煤气化技术的进展与选择分析

第2期(总第165期)煤化工No.2(Total No.165)2013年4月Coal Chemical IndustryApr. 2013煤气化技术的进展与选择分析贺百廷(中国神华煤制油化工有限公司,北京100011)摘要简述了移动床(固定床)气化、流化床气化、气流床气化3种煤气化技术的进展, 主要从定性评价和定量评价两方面提出了对煤气化技术选择的建议,认为大型化是煤气化技术发展的方向;选择煤气化技术应坚持的原则是结合原料煤特点、项目规模、产品方案等实际情况,选择技术成熟、可靠且总成本最低的方案。关键词煤气化, 技术进展,选择文章编号:1005-9598 (2013) -02 008-04中图分类 号:TQ54文献标识码:A煤气化技术是现代煤化工的龙头技术，也是关键司(生产的合成气用作铁的直接还原剂)。技术之一,因此，了解各类煤气化技术及发展方向,就固态排渣鲁奇气化炉在国内外得到广泛使用,是煤气化技术选择进行探讨很有必要。因为其适应高灰、高水、高灰熔融性温度的煤。煤气中含体积分数10%左右的甲烷比较适合煤制天然气项1煤气化技术的分 类及发展目,投资也相对较低。这也是国内多数煤制天然气项目选择鲁奇炉的原因。其不足之处是:使用块煤、煤气1.1移动床( 固定床)气化水量大、煤气用于合成气时甲烷难以利用、副产品量移动床(固定床)气化分常压和加压两种。常压移:少时难以加工利用。动床气化技术,是最古老的气化技术。该技术在冶金、液态排渣BGL炉是固态排渣鲁奇炉的进一步发建材、机械等行业用于制取工业燃气,在中小型合成展,其特点是气化温度高,灰渣呈熔融态排出,碳转化氨厂用于制氢,曾在国内外得到广泛应用。尽管围绕率高,合成气质量较好,煤气化产生废水量小并且处原料煤(焦)、气化剂、炉型、工艺组合等对常压移动床理难度小,单炉生产能力同比提高。国内某厂已引进气化作了许多发展和完善,但该气化技术对原料要求该技术,目前已有商业运行的气化炉。由于人料粒度严格,单炉生产能力小，环境污染严重,能耗高。随着大，液态排渣,因此大型化存在一定风险。其他煤气化技术的不断发展与完善.该技术终将被淘1.2 流化床气化第一个工业化流化床煤气化炉是常压Winkler加压移动床(固定床)气化分固态排渣魯奇炉和炉,1926年在德国投人运转，以后各国共建有约70 .液态排渣BGL炉。在中国使用鲁奇炉的主要企业有:台，目前仍在运转的已不多。云南省解放军化肥厂、天脊煤化工集团公司(生产合在常压Winkler炉的基础上,通过提高气化温度成氨)、哈尔滨依兰煤气厂(生产城市煤气并联产甲和压力,开发成功了HTW炉,使气化炉大型化成为可醇)、河南省义马气化厂等。近几年来,新疆广汇、大能。其最大的示范装置是1996年完成技术设计的德唐新汶、庆华等公司选择鲁奇炉生产煤基天然气。在国IGCC项目,气化炉处理褐煤2 840 t/d,空气作气国外使用鲁奇炉的企业有:南非Sasol(生产合成燃化剂，合计发电367MW,发电总效率为45%。在褐煤利料和化学品)、美国Dakota气化公司(生产替代天然用项目上,建议关注该技术。气和合成氨原料气)、印度Jindal 钢铁与电力有限公恩德气化炉是在常压Winkler炉的基础上经过收稿日期:2012-12-27作者简介:贺百廷(1966- ), 男,河南,工程师,学士, 1988年毕业于中国矿业大学,现从事煤化工工程技术管理工作，E-mail : hebai ting@csclc. com。2013年4月贺百廷:煤气化技术的进展与选择分析-9改进形成的，已设计出单炉产粗煤气最大为40 000元料浆气化技术、清华大学开发的水冷壁水煤浆气化m/h的炉型。技术等。U-Gas气化炉采用灰熔聚排渣技术,1993年上海Texaco煤气化的第1套中试装置(投煤量15焦化厂引进该技术,该气化炉于2002年初停运。在此t/d)建在洛杉矶附近的Montebello, 这在煤气化发展基础上,开发出了SES气化系统。史上是一个重大开端。目前运行中最大的装置是美国1984年在南非SasolII厂建成了1套KRW装Tampa联合循环发电水煤浆气化装置,其单台气化炉置,气化炉处理煤1 200 t/d, 1987年实现工业化。投煤量为2 200 t/d。KBR公司开发的气化炉属于循环流化床加压气E-Gas气化技术是两段式水煤浆气化技术。采用化炉,目前该技术处于工业示范装置建设阶段,是针对该技术，目前运行最大装置应用在Wabash River IGCC褐煤利用开发的技术，流程配置专注于提高能源利用示范项目,单台气化炉投煤量为2500 t/d。据报道，效率,特别适合于IGCC项目。据报道，目前国内有两家韩国的1个煤制天然气项目采用了该技术。公司引进该技术。建议关注该技术的发展进程。由华东理工大学与兖矿集团联合开发的多喷嘴对由中国科学院山西煤化所开发的ICC灰熔聚气置式水煤浆气化技术，目前已转让了80多台气化炉。化炉，于2001年在陕西省城化股份有限公司进行了已运行的气化炉有22台(套),单炉最大投煤量为2 000100 t/d制合成气工业示范装置试验,累计运行8000h t/d, 在建或设计的气化炉有59台(套),单炉最大投以上,所产煤气满足合成氨生产需要。2009年投产的煤量为3000t/d。由于该气化炉容易放大，目前成为晋煤集团煤经甲醇制汽油项目也采用该技术，气化压在大型化方面最具优势的水煤浆气化炉。力0.6MPa。西北化工研究院开发成功了多元料浆气化技术，1.3气流床气化该技术在中小项目中具有较大优势。1.3.1干粉煤气化清华大学和山西丰喜肥业公司联合开发了清华最早实现工业化的气流床气化工艺当首推K-T炉。第一代清华炉采用耐火砖结构,分级给氧,约有炉(1952年),之后先后建设了77台炉子。20世纪8020余台气化炉建成运行或即将投运。新开发的二代年代后，随着第二代粉煤气化技术的工业化,K-T炉炉采用水冷壁结构,清华大学已经掌握水冷壁炉水煤已停止再建设。Krupp-Uhde公司开发了加压气流床气浆点火技术。二代清华炉技术与传统的水煤浆耐火砖化工艺简称Prenflo,用于在西班牙的Puertollano气化技术相比，单位有效气能耗.物耗基本不变,但减建设IGCC 示范厂，其单台气化炉投煤量为2600少 了耐火砖采购、筑炉费用,提高了年度运转时间,节t/d。Shell 公司开发了自己的煤气化工艺简称约了运行成本,同时煤种适应性更宽。SCGP，现已进人商业化运行。Shell 气化炉在国内也有许多用户，由于Shell气化炉废锅流程投资高，2煤气化技术的选择2011年2月Shell公司和惠生公司宣布联合开发混合气化技术(干粉底部激冷气化技术),如果该技术开煤气化技术的比选是项目业主的一项重要工作。发成功，结合Shell在干粉气化大型化方面的优势，一些煤化工项目建成并运转一段时间后 ,业主不得不在未来将会成为比较有竞争力的技术。根据已经建成的煤气化装置重新寻找和确定新的原GSP气化炉是一种下喷式加压气流床液态排渣料煤来源，甚至造成守着煤矿没有合适的煤可用要.气化炉,用直接水冷代替了余热回收锅炉。2010年底用其他地方合适煤炭的尴尬局面。越来越多的专业人建成的神华宁煤MTP项目,使用了5台GSP气化炉。士已经认识到煤气化技术选择的重要性,但是对煤气航天炉和GSP气化炉类似。2009 年10月,“HT-L化技术的选择方法缺乏清晰的认识。作者结合自己多航天粉煤加压气化技术”通过了由中国石油和化学工年的工作经验,提出如下煤气化技术选择的建议供参业协会组织的科技成果鉴定。目前在国内有许多用户,该技术更适于干粉气化的中小型项目。2.1定性评价1.3.2水煤浆煤气化定性评价包括的内容为:煤气化技术对项目原料具有代表性的技术有:GE (Texaco) 气化工艺、煤煤质及其波动的适应性、装置稳定操作的最低负荷E-Gas两段式水煤浆气化技术、中国自主开发的多喷与最高负荷、单台煤气化炉最大能力、煤气化炉放大嘴对置式水煤浆气化工艺、西北化工研究院开发的多潜力、业绩、气化炉可靠性指标、单台气化炉在线率指0-煤化工2013年第2期标环境影响数据专利商工程服务能力等。(1)单台气化炉可靠性指标(用%表示),计算公式2.1.1煤气化技 术对煤质及其波动的适应性如下:单台气化炉可靠性= (8 760-非计划年度停车对于水煤浆煤气化技术，应关注水煤浆浓度、煤时间)/8 760。灰含量灰熔融性温度等主要指标。水煤浆浓度是- -(2)单台气化炉在线率指标(用%表示),计算公式个非常重要的指标，-般要求质量分数在60%以上,如下:单台气化炉在线率= (8 760-计划年度停车时如果水煤浆浓度过低,将影响其经济性。对于干粉煤间-非计划年度停车时间)/8760=年度累计运行时气化技术，煤灰的黏温特性是一个非常重要的指标，间/8 760。它与气化炉水冷壁渣层特性具有很大的关联性,一般单台气化炉可靠性指标和单台气化炉在线率指希望黏温曲线比较平缓，以便气化炉的操作窗口较标是决定煤化工项目气化炉配置的重要数据,应尽可大,否则,厚度薄的渣层将缩短气化炉水冷壁的寿命，能从近几年运行的同类型工厂中收集原始数据,然后厚度厚的渣层将容易造成堵渣,严重时要停炉处理。通过计算进行比较。有的专利商提供的数据时间段偏对于干粉煤气化废锅流程,飞灰的黏污指数是- -个重短,不具有代表性。要指标,如果形不成大颗粒飞灰,严重时将堵塞气体2.1.7环境影响数据通道,需停炉处理。另外,均匀的原料煤是保证--体化以采用不同技术的煤气化岛所排放的固、液、气现代煤化工装置连续、稳定运行的重要条件,由于煤数量和组成数据为基础,计算每种技术的污染物排放炭品质的不均匀性,现代煤气化技术要求最好对原料总量,然后进行比较。如对固体排放物进行毒物评价,煤进行均质化，而均质化又受到场地和操作成本的限对液体排放物计算其COD指标，对气体排放物计算制。因此,希望选定的煤气化技术能适应特定的原料其固体颗粒、硫化物和氮化物等。煤并对煤质波动有较强的适应性。2. 1.8专利商工程服务能力2.1.2装置稳定操作的最低负荷 与最高负荷专利商工程服务能力指煤气化技术专利商在工当煤气化装置只有1台气化炉时，事故情况下程设计阶段及施工、试车、正常运行阶段,对其专利技(不影响气化炉的低负荷运行),煤气化装置的低负荷术的支持能力和客户的满意程度。运行对上下游装置的连续操作非常重要,事故处理完2.2定量评价毕后,系统恢复到正常负荷所需的时间就会很短。煤首先确定气化技术方案的比较范围,一般包括:原气化装置有多台气化炉时，即使1台气化炉停运,整料制备、气化、变换、低温甲醇洗、制冷、硫回收等;其次个系统也可以不中断。估算比较范围内的投资。对于空分,分两种情况进行比2.1.3单台煤气化炉最大能力较:(1)考虑其投资时,则要考虑公用工程,尤其是蒸汽单位时间单台气化炉生产合成气(一氧化碳+氢消耗;(2)如果不考虑其投资,则要计算产品氧气、氨气气)的标准体积,用m/h表示。有的专利商用每天处消耗。理的煤炭量来表示，在煤质差异很大的情况下,单位基于比较范围内的物料平衡、燃料平衡、水平衡、时间单台气化炉生产合成气(一氧化碳+氢气)的标蒸汽平衡,确定比较范围内的物料及公用工程消耗数准体积相差较大，尤其是对于不同的煤气化技术,比据。对于公用工程消耗数据,要考虑蒸汽透平机的进较的基准不是很科学。汽和冷凝液的不同。不同的气化方案对全厂的锅炉系2.1.4煤气化炉放大潜力统、污水处理系统的投资也会有影响。一般情况下，一个项 目从开始做前期工作到执行基于投资和消耗数据、价格假设体系,计算两种阶段，都有一个时间段,尤其是大项目,常常需要几年方案的净现值及净现值差。该计算结果是选择煤气化的时间,在这段时间内，也许具有竞争力的某项煤气技术的重要依据。化技术的发展会上一个新台阶。因此，关注具有放大2.3 商务条款评价潜力的煤气化技术，也为项目选择合适的煤气化技主要对技术许可协议的商务条款进行评价,该评术多了一个比较的方案。价结果作为选择煤气化技术的参考。2.1.5业绩2.4 商务价格评价将商业规模已在运行的和已经签署许可证协议在估算方案投资时,如果使用总投资数据,商务的气化炉台数和总产气量作为评价业绩的标准。价格可不作为单独的评价内容。如果使用工程费用，2.1.6气化炉可靠性指标 单台气化炉在线率指标商务价格要单独进行评价。2013年4月贺百廷:煤气化技术的进展与选择分析11 -进展;对于水煤浆气化,建议关注投煤量3 000 t/d多论喷嘴对置式水煤浆气化技术的进展。3.2选择技术成熟、可靠,总成本最低的方案是煤气3.1大型化是煤气化技 术发展的方向。对于固定床化技术选择应坚持的原则。在进行煤气化技术比选气化,建议关注气化炉在单炉负荷、气化压力、炉径扩时，一定要结合煤气化技术的发展方向、项目规模、产大等方面的进展;对于流化床气化,建议关注HTW和品要求、原料煤特点的实际,首先选出能够使用的煤KBR气化炉的进展;对于干粉气流床气化,建议关注气化技术,然后进行技术、商务评价,以便选择出在项.Shell公司和惠生公司联合开发的混合气化技术的目的生命周期内,总成本最低的煤气化技术方案。Progress of the Coal Gasification Technologies and Their SelectionsHe Baiting(China Shenhua Coal to Liquid and Chemical Co., Ltd., Bejjing 100011, China)Abstract The progress of the three coal gasification technologies, namely moving bed (ixed bed), fluidized bed andentrained-flow bed technologies were introduced in brief. It stated that the seletion of the aforementioned coal gasificationtechnologies should go through qualitative and quantaive evaluations, and such a selection should be based on the prin-ciple whether the technology was proven, reliable and low in the total construction cost.Key words coal gasification ，technology progress, selection(上接第69页)Cause of the Leakage of the Nitric Acid Tail Gas Heater and Its RemedyZhao Duo(Henan Shenma Nylon Chemical Co., Ltd, Pingdingshan Henan 467013, China)Abstract The cause of the leakage of the nitric acid tail gas heater in Henan Shenma Nylon Chemical Co., Ltd. wasanalyzed in terms of equipment structure, parameter control, tube blockage and process operation, and appropriate mea-sures had been taken, which included pefecting the structural design of the equipment, controlling strictly inlet tempera-ture of the tail gas heater, regulating the management of the platinum flter cartidge, etc. Those remedies helped extendthe service cycle of the nitrie acid tail gas heater and ensure safe and stable operation of whole nitric acid unit.Key words nitric acid, tail gas heater, leakage●简讯●中国合成氨行业概况通过近30年的发展,我国合成氨工业获得了长足的发展,已经形成具有一定规模生产能力,生产配置相对完善的重要化工行业。目前,我国合成氨工业发展的主要特点有:(1)我国合成氨产量居世界第一,但国内产能过剩情况较为突出2011 年,全国合成氨产量超过5 300万t,氮肥产量超过4 100万t(折纯氮),均约占世界总产量的三分之一。据统计,近年来我国氮肥产能- - 直保持10%以上的年均增速,合成氨产量平均增速为4. 43%。伴随着我国氦肥产能的迅速扩张,国内氮肥需求的增长速度略显迟缓。从1998 年开始,我国尿素市场已由供不应求转变为供需基本平衡,继而又转变为供过于求。2011 年,我国农业消费尿素4 050万t,工业消费尿素1 050万t,尿素总消费量5100万t,产能过剩1 500万t左右。(2)我国合成氨企业以中小型煤头企业为主,但产能产量主要集中在大中型企业中。2011年,我国合成氨生产企业共有394家,其中煤头企业300余家,合成氨产量约占总产量的75%;气头企业70余家,合成氨产量约占总产量的24%;油头企业2家,合成氨产量约占总产量的1%。从企业规模来看,在我国现有合成氨生产企业中,单厂产量大于18 万t的企业数量约为24%,产量占全国总产量的65%;小于18万t的企业数量约为76%,产量占全国总产量的35%。可见我国的合成氨工业仍以中小型企业为主,但产能产量主要集中在大型企业中。我国以煤为原料的合成氨生产企业主要集中在河南河北、山东、江苏、安徽等地，以天然气为原料的企业主要集中在四川、重庆、新疆等地。(摘自《合成氨工业污染防治技术政策>编制说明(征求意见稿)