煤气化工艺技术比较

设计与计算CFHI TECHNOLOGY10.3969/j.issn.1673- 3355.2011.02.003煤气化工艺技术比较李宇航'，马玉红2摘要:介绍典型的煤气化工艺对原煤具体要求、煤气用途及消耗指标，对操作条件及工艺特点进行详细比较。关键词:煤气化;固定床;流化床;汽流床中图分类号: TQ54文献标识码: B文章编号: 1673- -3355 (2011) 02 -0003-03Technical Analysis of Gas Gaification Process Li Yuhang, Ma YuhongAbstract: This article introduces the specific requirement for raw coal in typical gas gasification process, application of gasKey words: gas gasification; fixed bed; fluidized bed; steam-flow bed煤气化技术的开发始于20世纪30年代，现煤、不黏煤、弱黏煤、部分中黏煤和气煤、贫煤、已形成多种大规模煤气化工艺技术。主要有固定大部分年老的褐煤等等都适用。床、流化床和气流床等等。(2)流化床气化各种煤气化工艺对原料煤的品质均有一定要.流化床气化炉的特点是煤从上部或下部加入气求，采用不同工艺所获得的煤气成分也各不相同,化炉，而气化介质从下部吹人，使大部分煤粒悬浮而且能量转化效率、环境影响程度等差别很大,在密相区，床层位置基本不变，煤的停留时间也较所以在选择煤气化工艺时，需要综合考虑不同工短。因此，要求原料煤粒度在1~ 10 mm范围以内，艺技术的特点及适宜煤种、煤气用途、消耗指标、过大的颗粒会沉落炉底导致反应不完全，太小的颗操作条件等因素。粒又容易被气流携带迅速到达出口而来不及反应。为了提高操作温度要求灰熔点ST要高。而为防止1工艺特性及适宜煤种煤颗粒在密相区黏结在- -起结成大块沉落炉底，黏结性要低，对强黏性煤需要预处理破黏。由于煤颗(1) 固定床气化固定床用原煤一- 般采用6~13 mm、13~25 mm、粒停留时间较短，炉内温度较低(一 .般900~1 00025~50 mm或50~ 100 mm的粒级煤(其粒级范围依C，灰熔聚反应区可达1300 C)，颗粒又不像气流其所用煤类不同而异)，以保证床层的孔隙率。具床那么小，只有反应活性好的煤才容易反应完全。流化床可气化含灰30%~50%的高灰煤,- 般要求体要求包括煤的反应性好以提高反应速度;要具人炉煤水分低于10%，水分过大会使较小的颗粒有一定抗碎强度，保证煤在运输及从加煤机落到容易粘结堵塞以至于无法输送，而且干燥和气化所炉内时不能摔碎而影响透气性;要有- .定热稳定需耗热较多。性，以免在炉内遇热爆裂;要拥有不黏性或弱黏因此，流化床能气化的煤种包括部分烟煤、长性，防止气化时干馏层产生胶质结焦;固态排灰焰煤、不黏煤、弱黏煤以及部分褐煤。时灰熔点ST要大于1 200 C (液态排渣法除外)，(3) 气流床气化以利用提高操作温度。因此，对固定床而言，大部分无烟煤、长焰气流床气化炉的特点是干粉或水煤浆和气化介中国煤化工1.一重大连加氢核电事业部采购部助理工程师，辽宁大连1161132.一重大连设计研究院有限公司高级工程师，辽宁大连16600MHCNMH G2011年第2期(总140期)7zji@chi.omCFHI.一重技术| 设计与计算质一起从喷嘴中喷出，因速度较大，能很快穿过炉成民用燃气或煤制天然气。膛，所以反应速度很快、停留时间很短、操作温度(4)常 压流化床气化炉较高。因此原料适应性较广。常压流化床气化炉受其用煤条件的限制，只有对水煤浆气化技术而言，最佳黏度应为15~40少数煤可供使用，而且由于气化效率较低，灰渣含Pa.S,灰分含量最好13%以下，哈氏可磨性指数在碳量较高，所以只适于购煤成本较低的用户。当不50~60以上，氯含量不宜过高。- -般水煤浆黏度都富氧生产时，其煤气热值较低，可供加热温度要求大于60%。适用煤种包括长焰煤、不黏煤、弱黏不高的用户，如冶金、焦炉等做燃料气。当加热温煤、气煤等，而大多数褐煤、瘦煤、贫煤、无烟煤度要求较高时，可采用富氧气化法以获得较高热值等很难使用。的煤气;当富氧浓度大于80%时，煤气中CO+H2干粉进料技术可气化几乎所有煤种，其灰分一含量较高，可用作中小型化肥厂和化工厂生产合成般要求低于15%~20%，流动温度最好低于氨、甲醇的原料气。1450C，此外，还要求耐磨指数高，干燥和气力输但常压流化床气化炉有一个例外，即灰熔聚流送性能好，灰渣黏温特性适宜等，进炉煤粉- -般含化床气化炉，由于其炉内高温区温度高达1 300水应小于2%，褐煤应小于6%。C，既扩大了煤种适用范围，也提高了气化效率,灰渣含碳量也明显降低。2煤气特点及用途(5)加压气流床气化炉主要用于大中型化肥、煤化工、煤制油、煤制(1) 常压固定床煤气发生炉常压固定床煤气发生炉生产的煤气虽然热值较天然气生产或IGCC发电。其中水煤浆气化炉因为低，但用空气和水蒸汽作为气化剂能够连续制气，其水煤浆进料的特点，在使用煤种方面限制较多，气化效率较高，可利用煤种较多，建站成本及制气用户面较窄，而干粉气化炉由于所有煤种均可使成本低，开停车及负荷调节方便，不必设置气柜;用，而且气化效率更高，所以应用面更宽。煤气组成中CO含量较高，燃烧时火焰均匀、火焰3消耗指标及操作条件长度长，非常适合做燃料气。因此广泛应用于机械加工、轧钢、陶瓷、玻璃、化工、炼焦、有色金属消耗指标通常指根据工艺要求将每单位质量原等领域，可满足加热温度在1500C以下的工业需煤完全气化所需要其它必须介质的消耗量，操作条求。对加热温度要求较高的场合，可通过富氧气化件指保证气化反应能顺利进行所需的气压及温度要法获得热值较高的煤气。求(见表1~表6)。(2) 常压固定床水煤气炉常压固定床水煤气炉生产的煤气在仅用空气和4工艺比较水蒸汽气化的条件下就能获得很高的CO+H2组分,(1)固定床技术由于主气化层建立在灰熔融的非常适合中小化肥厂做生产合成氨的原料气，也可高温区附近，煤在炉内停留时间长，气化剂在炉内以作为加热温度较高的燃料气使用。但由于是间歇制气，所以必须设置气柜，气化效率较低、制气成表1国内外加压 固定床气化炉工艺主要消耗指标本较高。用作燃料气时，因H2含量高，火焰较短、项目焦炭无烟煤烟煤褐煤燃烧速度较快、华白指数高，燃烧效果不是很好。氧气(m'/kg) 0.18-0.22 0.18~0.24 0.15~0.19 0.13-0.16(3)鲁奇加压气化炉蒸汽(kg/kg) 1.2-1.41.2-1.61.1~1.40.9~1.鲁奇加压气化炉由于可采用较小粒度的块煤表2灰熔聚流化床气化炉工 艺主要消耗指标(低黏结性)气化，制气成本较水煤气炉低。而且页数由于采用氧气和水蒸汽加压气化，煤气中CO+H2较高，单台炉产气量较大，可用于大中型化肥厂及新鲜水(v)0.88煤化工厂做原料气;因煤气中甲烷含量高，使煤气电(kWh/)28.2热值较高，通过变换和甲烷化进一步提高煤气热蒸汽(1)中国煤化工值，并采取措施降低煤气中CO含量后，就可以制氧气(Nm'/)MYHCNMH G-82011年第2期(总140期).5@ch.com.设计与计算CFHI TECHNOLOGY表3Shell气化工艺典型主要消耗指标表4国内外加压固定床气化炉操作条件数值项目焦炭无烟煤烟煤褐煤气化压力(MPa2.2-2.4 2.4-2.82.0~2.41.8-2.7原料煤(水分<2% )(kg/)1576.2气化温度(C)1150 1150 1001100 950-1152氧气(99.6% )(m2/)806.3炉顶温度(C)400-500 400-500350-450280-350高压氮气(7.2 MPa，80 C)(m'/)338.7灰渣温度(C)260280250225中压氮气(5.2 MPa，40C)(m24)212.2人炉水蒸汽温度(C) 40~450 400~450 380~450 350 ~420低压氨气(0.6 MPa，40 C)( m/t)219.0表5灰熔聚流化床气化炉工艺主要 操作条件新鲜水()0.操作条件脱盐水(U/)2.气化压力(MPa)0.5>-1.5高压工艺水(5 MPa, 95 C)(U)0.11050-1100循环水(01=8 C) )(vI)14.1 .表6 Shell气化工艺典型操作条件电(6/0.38 kV )(kW~106.2低压饱和蒸汽(kg/)467.32.2~2.4副产中压饱和蒸汽(kg/1)- 1396.41400-1600的气流速度低，产生吹风蓄热及上、下吹轮番制大，具有规模适中、操作容易掌握等优势。其提高气，炉内热能利用率及蒸汽分解率高,煤气初净整体效益的关键在于寻找价格低廉、粒度较小且活化容易，排灰和排气温度都低，炉内热能损失少。性较高的煤源;故具有省氧、省蒸汽、省投资且气化效率高的优(3)气流床技术由于煤种适应性强，操作温度、势。其提高碳转化率和整体热效率以及降低运行热效率及合成气中有效组分高，原煤氧耗相对流化费用的关键在于优化操作工艺;床均较低，且具有运行可靠性高、自动化程度高、(2)流化床技术由于备煤简单,炉温较低而均环保性能良好等优势，是当今世界最先进的煤气化匀，使工艺简化且方便，设备制造简单，投资不技术，但投资较高(见表7)。表7三种煤气化工艺比较表序号Lurgji 块煤气化HTW流化床气化Dexaco气化1气化工艺特点固定床、固态排渣流化床、固态排渣气流床液态排渣2适用煤种褐煤、次烟煤、无烟煤等曷煤、次烟煤、烟煤、油渣等次烟煤、烟煤、油渣等3气化压力 (MPa)2.1~3.21.0~2.54.0-6.54气化温度 (C)900-1250950~1 1001400~1600单炉最大投煤量 (Ud)150015(20006100Nm* 有效气耗氧量(Nm)240~270260~340380~430 .7碳转化率 (%)88~9690~9596~98冷煤气效率 (%)65~7568~7570~769有效气含量(%)60~6570-80~810总热效率 (%)80-909590-9511操作弹性 (%30-11070-110 .70-11012 技术成熟度成熟3对环境影响高较低14 建厂投资5结语实施过程中需要充分考虑企业本身具体条件和环境约束，以求得投入产出比高_环培右好的技术方三种煤气化技 术的工艺特点决定了其原料、设中国煤化工备、介质、环境等条件的要求也有所不同，在具体收稿日期: 2011- 01YHCNMH G2011年第2期(总140期)_zji@chi.omCFHI.