不同床层煤炭气化方法的比较及气化工艺的选择

第4卷第1期西北煤炭2006年3月VOL. 4 NO. 1March. 2006不同床层煤炭气化方法的比较及气化工艺的选择张玉柱1吴春来(1.神华宁夏煤业集团综合公司,宁夏银川750004;2.煤科总院北京煤化工分院,北京10003)摘要:阐述了三种床层煤气化方法的基本原理,并对不同床层气化工艺的原料要求、操作参数、工艺指标等进行了对比分析,总结了不同气化工艺的特点。关键词:床层煤气化气化炉中图分类号:TQ54文献标识码:B文章编号:1672-3880(200601-0027-031概述口温度低,灰渣预热自底部入炉的气化剂,灰渣中的显热得以充分回收,因此,移动床气化是一种理想的我国是一个“缺气、少油、多煤”的国家,煤炭在气化方式。移动床气化以块煤(型煤/焦炭等)为原能源结构中的比重占70%以上,煤炭的合理利用对料,以空气、水蒸汽、或空气/水蒸汽、氧气/水蒸汽为国民经济的发展具有重要的影响。19世纪末上海建气化剂,生产中低热值煤气作为燃料气或合成气,有成了国内第一座煤制气工厂,开始了中国的煤气化常压和加压两种气化方式工业;新中国成立后,煤制气工业得到了迅速发展常压移动床气化炉在国外已逐步淘汰,但在我仅是作为合成氨的原料气,就建成4000余台气化国是应用最多的一种炉型,有发生炉、水煤气炉和两炉;20世纪80年代以来,城市煤气工业也迅速发展,段炉,主要用在工业煤气站、城市煤气及氮肥生产目前我国拥有各种类型的煤气化炉9000余台。近年上。三种移动床气化炉的基本性能参数比较见表1来,随着石油价格的不断上涨,以煤为原料的化学合表1移动床气化炉基本性能参数比较成工业发展迅速,因此,针对不同的用途选择合适的气化工艺将有助于煤化工项目的顺利实施,对煤化移动床气化炉炉型项目M型炉U、G、I型炉WD/G两段炉工产业的快速发展具有重要作用。1.8-3.01.98~3.01.6-3.62不同床层的煤炭气化方法无烟煤、烟煤无烟煤、焦炭褐煤、烟煤13-75煤气化分类的方法很多,根据原料粒度、气化剂气化压力/k4-618-2015及种类、操作参数、煤在炉内的运动状态等有多种气气化温度/870~1000900~10001200-1250气化强度(kg(煤)/m2·h200~250350~560340化方法,本文以煤在炉内的运动状态进行分类比消耗定额较。根据煤在炉内的运动状态,煤气化工艺可分为移原料消耗(t(煤)/d(台)15~6050-12015-10空气消耗{m'(标)/kg(煤)2.8~2.92.8~3.12.3动床(固定床)气化、流化床气化、气流床气化和熔融汽消耗gk(爆)0.3-0.51.4-160.25床气化,由于熔融床气化还处于试验阶段,因此只对粗煤气产率{m(标态)/t(煤)3000~36001600-18703000空气气化剂)前三种方法进行比较。煤气成分(CO+H2)/%38-4167-7145-760~1.22.7-3.52.1移动床气化煤气低热值(标态)MJ/m}5.2-5.48.3-8.56.5在气化炉中当气化剂以较低的速度自下而上穿加压移动床气化是为了提高单炉生产能力、扩大过煤层时,它自煤粒间的空隙穿过,煤粒相对静止,原料适用范围而发展的一种移动床气化方法,它也是不受气化剂速度的影响,只是随着灰层的下移而移逆流式反应床,但采用水蒸汽一氧气或水蒸汽一空气动,这种反应方式称为移动床,由于煤粒相对静止,为也称作固定床。移动床气化反应过程中,气化剂与煤110中国煤化工a,气化温度为900的炉型是鲁奇炉,1930逆流接触,气化过程进行的比较完全,灰渣中残碳年德□喜。、CNMR气化试验装置,经过少,出口煤气对上部原料煤进行干燥和干馏,煤气出数十年的发展完善,目前已开发出第四代炉型,气化技收稿白期:2005-11玉柱吴春来:不同床层煤炭气化方法的比较及气化工艺的选择第术已非常完善,在现代大型化工厂、城市煤气供应及联转化率较低,为80%~83%,但灰团聚气化炉如U合循环发电等行业获得广泛的应用。自20世纪50年gas炉达96%以上;循环流化床炉达到98%,灰中含代起,我国云南解放军化肥厂、兰州煤气厂、哈尔滨煤碳小于2%。④产品煤气中无焦油、酚等物质,净化简气厂、山西天脊集团等单位引进鲁奇炉及PKM炉二十单。流化床气化可进行炉内脱硫,其效率可达80%余台,用于生产城市煤气或生产合成氨、甲醇等化工产90%。⑤氧耗量低。⑥设备简易,操作灵活稳定,负荷品。经过多年的使用,已积累了丰富的运行经验。设调节范围大。⑦气化温度、压力较低。备的国产化程度不断提高,目前所有设备可以在国内表3几种典型流化床气化炉技术指标对比制造。加压鲁奇炉各发展阶段技术特性如表2所示:移动床气化炉炉型表2鲁奇炉各阶段技术特性比较恩德炉气化炉参数发展阶段小1.2-中26◆2.8-◆3.5436第一代第四代适用原料垌煤、低变质煤、焦炭、次烟煤褐煤、长焰煤甘蔗渣、木屑树皮、木屑不粘煤、弱粘煤930-19541954-19651969原料粒度/mm适用煤种不粘结褐煤弱粘煤除强粘结性除强粘结性外所有煤种外所有煤种气化炉内径/md2.6中2.6,3.7气化温度/℃850-1100950-1050产气量{m'(标干气)/h·台)5000-800014000-1700035000-6500075000-100000气化强度|m(标)/m2·hl7000-77002500-2700气化强度{m(标)/m2·hl001400-19003500~4500约4000原料消耗(煤)/d(台)}168-2840120-260500-2000140~550100=39000.45-0.72气。灰熔点略低、粒度较小、水分灰分较高及机械强度、第气有数m10、1“011010∞n鲁奇炉加压气化法的特点是:①可使用劣质煤造粗煤气产率{m(标态)0.8-1.52.0-2.5热稳定性较差的煤均可作为原料。②单炉生产能力、气煤气低热值标态)M/m88-9246-48103-106.06化强度提高。加压气化炉的气化强度比常压炉高5倍左2.3气流床气化右。③碳转化率和气化效率高。④煤气无需再加压即可气流床就是在固体燃料气化过程中,气化剂(蒸输送到下一工序或远距离用户。⑤蒸汽分解率低,仅为汽与氧)将煤粉夹带入气化炉,煤粉与气化剂均匀混32%~38%。⑥工艺流程长煤气净化和废水处理复杂。合,通过特殊的喷嘴进入反应室,瞬间着火,直接发生2.2流化床气化火焰反应,温度可达1600℃以上。气流床气化是并流流化床煤气化技术就是将气化剂自气化炉底部气化煤粉急速通过高温区,来不及熔结而迅速气化,鼓入炉内,炉内煤的细小颗粒被气化剂吹起呈流态化反应时间约数秒钟,在高温下,煤中碳几乎全部转化,状态,在一定温度下发生燃烧和气化反应生成煤气。流所有干馏产物都迅速分解,转变为均相水煤气反应的化床气化以小于10mm的煤为原料,干燥至水分小于组分,生成煤气中甲烷含量很少。气流床技术又分为8%,以氧气或空气与水蒸汽混合作为气化剂。干法进料气流床气化和湿法进料气流床气化流化床气化技术经多年发展,形成很多炉型。有K-T炉是最早的气流床炉,是常压干法气流床最早工业化的温克勒( Winkler)及高温温克勒炉气化。随着气化技术的不断发展,在K-T炉的基础上(HTW)、美国的U-gas、KRW灰团聚流化床气化炉、又研发出多种加压干法气流床气化炉,典型炉型有:德国鲁奇公司的循环流化床(CFB)炉、中科院山西煤Shel气化炉、 Prenflo气化炉、GCSP气化炉等。干法气流化所的lCC灰熔聚气化炉及恩德炉等,对几种典型床气化工艺的特点是:①原料范围广,可以使用各种煤炉型的技术指标对比见表3种。②反应温度高,可达1600c以上,原料反应完全温克勒煤气化方法是流化床技术发展过程中最早碳转化率高达98%以上。③产品气中有效成分高用于工业生产的,自1926年第一套工业装置投入使用,(CO+H2)含量达90%以上,适宜作合成气;CO2含量世界各国建有70多台温克勒气化炉,为克服常温温克少,大大减少酸性气体处理费用。④单炉生产能力大。勒炉反应温度低、碳转化率低等不足,又发展了高温温在商业化装置中, Shell气化炉单炉生产能力已达2000克勒炉、灰团聚气化及循环流化床气化等技术。流化床t/d, Prenflo气化炉达到2600/d。⑤对环境友好,粗煤气化工艺在燃料气生产、合成氨生产、甲醇生产、ICCC气中氨、硫容易被除去,灰、水易于处理等方面获得了广泛应用。流化床气化的特点如下中国煤化工的气流床称为湿法进①可以使用粒度小于10mm的原料,但要求煤料′CNMHG煤气化炉是典型的湿活性和灰熔点高,不能使用活性低的低灰熔点煤。②法气流床气化炉,目前,德士古煤气化工艺已十分成单炉产气能力高于移动床炉。③常温温克勒炉的碳熟,在第二代气化炉中商业化装置最多,广泛地应用第1期西北煤炭于化肥和化工品生产、城市煤气供应及联合循环发方法,通过以上比较可以看出,不同的工艺有各自的电行业。我国以煤为原料的德士古气化装置已投产特点并没有万能或通用的工艺,因此对于一个项目的企业有四家:其中兖矿鲁南化肥厂、渭河煤化工集如需要进行煤气化,还要进行比较选择。总体应考虑团、安徽淮南化肥厂生产尿素和甲醇产品,气化压力选择技术上先进、经济上合理和对环境友好的工艺分别为26MPa、6.5MPa、4.0MPa;上海焦化厂粗煤对于不同地域、产品还应从以下几方面考虑:气供应城市煤气并生产甲醇,气化压力为40MPa(1)能稳定就近获得的原煤。由于煤种及其性质在德士古气化炉的运行操作方面我国已取得丰富的直接影响着煤气的产量、质量及其他气化指标;运输经验,设备的国产化程度达70%以上。此外,Dow(也距离会影响煤气成本,故煤种、运输及原料稳定性是称E-gas)煤气化工艺是在德土古工艺基础上发展的首先考虑的因素。我国已建成的煤化工项目中,个别气流床气化技术,它具有生产能力大,氧耗低及产率高项目就因工艺选择不当,不能使用当地煤源而改用外等优点,而且已通过较长时间的工业化运行,是很有前地原料。景的新一代煤气化技术。德士古气化工艺的特点是:2)根据煤气的用途选择。生产城市煤气时,需①煤种适应性广。但由于是采用水煤浆进料形式,要的是中热值煤气,如采用鲁奇加压气化法既能满足因此灰熔点低成浆性好的煤气化成本较低。②在压力煤气热值的要求,又利于远距离输送;生产合成原料条件下气化气化效率高故单位投资、后工序的加压费气时,鲁奇、温克勒德士古、 Shell, GSP等工艺均能满用都可以降低。③气化温度高碳转化率在95%以上。足要求,但Shel、CsP、 prenflo工艺中煤气有效成分④氧耗较高。⑤气化炉结构简单,负荷适应性广。(CO+H2)含量高,碳转化率和热效率较高,具有更多3典型煤气化工艺指标对比的优势不同床层煤气化方法有各自的特点,将几种典(3)根据用气规模选择。对于用气规模较小的项型的气化工艺,即加压鲁奇气化、高温温克勒气化、目,移动床技术如鲁奇炉;流化床技术如温克勒炉、德士古气化和Shl气化指标特性对比见表4U-gas炉、恩德炉等都可以满足需求,且投资少;但表4几种典型煤气化方法的比较对于大型煤化工或IGCC,则应采用气流床气化技lno工术。近年能源价格波动很大,大型煤化工项目必须依流化床煤、年轻烟橘煤、年轻烟爆褐爆、烟煤阄爆、烟煤、无烟煤靠于低煤价、大型化、先进技术及低投资,四者紧密结1○基指数于0m粉雄度w-m合才具有国际竞争力。无烟煤等点>1400℃水分:烟煤<%c1250℃参考文献灰分排渣方式II舒歌平主编,燦炭液化技术[M].煤爕工业出版社化温度/℃9-1612011300=140012沙星中,杨南星.煤的气化及应用[M.华东理工大学出版社炉最大能力(t/d)13l贺永德主编.现代煤化工技术手册M].化学工业出版社380-4304《氨肥行业粉煤气化技术资料汇编》IC].中国氮肥协会小氮肥分有效成分(粗干煤气会,2004,(5)15《中国能源化工发展趋势论文集》[Cl.2005,(4),无锡CH/兔总热教率作者简介张玉柱(1964-),1986年毕业于中国矿业大学煤化工专业,高级工程师。2005年被推选为“西部之光”访问学者4煤气化工艺的选择在煤科总院北京煤化工分院学习。现任神华宁夏煤业集团综合公司管经过二百多年的发展,已经发展了多种煤气化理处处长。Comparison of coal gasification methods among different coal bed and selection of its technologyZhang Yuzhu and others(1. Shenhua Ningxia Coal Industry(Group)Col中国煤化工500042. Coal Academy of Science, Beijing CCNMHG83(责任编辑:杨惠波)