国内外典型气流床煤气化技术概述

第6卷第17期中国化工贸易2014年6月中旬刊China Chemical Trade科研国内外典型气流床煤气化技术概述温博王少杰杨政黄晶(陕西煤化工技术工程中心有限公司，陕西西安710075)摘要:本文主要对TCGP、scGP、GSP、多喷嘴水煤浆技术(OMB)、两段加压技术(TPRI)、航天炉(HT-L)、非熔渣-熔渣分级气化技术、多元料浆(MCSG) 8种典型、先进的气流床煤气化技术、关键设备以及国内工业化应用情况进行介绍。关键词:气流床煤气化所谓气流床煤气化是将气化剂夹带的煤粉或煤浆，通过特殊喷嘴送烧室 下部侧壁对置，可快速快速调节负荷范围( 40%~ 100%) 。但是烧人气化炉内，在高温下，煤氧等混合物迅速分解、燃烧、气化反应，产嘴隔焰罩和开工烧嘴容易产生过氧腐蚀损坏。激冷气压缩机主要是将冷生CO和H2为主的煤气化技术。国外TCGP、SCGP、 GSP 技术均发展成煤气送 到气化炉顶部进行换热。熟，国内的多喷嘴、两段技术、HT-L、非熔渣-熔渣分级技术、多元料SHell技术已在国内的湖北双环、神华集团、中原大化、河南永煤等浆技术正快速发展应用。煤气化作为煤化工的龙头，它的好坏决定着后单位实现应用，全国共有19个项目，27台气化炉用于合成氨、甲醇生产。续工艺以及长远的经济效益。1.3加压气流床( GSP)技术B1国外气流床煤气化技术合格煤粉经干燥后通过N2输送系统送至烧嘴,煤粉与其他气化剂(氧1.1 TexaCO 煤气化技术(TCGP )"气、水蒸气)经烧嘴同时喷人气化炉内的反应室，然后在高温、高压下德士古煤气化技术主要包括煤浆制备、灰渣排出、水煤气化等技术。发生裂解、燃烧、气化反应，生成粗煤气。气化产生的熔渣以及粗煤气原料经磨机制成浓度为60%- 65%的水煤浆,然后由高压煤浆泵送人烧嘴。-起进入气化炉下部的激冷室。冷却后的粗煤气去洗涤系统，熔渣通过同时来自空分氧气( 99.6%)稳压后进入烧嘴。水煤浆和氧气在高温下发锁 斗系统排出，激冷水送至污水处理系统。GSP 技术适用煤种广泛，输生煤的裂解和燃烧以及气化反应，生成的以CO和H2为主的粗合成气。送安全性高，运行周期长不需备炉，碳转化率高，合成气质量好。采用粗合成气经激冷后降温饱和后出气化炉。气体经文丘里洗涤器、碳洗塔，激冷流程，工艺紧凑，流程简单，环境效益好。气化炉操作弹性大，负洗涤除尘冷却后送至变换工段。反应生成的熔渣进入激冷室激冷后被分荷调节灵活。点火升温迅速，设备及运行费用较低。开、停车操作方便,离出来，通过渣斗，定时排入渣池。黑水- - 部分循环回气化炉，一-部分时间短， 从冷态达到满负荷仅需1H。但是GSP技术存在工业化业绩少,经四级闪蒸后送往澄清槽进行处理。该技术具有原料适应性广，合成气操作经验缺乏， 加料计量过程复杂、投资较高，无独立灰水处理技术等质量高，环境效益好，后续工段功耗小，控制系统先进，操作安全性高问题。等特点。但是TexaCo气化技术也存在气化炉耐火材料、炉膛热电偶寿命该技术设备主要包括磨煤机、给料锁斗、加料器、组合喷嘴、气化短，烧嘴容易损坏(一般约50天左右)，黑水管线容易堵塞、磨蚀等现炉、 渣锁斗、破渣机、捞渣机、文丘里洗涤器、沉降槽、激冷水泵等。阶段难以完全解决的工程技术问题。气化炉_上部为冷壁气化室，由水冷壁，水夹套组成。水冷壁是由特殊耐磨机、煤浆泵、德士古烧嘴、气化炉、碳洗塔、激冷环、破渣机等热材料碳化硅为屏蔽涂层的盘管和翅片焊接组成的圆简形内腔，采用以是此技术必不可少的设备。德士古烧嘴采用外混式三流道设计，中心管渣抗渣的技术防止高温溶渣腐蚀及开停车产生应力对耐火材料的破坏。和外环隙走氧气，内环隙走煤浆。烧嘴头部有冷却水夹套及冷却水盘管，下部为激冷室，内有激冷喷头和内衬筒，内衬筒与承压外壳环隙有激冷以保护烧嘴不被烧坏。气化炉采用两相并流型，上 部为燃烧室，下部为水 自下向上流动，在顶端环隐间径向流出，激冷室承压壳体的壁温不超激冷室。现工程应用有三种规格: 12.74m、 16.98m2、 25.47m' 三种气化过 200C。喷嘴由配有火焰检测器的点火喷嘴和生产喷嘴所组成，中心向室容积，其中12.74m2在国内外应用广泛,操作经验丰富。激冷环主要作外环隙依次为燃料气、 冷却水、氧/蒸汽、冷却水、煤粉通道、冷却水6用是分布激冷水，保护下降管不受高温气体及熔渣的损坏。个通道。20世纪80年至今我国先后在鲁南化肥厂、上海焦化厂、渭河化肥厂、GSP技术虽然进人国内较晚，但是凭借其自身优势已经在我国的山华鲁恒升、兖矿集团等单位的30多个项目引进该技术，用于生产甲醇、西兰花煤化工有限责任公司醇、氨( 30100tla)项目、神华宁煤集团有合成氨、CO、氢气等。限责任公司( 1670KU/a)甲醇项目、贵州开阳化工有限公司( 500K/a)1.2 sHell 煤气化技术(SCGP)四合成氨项目、淮南集团合成氨项目开始应用实施。90%以上粒径5~90μm的合格煤粉，干燥后由高压氮气或二氧化碳2国内气流床煤气化技术将煤粉送至气化炉煤烧嘴，高压纯氧经预热后与300C中压过热蒸汽混2.1多喷嘴对置式水煤浆气化技术(OMB )1“合后导人烧嘴。煤粉、氧气及蒸汽在气化炉高温加压条件下发生碳的裂多喷嘴对置式水煤浆气化技术是在TexaCO技术的基础上发展起来解、燃烧、气化反应。气化炉顶部的高温煤气经冷煤气激冷至900C左 的， 其反应机理与TexaCO技术相同，流程相似。该技术采用多喷嘴对置右进入合成气冷却器。经合成气冷却器回收热量后的煤气进入干式除尘技术， 雾化效果好。负荷可调节范围大，速度快，装置适应能力强，气及湿法洗涤系统，处理后的煤气尘含量小于1mg/m2送后续工序。高温熔化效率高。洗涤冷却室采用喷淋鼓泡复合床，热质传递效果好，液位稳渣自流入气化炉下部的渣池进行激冷，定时排放，炉渣经后续工序加工气体 初步净化系统采用分级净化，系统压降低，高效节能， 合成气中灰成商品出售。湿洗排出的废水大部分循环利用，小部分送污水处理T段。含量低。采用蒸发热水塔的渣水处理系统，热传递效率高，水循环流程SHell技术具有原料适应性广，碳转化率、热效率高，调节容易，“三废"简单，耐结垢。但是也存在炉体拱顶处耐火材料烧损快的技术问题。易处理等优点。但是同时存在工艺流程、控制系统、设备结构复杂，引OMB技术的关键设备有:磨煤机、高压煤浆泵、气化炉、工艺喷嘴、进设备和仪表多、布置结构复杂、项目建设周期长、投资大，高压氮气煤气初步净化设备、 蒸发热水塔、滚筒筛、渣锁斗、捞渣机、激冷水泵。和超高压氮气用量大的缺点。气化炉上部为气化室，内衬耐火砖，气化室中上部布置工艺喷嘴，喷嘴SHell技术的关键设备主要有:气化炉、喷嘴、废热锅炉、激冷气压在同一 水平面。气化炉下部为激冷室，采用复合床结构形式消除了带水、缩机、高温高压飞灰过滤器、破渣机、捞渣机、磨煤机、强制循环泵等。带灰问题。工艺喷中国煤化工喷嘴流道介质由内气化炉上部为燃烧室，下部为激冷室。炉体包括膜式水冷壁，环形空间、向外依次为氧气、采用盘管冷却来防NMH(高压容器外壳。水冷壁采用以渣抗渣，以渣护壁的原理防止温度过高或止喷嘴损坏， 由1套Ho,该系统设置了复杂者腐蚀等损坏气化炉内衬。喷嘴采用5环道共环式设计，4- 6个烧嘴在燃的安 全联锁。一般使用3个月后需更换喷嘴头部或在喷嘴头部堆焊的耐www .chinachemicaltrade.comChina Chemical Trade|中国化工贸易|157中国化工贸易第6卷第17期科研China Chemical Trade2014年6月中旬刊磨材料。煤气初步净化设备由混合器、旋风分离器、水洗塔三部分组成。水激冷与德士古工艺相同，下部激冷，上部排气。 气化烧嘴采用三通道多喷嘴水煤浆技术已在兖矿国泰、兖矿鲁化、神华宁煤集团、华鲁的外冷式结构， 中心走氧气，内环走煤粉，外环走冷却水。恒升等多家单位实现应用，正逐步推广。航天炉技术在我国推广很快,现已在河南濮阳龙宇( 150K/a )甲醇、2.2两段式干煤粉加压气化技术(TPRI)同安徽灵泉( 150K/a )合成氨投产成功，并且在设计及在建后续项目13个,合格煤粉经干燥后，采用N2输送至气化炉_ -- 段喷嘴。一段处与氧共有气化炉23个，主要用于甲醇、氨，CH, 的生产气、燕汽混合喷入气化炉，发生裂解以及氧化反应，产生湿煤气。二段2.4非熔渣-熔渣分级气化气化技术5粉煤:与蒸汽(不加氧)利用来自一段的煤气显热进行煤的裂解、挥发物分级气化技术的反应过程包括:脱水和挥发、燃烧、气化、再燃烧、的气化和碳的气化反应，产生额外的煤气。粗煤气从气化炉顶部排出进再气化5 个阶段，与其他技术的3步反应不同。第-段气化剂采用纯氧入冷却系统煤气冷却器(废热锅炉流程) 1(激冷罐激冷流程)等回收热与CO、N、水蒸气等的混合物，保持一段的温度 在灰熔点以下。二段量降温，后经洗涤系统除尘，降温净化，送后续工段。两段式气化技术补 充部分氧气使未燃的物料氧化反应，使第二段的温度达到煤的灰熔点原料适应广，碳转化率高，有效气含量高、质量好，环境效益好。气化以 上并完成全部气化。该技术适合煤种广泛，在采用CO2作为喷嘴中心炉运转周期长，无需备炉。气体后，两段式气化在较低的氧煤比下，即可达到连续气化下同样的碳该技术关键设备有磨机、气化炉、喷嘴、废热1激冷锅炉、文丘里转化率和冷煤 气效率，可以减少氧耗,节约生产成本，并且有效气含量高。洗涤器、洗涤塔等。气化炉由膜式水冷器，环形空间和高压容器组成。关键设备主要有气化炉、烧嘴、洗涤塔、棒磨机、煤浆泵等。气化气化炉与sHell气化炉不同，是对四喷嘴对置下喷式一-段气化炉的改进。炉 采用水冷壁结构，其轴向温度均衡，呈低-高-低趋势，长径比相对采用水冷壁结构，分为2个反应区，第- -反应区布置2支油点喷火嘴和2较大。 分级给氧使气化炉顶区域发生气化反应，促使气化流场更合理，支煤粉喷嘴，四支喷嘴同平面对称布置。油点火喷嘴用于气化炉点火过衬里 寿命增长。主烧嘴采用三级流道形式，分级给氧温度较其他水煤浆程中的气化炉的升温。在第二反应区内布置了两支喷嘴，分别喷人粉煤技 术低200C，经验证烧嘴的寿命可达到106天。和过热蒸汽。气化炉上段的作用:一是代替循环合成气，使高温煤气降分级气化技术已在丰喜肥业集团实现投产，在建项目有5个,分别温，以达到凝渣目的，二是利用下段炉煤气显热进行热裂解和部分气化，为内蒙 古鄂尔多斯金诚泰、内蒙古鄂尔多斯上海惠生、内蒙古呼伦贝尔提高总的冷煤气效率和热效率。烧嘴采用两流式外混结构干煤粉加压气大唐电力、 山西焦化、山西丰喜肥业二期。化烧嘴，干煤粉与载气从中心管出，氧、蒸汽混合气由环管进人喷嘴，.5 多元料浆气化技术(MCSG )四在喷嘴外部雾化混合。喷嘴伸人气化炉部分采用水冷夹套冷却保护。多元料浆气化技术采用多种原料制浆:固相包括煤、石油焦、沥青、两段技术已在内蒙古世林化工项目、华能满洲里煤化工项目、华能由、 煤液化残渣，液相可以是水、废液、废水，通过添加一定的添加剂绿色煤电IGCC项目等5家单位开建，部分已投产，主要用于生产甲醇、制成合格浆料。 此项技术工艺流程与水煤浆气化技术相同。但是该技术发电等。原料适应性更广泛，操作安全易控，碳转化率高，环境效益好。设备国2.3航天炉气化技术(HT-L) 10-1产化程度高，灰水处理工艺流程简单,配套新型技术跟进快,装置投资少,航天炉煤气化技术与GSP技术相似均采用下喷式气流床激冷流程，可在煤化工、石油化工生产中应用。但是知识产权独立。该技术对煤种要求低，热效率和碳转化率高。采用磨机(棒磨机)、气化炉、唢嘴、洗涤塔、高温热水器、空冷器等激冷流程及灰渣水循环技术，对环境保护好。设备在这个技术中占有重要地位。尤其气化炉炉膛结构和三通道喷嘴雾HT-L气化炉、烧嘴、破渣机、热风炉、激冷水循环泵等是此技术化流场的良好匹配以及激冷结构的改进强化了此技术的优越性。的核心设备。气化炉采用盘管式水冷壁，四组管绕制而成，盘管外径兰溪丰登化肥厂、浙江巨化股份公司、山东华鲁恒升大化肥、陕西89mm,壁厚8mm径向热膨胀6mm。自上而下单喷嘴喷射与GSP炉相同，兴平化 I厂在装置改造中采用多元料浆气化技术取得良好效果。表1各种气流床气化炉的技术参数| 煤气化 操作操作压CO+H2碳转| 冷煤气 有效 (CO+H2)|进料炉型温度/C| 力 /Mpa适应煤种含量/%|化率1%效率1%比氧耗m/Km2|方式喷嘴数量|排渣方式锅炉形式 专 利商灰分小于8%,内水德士古1250-1600 | 4.0/6.5/8.7小于4 -5%，灰熔点| > 809870-7620湿法|单喷嘴 液态排渣 激冷、废热|美国GE气化炉- -般小于1350C。灰熔点一般小于sHell气1400-1600 4.01450C，硫含量小> 9099| 80- -8537法| 4-6个| 液态排渣废热荷兰壳牌化炉于2%，灰分小于15%。| 所有煤种，包括高灰GSP气北京杰斯1350-17504.煤、高硫煤，灰熔点| >80| 96-98| 7360干法|单喷嘴| 液 态排渣一般小于1500C多喷嘴灰分小于8%，内水华东理工水煤浆1250-1600 4.0/6.5 小于4-5%， 灰熔点| 83-86980330-380|湿法| 多喷嘴| 液 态排渣一般小于1350C。大学多元料浆气化14001.3- 6.5|料浆灰分小于 8%。80-86 95-98| 76336-410|湿法| 单喷嘴| 液态排渣|西北化工炉“研究院北京航天hT-L煤粒度20- _90μm,80-83330-360干法|单喷嘴| 液态排渣激冷循性化1400-1600 2.04.0万源煤化航天炉灰分小于25%。二段干煤的灰熔点小于煤粉加1400-17003.0/4.01350C， 挥发分部大99|83300- -320|干法| 多喷嘴| 液 态排渣|废热激冷| 西安热工压气化1000-1200于25%，内水小于院炉非熔渣-熔中国煤化工北京达立渣分级1000-1500 4.0/6.5 灰熔点小于 1450C。> 83 .98 | 71-76350- -370YHCNMH G科l 气化炉(下转第160页)158|中国化工贸易China Chemical Trade 中国化工贸易第6卷第17期科研China Chemical Trade2014年6月中旬刊四、CaWO,纳米颗粒的荧光光谱表征制备得到了具有良好结晶性能的CaWO,纳米颗粒。图4为在120 C下反应时间分别为5min (a)，10min (b)，15min对一定温度下，不同反应时间制备的CaWO,纳米颗粒的结晶性与形(c)条件下制备CaWO,的室温荧光光谱图。如图所示，在相同的反应貌进行了研究，实验结果表明:随着反应时间的延长，纳米颗粒的结晶温度下，不同的反应时间所得产物CaWO,的发射峰具有相似的波形，在性越来越好， 且纳米颗粒粒径随着反应时间的延长而增大。激发波长为250 nm时，可以观察到波长为420 nm的发射峰。由图可见，该方法制备的CaWO,纳米颗粒有良好的发光性能，在激发波长为随着反应时间的延长，激发峰的峰值越来越高，这与样品的形貌变化和250 nm处得到发射波长为420 nm的发射峰,研究结果表明:随着时间的结晶度变化情况是一致的，随着反应时间的延长,所得样品颗粒越来越大，延长， 颗粒越来越大，纳米颗粒的结晶度增加，荧光强度增强。纳米颗粒的形貌对其荧光性能有一-定的影响， 颗粒越来越大，结晶性越来越好，发光性能越来越好，而且CaWO,的荧光主要是由wo,-中的电参考文献荷转移引起的因。姜泰勒效应引起四面体晶格变形，不同的反应时间引起tHe scHeelite type stuelJRare EartHs, 2009. 27 (4) : 569-573.了产物晶格对称性的变化，从而对其发光性能产生了影响"。[21 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B7-89; 1-1191(上接第156页)51李瑜.古新田，赵俊现等从木醋酸中制取嘴税的方法研究辽宁城市环境科技. 20010() Ssoly994.4 40(4): 429-433031. 杨华,木醋波对蔬菜种子发芽及其芽苗根茎生长作用的效果研究，辽宁城乡环境科技19.9161 许英梅，张秋民，张树彪等由木醋被制钙镁类环保型離雪剂研究大连理工大学学报，17(3): 78-802007， 47(4): 484-496141中凤善,鲁京兰,太俊哲.木醋波对水稻发芽生长的研究in延边大学农学学报, 2002, 24(1):171 鲁京兰,申凤善,李太元,等木醋液的提取及其抑菌效果川延边大学农学学报，2002., 24(1): 26-29151姜佰文，马立伟木酢多元叶面肥对水稻产量及抗病性的影响un东北农业大学学报, 2004,8| Sarocomostions andmetHods tor tHe teatment of aHle sotPusP 4296098. 1981-10 2035(2): 129-134191 Kanani Hirosai, SHin HirsakimetHld formanutatuing a Tonic compsitton forman and (06) 马承慧，杨国亭， 刘牧等，植物源杀虫剂及其木醋液混合被对油松毛虫的防治效果[IL东北林OtHer AnimalPIUS4069695. 197-11-11业大学学报，2008. 36(3): 76-77101 YosHimcio TPresent status of w∞od vinegar studies in Japan for agicultoral usageSpecial l7lmekbungwan A. YamaucHi K. 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