煤气化方法的研究

第40卷第1期.广州化工Vol. 40 No. I2012年1月，Guangzhou Chemical IndusturyJanuary. 2012煤气化方法的研究王涛玉(河南化工技校化学化工系，河南开封475000)摘要:中国是资源和能源相对匮乏的国家,缺油、少气,煤炭资源相对丰富,而人口众多,人均能源消费增长较快,既是能源消费大国，同时又是能源进口大国,但国家的经济力量有限，我国的经济发展必须建立在以煤为主要原料的基础之上。本文对煤气化的几种典型方法进行了比较,特别对德士古水煤浆加压气化的特点进行了分析。关键词:煤气化;方法;选择中图分类号:TQ536文献标识码:A文章编号:1001 -9677(2012)01 -0030 -03Research on Coal Gasification MethodWANG Tao -yu( Department of Chemistry and Chemical Engineering, Henan Chemical Engineering School,Henan Kaifeng 475000, China)Abstract: China was relatively resource and energy poor country, lacking of oil and gas , coal resources relatively abundant, but the large population, the per capita energy consumption growth was rapidder, who was a big energy consu-ming and energy import country, but the limited economic strength, China' s economic development must be establishedon the basis of coal as main raw material. The gasification of several typical methods were compared , especially the Tex-aco water coal slurry pressurized gasification characteristics were analyzed.Key words: coal gasification; method; selection面对能源日益匮乏的世界,能源利用问题成为世界政治、经气。经过十年的刻苦攻关,水煤浆加压气化技术逐渐成熟，单炉济关注的焦点。我国有1万亿吨的煤炭储量,占全国能源资源产量达到设计能力的138% ,运行周期逐步提高,创造了许多运探明总储量的87.4%，这对于煤化工的发展有着深厚的基础。行纪录,单炉连续运行纪录106天喷嘴我厂可以自己制造,喷当前大力发展煤化工,合理开发利用煤资源已成为有识之士的嘴的使用寿命达到一百多天,且修复后可以重复利用,耐火砖全共识。部国产化,使用寿命达到了12000 h,大大提高了其装置的可靠纵观我国的各种煤气化的方法,无论是20世纪初的间歇式性、经济性。固定层煤气炉,还是在20世纪70年代引进的以块煤为原料的鲁工艺原理及流程简介:水煤浆加压气化工艺属气流床气化,奇公司的Lurgi气化炉,80年代引进的德士古公司Texaco水煤水煤浆进料,以纯氧为气化剂。气化压力可在2.0-8.5 MPa范浆气化技术，以及90年代引进的壳牌公司的Shell冷壁炉，都存在围选择,气化温度约1300-1500 C,湿煤气主要含有CO、H、着先进技术的掌握以及创新问题。本文重点对Lurgi气化炉、Tex-CO2、H20、N2、H2S、CH,等。在气化炉中进行的主要反应有:aco水煤浆气化炉.Shell 冷壁炉恩德气化炉进行分析比较。"1(1)煤的热裂解与挥发物的燃烧气化;(2)固定碳与气化剂(氧气蒸汽)间的反应;(3)反应生成气体彼此间进行的反应;4)生1 Texaco气化成的气体与气化剂、固定碳之间的反应。为改变煤气化的原料路线,我国八十年代引进美国德士古本装置有以下特点:公司水煤浆加压气化技术,并在鲁南化肥厂建设工业性示范装(1)原料适应性广:各种烟煤、气煤肥煤,都可以用来制气,置。气化炉设计为- -开一备,其配套设计生产能力为年产8万t对煤的水分、灰分、可燃物含量、灰熔点等没有苛刻的要求，这有利于厂家就近选煤,可大大节约成本。合成氨、13万t尿素。(2)气体有效成份高:有效气成分(CO + H2)80% ~ 82% ,鲁该装置是世界第五套、国内第-套水煤浆加压气化装置,国奇气化工艺的有效气成分(CO+H2)只有50% ~70%。见表1。产率达90%以上。1989 年4月正式动工,1993年4月建成并顺排渣无污染。污水污染小易处理。因高温气化,气体中含甲烷利投人试生产,同年6月份通过国家技术鉴定,1995年全面达很低(CH,≤0.1%),无焦油,废渣可以综合利用。产。(3)气化压力范围大:从2.5-6.5 MPa皆有工业化装置,以该装置设计单炉日投煤量450 t,由原料煤制得水煤浆,经煤4.0 MPa较为普遍，气化压力高可节省合成气压缩功。浆泵送人气化炉内，与氧气混合燃烧,通过激冷、洗涤,制得水煤(4)碳的转化率高:炭的转化率高达98%。作者简介:王涛玉( 1981-) ,男,讲师,本科毕业于山东理工大学材料学院。现为河南化工技师学院专职教师,从事化工工艺的教学研究工作。31第40卷第1期王涛玉:煤气化方法的研究(5)气化炉热量利用:气化炉有激冷、废锅、激冷和废锅结合(6)热效率高,煤中约83%的热能转化为合成气,约15%的的三种流程。可以根据产品进行选择气化流程。由激冷工艺制热能被回收为高压或中压蒸汽，总的热效率为98%左右。得合成气,汽气比达到1.4,特别适合作为生产合成氨和甲醇的3 LURGI(鲁奇)气化气头(见表2),也可作为制氢、羰基合成气等,途广泛。废锅流程适合用作燃气透平循环联合发电工程，副产的高压蒸汽用于鲁奇炉和固定层煤气炉类似,炉体是立式园筒。设有夹套锅炉。蒸汽透平发电机组,实现多联供。炉内煤层高度在4 m左右,操作压力3 MPa ,最高温度1 500 C,炉上(6)气化炉结构简单生产能力大:气化炉内无传动装置,结部设有煤分布器及搅拌器,下部设有转动炉篦及相应的传动机构。构比较简单，一一台e3200的气化炉气化压力4.0 MPa生产的合鲁奇碎煤加压气化的特点:成气可以日产合成氨7601以上。(1)鲁奇炉采用碎煤入炉，入炉煤的处理费用较低,可以使另外水煤浆是一种有水煤、添加剂混合制备而成的新型煤用高水分高灰融点和高灰含量的非强粘结性煤,尤其是对劣质基流体洁净环保燃料,水煤浆既保留了煤的燃烧特性,又具备了的贫煤能稳定可靠和高效的气化。类似重油的液态燃烧应用特点,其外观像油,流动性好、储存稳(2)净煤气成分中含有10% ~ 15%的甲烷成分,不仅可以降定、运输方便、燃烧效率高、污染物排放低，重油有时含硫高达低煤气化的耗氧量,而且特别适宜于联产城市煤气。4% ,而水煤浆的含硫可控制在1%以下,约2 t水煤浆可以替代(3)净煤气中 H/CO比为1.6-1.7,不用变换即可直接利用1t燃油。若将我国每年烧掉的300万!重油全改为水煤浆,其F-T或改良F-T工艺合成各种液体燃料,联产甲醉,调节城市煤意义深远。据有关资料表明我国每年的原油产量在1.6亿t左气季节性时段性平衡和发展甲醇化学,提高整个系统的经济性。右,2001年进口原油6492万t,预测2004年中国石油进口将达(4)尽管其煤气成分复杂,处理费用高,但其中含有高附加1亿t,因此发展水煤浆气化技术将成为缓解我国石油供需矛盾值的焦油、轻油、石脑油及酚等化工产品,这是否是优势,关键取和减少常规污染的主要途径,采用洁净煤技术以煤代油已成为决于产品的规模。我国能源战略的一一个重要趋势。因此当前大力发展煤化工,要(5)国产化的实现和投资费用的大幅度的下降,将使其多联合理开发利用能源，而大力发展德士古加压气化技术非常适合产系统的经济性大大提高。我国的国情和能源的发展战略。4恩德气化炉2 SHELL( 谢尔)气化恩德气化技术是在温克勒气化炉基础上经过改进逐步形成目前,hell煤气化装置从示范装置到大型工业化装置均采用的，恩德气化炉为常压循环硫化床技术,设备较庞大，占地面积废锅流程。其流程为:原料煤经破碎由运输设施送至磨煤机,在磨较大 间主要设备有:气化炉.分离器.废热锅炉、省煤器、激冷煤机内将原料煤磨成煤粉(按质量计,其中90%粒度< 100 pμm)并塔 、洗涤塔、文丘里洗涤器。运转设备有:鼓风机、螺旋进料机四干燥,煤粉经常压煤粉仓、加压煤粉仓及给料仓,由高压氮气将台 螺旋排灰机二台、开工引风机一台。运转设备较简单,维修煤粉送至气化炉喷嘴。来自的氧气经氧压机加压并预热后与中工作量较小。压过热蒸汽混合后导人喷嘴。21粉煤、氧气及蒸汽在气化炉高温恩德气化炉的特点:加压条件下发生碳的氧化及各种转化反应，气化炉顶部约1500 C(1)煤种适应性较宽:适用于褐煤、长焰煤、不粘或弱粘煤，的高温煤气由除尘冷却后的冷煤气激冷至900 C左右进入废热锅对煤的活性 和灰熔点有一定的要求,活性>65%,T,>1250 C,炉。经废锅回收热量后的煤气进入干式除尘及湿法除尘洗涤系与固定层 造气炉比较煤的适应性较宽。统,处理后的煤气含尘量小于1 mg/m'送至后工序。(2)气化效率高:气化效率高达76% ,但比德土古和壳牌低，装置的技术特点: .高于固定层气化炉,与鲁奇炉相当。(1)干煤粉进料，气化温度高,煤种适用广,从无烟煤、烟煤、(3)技术成熟可靠,可用于较大规格生产。褐煤到石油焦均可气化，对煤的灰融点范围比其它气化工艺更恩德粉煤气化技术是在温克勒气化技术上经过改造逐步完宽。对于高灰分高水分高含硫量的煤种也同样适用。善形成的,在朝鲜的t.七化工厂已运行30多年,某些方面有所(2) 气化温度约1400 ~ 1600 C ,碳转化率高达99%以上，产突破:品气体相对洁净,不含重烃,甲烷含量极低，.煤气中有效气体(CO①去掉炉蓖子,改为仰角流化。+H2)高达90%以上。②千式旋流除尘器的改造及回收人炉。(3)氧耗低，与水煤浆气化相比,氧气消耗低20%左右。③废热人口的改造。(4)单炉生产能力大，目前已投入运转的单炉气化压力(4)环境影响小:恩德气化炉由于是连续气化,无焦油粉尘3.0 MPa,日处理煤2000 t。但目前国内无投运装置。等,与固定层造气炉相比,消除了吹风气的污染。(5) 气化炉采用水冷壁结构,无耐火砖衬里,维护量少,运转(5)投资省,约为德士古、壳牌的40%。周期长,无需备用炉。表1四种典型煤气化水煤气干气的成分:H2CCH,H2S+COSN有效气体成分/%TEXACO35.145.417.10.11.10.680~82SHELL26.763.31.51.380~90LURGI38.725.324.8.71.250~70恩德37.9630.3519.5681.70.99.2766-7032广州化工2012年1月表2四种典型煤气化方 法比较项目TEXACO(德士古)SHELL(谢尔)LURGI(鲁奇)恩德粉煤气化灰熔点<1300 C灰熔点<1500 C水分<8%水分:褐煤<8%自由膨胀指数<7% ,灰熔点可以使用高灰分的 劣质褐粒度<200目65%煤浆烟煤<2%> 1400 C ,水分<20%煤、不粘煤、弱粘煤和长焰原料煤灰分<13%6~50 mm碎煤灰分无限制煤, 使煤源得到很大的拓展。可磨性、成浆性好及活性相可磨性好千分原料适用广,成本低粒度0~ 10 mm,灰分<40%对高<100 μum占80%恩德气化炉为常压循环硫化基本结构耐火衬里相对烧嘴水夹套布煤搅拌器旋转炉床技术,在温克勤气化炉基烧嘴水冷壁.础上经过改进逐步形成的操作压力/MPa2.65-6.52.0-3.0 :2.0-3.1常压气化操作温度/C1350 ~ 14001400~ 17001100~ 1300900 ~ 1000.固态，灰渣和飞灰含碳量排灰方式液态固态小于10%碳的转化率/%98~99 .>9985 ~96生产强度单炉每小时产气量5000> 80003000 -4500/(m’.m-2.h-')达到4万m2/h氧耗/(m' .m-3) 0.30.225 -0.2550.33有效成份(CO+H2)/% 80~82>9062-6566 ~70CH2/%<0.05煤气水处理较简单简单量大、复杂原料准备复杂、费用高简单、费用低维护工作量较大工程经验多单炉最大生产能力1500200000投煤量/(Vd)国产化基本国产化不具备条件已国产化投资/万元8000 ~ 1200003000 ~ 50003000鲁奇碎煤加压气化和德士古水煤浆加压气化法同属第二代进消 化吸收需要大量投资、时间和过程。中国石化集团公司和煤气化技术,而谢尔干粉煤气化则属于第三代煤气化技术,均广壳牌公 司合作投资1. 36亿美元,采用壳牌粉煤气化技术在岳阳泛应用于城市煤气、代用天然气代用燃料.IGCC发电、合成氨、洞庭化肥厂 建设8耗煤2000 t的煤气化厂,实现以煤代油顶替醇及含氧有机化合物。由上表还可以看出SHELL工艺有明显的石脑油原料生产合成氨(30万V年),但消化吸收该技术需要有技术发展前景,但设备投资较大,在国内还没有成熟的应用技术个过程。经验，而TEXACO工艺在我国应用有近10年的成功经验。LURGI因此德士古水煤浆加压气化在我国目前的技术经济条件下工艺.TEXACO工艺现已在合成氨生产中找到使用场合,在国内为优选的气化方法。使用恩德气化炉改造固定层造气炉,改变也有工业化装置,技术成熟，运行可靠,国产化率高。但LURGI原料路线,是也可作为选用的气化技术,但水资源应丰富价廉。鲁奇煤气化工艺明显存在许多缺陷,导致合成工艺流程复杂,废水处理困难,环境污染严重。相比之下TEXACO工艺具有明显参考文献的优势,而且水冷激流程特别适用于合成氨、甲醇生产工艺相匹[1] 钱伯章.加快发展洁净煤技术[J].煤化工,2002(4):3-5.配，是目前合成氨、甲醇生产厂家优选工艺。SHELL煤气化工艺2]武晋强. 利用鲁奇技术发展煤化工多联产系统[J].煤化工,2002在运行周期单炉产能、变负荷能力、碳的转化率和有效气体成(4) :6-8.份等方面优点明显,而且在环保和资源综合利用方面具有优势，[3]高晋生 ,张德祥,王锦平.21世纪煤化工技术展望[J].煤化工,2002(5):3 -8.粉煤气化将在煤气化技术应用中占有一席之地。但该技术的引