反应室,会在瞬间着火,直接发生火焰反应同时处于不充分的氧化条件下。因此,其热解燃烧以及吸CNMHG气流床加压气化装置热的气化反应几乎是同时发生的。随气流的运动,未反应的气湿法进料液态排渣。爆气化系统主要由水煤媒装制备装置四喷化剂、热解挥发物及燃烧产物裹挟着煤焦粒子高速运动运动过嘴对置煤气化装置、煤气初步净化装置含渣水处理装置及配套程中进行着煤焦颗粒的气化反应。(下转第67页)20l1年39卷第10期广州化工67[19] Wan Y, Yang H, Zhao D. Host-Guest"Chemistry in the Synthe-[J].J.Am.Chem.,Soe.,2005,127:13508-13500sis of Ordered Nonsiliceous Mesoporous Materials[ J]. Acc. Chem. [21] Zhao D, Feng J., Huo Q, Meiosh N, Fredrickson. Glenn HRe8.,2006,39:423-432.Chmelka. Bradley F, Stucky. Galen D. Triblock Copolymer Syntheses[20] Zhang F, Meng Y, Cu D, Yan Y, Yu C, Tu B, Zhao D. Aof Mesoporous Silica with Periodic 50 to 300 Angstrom Pores[ J].Sci-mers and Carbon Frameworks with lad Bicontinuous Cubic Structure(上接第48页)空分装置等部分组成。气化压力为3.0~6.5MPa,操作温度品的不同选择不同的煤气化技术,不同的炉型气化生产的原料1200~1300℃,残渣含碳量≤5%,有效气含量≥83%,碳转化气的压力气体成分均不同,适用于不同的工业领域;再次根据率≥98%,有效气(CO+H2)比氧耗360-380m3/km,有效气比产品的生产规模和能力选择合适的气化技术不同煤气化技术煤耗540~570kgkm。对于所建装置的规模效益是不尽相同的,相应的装置投资、建设四喷嘴对置式水煤浆气化技术具有如下优点:比煤耗低、产周期对市场的适应性均有所不同。总而言之,各企业在选取造气量大、渣中含碳量低、运行周期长、负荷调节灵活,并且拥有自气方式时均应所上项目进行全面的综合分析,对项目的原料、主知识产权。但是,由于采用四喷嘴技术,煤气化装置投资较技术市场环保等多方面因素进行全面了解,合优化处理才能高,超过德土古技术的20%-30%。装置运行过程中出现的气使项目避免或减少投资的风险性使企业获得最大的效益,不能化炉拱顶砖冲刷严重和拱顶超温等问题影响了装置的运行稳仅仅局限于某一方面而决策采用何种造气方式,从而造成无法弥补的损失4.5航天炉(HT-L)粉煤加压气化技术参考文献航天炉(HT-L)粉煤加压气化技术(以下简称航天炉技术)[1徐京磐鲍礼堂流化床和气流床气化技术综述(上)[].小氮肥技属于加压气流床工艺,是在借鉴壳牌、德士古及CSP加压气化工艺设计理念的基础上由北京航天万源煤化工T程技术有限公(2]李仲来煤气化技术综述[]小氯肥设计技术,202,23(3):7司自主开发、具有独特创新的新型粉煤加压气化技术。2008年先后在安徽临泉河南龙宁建成2套单炉日投煤量720的示范3]李志坚洁净煤气化技术在化学T业中的应用前景[化T技术装置。从目前运行情况看,基本达到设计要求,最长连续运行时经济,2005,23(2):1-7间已达到128天。[4]王永军煤气化工艺技术的选择[门西部煤化工,208(1):30采用单烧嘴顶烧式气化,气化炉采用 Texaco激冷工艺,设计35气化温度1400-1600℃,气化压力40MPa。热的粗煤气和熔5]周永顺恩德粉煤气化技术在我国的应用[J].煤化工,20渣一起在气化炉下部被激冷,也由此分离激冷过程中激冷水31(2):26-30.蒸发,煤气被水蒸汽饱和,出气化炉为1∞9℃,经文丘里洗涤器、[6]徐奕丰,陈寒石,黄戒介灰络聚流化床粉媒气化技术,化肥T洗涤塔洗涤后,19℃固体含量小于0.2mg/m3的合成气送去业,1997,24(5):27-29变换[7]汪家铭壳牌煤气化技术在我国的应用[J].化肥设计,2007煤种适应性范围广、碳转化率高、粗合成气品质好、控制系45(4):19-22.[8]黎军.德土古水煤浆气化工艺概况[J]安徽化工,2001,27(1):统自动化程度高、安保联锁系统完善以及环保性能好,而且具有自主知识产权工艺成熟可靠,主要设备完全国产化投资少,比[9]王德山GSP煤气化技术设备概况[门]煤化工,200(3):7,38-同规模She技术投资要少三分之一。但是,大部分的热量都由粗煤气及熔渣带入激冷水中,造成较大热量损失。[10]李伟峰,于广锁龚欣,王辅臣等多喷嘴对置式煤气化技术[刀氮肥技术,2008,29(6):1-55结语[11]孙永才,刘伟航天炉粉煤加压气化技术浅析[门],化肥工业,2010不同煤炭气化技术有各自特点在实际选用时,首先应当根37(1):55-5据原料情况确定采用的煤气化技术;其次根据煤气化后所产产中国煤化工CNMHG