HYGAS 气化技术及应用分析

2016年5月燃料与化工第47卷第3期Fuel & Chemieal Processes29HYGAS气化技术及应用分析李保顺孟洪君(甘肃宏汇能源化工有限公司,嘉峪关735100)摘要: 介绍了HYGAS气化技术的工艺流程、技术特点和性能指标等,并对其工业应用领域进行分析。分析表明，其煤种适应性宽,碳转化效率高，物耗能耗低，较适用于以煤制合成气和IGCC的方式,可对包括褐煤在内的低阶煤进行处理利用。关键词: HYGAS; 气化;低阶煤;应用分析中图分类号: TQ522.6文献标识码: A文章编号: 1001-3709 (2016) 03-0029-04HYGAS gasification technology and application analysisLi Baoshun Meng Hongjun ( Gansu Honghui Energy Chemical Co ., Ltd, Jiayuguan 735100 ,China )Abstract: This paper introduces the process flow ,technical features and performance indexes of HYGAS gasification technology and analyzes its industrial application . Analysis shows that this technolo-gy is suitable for a broad range of coals ,and it has the advantages of high efficiency in carbon conver -sion and low material and energy consumption.It is suitable to treat low rank coal including lignitecoal in the way of coal gasification and IGCC.Key words: HYGAS; Gasification; Low rank coal ; Application analysisHYCAS气化技术是由美国燃气技术研究院向如图1所示，与常规气化技术基本相似，主要不同(GTI)研发的针对于煤及生物质对象的气化技术,之处如下。被列为高收率高玉煤制天然气和合成气的美国国家褐煤、烟煤、次烟煤、半焦储备技术。HYGAS气化技术属高压流化床煤制合f 煤粉/煤浆制备一备煤系统液化+液化天然气成气技术,采用煤粉/煤浆或其他含碳物质为气化原料,以纯氧和水蒸汽为气化剂,通过专有的HYGAS合成气.+加压天然气空分系统多级高效气化炉,对含碳物质进行部分氧化反应,生粉↑|净化系统I PSA制氢+工业氢气产以CO、H2、CO2和CH为主要成分的粗合成气。煤HYGAS气化技术于20世纪60年代初完成实验室HYGAS- 一分离冷却一F-T合成 柴油”(化系统石脑油研发,1971年建成半工业性示范装置，80 年代初完HYGAS气化系统流程HYGAS气化产品气延续加工方向成商业化装置基础设计。2012年，GTI授权上海尧兴投资管理有限公司,在全球对其拥有的HYCAS图1 HYGAS 气化系统流程及产品气延续加工方向多级流化床气化技术和中国高压多级流化床反应器1)煤种适应性强，可处理褐煤、烟煤、次烟煤、(HYGAS气化炉)专利技术，进行技术转让、授权使半焦等多种原料,包括高硫/高灰/高内水/高灰熔点用许可和技术推广。的劣质煤和低阶煤。2)可采用煤粉、碎煤、水煤浆、油煤浆等多种原1 HYGAS 气化技术流程料进料方式。1.1 HYGAS 气化系统流程及产品气延续加工方向3)根据不同建设和工艺条件，模块式气化工艺HYCAS技术的系统流程及产品气延续加工方可进行灵活组合。收稿日期: 2016-04-11燃料与化工_May. 201630Fuel & Chemical ProcessesVol.47 No.31.2 HYGAS 气化炉工作流程，道进人气化炉低温加氢裂解段,在550~650C进行HYGAS气化炉由干燥热解低温加氢裂解、高中低温加氢裂解,生成热解气和芳烃产品。温加氢裂解、纯氧气化4个功能段构成，大体结构及4)低温加氢裂解段的半焦沿输送管道进人气各功能段的主要化学反应见图2,其主要工作流程化炉高温加氢裂解段,在800~950C进行中高温加如下。氢裂解，同时发生部分甲烷化反应。1)褐煤、烟煤、次烟煤、半焦等原料煤破碎成5)高温加氢裂解段生成的半焦沿输送管道进<6mm碎煤(褐煤等低阶煤需经预处理脱除外水)人气化炉纯氧气化段,在900~1050°C进行纯氧气后,配制成油煤浆。化反应(欠氧反应)。2)煤浆用泵送人气化炉干燥热解段,在260~6)纯氧气化段生成的合成气为第2、3段反应360C左右进行低温干燥热解,脱除内水,脱出的内提供氢源和热量,最后在第1段与粗煤气- -起排出，水以水蒸汽形式随粗煤气排出。去往净化工段。3)干燥热解段的低温干燥热解半焦沿输送管p合成气出口煤浆入口分离干燥旋风湿煤-脱水.世洲热处理。煤浆溶刻平发。气态芳烃:器热解段煤一一挥发分H、co, CH、CHH. NH, HS等)+芳烃(CH C且等)+半焦低温加氢」+H裂解裂解段.“半焦-挥发分H，Co. CH、CHH NH. HLS等)+轻质芳烃(C.H. CH、CH,OH等)+车.....+H.裂解半焦一+挥发分H. co, CH等)+轻质芳烃(CH、CH等)+半焦高温加氢裂解段C+HO∞∞+HCO+H,O一H+CO,C+2H,一CH,Co+ 3H一CH,+HO1 纯氧化段纯氧厂C+0,=CO2CO:+C≌c C+2H, 一CH,气化剂入口一灰渣出口气化段L C+HO∞C0+H,CO+H2O∞H+CO,*...液化气入口一图2 HYGAS 多级高压气化炉工作机理示意图千标方有效气人炉煤耗比鲁奇、BGL. KBR气化技术2 HYGAS 气化技术主要性能指标低10%。氧气消耗110~ 210m',比水煤浆气化低HYGAS技术通常采用<6mm的碎煤配制成油50%,比干煤粉气化低30%。采用固态排渣,水消煤浆作为入炉原料,用于煤制天然气项目时，综合碳耗比水煤浆和干煤粉激冷流程少60%。HYGAS 技转化率可达98%以上,冷煤气收率可达85%- 90%。术处理不同煤种时 气化炉运行参数见表1。表1 HYGAS气化炉处理不同煤种的运行参数煤种某褐煤某次烟煤某烟煤某无烟煤某山西无烟煤灰分/w1%7.319. 498.9526.7218.40水分/w1%33.9321.3S10.37.282.67挥发分/wI%27. 1632. 6436.7112. 9312.78灰熔点/C .1 390(DT)>1 350(DT)干基热值/(k小kg')23 96026 83530 12626 92329 355碳转换率/%97.07.04.894.7氧耗(折合C0 +H2)/(m'.1 000m3)119.9114.5117.5125.1煤耗(人炉)折合(C0+H2)/(1.1 00 )0. 8870.6730. 5450.4870. 465蒸汽消耗/(1.1 00m3 )折合(C0+H2)0. 4060. 3810.3740. 3680. 404:煤(入炉)当量甲烷产量/(m'. t282371459513372016年5月燃料与化工第47卷第3期Fuel & Chemical Processes31济技术开发区建设224万t/a褐煤综合利用示范项3 HYGAS 技术工业化应用情况目的一期144万t(干基)/a工程,该工程褐煤加工3.1国外工 业化应用情况所采用的工艺即为HYGAS多级高效流化床气化技1971年,美国芝加哥建成半工业性HYGAS气术。其气化装置为2台7. 0MPa、投煤量2400t/d化试验工厂，气化炉内径1. 71m,投煤量72t/d,气化(干基)的HYGAS褐煤气化炉。该工程预计2017压力7. 24MPa。1971- -1980 年，试验工厂以不同的年4月投料试车。褐煤烟煤、次烟煤半无烟煤多个煤种的原煤和洗4在低阶煤气化项目中的应用分析;煤为原料,进行了长达10年(共约10 963h)、投煤量25 963t的运行试验。随后,完成了商业化装置基目前,我国低阶煤的利用主要有煤炭直接液化础设计,但由于能源政策变更，国外至今尚无完全工和煤气化方式。目前已推广应用的气化技术有鲁业化运行装置。奇BGL、水煤浆等。表2给出了HYGAS气化技术3.2国内工业化应用情况与上述气化技术综合比较。兴安盟诚泰能源化工有限公司正在乌兰浩特经表2 HYGAS 气化技术与其他气化技术的综合对比序号项目鲁奇BGL .HYCAS水煤浆1床层形式固定床移动床或固定床流化床气流床进料方式干法(块煤)干法(碎煤)干法排渣形式固态排渣液态排渣干式排渣适用煤种次烟煤、褐煤、无烟煤、不黏煤褐煤、次烟煤褐煤、次烟煤、烟煤、半焦次烟煤、烟煤煤的粒度/mm25 ~505~ 50<6<0.5气化压力/MPa2.5~4.02. 5~4.03.0~8.02. 8~8.7气化温度/C1 000~ I 200I 400~1 700<1 1001 200~1 500气化剂空气/氧气氧气+蒸汽氧气对环境影响中低10千标方有效气氧耗/m3180~ 220190~ 250.110~210380 ~ 430碳转化率)6998冷煤气效率785-9070~78单炉投煤能力/( d-I)9501 2003 0002 000气化炉结构水夹套耐火衬里耐火衬里.耐火衬里或水冷璧国产化水平关键设备引进国产化率较高6制造安装工程实施难度小对比而言，HYGAS气化技术在应用于低阶煤气既避免了鲁奇法对块煤的限制,也无需设置水煤浆化时,具有如下特点和优势。法中的煤粉磨细系统,可节省相应设备投资。1)煤种适应性广。HYCAS气化技术为相对低3)气化效率高,单炉产气量大,粗合成气中甲烷温( <1 050C)气化和固态排渣的技术,对煤灰熔点含量高。由于HYGAS气化压力可以高达8.5MPa,气的高低没有任何限制。同时通过设置除黏装置,可化炉单炉投煤量可达2000~7 000v/d,单炉产气量以完全消除各类煤不同程度的黏结性以保证人炉煤可达到15万m'/h(干气)以上,碳的转化率可达到不会在蒸汽氧气化过程中熔结灰渣。因此,同样处95%以上。用于煤制天然气项目时，根据终端产品理低阶煤, HYGAS气化在处理高水、高硫、高灰熔点的需要以及煤种、操作工况的不同,干煤气中的甲烷和具有一定黏结性的煤时,更具优势。含量可达到23%~ 39% ,使得后续变换、净化、甲烷2)进料方式独特。与其他干煤粉或水煤浆气化装置配置小，能大幅节省后续装置投资,与其他气化炉不同，HYGAS原料煤粉采用与其副产的轻质化技术同类装置相比,全系统建设投资约低15%。油品混合成油煤浆的方式，通过高压煤浆泵将煤粉4)副产焦油质量好。由于HYGAS多级流化床(光仅三....、左金￥不与/化心的工品批zEL1而与化且左宣工气化久生下:;壮行立片的列轻丘六小燃料与化工_May. 201632Fuel & Chemieal ProcessesVol.47 No.3且在热解过程中伴随有部分中低温加氢反应,相比表3 HYGAS 与干粉气流床废锅流程IGCC项目指标对比于高温干馏焦油和半焦副产焦油, HYGAS气化副产两段干粉气流床气化炉:HYGAS焦油的比重较轻,轻质芳烃的含量高沥青质少，后气化压力/MPaG2.94.2续焦油加工处理相对便利。收到基进煤量(含水14.0% )/TPD2 246氧耗/(m.时)40 97920 3715在IGCC项目中的应用分析.蒸汽耗/(kg hr')50 244碳转化率/%>9997.0与传统的干粉气流床气化技术相比, HYCAS技燃气透平发电/MW171.1蒸汽透平发电/MW110.6 !96.9术在应用于IGCC项目时具有如下优势。总发电/MW281.7268.01)可突破煤种限制。干粉气流床气化技术通空分耗电/MW6.2氮压机耗电/MW24.1常以烟煤为原料,对煤的灰分含量、灰熔点及黏结性其他耗电/MW16.5有要求。采用HYGAS气化技术时，可用价格较低总耗电/MW53.046.8净发电/MW228.7221.2的高灰劣质煤、褐煤等低阶煤。废锅产饱和蒸汽/(1 h-l)7(02)运行更稳定。用气流床气化技术的IGCC芳烃副产/(kg h')6363比氧耗[折合(C0 + H2)]/(m'. km~3 )292发电项目,进人燃烧室的合成气热值低,存在着透平比蒸汽耗[折合[C0+ H2)]/(kg. km-3 ;N/A336叶片冷却不足,单个叶片承担载荷易超过允许值及比煤耗[干基折合(C0 + H2)]/(kg km3 )52938压气机喘振等危险,对燃气轮机系统的改造难度较能源转换效率/%41.947.0大,并且运行不稳定。而用HYGAS气化技术的蒸汽发电锅炉C蒸汽轮机IGCC发电项目,进燃烧室的合成气热值高(甲烷含蒸汽|量高) ,燃气轮机的压气机、透平及燃烧室的通流部汽废热锅炒门期气。分构造简单,并且运行可靠。HYGAS气化奶 冷却洗泽一+MDEA- +燃气轮机- 发电3)环境友好。HYGAS气化炉能消耗有机废空分[芳烃回收硫回收水，实现有机废水的零排放,对环境更友好。4)效率高，综合经济效益好。用HYGAS气化图3 HYGAS 气化技术IGCC项目流程简图技术的IGCC发电项目，发电(能源转化)效率可达结语47%,比气流床高约5%以上。并且可以联产高附加值的轻质芳烃,综合经济效益较高。1) HYGAS 高压多级流化床气化技术,与鲁奇、5)投资省,运行经济性优。采用HYGAS气化BGL、水煤浆等技术相比,理论上具有煤种适应广、技术的IGCC发电项目,由于气化装置投资低气化效率高、投资省、收益高.环境友好等优势,但目前尚用氧量低、空分装置规模小。使用富氢燃机技术、变缺乏大型工业化项目运行业绩验证和支撑。换单元规模小等优势,相对与气流床气化技术的2) HYGAS高压多级流化床气化技术应用于低IGCC发电项目,能大幅降低项目投资。再考虑二氧阶煤气化和IGCC项目时,理论技术经济指标优于化碳减排,以及气化联产芳烃收益,项目运行的经济传统气化技术和气流床废锅流程。性优于超超临界火力发电项目。3)基于资源结构和能源政策,HYGAS高压多采用HYGAS气化技术的IGCC项目流程见级流化床气化技术在低阶煤清洁高效利用方面,具图3 ,其与干粉气流床废锅流程IGCC项目主要指标有应用前景。对比见表3。张晓林编辑