煤气化技术现状和展望

气源ROsOURCOS煤气化技术现状和展望上海寰球石油化学工程有限公司沈纲轮宋世权，摘要:文章介绍了国内外煤气化技术现状，包括6种气化炉、气化工艺、参数等，还特别介绍了地下气化工:艺的发展。对我国的煤气化未来进行了展望。关键词:煤炭气化现状 展望1国内外煤 气化技术现状将粒度为100 um以下的煤粉带入气化炉内，也可将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉内。煤1.1 煤炭气化在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度和气化反应，灰渣以液态形式排出气化炉。及压力下使煤中有机物质与气化剂(如蒸汽/空气或煤气化技术包括:备煤技术、气化炉技术、气氧气等)发生-系列化学反应，将固体煤转化为含有化后工艺技术三部分，核心是气化炉。CO、H2、CH4等可燃气体的过程。煤炭气化时，必须具备三个条件，即:气化炉、气化剂、供给热量，,1.2目前国内外主要气化炉三者缺一不可。(1)德士古气化炉原料煤的性质，如:煤中水分、灰分和挥发分美国德士古2002年初成为雪佛龙公司- -部分，的含量，粘结性，化学活性，灰熔点，成渣特性，2004年5月被通用电气公司收购开发的水煤浆气机械强度和热稳定性，以及煤的粒度和粒度分布化工艺是将煤加水磨成浓度为60%~65%的水煤浆,等，都对气化过程有不同程度的影响。因此，必须用纯氧作气化剂，在高温高压下进行气化反应，气根据煤的性质和对气体产物的要求选用合适的气化压力在3.0~8.5 MPa之间，气化温度1 400"C，液化方法。按煤在气化炉内的运动方式，气化方法可态排渣，煤气成份CO+H2为80%左右，不含焦油、划分为三类，即固定床气化法、流化床气化法和气酚等有机物质，对环境无污染，碳转化率96% 99%，,流床气化法。气化强度大，炉子结构简单，能耗低，运转率高，(1)固定床气化:在气化过程中，煤由气化炉顶且煤适应范围较宽。目前雪佛龙德士古最大商业装部加入，气化剂从气化炉底部加入，煤与气化剂逆置是Tampa电站，属于DOE的CCT-3，1989 年立流接触，相对于气体的上升速度而言，煤下降速度项，1996年7月投运，12 月宣布进入验证运行。很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气该装置为单炉，日处理煤200~2 400t，气化压力化;而实际上，煤在气化过程中是以很慢的速度向为2.8 MPa,氧纯度为95%，煤浆浓度68%，冷煤气下移动的，比较准确的应称其为移动床气化。效率76%，净功率250 MW。德士古气化炉由喷嘴、(2)流化床气化:它是以粒度为0~10 mm的小气化室、激冷室(或废热锅炉)组成。其中喷嘴为三颗粒煤为气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂通道，工艺氧走一、三通道，水煤浆走二通道，介直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应，于两股氧射流之间。水煤浆气化喷嘴经常面临喷口从而使得煤层内温度均一，易于控制，提高气化效磨损问题，主要是由于水煤浆在较高线速下(约30率。m/s)对金属材质的冲刷腐蚀。喷嘴、气化炉、激冷(3)气流床气化:它是一-种并流气化，用气化剂环等为德士古水煤浆气化的技术关键。气源...Bosourcos(2)E-Gas气化炉其应用的煤气化技术均为德国鲁奇加压气化技术，由美国DOW公司开发，已建设两套商业装置:全公司有97台气化炉,其中I厂有17台(13台MKLGTI(水煤浆气化炉的容量为2 200 td, 160MW,II型、3台MKIV型和1台能力为66 000 m'/h 的2.8 MPa，1987 年运行，1995 年停运)与WabashMKV型)，II厂 和I厂各有40台内径03.8m、能River(2 台炉,1开1备,单炉容量2 500 tld, 262 MW,力为41 000m/h 的MKIV型气化炉，SASOL 公司2.8 MPa,净发电效率为HHV38.9%，1995 年投运)。鲁奇气化炉设备利用率达94%。炉型类似于K-T,分第-段(水平段)与第二段(垂直鲁奇炉是目前世界上建厂数量最多的煤气化段)。在第一-段中，两个喷嘴呈180°对置， 最高反技术，运行中的气化炉达数百台，对煤种要求不高。应温度约1400 C。为提高冷煤气效率，在第二段上世纪70年代单台炉产气量65 000 m/n, 80 年代中，采用总煤浆量的25%进行急冷，反应温度约为单台炉产气量90 000 m/h。鲁奇炉生产能力大，以1040C，出口煤气进火管锅炉回收热量。熔渣从块煤为原料尤其适应褐煤，主要适合于城市煤气的气化炉第- - 段中部流下，经水急冷固化，形成渣水生产。但是鲁奇炉生产的合成气中甲烷含量高浆排出。E-Gas气化炉采用压力螺旋式连续排渣系(8%-10%)，且含焦油、酚等物质，气化炉需设置废统。美国Port Arthur GCC工程计划采用E-Gas气水处理及回收装置和甲烷分离装置，生产流程长、化技术气化石油焦，于2005年建成3台气化炉，投资大，可以考虑多联产。生产的煤气用于发电(1 100MW)。(5)U-GAS气化炉(3)壳牌气化炉上海焦化总厂1994 年建成了世界上第- -套壳牌气化炉壳体直径约4.5 m，高约30 m, 4U~Gas气化工业化装置，包括8台U-Gas气化炉，个喷嘴位于炉子下部同- -水 平面上，沿圆周均匀布安排6开2备，产低热值煤气约320万m'/d,全部置，借助撞击流以强化热质传递过程，使炉内横截送炼焦厂作代换气，可增供城市煤气70万m/d。面气速相对趋于均匀。炉衬为水冷壁，总重500t。(6)GSP气化炉炉壳与水冷管排之间有约0.5 m间隙，作安装、检前东德黑水泵煤气联合企业从1976 年开始研修用。1988年壳牌煤气化技术用于Buggenum IGCC究开发干法粉煤加压气化工艺技术，将该工艺命名电站。该装置1993年开车，1994 年1月进入为时GSP。该气化技术采用气化炉顶干粉加料、氧气气3年的验证期，目前已处于商业运行阶段。单炉,化、炉底液态排渣。1980 年在Frlberg燃料研究所日处理煤2000t,253MW,发电效率LHV为43.2%。建成两套名称分别为W100和W500的试验装置，煤气携带煤灰总量的20%~30%沿气化炉轴线向上运气化压力3.0 MPa,对粉煤浓输送、粉煤加料、工动，在接近炉顶处通入循环煤气急冷，急冷煤气量艺特点进行试验研究，所用原料煤种大多为褐煤。约占生成煤气量的60%-80%，煤气降温至900 C，1983年又建成一-套 名称为W30的大型试验装置，熔渣凝固，煤气出气化炉，沿斜管道向.上进余热锅气化压力 3.0 MPa,装置累计进行了超过20 000 h炉。煤灰总量的70%~80%以熔融态流入气化炉底部，的运行试验，并且完成灰熔点1 500 C的高灰熔点急冷凝固，从炉底排出。粉煤由N2携带，密相输褐煤的气化试验。气化炉为直立圆简的水冷壁结送进入喷嘴。工艺氧与蒸汽也由喷嘴进入。气化温构，类似于重油气化炉和水煤浆加压气化的炉型。度为1 500~1 700 C，压力为3.0 MPa。冷煤气效粉煤、氧、蒸汽从气化炉顶部的喷嘴送入，高温煤率为81%。原料煤热值13%转化为蒸汽，6%由设备气和熔渣并流由气化炉的下部排出进入净化系统。和出冷却器的煤气显热损失于大气和冷却水。目前我国宁夏煤气有限公司已采用此项气化技术。(4)鲁奇气化炉目前仍旧是世界上加压煤气化工艺中应用装1.3国内煤气化技术置和业绩最多的炉型，目前世界上最为成功也是唯我国自煤的商业化和社会化以来迄今已100余一的大型煤制油化工联合体为南非SASOL公司，年，但没有形成能与国际抗衡的商业化自主产权煤气源ROSOLRCOB气化技术。上世纪70年代起4家厂引进德士古水常压固定床技术,有常压固定床气化炉4 000多台，煤浆气化技术:“九五”期间就“一体化煤气化联配套小型合成氨生产装置及少量甲醇和联醇装置,合循环(IGCC)关键技术(含高温净化)”立项，有十这些气化装置中- -部分至今仍在运转。上世纪80余个单位参加攻关; 2004年科技部对大规模高效气年代初我国开始引进第二代煤气化技术，1家引进流床煤气化技术进行了基础研究; 30多年来我国共加压鲁奇技术，在山西潞城建厂,气化炉3开1备;引进10余台德士古气化炉，国内配套完成了部分共有5家引进德士古水煤浆气化装置，分别建于兖设计、安装与操作，积累了丰富的经验。矿鲁南化肥厂、上海焦化总厂、陕西渭河化肥厂、2007年初我国第一台 日处理煤1 150 t的新型安徽淮南化工厂、黑龙江浩良河化肥厂。这5套装气化炉，在山东兖集团国泰化工有限公司实现了置均用于生产合成气，制氨或甲醇。目前投产的煤连续稳定运行33天的最长周期。这项由兖矿集团气化技术有多套,分别是德士古气化炉(金陵、榆林、拥有7项自主知识产权的新的煤炭气化技术，在我南京等)和壳牌气化炉(应城、岳阳、柳州、枝江、国首次进行大工业生产3个月后，即被熟练掌控，安庆、大连、安庆、曲靖等)。标志着30多年来世界发达国家对我国水煤浆气化目前用于煤化工的气化炉主要为壳牌(SHELL)技术的垄断从此打破，并同时创造了世界煤气化技气化炉、德士古(TEXACO)气化炉和GSP气化炉。术发展史上的新纪录。以这台气化炉为核心的新型以上均为地面气化,还有地下气化工艺。:水煤浆气化技术，是由兖矿集团承担、联合华东理工大学和中国天辰化学工程公司共同研发的国家1.4国外煤炭地 下气化技术进展“九五”攻关重点项目，研发当年即被列入国家科早期的有井(简)式气化工艺(UCG)试验采用有技部“863”攻关课题。2005年11 月16日，该技井(简)式工艺，需要开凿井筒、掘进巷道，或利用术在取得国家7项自主知识产权后，在兖矿集团国老矿的井巷。1935 年以后，发展无井(简)式工艺，泰化工公司首次应用于大工业生产。试运行3个多即从地面向煤层钻孔。过去50年，国外所有UCG月以来，国泰公司技术人员成立了7个攻关小组，试验和可行性研究都采用无井(简)式工艺。设立了120 多个攻关课题，克服了60 余项原创性最简单的UCG工艺是按一-定距离向煤层打垂技术难题。2008年1月8日,兖矿新型气化炉通过直钻孔，再使孔间煤层形成气化通道。然后通过一科技部验收，综合性能被评定为“国际领先”。目.个钻孔把煤层点燃，注入空气或氧/蒸汽,煤炭发生前，国际上水煤浆气化技术唯一推广 应用的是美国热解、还原和氧化等气化反应。蒸汽提供反应所需的德士古气化炉。据测试，兖矿新型气化炉与德士的氢，并降低反应温度。产生的煤气从另-一个钻孔古相比，消耗降低7%，有效气成分高出2%~3%，具引出，煤气的主要成分是H2、CO2、CO、CH4和蒸有“转化充分，环保高效”的明显优点。同时，兖汽，组分的比例取决于煤种、气化剂和气化效率。矿新型气化炉完全使用高硫煤为原料，每年在消耗注入空气和蒸汽产生低热值煤气(3.9- 6.3 MJ/m);70万t高硫煤的基础上,还可回收生产硫磺2万多注入氧和蒸汽可得中热值煤气(8.2~11.0 MJ/m)。低t,对我国的能源政策具有重要意义。国泰公司是兖热值煤气可就地发电或做工业燃料;中热值煤气可矿集团确立煤化工产业为支柱产业后投产的第一作燃料气或化工原料气，原料气可转化成汽油、柴个煤化工企业，总投资27亿元人民币，生产规模油、甲醇、合成氨和合成天然气等产品。UCG的关为年产20万t醋酸、24万t甲醇、联产80 000 kW键技术问题是连续钻孔的方法，即贯通技术、煤层电力，年均销售收入约18亿元，利税6亿元，拥勘测和气化过程的控制。有3个“863”科技攻关项目。仅2005年试生产半1.4.1 贯通技术个月的时间，国泰公司就实现产值2亿元，创利5迄今已试验5种贯通方法:电力贯通、爆炸破千万元。碎、水力压裂、反向燃烧和定向钻孔。只有后两种上世纪80年代末以前，我国煤气化完全依赖方法证明是可行的。反向燃烧:是从甲孔点火，从气源Rosources乙孔鼓风，燃烧面的推进方向与气流方向相反，煤1.4.4环境影响评价及防治技术气从甲孔引出。美国ARCO煤炭公司在怀俄明州吉美国和欧盟重视UCG对健康和环境影响的评利特附近进行试验，煤层厚34m,深213m，为次价以及防治技术的研究。主要问题是气化区地面塌烟煤。注入空气，煤气热值达7.9 MJ/m'。定向钻陷，地下水污染，煤气净化系统排放物对环境的影孔:是石油工业开发的一-种钻井新技术，它是从地响。美国能源部对怀俄明州上世纪70年代末进行面打垂直钻孔，钻到- -定深度后，钻孔可以拐弯，试验的地下气化站对健康和环境的影响进行专项变成水平方向钻进，形成水平孔。定向钻孔有两种评估。对气化站附近地下水中的异丙基苯含量进行方法: -是逐渐拐弯，-般每30m拐3*~6°，不需测量，并采用生物技术(需氧菌群)进行分解苯的示特制的钻具，曲率半径约500 m。另一-种是小半径范试验，结果地下水中的苯含量下降80%。拐弯钻进，需采用挠性钻具和孔内导向装置，曲率1.4.5受控注 入点后退气化工艺(CRIP)半径可小到15 m。英国采用天然伽玛射线传感器导美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室1976年开始向，在厚度和倾角变化的煤层中进行定向钻孔试研究UCG，在模拟研究和实验室研究的基础上,验，水平孔长达500 m。比德地下气化研究所在比1976~1979年在怀俄明州吉利特附近进行了6次现利时图林大深度煤层UCG试验中，采用垂直钻孔、场试验，先后采用爆炸破碎、反向燃烧和定向钻孔逐渐弯钻孔和小半径拐弯钻孔相结合的设计方案。贯通技术，注入空气和氧/蒸汽。这些试验除爆炸破1.4.2煤层勘测和模型研究碎效果不佳外，煤气热值都超过4 MJ/m'，最高达气化煤层的精细勘测和气化反应带的预测和10.3 MJ/m',但都发生冒顶、漏气和水流入等问题。监测是UCG能否成功的关键要素。在煤层勘测方为解决这些问题，提高气化效率，该实验室研究开面，已采用钻孔温差电偶、孔间地震仪等进行三维发出受控注入点后退气化工艺。这种新工艺把定向精细勘测。在地面用电阻率方法进行勘测也能取得钻进和反向燃烧结合在一起，定向钻孔先打垂直注良好效果，而且成本较低，有效深度约1000 m。入孔和产气孔，到达煤层后，从注入孔沿煤层底板深部煤层用高频电磁波进行勘测，已证明是一-种有继续打水平孔，直到与产气孔底部相交，然后在钻效而经济的方法。孔中下套管;开始气化时，用移动点火器在靠近产目前,UCG试验通常都采用计算机模型模拟气气孔的第-一个注入点烧掉一段套管， 并点燃煤体，化过程。已开发出多种模型。应用这些模型，有可燃烧空穴不断扩展，一直烧到煤层顶板，待顶板开能相当精确地模拟气化反应过程，预测能够气化的始塌落时，注入点后退相当于一个空穴宽度的距煤量、煤气的产量和质量，以及生产成本。美国能离，再用点火器烧掉一段套管， 形成新的燃烧带，源国际公司采用UCG经济性模型和现场试验数据，如此逐段向垂直注入孔推进。点火器用引火气体硅对拟建的怀俄明州汉那商业性气化站设计方案的烷点燃丙烷喷嘴，在地面拖曳移动。比利时图林地经济性进行预测和优化。下气化试验设计的注入管和点火器结构，注入管采1.4.3气化过程控制用双层套管，蛇管在挠性套管内移动。蛇管内装3UCG是受多种因素影响的复杂的物理化学过根热电偶电线和2根可燃的空心管，- -根空心管输程，难以控制，主要影响因素包括:煤层地质条件、送三乙基硼(遇空(即燃烧)和CH，另-根空心管煤质特征、涌水量、矿山压力、气化剂及其注入压.注氧。蛇管端部固定点火器。1983 年，在美国华盛力和流量等。气化过程控制的主要问题是冒落矸石顿州森特雷利亚附近的韦特柯煤矿进行首次全规.对气流的影响，以及气化效率随气化带的推进而降模现场试验。气化煤层厚11m,气化上部的6m,低。美国在地下气化机理和气化过程方面进行大量煤质为高灰分(20%)、低渗透性次烟煤。试验历时的研究开发工作，包括气化过程监测、自控和摇感30天，开始注入空气和蒸汽，第14天注入氧和蒸技术，应用声学、地震学和电子技术，取得化学、汽，气化煤量为1814t,煤气热值9.5 MJ/m'。CRIP热力学和地质学等方面的数据。工艺的最大优点是气化过程能够有效地得到控制。输配Transmission管材，对管基不均匀沉降的适应能力非常强，也是因此在穿越地裂缝时，为减少地裂缝活动对PE燃-种抗震性能优良的管道，因而在穿越地裂缝这一气管道带来的应力影响，PE燃气管应采取蜿蜒敷特殊用途中更是体现了自身优点。PE管具有优良设，运行时需加强监护。的挠性，增强了它对于管线工程的价值，PE的挠.性使它可以进行盘卷，以较长的长度供应，不需要3结语各种连接管件，- -般对小于DN50的PE燃气管采用PE盘管。由于PE管的上述优点，在穿越地裂缝西安这一特殊的地裂环境地质灾害,对西安市时不再需要加设其它设备，即在地裂缝两边各40 m的燃气管网造成潜在的危害，因此我们燃气设计工设置球阀，地裂缝两边各30 m砌沟填砂作检漏,作者需通过对地裂缝活动的研究，采取行之有效的PE管道的走向容易依照施工方法的要求进行改变，措施，将其带来的潜在危害降至最低。Discussion on Gas Pipeline Crossing Ground Fissure MethodsXi'an Qinghua Natural Gas CompanyWang YingAbstract: The article introduces Xi'an ground fssure distribution state, basic characteristic, activities grade, etc.The paper also summarizes processing methods about gas pipeline crossing ground fssure.Keywords: gas pipeline, ground fssure, crossing(上接第5页)者合计约9亿to若以2000 t/d的大型气化炉计算，强调这个需求规模是惊人的，但确实又是将来发展每台炉年处理煤60万t，则2020年前国内共需大所必需的，否则中国的能源、资源、环境就不能实型气化炉1 500套，若再加上“2开1备”的一般现可持续发展。做法，则大型气化炉的需求量总计达到2250套。Present Situation and Expectation of Coal Gasificat ion TechnologyShanghai Global Petroleum Chemistry Engineering Co., Ltd.Shen GanglunSong ShiquanAbstract: The article introduces domestic and overseas coal gasification technology present situation, includingsix kinds of gasification furnace, technology, parameter, and so on. The paper especially introduces undergroundgasification technology development and expects domestic coal gasification in the future.Keywords: coal gasification, present situation, expectation(上接第10页)得商榷的:实践中允许压力降严- 些也比完全不允(5)燃气系统中设备、仪器作为系统的一部分，许压力降更有意义。应该参与系统整体严密性试验。Analysis on Gas Transmission and Distr ibution Engineer ing Air Tightness TestShandong Panva Gas Co, Ltd.Liu XinAbstract: In the base of gas transmission and distribution engineering air tightness test essence, the articleanalyze every link of the test and puts forwards shortcomings and defects of air tightness test in current gasconstruction standard (CJJ 33- -2005).Keywords: gas transmission and distribution engineering, air tightness test, gas pipeline system