煤气化技术现状及技术选择浅析

中国化工贸易■煤气化技术现状及技术选择浅析侯建国，高振,穆祥宇,姚辉超，宋鹏飞(中海石油气电集团技术研发中心，北京，100027)摘要:介绍了煤气化技术发展现状，就煤气化技术的选择从不同角度进行了分析。目前而言，干煤粉气流床技术有一一定优势，第三代技术实现工业化尚远。关键词:煤气化，技术现状，技术选择，第三代技术Brief Analysis of Technology Status and Selection in Coal Gasification(CNO0C G&P Group Research & Development Center, Beijing， 10027)Gao Zhen, Hou Jianguo, Mu Xiangyu, Yao Huichao, Song PengfeiAbstract: The coal gasification technology are introduced in this paper. And the choice of coal gasificat ion technology are analyzed fromdifferent angles. Dry feed entrained air flow bed technology has certain advantages，but the third generat ion technology is still not enoughto industrialization.Keywords: coal gasification, technical status， technology selection, the third generat ion technology我国“缺油、少气、富煤”的一-次能源特点对煤炭清洁高效转化有着必性质，否则成浆性能差将严重影响该气化炉的正常运行。煤质对气化炉有着然要求。煤气化技术是煤炭清洁高效转化的核心技术，是发展煤化工、IECC直接影响，国内某项目临时更换煤种导致气化炉腐蚀严重，造成停车检修、等过程工业的龙头技术。经济损失巨大。因此，更换煤种必领在做好试烧试验的前提下，经过充分论1煤气化技术介绍证才能实施。第一代煤气化技术以温克勒炉和K -T炉等常压方法为主，受装置规模、不同煤气化技术生产的合成气组分不同，而生产不同产品对合成气的组能耗、环保等因素制约。自20世纪80年代，以高温、高压为主要特征的第分含量要求也不同。如碎煤加压气化所产粗煤气中CH4含量相对较高，在煤二代技术蓬勃发展[1]，按流体力学条件分为固定床、流化床、气流床(包制天然气时可以有效降低装置投资，提高整个工艺过程的能效:而德士古粗括干法、湿法)等多种形式。煤气中氢碳比较高，适合合成高氢碳比的产品。固定床技术以鲁奇炉技术和碎煤加压液态排渣气化(BGL)技术为代表。针对我国越来越多的劣质褐煤，要求煤气化技术在煤种适应性上更广。中，鲁奇炉合成气中甲烷含量高(10%左右)， 适合作城市煤气， 工业应用最早的固定床只能用活性较高、挥发分较低的无烟块煤，而且煤的灰熔点不最多。可太低。流化床与固定床相比，活性较好的其它煤种也可适应，但煤的灰熔流化床气化技术包括高温温柯勒(HTW), U-Gas 等形式，操作压力较低，点同样不可太低。由于固定床和流化床气化温度较低，煤中的碳转化率- -般适用于中小化I企业。都低于90%。与固定床和流化床相比，气流床由于气化温度、压力显著高，气流床工艺主要以Shel1技术、GSP技术等干煤粉气流床(干法)技术煤种适应性上进一一步拓宽， 特别是一些低活性的煤种 也可作为气化原料，单和Texaco水煤浆气流床(湿法)技术为代表。Shell 等干法技术比较先进，炉日处理能力大幅度增加。水煤浆气化要求煤种的制浆性能要好，煤浆浓度但一次投资较大。 湿法对煤浆粘度及浓度有一定要求， 同时，水煤浆含水量不低于60%。而干煤粉气化没有成浆性能的限制。太高，冷煤气效率及合成气组分偏低。因气化温度、压力的进一一步提高， 干煤粉气流床技术在碳转化率、冷煤目前工业化的气化技术为维持高温反应，需碳氧燃烧提供热量，降低了气效率等各项性能指标考核均占优，同时耗煤量大，满足装置大型化要求煤气产率和能量转化率，在此背景下，第三代技术应运而生。[10]，是目前煤气化技术的主流发展方向，目前规模在20000 t.d-1 以上的等离子体气化[2, 3, 4]温度高达103 K-105 K,基本上达到了热力学平衡煤气化装置均采用高压气流床技术。[4]。但气化剂的氧化性加快了电极阴极损耗，妨碍了技术发展。俄罗斯、3结语美国、加拿大等国现已完成小型研究工作，国内尚处f初步研究阶段[5]。气化炉的稳定、高效运行关系煤化工项目的长期、稳定、高效运行。煤太阳能气化技术利用聚焦太阳能，目前尚处于理论研究阶段。核能余热气化技术进行选择时，应在技术成熟的基础上,统筹考量煤质、产品特点、气化借助于核能或核能余热作，日本、瑞士、摩洛哥等国已开始研究，暂无大型化、气化炉特点等多种因素。目前来看，干煤粉气流床技术相对占优。显著进展[5]。尽管第三代煤气化技术可以有效提高合成气产率，但工程化尚需很长时目前气化技术不添加催化剂，气化温度100-1700C， 而煤催化气化温间，应跟踪技术进展、加大技术研究力度，最终促进技术革命。度只需650- 750C [6]。 煤催化气化以GPE公司的“蓝气技术”为代表，E完成中试及商业化示范[7]。 煤催化气化适用于灰份产率低、含硅铝较少、[1]张庆庚，李凡，李好管.煤化工设计基础[M].北京:化学工业出版含钙较多的煤种[8]，温和气化保证了气化效率高、无需空分制氧，显著降社, 1995.172-189.低能耗及对设备材质要求。煤灰与催化剂反应失活、工程化不完善是制约技[2] I. Matveev, S. Serbin, Preliminary Design and CFD Modeling of a术产业化的主要因素[9] 。1 MW Hybrid Plasma Torch for Waste Destruction and Coal Gasification, 2-ndInt. Workshop and Exhibition on Plasma Assisted Combustion, Falls Church,地下气化实现了煤的原地转化，省去了运输和装卸，生产安全性好，显著降低投资。英国、前苏联、美国、英国、日本、比利时等国已开展广泛研Virginia, Pp. 43-44, 2006.[3] 1.B. Matveev, V.E. Messerle, A. B. Ust imenko. Plasma Gasification究。前苏联率先于1932 年建成世界.上第-一座有井式地下气化站。但气化过of Coal in Different 0xidants. IEEE Trans. Plasma Sci，36 (6)， pp.程是一个非稳态过程，很难控制，尚达不到大规模工业生产程度。同时，对2947-2954， Dec. 2008.煤层地质条件要求苛刻，环境及工程风险性高。[4] I.B. Matveev， V. E. Messerle, A. B. Ust imenko. Investigation of2技术选择.Plasma-Aided Bi tuminous Coal Gasification. IEEE Trans. Plasma Sci., 37对于煤化工工厂而言，煤气化技术的选择是决定工厂能否成功的关键。(4/2)， pp. 580-585, Apr. 2009.煤气化技术甚至决定了后续工艺路线。煤气化技术的选择是一-个非常 复杂的[5]张占涛，王黎,孙雪莲、第三代煤气化技术研究开发进展[J]. 煤化问题，应选取技术成熟度高、已经工业化的煤气化技术，还要根据煤的特点、工2003212.中国煤化工p化学工业与工程技产品要求和气化炉特点等因索进行统筹考量。[6]李珊.煤催根据煤质进行技术选择是最根本的前提，煤种的差异直接影响气化技术术, 2013, 05:10-15.MHCNMHG的选择。如水煤浆法对煤的成浆性能要求严格，要求入炉煤具备一-定的理 化[7]赵锦波,王玉庆煤化坟不时观状及反股起势uJJ.石油化工, 2014, 02:(下转第147页)146www. CHINACHEMICALTRADE. COM■中国化工贸易埕北325A-3井钻井液技术应用分析李玄烨.(中石化胜利石油工程有限公司海洋钻井公司)摘要: CB325A-3 井所钻地层岩性多为泥岩或泥砂岩混层,成岩性较差,造浆十分严重,钻井液流变性不易控制,同时井壁容易黏附大量的钻屑,形成较厚的虚泥饼，并且在井斜较大的井段易形成岩屑床,造成起下钻不通畅、电测不顺利等复杂情况。针对以上问题,在钻井施工过程中,使用海水天然高分子聚合物强抑制润滑防塌钻井液体系,并针对造斜、水平位移等不同井段，及时调整钻井液性能.关键词:聚合物钻井液; 油层保护;东营组1. CB325A- 3井工程概况防塌性和润滑性。在钻进过程中,加入天然高分子降滤失剂NAT20以及羧甲CB325A-3 井是一-口定向井，设计井深3464. 62m,实际完钻井深为3551m,基磺化酚醛树脂SD-101，将钻井液失水严格控制在5ml以内;加入2-4%的完钻层位东营组。CB325A-3 井首先采用钻机打桩方式锤入隔水管，下入φ聚合醇润滑剂，改善泥饼质量，泥饼厚度达到0. 5mm，以降低摩阻，防止粘660m隔水管至井深75. 62m;- -开 使用中44.4 5m钻头定向钻进，钻至井深卡，保证井下安全。795m，下入中339. 7mm套管至井深804. 3m;二开使用中φ244. 5mm钻头钻至本井于2556m左右进入东营组，东营组地层稳定性较差，井壁容易出现3462m， 由于电测结果油层显示不理想，甲方决定回填侧钻。原井眼中分别剥蚀掉快，极易发生卡钻现象。因此，通过加大羧甲基磺化酚醛树脂SD-101在3396-3190m，3180- 2975m, 2200-1962m 处打3个水泥塞，将井眼封固。用量以提高钻井液抗温能力，将钻井液失水控制在4ml以内,粘度控制在40~第二井眼侧钻点为2090m, 使用φ241. 3m钻头钻至井深3551m， 下入φ50s，并保持钻井液性能稳定，达到了防塌、润滑防卡、保护好油气层的目.177. 8mm套管至井深3536. 48m。的。在钻至3462m时，通过加入适量流型调节剂HF-1,提高钻井液的动塑比2、CB325A-3 井钻井液技术到0.5以上，粘度在60s左右，满足了携砂要求，提高了悬浮能力，有效的(1) -开井段(0- -802m)防止了砂桥形成。在保证良好携砂的前提下，为了保证钻井液的强润滑性，一开采用海水天然高分子聚合物钻井液体系。钻井液密度为1. 09-1.12加入了2~3%的聚合醇润滑剂以减少摩阻，防止粘卡。通过调整钻井液性能，g/cm3，漏斗粘度为30-31s。 钻井液主要配方为:海水+6%膨润土满足了井下的要求，保证了井眼的稳定。+0. 2S%Na2C03+0. 3-0.6%HXB-1+0.5-1%HXJ-1+0.8- 1%PGCS-1.该井段为泥岩和(4 )完井井段疏松的粉砂层，采用配浆开钻，钻进中用低浓度的聚合物包被剂IND30胶液为保证完井作业顺利进行，电测及下套管前严格实施通井作业，起钻前维护，并利用固控设备对钻井液进行了净化。在钻进过程中，适当加入了钻用高密度润滑剂泥浆封固斜井段，电测前采用固体聚合醇PGCS-1与极压润井液流型调节剂HF-1以提高粘切，保证携带岩屑，使其在钻井液中有效含滑剂提高润滑性能，润滑剂在封闭泥浆中含量达到6%以上,保证了电测- -次量为0. 2-0.3%。钻进中保证大排量，使环空返速>1，保证了对钻屑的携带能成功。下套管前充分循环钻井液，以破坏岩屑床的形成，达到净化井眼、稳」。定井壁的目的，将井内岩屑携带出后用固体塑料小球封斜井段，保证了套管(2)二开直井段(802- -2596m)的顺利下入。该井段主要钻遇明化镇组、馆陶组、东营组地层。二开上部井段钻时较(5)井下异常情况及处理方式快，钻屑量大，明化镇组地层造浆严重，钻井液易受粘土侵污染。为有效抑钻进至3000m前后发现有脱压现象，定向钻进受阻。初步分析为井壁泥制明化镇地层的粘土造浆，将一开钻井 液适当调整后转化为二开钻井液---饼粘附砂子较多，应加大钻井液体系的润滑性能，然而加入润滑剂后效果不海水天然高分子聚合物强抑制润滑防塌钻井液。钻井液主要配方为:海水+6%明显;进- -步分析认为，泥浆粘度和密度均较大,由此导致泥浆粘附性较强、膨润土+0.2%Na2C03+0. 3 -0. 6%HXB- 1+0. 5- 1%HX.J- 1+0.8- 1%PGCS -1+2- 4%液体压差较大，使得扭矩增大，定向困难，采取了以下措施进行处理:放掉20m3润滑剂。在钻进过程中，不断使用包被剂IND30胶液进行维护，保持其在钻含砂量较高的稠浆,同时补充稀胶液调整泥浆流型，然后进行短起下钻作业，井液中有效含量大于0.3%，保证了钻井液能有效的包被和絮凝。刮掉虚泥饼，下钻到底后 大排量洗井，冲刷粘附砂粒，之后脱压现象消除。进入馆陶组后主要是防扩径，采用IND30和降滤失剂低粘羧甲基纤维素3、总结与认识钠LV-CMC胶液维护。钻进过程中，为了维持钻井液较低固相含量，使用了(1) 钻井液处理思路:明化镇组主要以抑制粘土造浆、防起钻拔活塞振动筛、除砂器、除泥器、离心机等固控设备，及时清除了劣质固相，并根以及防浅气层井喷为主，馆陶组防扩径、防卡钻，东营组防井壁坍塌、防卡，据振动筛返砂情况及时调整了钻井液粘度(从32s提高到35s),保持了钻井针对不同地层岩性，对钻井液采取相应处理措施，保持良好性能，达到设计液强抑制性，保持返出钻屑“干净、清爽”。同时，根据振动筛返砂量的情要求的各项指标，确保施工安全顺利。况间断地用稠浆(20m3 左右)清扫井底沉砂，保证钻井液携砂性能良好。进(2)尽量使用低密度钻进，在满足地层稳定的前提下，使用低密度近入造斜点前将钻井液失水控制在5mL以内，粘度35 ~ 40s,保持良好的流变平衡钻井，有效地防止了粘卡的发生。通过在CB325A-3 井的应用，表明海性，确保井壁稳定。水天然高分子聚合物强抑制润滑防塌钻井液体系非常适合在该地区使用，不(3) 二开斜井段(2596-3551m)仅很好地满足了海上的环保要求，还成功的完成了该井组的钻井施工，取得:本井实际造斜点在2592. 93m,因此,要求钻井液具有良好的井壁稳定性、了良好的经济效益。<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<><<<<<<<<<<<<><<<<<>(上接第146页)[10]王辅臣，广锁,龚欣,刘海峰,王亦飞,梁钦峰。大型煤气化技术的研究125-131.与发展[J].化工进展, 2009, 02:173-180.[8]陈鹏.从神华煤质看煤低温催化气化的战略选择[J].神华科作者简介:技, 2009, 03:6-9.侯建国，男，1970 年5月出生，博士后，高级工程师，主要从事煤制天然气、[9]王鹏飞，王航,崔龙鹏,江茂修.新- -代煤气化技术展望[J].炼油技术与焦炉尾气制天然气方i工程, 2014, 08:1-5.中国煤化工MHCNMH Gwww. 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