选择先进适用的煤气化技术研讨

2006年8月Aug.2006第29卷第4期Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol, 29 No, 4选择先进适用的煤气化技术研讨王志华江苏灵谷化工有限公司江苏宜兴214203)摘要概述几种先进煤气化技术的主要特点研讨如何选择先进煤气化技术,确保化工装置长周期稳定运仃关键词煤气化技术特点选择中图分类号:Q113.24文献标识码:文章编号:002-578X2006040264-041石油危机引发能源结构的调整——先进煤气煤液化项目即煤转化为油也有几个大型工化技术应运而生程在建包括直接液化和间接液化。除了新建裝从20世纪70年代第一次石油危机开始,人置之外,一些原来使用油品为原料的化肥厂、化工们逐渐认识到能源对世界经济的稳定和社会发展厂正在采用新型煤气化技术改造原料路线甚至的巨大制约作用。由于伊拉克战争的爆发,近3有的天然气为原料的装置也在进行煤气化改造。年来石油的价格不断上涨。如何改变人类依赖石油和天然气延缓石油和天然气资源的枯竭以2应用最多的几种先进煤气化技术及寻求新的能源是世界各国都在致力研究的课2.1德士古( Texaco)水煤浆气化技术题。随着科学技术不断的发展,到目前为止,已德士古水煤浆气化技术是我国应用最早的先经开发了一系列的新型能源技术和节能技术。新进技术,目前投产裝置最多工程经验最丰富,它型煤气化技术有以下共同点改变了传统的、已的投资相对较低全部设备均可国产化由于该技经沿用了近一个世纪的常压煤气化技术气化压术把固态的煤制成了可以泵送的液态水煤浆水力已经提高到4.0~8.0MPa,可以大幅度降低后煤浆不仅可以像重油那样直接作为燃料,也可作续加工工序的能耗;大幅度的提高了煤炭的利为气化原料,而且很容易将气化压力提到4.0~用率,节约煤炭资源,碳的转化率可从70%8.0MPa甚至更高,可以比其他煤气化技术更大80%提高到94%~99%煤气化与新兴的粗煤幅度的节约合成气的压缩功耗气加工技术相结合实现了把绝大部分对环境有水煤浆气化技术也有它的弱点:①对煤质有害的物质进行脱除并且回收利用定要求煤的灰熔点不能太高、成浆性要好等在这种形势下,我国的能源结构也在发生深②水煤浆气化技术比干粉煤气化技术的消耗要高刻的变化。如何利用好煤炭作为主要能源和化工些,煤浆中含有约35%的水,这部分水在气化原料已经形成共识以新型煤气化装置为龙头大过程中也要被汽化温度升到1350~1400℃经过批以煤为原料的化肥、甲醇和其他化工装置以及激冷部分有效能损失了。因而其氧气消耗和原煤液化项目正在热火朝天的兴建之中,其中甲醇中国煤化工高出约10%~15%不仅可以作为燃料而且还可以通过MTO和MTPCNMHG技术生产乙烯和丙烯。这些原来由石油为原料叹稿日期2006-04-10作者简介汪王志华男1944年生江苏宜兴人1967年北京化的产品开始实现以煤为原料大大降低了乙烯和工学院无机化工系毕业教授级高级工程师曾任洞庭氮肥厂总丙烯的生产成本,已经在石油化工史上引发了工程师现任江苏灵谷化工有限公司总工程师。联系电话510场新的革命。此外还可生产清洁燃料DME等87126022E-mailwzh569(@126.come第4期王志华,选择先进适用的煤气化技术研讨265其有效气CO+H)只能达到80%左右碳的转化壳之间留有600~800mm的环形检修空间因而率只能达到96%左右1,气化炉为热壁炉,热损承压外壳直径较大壁厚也较厚造价较高日处失较大懲气化炉内壁衬耐火砖限制了炉温的提理2000煤的气化炉外径约4.6m,重量约6521高并且在运行时容易受到煤浆气流的冲刷、侵蚀合成气冷却器质量约420t,陶瓷过滤器外壳的直而损坏维修工作量较大德士古气化技术的煤径达6.8m重量约280t。由此可见,这些设备庞浆烧嘴容易损坏,~2个月就要检査检修。由于大运输较困难。②煤粉输送给料系统的设计也以上原因,一定程度上限制了水煤浆气化技术的很复杂,开工和运行比较困难。③由于上述的复应用。杂和庞大使得气化装置投资相对大很多。2.2壳牌( Shell凇粉煤气化技术2.3德国未来能源公司粉煤气化技术(GSP)壳牌(Shel)粉煤气化技术是20世纪90年代德国未来能源公司推出的GsP气化技术,气中期开始推广的,它采用直列管膜式水冷壁化炉的水冷壁( Cooling screen)为多螺旋盘管型〔 Cooling Wal〕在气化炉的下部成对布置煤粉烧采用顶部设置煤粉喷嘴炉顶的高温防护设计简嘴煤粉、氧气和蒸汽均由烧嘴喷λ炉内,气化温单可靠,GSP气化炉的水冷壁和压力外壳之间有度可高达1500~1700℃,气化炉的水冷壁内壁上一层隔热保温层水冷壁和压力外壳之间没有空凃有10~15mm厚的耐高温碳化硅涂料,当炉內间因而气化炉的承压外壳直径较小造价较低高温熔渣飞溅到温度只有250~350℃的水冷壁的运输容易碳化硅涂层上时迅速凝结成固态渣随着固态渣GSP气化炉的反应条件与壳牌炉几乎一样。层的增厚熔渣不能再继续凝固而顺着固态渣壁在水冷壁的内表面上也涂有-一层耐高温的碳化硅往下流直到流经气化炉的下部岀渣口进入激冷涂层利用开车时在水冷壁上凝固而形成的渣来渣池溶渣经水急冷后进λ锁渣罐然后排岀气化保护气化炉壁也是以渣抗渣。装置。这就是壳牌干粉煤气化的以渣抗渣利用由于GSP气化炉的反应条件几乎和壳牌气开车时形成的凝固的渣来保护气化炉壁。生成的化炉一样所以生成的合成气成分也与壳牌炉的合成气从气化炉上部出口处被经冷却到约300℃成分几乎一样。GSP气化炉采用与 Texaco相似的的循环合成气激冷到00℃,经过输送导管进入激冷流程粗合成气从炉底和熔渣一起流入激冷合成气冷却器回收热量产生蒸汽然后粗合成气室被激冷水激冷粗合成气从激冷室的侧面引出,经过陶瓷过滤器干法除去大部分渣尘最后经过经过两级文丘里洗涤除尘再经分离器或洗涤器水洗涤使含尘量≤1×10-6后送往变换装置。洗涤后使含尘量≤1×10-6后送往下游变换装由于是干粉煤气流床转化在使用一定质量置原料煤时在正常工艺条件下,有效合成气(CO+1984年德国未来能源公司在德国黑水泵厂H2)可达到90%左右碳的转化率(如果采用飞灰( Schwarze Pumps)建成了能力为130Mw(相当于循环的情况下最高可达99%190kt合成氨气量肭的GSP气化炉,使用煤作为原由于气化温度高对煤种有较强的适应性但料运行了5年后改成了使用液体废料等作原料。是如果煤的灰分含量太高单位合成气的氧气消但是德国未来能源公司的研究和试验工作一直没耗和煤消耗将会升高。灰分含量太低时(通常认有停止,1996年在未来能源公司总部又建设了为低于5%~7%)气化炉壁上就不容易挂渣,这套5MW的工业示范装置2001年在英国 Middles时就要在原料煤中加入高灰分含量的煤或采用返 brough建成了30MW的液体废物GSP气化炉回部分飞灰的办法以维持水冷壁的渣层保护气2005年在捷克 Vresova建成140MW的煤焦油GSP化炉。中国煤化工壳牌(Shl)粉煤气化技术的缺点:①气化炉、2CNMH〔气化炉技术2合成气冷却器和干法除尘系统很复杂炉体下部二段加压气流床粉煤气化炉技术由西安热工煤粉烧嘴及点火烧嘴要穿进直立的水冷壁,使得硏究院和西安交大联合开发也是干粉煤气化气气化炉结构复杂顶部激冷管的设置和合成气冷化炉的下段温度约为1500℃所产生的髙温气流却器也很复杂制造难度大加之水冷壁和压力外向上流动到上部反应室时再一次喷入煤粉发生2006年第29卷第2次反应温度降低到约900℃℃,离开反应室到1)要按照所用的原料煤来选择技术如果原热回收装置,不需要激冷循环气压缩机。该技术料煤的热值较高灰熔点低于1200~1250℃·灰分比 Shelk GSP肢术更先进投资也会比Sh础ll气化含量较低例如≤15%)而且溶渣的流动性较好炉低已经通过了实验室一系列的试验研究并且那么这3种技术均可选用。已经建成中试装置。该气化炉拥有完全自主的知Shell技术的技术指标最先进但是投资要高识产权希望中试运行正常尽快能建设大型工业很多,系统要复杂得多;GsP技术的指标要略低示范装置于 Shell技术,主要是Shel技术回收废热产生蒸汽而GSP没有回收蒸汽但是GSP离开气化界区3She煤气化技术和GsP气化技术的比较的工艺气中的水蒸气含量高于Shel也就是在下l)GsP气化技术与壳牌气化技术的主要不游的变换装裝置中GSP添加的蒸汽较少。同点是粉计量给料的方式不相同,GSP气化在如果原料煤的灰熔点高于1350℃测则最好不加压煤粉给料仓的底部设置有特殊的搅拌器使要选择水煤浆气化,尽管可以添加助熔剂来降低得进料区域的煤粉呈流化状态通过浸入式管道灰熔点但是添加助熔剂后很可能会给黑水处理将煤粉从上部压入气化炉而 Shell气化技术的煤甚至整个气化系统带来麻烦粉进料方式则不同,它在加压煤粉给料仓的底部2)选择能够长周期稳定运转的煤气化技术设置有煤粉拾料器,用氮气将拾料器中的煤粉吹是十分重要的。煤气化装置仅仅是一个原料头,进烧嘴在去烧嘴的煤粉进料管道上设置有吹扫供下游的合成氨、甲醇、DME和近年开发MO、阀门冂可以通过松弛装置将煤粉返回常压煤粉仓。MTP以及为石油化工装置提供纯氢产品这些下2)GSP气化炉采用多螺旋水冷壁( Cooling游装置往往投资很大工艺流程复杂如果煤气化Screen),而壳牌气化炉采用直立管式水冷壁装置不能实现长周期运转或者年运转率较低就Cooling Wall会造成巨大的损失3)GSP气化炉水冷壁和承压外壳之间衬有德士古气化装置由于烧嘴使用周期不长,必保温砖而壳牌气化炉水冷壁和承压外壳之间没须要设置备用炉有了备用炉容易实现化工装置有保温砖但留有供检查和检修之用的约800mm的长周期运行和高运转率。GSP气化技术目前正的环形空间在我国推广由于该技术气化炉的投资与德士古4) Shell煤气化技术采用较低温度的循环合相近建议在大型化工装置也应设置备用炉例如成气将炉顶出口的高温合成气激冷到约900℃℃,两开一备但是最优的方案应是设计成2台炉子经回收热量后用陶瓷过滤器干法除尘洏GSP气正常开2台,一旦其中1台需要检修时另1台炉化技术采用的是与 Texaco相似的水激冷技术经子可提高负荷运行,保证下游化工装置的连续运激冷后的煤渣从锁渣罐排岀这部分的工艺和设行虽然是建设2台GSP气化炉但是,总的投资备结构与 Texaco气化炉的结构相似。也没有废大约只有1台同样能力的 Shell气化炉50%热锅炉副产蒸汽但是通过激冷合成气中的水蒸60%。Shel气化炉所需投资大,如果设置备用炉气(在该温度和压力下是饱和状态或者设计2台炉运行则可能会出现投资成本和总之,SP气化炉和 Texaco气化炉结构都较效益不成比例的情况简单大部分材料采用的是普通材料。Shel气化煤气化装置运行情况是我国大部分中小化炉结构复杂,高档材料用得较多,所以G$P气化肥裝置的常压气化炉都是台数较多,几台气化炉炉和 Texaco气化炉的造价大约只有壳牌气化炉轮流检修的50%中国煤化工装置的连续运转天数CNMHG大多数化工企业高运先进适用煤气化技术的选择转率的要求从图1的曲线可以看出其7a的运Texaco水煤浆气化、Shel干粉煤气化和GSP转率很难达到90%。作为发电厂,问题不大因干粉煤气化这3种煤气化技术都是先进的技术,为电网的容量很大停下若干发电机组对电网都它们各有特点选择时应从以下几个方面考虑不会造成大的影响。第4期王志华,选择先进适用的煤气化技术研讨267气化装置运转率保证She煤气化装置的长周期运行和高运转率的有效方法。IGCC发电装置运转率3)要量力而行根据本单位的实际情况选择先进适用的煤气化技术。参考文献图1某大型工业示范装置近8a实际运转率Carbon Conversion Percent( Based on Shenfu Coal )from Texaco目前我国在建的 Shell煤气化装置大约有14套其中至少有4套装置在2006年将陆续开工投2 Xu Shisen. A Two-stages pressured Entrained flow Gasifier.Rl第产。因此在建设和开工过程中,定要寻求如何三届2005中国国际煤炭大会DISCUSSIONS ON SELECTING SUITABLE ADVANCEDCOAL GASIFICATION TECHNOLOGYWang Zhihua( Jiangsu Linggu Chemical Co., Lid., Yixing 214203)Abstract Outlines the main characteristics of several advanced coal gasification technologiesand discusses how to select advanced coal gasification technology to ensure long term stable operationof chemical plaKey words ' coal gasification technology characteristics select四川建设六大特色产业化工基地四川省境內有丰富的天然气、硫铁矿、磷矿、盐卤、钛、锰、钒等化工资源和煤炭、水、电等能源优势,发展化工产业具有得天独厚的条件。目前四川省已规划到2010年四川化工产业的总产值将达到700亿元在全国排名进入前8位把四川建设成为国内重要的现代化工基地。为了实现这一目标四川省将依托化工资源优势抓好五大化工产业链和建设六大各具特色的产业集群和化工基地。五大化工产业链是以石灰石、盐卤、电力等资源为支撑的盐化工产业链以天然气为支撑的天然气化工产业链以钛、硫、磷矿产资源为攴撑的硫磷钛嫁接产业链以芢硝矿资源为攴撑的芒硝产业链以及以大乙烯为依托的石油化工产业链。规划建设的六大特色产业化工基地是以天然气化工产品为重点的川南天然气化工基地。该基地建设在位于川、滇、黔、渝四省市结合部的泸州化工城,以泸天化集团、天华股份、火炬集团、鑫福化工等企业为主体重点发展天然气和碳一化工、氯碱、羧甲基纤维素等系列产品以精细化工和特色化工产品为重点的川西北精细化工基地。该基地包括德阳、遂宁等地以龙蟒集团、金路集团、宏达集团、蓥峰公司、华拓科技、亭江科技等企业为主体重点发展磷酸盐等传统化工产品和芳纶纤维、聚苯硫醚的新型化工材料③以氯碱化工产品为重点的川南盐化工基地。该基地包括宜宾、自贡、乐山等市组成的川南三角经济区发展电石、两碱、聚氯乙烯等化工产品以元明粉为重点的川西北芒硝化工基地。该基地覆盖成都矿产经济区主要发展元明粉及其深加工产H中国煤化工发展区;以大乙烯为重点的成都石油化工基地。该基地以彭州市800k/a4CNMHG经圣、丁二烯、聚乙烯、乙醇、双酚A、顺丁橡胶、丙烯酸及酯等石化产品;⑥以天然气开发和加工为重点的川东天然气化工基地。该基地以达州市为中心将以开发天然气来带动化工产业重点发展合成氨、尿素、复合肥、甲醇、二甲醚的化工产业链,目前已有法国道达尔、香港玖源、香港明伦、星星能源、齐鲁石化、川化控股等多家国内外知名企业入驻汪家铭