煤气化工艺清洁生产及环境保护分析

第6期(总第139期)煤化工No.6(Total No.139)2008年12月Coal Chemical IndustryDec. 2008煤气化工艺清洁生产及环境保护分析郭森周学双杜啸岩(国家环境保护部环境工程评估中心,北京100012)摘要简要介绍了固定床气化流化床气化、气流床气化等主要煤气化工艺,对不同煤气化工艺的清洁生产及环境保护水平进行了对比分析,指出确定煤气化工艺时,在考虑煤种适应性和合成气用途的同时,还应兼顾建设地区资源、能源以及环境承载能力等因素,注重生产过程资源回收利用和污染物控制,在提高生产效率的同时,提高媒炭资源的利用率,以实现经济最优化和清洁生产。.关键词煤气化清洁生产 环境保护文章编号:1005- 9598 (2008) -06-0013-04中圈分类 号:TQ54文献标识码:A清洁生产的实质就是在生产发展的过程中,坚持法主要有鲁奇固定层加压气化法、水煤浆加压气化法采用新工艺、新技术,通过对生产全过程的控制和资(德士古Texaco、多喷嘴对置式水煤浆气化、多元料源、能源的合理配置,最大限度地把原料转化为产品,浆气化)及干煤粉加压气化法(Shell、CSP)。把污染消灭在生产过程中,从而达到节能、降耗、减污、1.1 固定床气化增效的目的,实现经济建设和环境保护的协调发展。.固定床气化常见的类型有间歇式气化(UGI)和连煤气化是煤化工产业的龙头,为下游装置提供原续式气化(鲁奇Lurgi)2种。其中间歇式气化是20世.料气,大部分煤化工工艺如煤制甲醇、合成氨等都要.纪30年代开发成功的,投资少、容易操作,但气化率采用气化工艺将固态的原料煤转化为C0.H2和CO2等低、原料单一且能耗高,目前已属落后的技术。间歇制.气态物质,而后再进行相应的后续工艺,因此，根据煤.气过程中，大量吹风气排空，放空气体中含C0.CO2、.质特性,选择能够长周期稳定运转、工艺先进、清洁水.H2.HS、SO2、NOx及粉灰，煤气冷却洗涤塔排出的污水平高的煤气化技术是十分重要的,对于实现煤化工清含有焦油、酚类及氰化物,造成环境污染,国家发展和洁生产、建设环境友好、经济效益显著的新型煤化工改革委员会发改工业[2006]1350号“国家发展改革.产业基地将起到重要作用。委关于加强煤化工项目建设管理促进产业健康发展的通知"中,提出对于采用固定床间歇气化技术的煤1主要煤气化工艺介绍气化项目禁止核准或备案。1.2 流化床气化为了提高煤气化的气化效率和气化炉气化强度,流化床气化也叫沸腾床气化,它的气化过程是粉改善环境,实施节能减排,符合清洁生产要求,煤气化煤在反应器内呈流态化状态,在- -定温度、压力条件技术总的方向是气化压力由常压向中高压发展;气化下,与气化剂反应生成煤气。其主要优点是:生产强度原料向多样化发展;固态排渣向液态排渣发展。近年较固定床大;直接使用小颗粒碎煤为原料,适应采煤来,固态床气化、流化床气化、气流床气化等几种不同技术发展,避开了块煤供求矛盾;对煤种煤质的适应类型的煤气化技术均取得了较大的进展和较好的效性强,可利用如褐煤等高灰劣质煤作原料,流化床气果,以煤为原料的先进可靠具有商业化业绩的气化方化常见的类型有温克勒(Winkler)、灰熔聚(U-Gas)、循环流化床(CFB)、加压流化床(PFB)等。1.3中国煤化工收稿日期:2008-10-13作者简介:郭森(1981一 ),男,2003年毕业于北京航空iYHCNMH G粉2类,水煤浆类航天大学环境工程专业,2006年毕业于中国环境科学研究.以Texaco最具代表性，干煤粉类以Shell和GSP最院,获硕士学位,助理工程师,现从事环境影响评估工作。具代表性。前者是先将煤粉加水制成煤浆,用泵送入.一14煤化工2008年第6期气化炉,气化温度1 350"C~1 450C;后者是气化剂将有较大的兼容性,国际上已有多家单系列、大容量、加煤粉夹带人气化炉,在1 500C-1 700个高温下气化,压装置在运行,其清洁、高效代表着当今技术发展潮流。残渣以熔渣形式排出。它的气化过程是煤炭细粉粒在1.4 不同煤气化工艺对比分析反应器内呈高速运动状态,相当于流化技术领域里对主要针对目前国内采用较多的鲁奇(Lurgi)气化固体颗粒的“气流输送" ,习惯上称为气流床气化。炉、德士古(Texaco)气化炉、壳牌(Shell)气化炉、GSP气流床对煤种(姻煤、褐煤)、粒度、硫分、灰分都具气化炉进行分析对比 ,其主要工艺参数列于表1。表14种气化工艺主要参数比较工艺名称LurgiTexacoShe1lGSP气化工艺固定床.固态排渣气流床、液态排渣褐煤、次烟煤、烟适用煤种弱黏结性煤次烟煤、烟煤、油渣煤.无烟煤、油渣气化炉由旋转炉蓖顶部单喷嘴 ,热壁,耐火下部多喷嘴对喷,顶部单喷嘴,承压气化炉的特点和承压外壳组成,壳衬里，冷激流程(用于 .承压外壳内有水冷外壳内有水冷壁,体用水夹套保护,废IGCC时有废锅流程)壁,废锅流程,充分激冷流程， 由水冷锅流程回收废热产蒸汽壁回收少量蒸汽气化压力/MPa-3.04.0-6. 52.0~4.02.0-4.0气化温度/ C1 100-1 3001 300~1 4001 400-1 6001 400~1 600气化剂氧+蒸汽进料方式5mm~50mm煤60%-65%水煤浆于煤粉干煤粉单炉最大投煤量/ t.di7002 0002 500氧耗/m2+(1 00C0+H)+ 192-240380~430330~360330-340碳转化率/%99(包括副产品)96~98999冷煤气效率/% .85-89(包括副产品) 70-7678~83煤气中0+H2/%~65~80~90粗煤气组分复杂,CH,NH,等较简单贪量较商较长,需增加煤气水较短， 只需考虑酸性气较短，只需考虑酸较短,只需考 虑酸煤气净化流程分离、酚、氨回收等体脱除及根据原料气用性气体脱除及根据性气体脱除 及根.工序，回收焦油、粗途进行有效气体调配原料气用途进行有据原料气用途进酚、氨水副产品.效气体调配行有效气体调配废水产生量较大,成废水产生量较小， 成分废水产生量较小，废水产生与处理难易程度分复杂， 处理工艺较相对简单， 处理工艺较成分相对简单,处复杂容易理工艺较容易对水环境影响较大较低工艺技术先进性较先进工艺技术可靠性高一般投资比较较高设备国产化程度高,引进烧嘴、煤浆泵校低，引进气化炉较低,引进气化炉内件制造、安装周期.难度小难度大工程实施难度开车运行经验经验丰富经验少;经验少由表1可以看出,Lurgi .Texaco ,Shell和GSP这和S中国煤化工化率高、氧气消耗4种煤气化技术都是先进的技术，它们各有特点,界低,:MYHCNMHG是目前国内Lurgi.限并不十分明确,国内技术界也众说纷纭,通常根据Texaco(包括具有国内自主知识产权的多喷嘴对置式煤种、煤源的保证性及原料气的用途确定。GCSP 工艺水煤浆气化技术、多元料浆 气化技术)工艺工业化时2008年12月郭森等:煤气化工艺清洁生产及环境保护分析.15.间长,技术成熟、可靠,经验丰富。4种工艺各有优缺理,也能够满足环境保护要求。点,因此在工艺的选择上,应从实际情况和需要等方面来考虑。3环境保护和资 源综合利用分析.2煤气化清洁工艺分析不同气化工艺产生的污染物不同,污染治理难易程度也不同,但随着环境保护工作的日益严格,为更随着煤气化工艺技术的不断优化,其清洁生产水进一步适应国家提倡的节能减排新形势,各种合理有平也在不断提高,有效实现节能减排,主要体现在以.效的环境保护和资源综合利用措施正得到成功应用。下方面。3.1 Texaco、Shell、GSP气化工艺产生的废气主要为2.1无论固定床 Lurgi气化工艺，还是先进的气流.灰水系统闪蒸汽，收集起来送变换工段经汽提塔后,床(Texaco、Shell和GSP等)气化工艺,对煤种的适应.尾气可去硫回收装置处理。范围更广,高灰分、高硫分.粉煤、碎煤等劣质煤均能3.2 Lurgi气化工艺产生的废气源相对较多,主要为找到合适的气化工艺，再经过合理的煤气净化工艺，煤锁加煤排气,煤锁.灰锁泄压排气、煤气水分离膨胀将气体中的硫、氨等有害杂质脱除,达到后续生产工气煤气水处理汽提气,其中煤锁加煤排气可用氮气.艺要求。通过采用洁净的煤炭气化技术最大化利用资吹出高空排放;煤锁卸压气量较多,含CO2.CO.H2、CH、源,既提升了原煤产值,又控制污染物的产生。02.HS等,收集至气柜作燃料气使用;灰锁泄压时,有.2.2 当今先进的气化工艺是气化温度和压力都向着少量含尘水蒸气排出,洗涤除尘后排放;煤气水在分更高方向发展,Shell气化和GSP气化的碳转化率高离过程，会释放出溶解在水中的CO2.CO、H2、CH.H2S.达99%以上，煤气中有效气体(C0+H2)在90%以上,产HCN.NH,等气体组分,大部分为可燃成分,送气化火炬品气体更加洁净,基本不含焦油氰化物等杂质,甲烷烧掉,通过燃烧将有害气体转化为H20.CO2;煤气水处含量极低，所以气化灰水的COD .NH3-N等不是很高，理单元用高压蒸汽汽提脱除水中酚、氨.CN等成分,更容易实现达标治理与回用。产生一部分汽提气,直接将这部分气送回气化炉作气2.3 与早期开发的固定层常压间歇气化技术相比,化剂利用,不进人环境中。目前的煤气化技术均为加压气化,无大量的造气吹风3.3 Texaco .Shell、GSP 气化工艺产生的废水来源急气产生,仅有少量灰水系统的闪蒸汽产生,这股气体冷水、洗涤塔洗涤水以及渣池排出的细渣水,由于气送去后续的变换工段经汽提塔后,尾气可送到硫回收.化温度和压力都较高,基本不含焦油、氰化物等杂质，装置处理。甲烷含量极低,所以气化灰水中COD .NH5-N等含量不2.4设置热回收或废锅,回收气化中的热能副产蒸汽,是很高,废水较易治理,气化灰水通常采用投加絮凝在节能同时,也有效防止燃烧动力煤增加的污染。剂沉降、过滤法处理后,大部分回用,为防止系统中杂2.5 根据不同需求,采取相应的气体分离技术,将气质累积,将一定量的灰水排出系统送至污水处理站处化煤气中的多种成分合理利用。如采用鲁奇炉气化煤理，污水处理站多选择序批式生物反应器(SBR)或气中的甲烷含量高达百分之十几,为了达到后续化工A/0处理工艺,出水达标后外排。为进一步减少水的合成原料气要求，将甲烷分离出来副产液化天然气外排量,提高水的重复利用率,实现节能减排,目前一(LNG);对煤制油、煤制甲醇等气化工艺气中分离出大.些大型煤化工企业又投资增建中水回用装置,对循环.量的二氧化碳回收利用,作下游生产尿素原料,附近水系统排污水和污水处理站出水采取超滤、反渗透、有焦炉煤气制甲醇的装置，也可作为碳源进行补充,消毒等措施治理后,出水达回用水水质指标,最后送提高甲醇产量,减少甲醇合成弛放气的排放,既有利循环水系统作补充水,既节约水资源,又很大程度减.于充分利用资源,又有利于温室气体的减排。少废水外排量,对保护水体起到积极作用。.总体来说,Texaco、Shell和GSP气化工艺由于碳.3.4 加压固定床鲁奇炉气化产生的气化煤气水含转化率高,煤气中有效气体(CO+H2)成分较高,NH、CH4酚、氰氨焦油等相对较高.-般要设置煤气水分离、等杂质少,因此,能耗物耗低,污染物产生量也小,清酚、中国煤化工:焦油、氨、酚后,大洁生产工艺水平高;Lurgi气化工艺与这三种相比不部分|YHCNMHG有少量送后续污占优势,但工程中通过采用成熟的技术手段,针对其.水处理站进行治理,通常需采用A/0、A2/02、A/02等多.气化过程流失的资源及废气、废水等加以回收和处.级生化处理工艺,流程相对较长,投资和占地面积大，煤化工2008年第6期实际运行操作复杂,运行成本高,经处理后出水也能艺,该工艺产生的废水量相对较大,且水质复杂，氨氮达到预期的效果。等有害物高,处理成本相对较大,可能会对水环境造3.5气化过程产生的炉渣中因含有一定量的碳, 因成一定的影响。此外,近年来随着国内一些科研单位此可运到厂内的锅炉与煤掺烧，既充分利用了资源，和企业的努力,研发出具有国内自主知识产权的多喷又减少了废渣的排放量。掺烧后的炉灰渣、气化炉粗嘴对置式水煤浆气化技术、多元料浆气化技术和灰熔.渣和收集的飞灰等可作为建筑材料综合利用,如用于聚气化技术等，在工业化装置中都得到成功应用,并铺路或生产水泥等,充分回收利用了资源,提升产品且工艺过程中较好地贯彻了清洁生产与环境保护的.价值。要求，为我国今后的煤化工发展提供了良好技术条件,适用性更强,值得关注。4结语参考文献:在确定煤气化工艺技术路线时，不仅应根据煤[1] 陈广智,朱 疆.煤气化工艺的比较[J].中氮肥，种、灰熔融性温度等煤质特性及装置规模、产品链设2001, (1) :30-32.定和投资情况进行选择,同时也应从当地实际情况出[2]李大尚. GSP 技术是煤制合成气(或H2)工艺的最佳选发,兼顾煤炭资源、水资源等原辅材料与动力供应保择[J].煤化工, 2005, 33(3):1-6.证性和运输条件,以及环境承载能力等因素;在水环[3]滑体之.煤气化工艺技术的选撣[J].河南化工, 2005,境比较敏感地区建设，尽可能不选取Lurgi气化工22(9):1-4.Analysis on Clean Coal Gasification Process and Environmental ProtectionGuo Sen, Zhon Xueshuang and Du Xiaoyan(Environmental Engineering Assessment Center, National Environmental Protection Dept., Beijing 100012)Abstract It briefly describes some major coal gasifcation processes such as the fixed -bed gasification， fluidized-bed gasification, entrained flow gasification，etc.， and comparatively analyzes clean production and environmentalprotection of diferent coal gasification processes. When determining a coal gasification process, besides the varieties offeed coals as well as the application of product gas, the regional resources, energy and environmental bearing capacity ofthe project construction site shall also be considered, as well as the resource recovery and reutilization and pollutantcontrol during the production process. While improving the production efficiency, we should also improve the coalutilization so as to achieve economy optimization and clean production.Key words coal gasification, clean production, environmental protection，简讯●潞安集团16万t/a煤间接液化合成油示范装置成功出油2008年12月22日,潞安集团16万t/a煤基合成油示范项目成功出油,这是我国成功出油的第一- 套煤间接液化合成油示范装置。潞安煤制油示范项目是通过国家级项目招标确定的,位于潞安集团屯留煤-油循环经济园区内,于2006年2月奠基开工,2008年9月15日气化炉成功点火。该项目以具有我国自主知识产权的“煤基液体燃料合成浆态床工业化技术”为核心技术,包括了铁基浆态床和钴基固定床等先进的费-托合成,主要产品包括柴油、石蜡、石脑油.LPG及少量混合燃料醇。该项目是山西省和我国煤炭工业的一项举足轻重的示范工程,其成功出油标志着路安煤基合成油项目取得重大进展,对潞安集团调整产业结构、推进循环经济园区建设,对我国替代能“发展,均具有十分重.要的意义。项目发展规划为:该项目成功后，2009 年-2012年完成第中国煤化工，单套生产能力达40万t/a~60万t/a;2012 年-2015年完成第二个300万t/a产业化CN M H G成为具有强大竞争力和影响力的中国煤基合成油示范基地和生产基地。(全国煤化工信息站)