恩德粉煤气化技术的应用现状述评

●30●中国有色冶金.口重金属恩德粉煤气化技术的应用现状述评郭天立朱威未立清高良宾(葫芦岛有色金属集团公司,辽宁葫芦岛125003)摘要]介绍了恩德粉煤气化技术的特点及在国内合成氨行业、工业燃气行业的应用情况，论述了该技术在火法炼锌行业应用的初步方案,指出了该技术的不足及发展方向[关键词]工 业燃气;恩德粉煤气化技术;应用[中图分类号] TF055[文献标识码] B[文章编号] 1672-6103(2006)01-0030-04国内有色冶金行业使用的工业燃气基本上是除尘后的煤气经余热锅炉除尘降温后作为粗煤气采用传统的固定床煤气发生炉生产的。由于该工艺送出(后部可接煤气净化流程)。在锅炉内沉降的灰的生产原料必须是高质量的中块煤，采购范围窄,尘经锅炉底部的灰斗进入水封槽,水封槽内的灰尘价格高,产出的煤气含大量焦油,而焦油从煤气中利用水力冲击排出系统。分离后无法处理,对环境造成极大污染。因此,寻求1.3基本原理先进的工业煤气生产工艺势在必行。本文介绍了一造气反应在恩德炉内进行,小于10mm的粉煤种洁净的煤气化技术一-恩 德粉煤气化技术。由炉顶加入,蒸汽、富氧空气(纯氧、空气也可以)混合后通过安装在炉子适当位置的两排喷嘴喷入。粉1恩德粉煤气化技术简介恩德粉煤气化技术,简称恩德技术,源于德国煤在炉内与气化剂(蒸汽、富氧空气按一定比例混的温克勒气化炉技术，朝鲜咸竟北道恩德郡“七.七”合的混合物)作用,使炉内粉煤呈流态化发生复杂化工厂在上世纪五六十年代引入朝鲜，经30多年的氧化、还原反应生成煤气,反应温度最高达. 1 050°C。 主要化学反应为:的改进，已成为独具特点的实用型粉煤气化技术。2C+O2-→2C0(1)1.1恩德炉结构C+O2-→CO2(2)恩德粉煤气化技术的核心由三部分组成:一是C+CO2→2C0(3)沸腾床粉煤气化发生炉(以下称恩德炉);二是沸腾C+H20(汽)-→CO+H2床粉煤气化装置及使用该装置生产煤气的方法;三C+2H20(汽)-→CO2+2H2(5)是废热锅炉系统。C+H2+H20(汽)→CO+CH4恩德炉是一个直立圆筒型粉煤气化炉,炉内壁此外，煤中的许多其它组分也在高温下与氧砌筑耐火材料。除了喷嘴、测温管及各种接口外,炉气、水蒸气等发生反应。内没有其它构造。炉底排灰设两个螺旋出灰机,互在上述众多反应中,受工业生产关注的是煤对为备用。气化过程中产生的灰渣直接落入炉底灰二氧化碳的化学反应性,也称煤对二氧化碳的反应斗,并通过灰斗下的螺旋出灰机将灰渣排出。活性,它是指在一定温度条件下煤中的碳与二氧化1.2 工艺流程恩德炉煤气出口设置一个旋风除尘器,收集的碳进行还原反应(见反应式(3))的能力,或者说煤粉尘经过一个倾斜的溜管依靠重力溜回炉内。初步将二氧化碳还原成-氧化碳的能力,用被还原成-氧化碳的二氧化碳占参加反应的二氧化碳的百分[作者简介]郭天立(1966- ), 男,辽宁彰武人,教授级高级工程师,比a来表示。中国煤化工主要从事有色金属冶金技术研究工作。煤对二氧化:M.HCNMH C切相关，它直接反应煤在炉内时支忆情元。风应白任强的煤在[收稿日期] 2005-01-302006年2月第1期恩德粉煤气化技术的应用现状述评-郭天立31●气化过程中,反应速度快、效率高。反应活性强弱直析值为:固定碳44.98%，挥发分30.54%， 灰分接影响耗煤量耗氧量及煤气中的有效成分。a的测15.56%,水分8.92%。煤的元素分析(%):C 59.22,定方法较多，由于该值对工业用煤选择十分重要，H 3.81,0 10.19,N 0.87 ,S 0.93。煤的粒度组成:>10mm占3%,10-6 mm占17%，我国已形成了标准的测量方法"。由于恩德粉煤气化技术具有气化强度大(单炉6-4mm占20%,<4 mm占60%。产量高),适应的煤种范围广,气化温度高可以使焦煤的活性为:950 C ,73.9%;1 000 C ,87.9%;油等高氢化合物裂解，不造成环境污染等许多优1050C,93.8%。灰熔点1 280 C,低位热值2.53点,越来越受到重视。kJ/g。2.1.3工程主要内容2恩德 粉煤气化技术在国内的应用该工程属于技改工程,是在原煤气站的基础上恩德粉煤气化技术于上世纪90年代进入中改造完成的。国,2001年2月第一条生产线在江西景德镇焦化煤(1)备煤系统。贮煤场贮煤槽破碎筛分部分气总厂投入运行,开始逐渐被人们认识和接受。目分别利用原锅炉房的上煤系统建筑物，上煤皮带为前,已在景德镇焦化煤气总厂、黑龙江化工集团有现有发生炉上料设施,煤的破碎利用原有的反击式限公司吉林长山化肥集团有限公司、淮南化肥厂、破碎机。在此基础上,备煤系统只增加了必要的筛葫芦岛锌业股份公司等单位应用。分设备、除尘设备、皮带运输设备及成品料储槽等。景德镇焦化煤气总厂的设计规模为1台x(2)煤干燥系统。煤干燥设备选用02.2 mx121万m/h,生产的工业燃气的热值为4 180 kJ/m',已m的筒式干煤机。干燥的热源为焦炉烟道废气,入投产。葫芦岛锌业股份有限公司的设计规模为口温度为250c,出口温度为100~110C, 系统干燥2台x2万m/h,生产的工业燃气的热值为6270能力为12 t/h,煤的水份由12%降到8%。kJm,工程在建。淮南化肥厂设计规模为1台x2(3)制气系统。制气系统的设备制造、工艺安万m'/n,黑龙江化工集团有限公司、吉林长山化肥装、生产调试均由恩德公司承担，主要设备包括气集团有限公司工程设计规模均为2台x4万m/h。后化炉螺旋加煤机螺旋出灰机旋风除尘器、废热三家企业都是采用该技术生产合成氨原料气,并均锅炉、中控室等。DCS集散控制系统对工艺操作中已投产。的温度、压力、料位进行自动调节,对工艺参数偏下面分别介绍恩德粉煤气化技术在生产工业差、仪表风低压、储煤槽极限料位、设备停运等进行燃气和合成氨原料企业的应用实例。显示、控制、报警处理,重要参数打印报表。DCS系2.1 景德镇焦化煤气总厂工程统是日本产品。景德镇焦化煤气总厂建有1x42孔和1x21孔(4)煤气净化系统。煤气净化系统基本上利用焦炉两座。所生产的焦炉煤气除本厂自用外,主要原有设施，只增加了一个急冷塔和其它- - 些必要设外供作为陶瓷工业和民用燃料。为了解决焦炉加热施。其流程是:从废热锅炉出来温度为220~-240 C的的燃料问题,原设计建有7台wG型固定床煤气发煤气,含尘45 g/m", 进入急冷塔冷却和除尘后,进入生炉,所用原料为13~25 mm的块焦。由于焦炭价格原煤气站的半净化煤气汇总管,经洗涤塔、电除尘昂贵,致使发生炉煤气生产成本增高。为了降低煤器进一步冷却和除尘，最后经煤气加压机加压,通气生产成本，改用恩德粉煤气化技术生产煤气,作过捕滴器除去水滴后送往焦炉。为焦炉加热的燃料。(5)净化系统。除下的灰由循环水冲到原煤气2.1.1生产 规模及产品.站的平流沉淀池,循环水经凉水塔冷却后循环使用。该粉煤气化装置设计规模为1台xl万m/h,并2.2吉林长山化肥厂 工程预留了一套同等规模系列的位置。吉林长山化肥集团长达有限公司,原以重油为产品煤气的低位发热值>4180 kJm',煤气含原料,年产合成氨12万t,加工尿素20万t。由于重尘<30 mg/m? ,出站煤气温度35~40 C。油价格持续上涨中国煤化主的技术改2.1.2原料煤的性质造,改用以无烟CH富氧连续气化用煤采用河南义马的长焰煤,煤的工业分CNMHC格上涨及●32.中国有色冶金口重金属运输困难,原料十分紧张。于是采用恩德粉煤气化废热锅炉副产蒸汽240 C,3.82 MPa,20t/h。炉技术对原气化工艺及合成系统进行改造。该工程当.底灰渣1.47 th,含碳≤10%。废热锅炉出口出灰1.8年设计，当年投产,具有年产合成氨18万t,加工尿th,含碳≤29%。素30万t的生产能力。以上简要介绍了两家采用恩德技术工厂的基2.2.1设计 规模本情况。从几个厂家的应用情况看,虽然所产煤气设计规模为2台x4万m2/h,分两个系统。由于用途不同、热值也有所不同,若折合成普通固定床是技改工程,利用了许多原有的生产设施煤气发生炉煤气相当的热值6 279 kJ/m},生产成本设计范围包括:新设原料煤干燥和储备系统,比普通固定床煤气发生炉工艺低20%~30%。建在原煤场内。运输及破碎利用原有皮带输送系3恩德技术应用于火法炼锌的初步 方案统,只是在原转运站至恩德气化装置粉煤漏斗之间国内火法炼锌行业使用的燃料气基本.上是工增设了皮带输送机。循环水系统在原沉淀池两侧扩业煤气,由原苏联设计，设备落后,环境污染严重。大了沉淀池容积。恩德炉所需的2台富氧空气鼓风由于这种老式煤气炉气化效率低,煤耗大,煤质要机,设在原有鼓风机室内。制气系统自控操作室利求高,设备的维护及管道跑、冒、滴、漏的治理费用用原煤气站自控操作室。净化系统的接点位置,在高,煤气的生产成本居高不下,严重影响了企业的原煤气站净化系统的常压脱硫入口处。制气系统新生存和发展。综合比较各种制气技术,立足于中国建。工程所需的软水、蒸汽、电、氧气、氮气、压缩空的国情,恩德技术在降低投资、降低煤气生产成本、气、生产用水等,利用原有设施，没有新建。减少环境污染、提高煤炭利用率等方面具有优势。2.2.2原料煤的性质3.1生产规模气化用煤选用免渡河褐煤。某企业建设的年产6万t锌、3万t铅的铅锌密煤质分析值为(%):全水M, 15.5,水分M_u 14.56,闭鼓风炉工程，热源的生产工艺选择了恩德技术。灰分A14.47,挥发分V31.22，全硫S0.18,C该冶炼系统最大用气量40 000 m/h,热值6069.755.73,H 3.78,N 0.75,0 10.53。粘结性GRI为0。灰熔点:变形温度14009C, 软化温度> 1450C,kJ/m3 ,考虑到该冶炼系统为连续用气,特别是锌精馏工艺,不允许停气,且全年没有检修期,所以选择半球温度>1450 C,流动温度>1450 C。反应活性a:950 C ,95.3%;1 000 C ,98.8%;了2台2万m/h的恩德炉,以便故障检修时保证1台能够正常运转。1 050 C, 100.0%。元素分析(%):C 60.01,H 4.07,N 0.80,S 0.19,3.2工艺流程根据用气的性质及恩德炉的特点,采用2台恩011.34,A 15.59, M 8.00。高位热值22879.84 kJ/kg，低位热值21829.99德炉，每台炉子的煤气净化系统是独立的,两套系统并联运行。单套系统的简要流程如下:kJ/kg,入炉煤粒度<10 mm,入炉煤水分≤8%。合格的原煤首先入煤仓筛分，筛上部分采用锤2.2.3工艺流程原料煤经干燥、破碎、筛分后由皮带送至加压式破碎机破碎,筛下物及破碎后的煤-起经皮带运.密封仓,粉煤经螺旋加煤机送入恩德气化炉底部锥输机及斗式提升机运输到恩德炉顶。恩德炉底灰渣体段。氧气与空气混合后,再与过热蒸汽混合，分两经螺旋输送机送出后汽车运走另行处理。炉顶产生路从一次喷嘴和二次喷嘴进入气化炉,制得半水煤的含尘煤气先经过一个旋风除尘器，除下的尘返回气经旋风除尘器、废热锅炉进入空喷塔，再经洗涤炉内。粗煤气进入锅炉换热及除尘,尘在锅炉底部水封内靠水力输送到平流沉淀池,定期清池运走灰塔、文丘里洗涤除尘后,送至常压脱硫。渣,水循环使用。锅炉出口煤气经空塔填料塔及文2.2.4主 要产品丘里洗涤器三级除尘降温后达到工业煤气标准送产品为半水煤气,产量4x104 m2/(h.台)干煤气组成体积分数(%):CO 30~34,H2 32~37,至用户。CO2 17~20 ,CH4 1.2~1.5,H2S 0.05~0.10,02~0.2,N210~3.3 煤源及煤气质量经过对多家中国煤化工个就近煤18。煤气有效成分C0+H2 68%~-70%。煤气温度35~矿的的煤作为恩MHCNMH G质见1。40 C。煤气含尘量<60mg/m3。2006年2月第1期恩德粉煤气化技术的应用现状述评一郭天立都可以使用。特别是对原煤的CO2活性及灰熔点两表1原煤的主要 性质个性质有严格要求。CO2活性低，煤耗高,氧耗高,制号含碳/ 含全硫/ 高位热值/ 软化温度/ 1 0000 C反应活性/气成本升高。灰熔点低,炉况不易调控,灰渣产量kJg153.14 .0.74 20.77121092.1~93.0大、含碳高。60.381.0022.601 16084.4-88.6<4) 目前对原煤破碎后的粒度要求较宽,造成58.85 .0.3223.571 30043.2~45.5恩德炉送风量不易把握。送风量小,大颗粒沉到炉0.36 22.85131057.0-57.8底,灰渣含碳高;送风量大,细颗粒随煤气带出,后续的除尘压力太大。跟据用户要求,确定的产品煤气质量如下:CO+(5)对工业燃气用途的企业,粗煤气的除尘应H2含量≥46% ,热值≥1 500x4.18 kJ/m3 ,煤气含尘<有统一的标准来确定最终的含尘量,以适应煤气长100 mg/m'。距离输送的需要。4应用 恩德粉煤气化技术应注意的问题(6) 恩德炉炉底灰渣和锅炉的飞灰收集后还从国内几家使用恩德技术企业的生产实践看,没有一个理想的处理办法，现阶段普遍找空地堆该技术只能说是整个制气生产线中的一部分,是其存,环保压力很大。这些灰基本.上采用水力输送汇中的一个重要单元。要想使恩德粉煤气化技术应用集,虽然水可以循环使用,但用量很大,且污水的处得更好,还需要其它工序的合理搭配。但现阶段还理回用方法也不够完善。没有一个企业做到全流程尽善尽美。后续的使用者5结语和研究人员应在以下方面高度重视:恩德粉煤气化技术的诸多优点,已经得到了煤(1)根据用气的性质,选择炉子的数量和单台气制造行业的基本认可,在工业生产中应用有很大炉产气量。因为炉子每年要检修,且日常运行中难的发展空间。免有小的故障造成停炉，如果用气的连续性要求恩德粉煤气化技术，只涉及到了制气主工艺，强,必须考虑备用。所以只能是单元技术，必须全面、综合地考虑其它(2)由于恩德炉生产的煤气热值靠空气中的工序的合理搭配,才能使这-技术应用得更好。氧浓度调节,如果要求煤气热值稳定,则氧气的供[参考文献]应要稳定,也就是富氧浓度要稳定。[1]陈鹏编著中国煤炭 性质、分类和应用[M].北京:化学工业出版(3)恩德炉对原煤煤质也有要求,不是什么煤社,2001,174.Review on current application of Undok pulverizedcoal gasification technologyGUO Tian-i ZHU Wei WEI Li-qing GAO Liang-bingAbstract: This paper describes the technical features of Undok pulverized coal gasification technology and itsapplication in China’s ammonia synthesis and industrial fuel gas sectors, discusses the preliminary concept for itsapplication in zinc pyrometallurgical industry and points out its shortcoming and the trend for development.Key words: industrial fuel gas; Undok pulverized coal gasification technology; application(.上接第29页)Progress in research on intensified microbiological leaching oflow-grade copper sulfide oreZHANG Wei-min WANG Yan- -xinAbstract: This paper summarizes the progress in research on the intensified microbiological leaching of low- gradecopper sulfide ore, with stress placed on primary element effect of the chalcop中国煤化Italyzed bypyrite and silver ion.YH| CNMHGKey words: low-grade ore; copper sulfide ore; microbiological leaching; primary element effect; catalysis