粉煤气化技术及应用开发

山东化工SHANDONC CHEMICAL INDUSTRY2009年第38卷l生产与应用粉煤气化技术及应用开发王亚(山东鲁南化工科技有限公司,山东滕州,277527)摘要:介绍s国内外粉煤气化技术,以及由我国自主开发的粉煤加压气化工艺。关键词:气化I艺;粉媒气化;应用中图分类号:T0511.6文献标识码:A文章编号:1008 -021X(2009)10 -0022 -04Reviewon on Pulverized Coad Gaification Technology and Application DevelopmentWANG Ya .(Sandong Lunan Chemical Industry Technology Co. , Ld. ,Tenghou 277527 ,China)Abstract :This text introduced the technology of entrained - flow pressured pulverized coal gasification onthe world, as well as by our self - developed pressurized coal gasification process.Key words :gasification technology ; pulverized coal gasification; application煤气化是煤经过不完全燃烧转化为合成气、燃Shell是荷兰的一家国际石油公司,上世纪50料气的技术。气化炉内,煤与水、蒸汽或CO2作用年代就开始从事气化技术的开发,当时是以重油为转化为合成气燃料气。煤中所含矿物质(灰)转化原料,该公司在这方面积累了丰富的经验,如今已有成灰渣,硫转化为硫化氢,经净化脱除生成硫或进一140多套装置散布在世界各地。70年代的时候，它步转化成硫酸，氮(包括氯)转化为N2、NH,(HCl)，与原西 德Krupp - Koppers公司着手联合开发Shell经净化脱除。清洁气体可以作为城市煤气、发电用- Koppers气化工艺。该工艺在K-T炉的基础上，燃料气,也可以用来生产化工产品(如合成氨、甲醇采用密封斗法加料装置,密相气力输送,水冷壁结等)和清洁发动机用燃料(如氢、汽油、柴油、醚、醇构,中试取得了良好的效果。后来又在此基础上分燃料等)。别开发了SCGP两项工艺。煤气化技术按发展的进程又分为第- - 代炉和第1.2 Shell 气化炉结构二代炉,第- -代炉中,今天仍然具有较大生命力的是SCGP煤气化炉主要由内筒和外筒两部分构Lurgi固定床加压煤气化技术, Winker流化床粉煤技成,气化炉内简上部为燃烧室,下部为激冷室,煤粉术,以及基于此的恩德粉煤气化技术。而以粉煤干及氧气、水蒸汽在燃烧室内反应,气化温度为1400法进料为特点的Shell、Prenflo、GSP是第二代工艺中~1700C ,气化压力为2. 0~4.0MPa。为了避免高.最为优秀的代表,这类工艺具有高温、加压、纯氧气温气体 熔渣的腐蚀、冲刷以及开停车产生应力对材化,密相气力输送粉煤,液态排渣的特点,冷煤气效料的破坏而导致气化炉无法长周期运行,Shell 气化率高,煤种适应性广,碳转化率高,操作的自动化程炉内简采用水冷壁结构,仅在向火面有一层薄的耐度高,生产能力大,煤气品质好,环境污染小;具有很火材料(SiC)涂层,正常操作时依靠挂在水冷壁上强的优势,估计是今后煤气化发展的主要方向。的熔中国煤化工抗渣)。气化炉内1SCGP工艺.筒0HCN M HC)氮气,内筒仅承.1 Shell - Koppers 气化工艺受微小压左。与一般的气化炉个同，Shell 气化炉采收稿日期:2009-07-21作者简介:王亚( 1971-) ,山东枣庄人,大学本科毕业,副总经理,工程师,从事煤化工技术研究开发。.第10期王亚: 粉煤气化技术及应用开发●23.用侧壁烧嘴,由4~8个烧嘴呈对称分布,并且可根比,千粉加料的Prenflo冷煤气效率要高3 ~ 10% ,而据气化炉能力进行调节,调节的范围很大。煤气中的有效成分Co + H2也要高出约10% ,另外1.3 Shell工艺流程Prenflo气化法的氧耗相对也较低,显示了该气化方原煤经过粉碎,研磨,75%的粒径小于100μm,法的优越性用热的惰性气体干燥至水含量小于2% ,经常压煤2.2 Prenflo 气化炉仓和加压煤仓,通过加压的惰性气体(氮气)密相气Prenfo气化炉本质上与Shell气化炉是- -致的，力输送(100~500kg/m')到气化炉,以95%以上的Prenfo也是使用的水冷壁结构,但其水冷壁为盘纯氧为气化剂，煤粉、氧气、水蒸汽在燃烧室内反应。管,Shell为立管管排。独特的地方是Prenflo 集气化气化炉设置(4 ~8)个烧嘴，因此负荷具有极大的可室和合成气的冷却室于一身,气化炉内含氮气较调节性,加强了混合,煤粉、氧气和水蒸汽充分接触,Shell多。煤粉,富氧,蒸汽从气化炉子下半部的地延长了煤粉在炉内的停留时间,碳转化率高。根据方分两个喷嘴喷进去,在气化室内完成气化过程,气.煤的性质(反应活性,灰熔融性,粘结性,机械强度,化温度在1600C以上,在气化炉出口用已净化好的结渣性)-般把气化温度定为1400 ~ 1700C。在如合成气来激冷粗煤气,将煤气温度降至800C左右。此高的温度下,灰份迅速熔化，粗煤气中含少量的碳合成气的热能在表面蒸发器中得到回收,表面蒸发和相当量的熔融灰,在冷煤气的激冷作用下，飞灰冷器面积较大处于炉子上部,炉底用激冷水来激冷。却下沉炉底,部分飞灰沿水冷壁的耐火衬里下流,通Prenflo 气化与Shell气化的主要差异是用纯度过锁斗而排出。这种初次净化的粗煤气,进人废热为85%的氧气代替Shell气化中纯度为95%的氧气锅炉系统,使煤气中的显热进- -步 得到利用,最后煤作为气化剂,借以减少制O2系统用电的消耗。但是气进入除尘，脱硫,脱盐和水洗系统,进行相关的净它也带来了三个副作用,即:①冷煤气效率低,为76化处理。~78%;②02的消耗量由Shell 气化的0. 95kg/1.4 Shell 技术国内动态1kgMAF增加到1. 15kg/lkgMAF ;③蒸汽耗量略有增鉴于Shell技术的优越性，国内湖南洞庭，湖北加。双环,广西柳化、,安徽安庆等地共计19家企业引进2.3 Prenflo 气化流程了Shell煤粉气化技术,用于化工合成或氮肥的生原料煤经过破碎和磨煤机磨过后,用高温惰性产。但其巨额的专利费令许多中小企业无法承受。气体干燥,控制烟煤的含水量小于2% ,90%的煤粉另外由于Shell煤粉气化技术是废热锅炉流程不是粒度小于100um ;褐煤的含水量小于6% ,75%的煤激冷流程,同时由于合成气中含有3~5%的氮气，粉粒度小于100um。合格的煤粉用纯氮气进行输适合用来发电,用来生产甲醇不太适合,Shell 煤粉送,由自动闸门储料器系统将粉煤自旋风过滤器送气化技术没有生产化工产品的经验。因此国内不应至常压进料斗,再把煤粉导人加压罐,从加压罐引出盲目引进Shell煤粉气化技术。两根输煤管分别送至气化炉两端对称的喷嘴中,这2 Prenflo 工艺是对Shell - Koppers的- -大改进。2. 1Prenflo气化工艺从气化炉炉底排出的熔融态渣在水槽中冷却使Krupp - Uhde 公司于1986年在德国之成为固体颗粒,然后经碎渣机破碎后经锁斗排出。Furstenhausen建设了一套48t/d 的示范装置,定名粗煤气在气化室出口要经过冷煤气激冷,使粗煤气为Prenflo气化法,1986年8月投入运行,同年12月中的熔融颗粒变成固态颗粒。用旋风分离器分离粗生产出首批煤气。建立该试验装置是为了评价煤气中90%的飞灰，分离出来的飞灰经锁斗排出。Prenfo气化炉的运转性能并研究不同煤种的气化冷却至约250C的粗煤气进入陶瓷过滤器进- -步除特性,1986 ~ 1987年期间累计运行1920h,最长连续尘后,再进文丘里洗涤器冷却除尘,粗煤气含尘量保运行247h。其后继续试验,至1988年底,运行了证在1mg/m'以下,然后进人脱硫系统,先对有机硫7000多小时。碳转化率高达99%以上,热效率达COS中国煤化工月MEDA法吸收煤95%左右。通过多次试验,证明该型气化炉几乎可气中|YHCN MH C人克劳斯工艺处以气化任何煤种。与湿法加料的Texaco 气化法相理并得到硫磺。其中的部分冷煤气作冷却之用。当山东化工●24●SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2009年第38卷然也可以不设置废热锅炉,以节约投资。担了国家"十五"科技攻关课题"粉煤加压气化制备3 GSP工艺合成气新技术研究与开发" .成功建设并运行了具3.1 GSP 气化工艺有自主知识产权的粉煤加压气化中试装置,工艺指原民主德国- -直致力于煤炭综合利用的研究开标达到了世界先进水平,在我国煤气化技术发展史发工作,为进一步开发褐煤及其它煤种的气化工艺，上也具有重大而深远的意义。黑水泵煤气联合企业在1983 年建成- -套大型试验粉煤加压气化工艺包含5个子系统,即磨煤千装置,取名为GSP工艺.气化装置投煤量为30/d。燥、粉煤给料与超浓相输送、气化及初步净化、渣水当年完成了灰熔点1485C的褐煤的气化试验。90处理和公用工程。年代早期,试验了许多煤种和其它进料方式。开发中试装置经过设备完善与流程改造,成功制备GSP气化工艺的BBP ( Babcock Borsig Power) 的出合格煤粉,成功进行了粉煤低压高位输送、高料位Freiberg研发中心拥有2套气流床气化炉试验装置高压下卸料输送、高压下粉煤循环输送等系统的试(3~ 5MW,煤100 ~ 300kg/h,建于1979年;6 ~验,成功进行了中试装置化工投料。摸索出了适合10MW,煤300 ~ 600kg/h,建于1994~ 1998年),已本装置特点的给料罐和气化炉压差,实现了计算机气化80多种有代表性的气化原料:30多种不同的联锁控制系统升压和降压操作,实现了任意开停一煤.25种污泥和20种残液等。对烧嘴以满足不同的工况要求,实现了系统在运行3.2 GSP 气化流程压力下的连投。原料煤经过破碎和磨煤机磨过后,用高温惰性粉煤加压气化工艺是以粉煤和纯氧为原料,采用气体干燥,两个粉煤加锁斗交替装人粉煤,并使工作气流床反应器,在高温( > 1000C)、高压( > 3.压力升到4MPa进入称重给料器,粉煤以密相状态0MPa)、非催化条件下进行部分氧化反应,生成以一输人气化炉。液态或污泥状气化原料则可用泵送至氧化碳和氢气为有效成分的粗合成气。该工艺采用喷嘴。气化原料与气化剂经喷嘴同时喷入气化炉内自主知识产权技术。进行反应。然后在高温( 1200 ~ 1700C)、高压(2.54.2 粉煤加压气化中试工艺流程~ 3.0MPa)下发生气化反应。热的粗煤气和熔渣一原煤除杂后经磨煤机粉碎,用高温低压氮气千起通过反应室底部的排渣口进人激冷室。激冷后的燥,制备出合格的煤粉。用低压氮气将煤粉输送至粗煤气去洗涤系统,固化成玻璃状的渣粒通过锁斗加压料仓中,然后用高压氮气输送,通过喷嘴与纯系统排出,溢流出的激冷水送至污水处理系统。氧蒸汽-起进入气化炉。在高温高压下进行气化GSP气化技术作为--种新的干粉煤气化技术，反应。出气化炉的高温合成气经激冷、洗涤后并人兼有shell气化和德士古气化的许多优点,投资几乎造气半水煤气管线。熔融灰渣在气化炉激冷室中被是shell气化的-半,不用备炉,年检修费用少(主要激冷固化,经锁斗系统排出。洗涤塔出来的黑水经是没有耐火材料的更换费用及烧嘴的使用时间大于过二级闪蒸,水蒸汽及一部分溶解的酸性气CO2、8000h),可以适应灰熔融性温度更高的煤。H2S等被迅速闪蒸出来,经冷凝分离后与气化分厂3.3 GSP 气化在国内的应用的酸性气一并处理,闪蒸黑水经冷却后排人气化分兖矿集团贵州能化集团已经跟GSP公司达成厂的污水处理系统。合作意向,准备采用GSP炉制气,结合国内自主研4.3中试试验结果发的最先进的煤粉研磨干燥系统及水煤浆粗煤气净冷煤气效率83%，比氧耗约293Nm'O2/化和黑水处理技术,既降低投资又降低了引进消化1000Nm'(CO +H2),比煤耗约523kg/1000Nm* ( CO技术的风险，目前,该装置正在建设中。+ H2) ,有效气(CO + H)成分约90% (水煤浆气化4国 内粉煤加压气化技术研究为约81%),碳转化率约99% (水煤浆气化为约4.1粉煤加压气化工艺 .95%) ;与水煤浆气化相比,比氧耗下降约15%,比依托多喷嘴对置式水煤浆中试气化炉,华东理煤耗i中国煤化工上先进的气流床工大学、水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心气化CHCNMHG(兖矿鲁南化肥厂)、中国天辰化学工程公司共同承4.4 2004 年，我国目主研发的粉煤加压气化技术第10期王亚: 粉煤气化技术及应用开发.25.中试装置顺利通过专家验收,得到了专家们的高度喷嘴的设计寿命可保证达到两年,气化装置可以长评价。主要结论如下:周期运行。(I)煤种适应范围较水煤浆气化更宽,避开了(6)工艺操作采用先进的控制系统,自动化程制浆方面的限制;度高。利用专有的计算机控制技术可使工艺操作处(2)气化炉负荷调节范围大,调节方便;于最佳状态下运行。(3)工艺技术指标先进,有效气成分89~5.2存在的问题93% ,碳转化率98 ~99% ,比氧耗300 ~ 320Nm202/粉煤气化技术有它的优势,但也存在劣势,实际1000Nm'(CO + H2),比煤耗530 ~ 540kg煤/应用少,大规模用于化学合成较少，导致经验不足;1000Nm'(CO + H2),冷煤气效率≥84% ,达到国际同时由于制粉系统复杂,煤粉粒度小，规模较大致使先进水平。设备投资也大。由于煤粉粒度小、干燥,安全性差，(4)工程技术上易于放大,操作安全,适用于大气化压力受输送过程的压力限制,很难 和某些化学规模煤气化装置。工艺直接衔接。.4.5中科院山西煤化所多年来- 直致力于开发粉6结论煤气化技术。该中心开发的常压和加压灰熔聚流化粉煤加压气化技术符合国家的产业政策和长远床粉煤气化制合成气工业示范装置已成功运行和应规划,是国家大力发展的洁净煤技术之- ,符合"三用,形成了具有自主知识产权的适合我国煤炭特点法"(《环境保护法》,<节能法》,《煤炭法》) ,净化环.的系列煤气化技术,可满足我国高效、洁净煤炭利用境,节约能源,提高能源利用率,使我国的煤炭转化的需求,标志着灰熔聚流化床粉煤气化技术在大型技术达到一个新的水平。化、工程化方面取得的又一重大进展。据悉,天津碱(1)可以节约大量的能源。用于整体气化联合厂、平煤集团飞行化工公司、太化股份公司合成氨分循环发电( ICCC)使热效率在45%左右,使煤炭利.公司山西潞化公司等企业已经采用该技术用于生用率大大提高。产合成氨和甲醇原料气。(2)符合越来越苛刻的环保要求。国家对环境5粉煤气化的特 点及普遍存在的问题保护非常重视，既要用煤,又要减少污染,这是当前5.1粉煤加压 气化技术特点如下所要解决的一大课题。但由于我国煤气化生产工艺(1)对原料煤的适应性广。可气化褐煤、烟煤、相对落后,每年排放到大气中的粉尘、氮化物硫化无烟煤及石油焦。对煤的反应活性几乎没有要求,物分别达550万t.150万t、500万t。为了走可持续对高灰熔点高灰分、高水分、高含硫量的煤种同样发展的道路避免重复发达国家的先污染后治理的也适应。恶性循环,国家制定法规加大环保力度,并从1999(2)氧耗和煤耗低。与湿法进料的水煤浆气化年1月1日起对硫化物、氮化物的排放严格限制,严工艺相比较，氧气消耗降低16 ~25% ,单位重量的厉处罚超标准排放,并逐步限制高硫煤的开采。因原料煤可以多产生6~ 10%的合成气,有效气体成此应用新的煤气化技术,对于提高我国环保整体水份(CO + H2)高达90%。平非常必要和急迫(3)碳转化率高,可达99% ,气化炉排出的熔渣我国煤气化的技术改造已是刻不容缓,煤气化为玻璃状的颗粒,对环境没有污染。气化污水中不技术需要得到一个跨越式的发展。技术的引进,消含酚、氰、焦油等有害物质,容易处理,可做到零排化，吸收,推广有个过程。不能全面依靠引进技术，放。脱离引进、落后、再引进、再落后的发展道路,发展具(4)安全可靠,运行费用低。壳牌气化工艺的有自主知识产权的煤气化技术是必经之路。煤粉气气化炉-般采用水冷璧结构,以渣抗渣,无昂贵的耐'化技术我们才起步不久，这项从无到有的新技术必火砖衬里,使运行费用降低，气化炉运行更加安全可定还有一-个探索与积累的过程。但是,作为煤炭大靠。国,我们必须立足自主产权的煤粉气化技术。(5)单台气化炉生产能力大。目前已投入运行的气化炉操作压力3. OMPa,日处理煤量2000壳中国煤化工比技术及应用开发牌(Shel)气化工艺可采用多喷嘴加料(4~8只)，[J].YHCNMHG25.)