褐煤气化技术适用性分析

煤炭加工与综合利用_24COAL PROCESSING & COMPREHENSIVE UTILZATIONNo.3, 2008褐煤气化技术适用性分析周夏'，刘长辉2(1.泛海能源投资包头有限公司，内蒙古包头014030;2.山东华鲁恒升化工股份有限公司,山东德州253024)摘要:介绍了几种典型的煤炭气化技术，针对褐煤的特性,分析了不同气化技术对煤中水分、灰分、挥发分、粘结性等煤质特性的适应性以及不同煤质特征对气化技术的影响程度;从煤气用途、资金状况和建设规模、环保要求、采煤技术方面论述了不同气化技术的适用性。关键词:褐煤;气化技术;适用性中图分类号: TQ54文献标识码: A文章编号: 1005-8397 (2008 )03-002405褐煤储量占全世界煤炭总储量的20%，我国1~5。该褐煤的可磨性指数HCI为86,发热量褐煤储量占煤炭总储量的17%。过去人们对褐煤Q为16. 9IM]/kg,原煤成浆浓度最高为44%。的开发利用不够充分，当前全球能源状况日趋紧煤矿勘探数据表明，该褐煤煤质不稳定,灰分、张，如何充分、有效、合理地利用褐煤已经成为发热量等指标的高、低之间相差2~3倍。由表有待深入研究的世界性课题。国家发改委、科技中可以看出，该煤种水分、灰分、挥发分含量部已将“发展褐煤气化技术,利用褐煤生产甲醇高，固定碳含量低，发热量低，热稳定性差，反等化工产品”列为2007年颁布的<中国节能技应活性好，机械强度低,可磨性好，成浆浓度术政策大纲》中的重要项目之一。低,灰熔点低,煤质不稳定。单纯从褐煤气化可能性上看，现有典型的块表1工业分析结果%煤/型煤移动床气化技术(如: Lurgi、 BGL). 碎项目 水分M灰分A挥发分司 固定碳FC.，煤流化床气化技术(如:恩德炉、Winkler、数值15.8622.4527.53HTW)和粉煤气流床气化技术(如: GE单喷嘴水表2元素分析结果煤浆气化、华东理工大学等单位的四喷嘴水煤浆项目碳C氢H氮N100气化、Shell 多喷嘴干煤粉气化和GSP单喷嘴千数值42.552.520.551.68 14.39煤粉气化等)均可用于褐煤气化,但在适用性方面又各有特点。表3灰组成分析数据.项目SiO2A2O3Fe2O_CaOMgOSO3TO21褐煤气化技术的适 用性数值48.49 22.68 6.87 6.47 3.69 4.010.801.1 按煤种特征考虑所选择的煤气化技术要适用于拟定的褐煤煤表4灰熔点测量结果种，使该煤较容易被气化。由西北化工研究院试项目变形温度DT软化温度ST 流动温度 FT109011601230验测定的某褐煤煤种的工业分析、元素分析、灰组成分析、灰熔点、化学反应活性数据分别见表表5化学反应活性测f 结果温度/心8010001050 1100收稿日期: 2008-03-24反应中国煤化工98.1 99.4作者简介:周夏(1968- -),男,山东陵县人, 1990 年毕业于山东工业大学,工学学士,迂海能源投资包头有限公司高级1..FHCNMH G工程师，电话: 0472 -334133转830。褐煤中较高的水分含量对各种煤气化技术的2008年第3期周夏，等:褐煤气化技术适用性分析25影响程度不同。对于水煤浆气化技术,煤中水分了激冷流程，所有灰分分别通过激冷室、洗涤器尤其是内水含量越高，成浆性能越差。在水煤浆进入渣水处理系统，这与GE的激冷流程气化技浓度相同的条件下，内水含量高的煤浆，表观粘术的情况有些类似。灰分高的褐煤采用固定床、度较大,以致流动性较差;若使其达到较好的流流化床气化时，除了对气化效率、经济效益有影动性,必须降低煤浆浓度。而且煤中水分含量高响外，一般没有其它特别的不利影响。时，磨煤操作容易益浆，可供选择的添加剂种类该褐煤灰熔点低，对于所有气流床气化技术少，添加剂用量大。上述褐煤煤种的固定碳含量都是有利因素，但是Shell、GSP等水冷壁千煤粉和发热量低，不仅单位有效气体的煤耗高，而且气流床可以气化高灰熔点煤种的优势没能充分体由于水分蒸发消耗了过多的热量，气化炉内热量现出来。灰熔点低对于流化床气化技术是不利因也难于达到平衡。这种褐煤原煤的成浆浓度最高素,因为流化床煤气化工艺是在灰熔点以下进行仅为44%，显然太低。如果不能采取有效措施将操作，以避免灰分结渣，破坏床内物料的正常流制浆浓度提高到一定程度(至少应在55% ~化状态。对于移动床气化技术，低灰熔点适用于57%),则不宜选用水煤浆气化技术。对干煤粉液态排渣的BGL炉，但不利于固态排灰的Lurgi气流床和碎煤流化床气化技术，若褐煤水分高，炉，因为后者在气化过程结渣后容易形成风洞。将增加气化过程的热能消耗，同时不便于干煤1.1.3挥发分 与反应活性粉、碎煤的输送，需要将人炉煤预干燥到一定程一般来说，高反应活性对各种煤气化技术都度才能利用。对于移动床气化技术，由于人炉煤是有利因素，高挥发分对不同气化技术的影响不在炉内干燥层与上升的热煤气换热，煤中水分受同。对于移动床气化技术，自下而上的高温气流热蒸发，一般无需进行预干燥。要经过相对低温的干馏段,煤中的焦油、酚、这种褐煤的固定碳含量低、发热量低、水分氨、甲烷等挥发分随煤气带出，焦油会堵塞管道高，对各种煤气化技术都是不利因素。和阀门，焦油、酚、氨会使煤气的净化复杂化。1.1.2灰分与灰熔点对于气流床煤气化技术，由于反应温度高,煤气灰分不直接参加气化反应,却要消耗煤在氧中基本不存在上述成分，煤中挥发分经高温裂解化反应中产生的反应热。该褐煤煤种灰分高,因成为煤气的有效成分。对于流化床气化技术,其此会增加气化炉的比煤耗、比氧耗,对各种煤气本身要求气化反应活性好的煤种，因此高挥发分化技术都不利。使用经验最为丰富、国内普遍采对流化床气化技术也是有利因素。用的激冷流程的GE等水煤浆气流床气化技术，1.1.4 机械强度、可磨性与热稳定性气化后形成的灰渣都进入渣水处理系统，灰分中对移动床气化技术，褐煤机械强度低，热稳SiO2、Al20, 等硬颗粒会对管道、阀门、设备产定性差时，块煤/型煤入炉和在炉内“下移”过生过度冲蚀以致泄漏，CaO、 Fe20, 等碱性成分程中容易碎裂成小块或煤粉,增加炉内阻力,降与渣水中的细灰又容易在管道、换热器的一-些部低气化效率，使煤气中未反应煤粉的带出量增位沉积、结垢，造成堵塞[1-2]。因此,灰分高,多。对于气流床气化技术，机械强度低、热稳定使得渣水中的固体含量增加，从而增加了渣水处性差则没有不利影响，而且因机械强度低致使煤理系统的负荷和难度，能耗也随之上升。对于已的可磨性好，对入炉煤粉的加工有利。对流化床经工业化的废锅流程Shell干煤粉气流床气化技气化技术，褐煤较差的热稳定性属不利因素,如术，气化后，部分灰在气化炉中下行成渣，部分必须加强排灰等”。灰随粗煤气上行经激冷固化后进人废锅和陶瓷过1.1.5煤质稳定性滤器，大部分灰被分离出去,渣水系统处理的灰气流床对于煤质的稳定性要求较高，否则容量较少，因此，该系统也相对简单。但这种技术易中国煤化工F料煤的性质很敏与除灰有关的是陶瓷过滤器、激冷气压缩机、废感,三分、灰熔点变化锅等的易结垢，造成损毁故障，影响Shell 炉的时,. C N MH G煤质稳定性的要正常运行。GSP干煤粉气流床气化技术目前采用求稍低-一些。26煤炭加工与综合利用2008年第3期.1.1.6 粘结性不同的煤气化技术，所生产的粗煤气中C0、移动床气化技术采用上升气体与煤逆流接触H2、CH、焦油、酚等的含量不同，使得粗煤气模式，反应温度在600 ~ 1300C,要求从高温到的用途也不同。几种典型煤气化技术所生产的粗中温较宽范围内煤、灰、渣具有弱粘结性,否则煤气成分及含量见表6,其中水煤浆、Shell 干煤会破坏气流的均匀分布，影响料层正常下移,降:粉气化技术的数据综合自有关国内实际运行报低气化效率，造成灰、渣排出困难。气流床气化告，流化床、GSP气化技术的数据来自文献操作温度较高，粘度指标除了对水煤浆、干煤粉[4], BGL气化技术的数据摘自专利商提供的有输送有影响外，主要影响灰、渣的抗粘结性，废关资料。由于煤种等比较的基准不一-致,表中数锅流程的Shell气化装置中夹杂大量飞灰的粗煤据仅供参考。表6中未列出Lurgji炉气化技术的气经激冷后，飞灰是否能够固化并 失去粘附性，生产情况，采用该技术生产的粗煤气中(CO +对废锅和陶瓷过滤器具有重要影响。流化床气化H2)含量此BCL技术少，甲烷含量比BGL稍高, .技术对煤、灰抗粘结性也有一定要求，否则影响焦油、酚等杂质含量与BCL相似。其流化状态。1.2.1 用做工业煤气、城市煤气等燃料1.2 按煤气用途考虑煤气用作燃料时，要求甲烷含量高、热值与烟煤、无烟煤-样，褐煤气化装置生产的大.冷煤气效率高, C0、H2 也是工业煤气、城煤气用途较多，如图1所示。市煤气的有效成分，但用做城市煤气时，CO含量应尽量低。褐煤制工业煤气、城市煤气等燃料燃料电池←+合成氨时，比较适合的气化技术是Lurgi、BCL 移动床工业煤气←>问接煤制油和HTW等流化床气化技术。城市煤气←煤气化- +冶金还原气1.2.2用做化工合成气 .天燃气←气化后的煤气可制甲醇、合成氨、油等化工IGCC>羰基化产品产品，这类煤气属于化工合成气,此时，煤气中◆H2的甲烷成了杂质。化工合成气对热值要求不高，图1褐煤煤气的用途主要对煤气中的CO、H2等成分的要求较严格，表6几种典型煤气化技术所生产的粗煤气情况碎煤流化床粉1煤气流床块煤/型煤比较项目(恩德炉、Winkler.水煤浆.Shell干媒粉CSP干煤粉移动床( BCL)HTW)(激冷流程)(废锅流程)粗煤气中Co+ H2/%~87~7579-84<90粗煤气中H/CO-0.8~0.5-0.5粗煤气中CH4含量/%6.2-9-2.5~0.1<0.1煤气中焦油、酚等杂质’少无煤气中煤粉、灰等杂质多少冷煤气效率/%8570 ~7572 ~7481 ~8571 -73气化压力/MPa<3.0<1.02.7-8.5<4.0 .GE等水煤浆气化炉和Shell、GSP干煤粉气化炉气的压力应尽量接近于甲醇合成的压力(一般为较合适生产化工合成气。5.0~ 10. 0MPa)。从可以达到的气化压力,尽量以制取甲醇合成气为例，气化装置产生的煤节省后续作业能耗方面考虑，水煤浆气流床气化气最好能满足如下几点要求:①煤气成分接近于技术所产煤气最适合于制甲醇，其次是Shell、甲醇合成所需的成分配比(氢碳比为2.05 ~GSP中国煤化工按煤气中有效成2. 10);②尽量减少煤气中的杂质和灰分,并且分(YHCN MHG BGL气化技术能够方便地通过后续净化工序将杂志去除;③煤生产的煤气最适合于制甲醇，其次是水煤浆气流2008年第3期.周夏，等:褐煤气化技术适用性分析床气化技术。按煤气中有效成分( H2/CO)考虑,冶金工业中,利用CO和H2还原气可直接将铁碎煤流化床和水煤浆气流床气化技术生产的煤气矿石还原成海棉铁;在有色金属工业中，镍、最适合于制甲醇。铜、钨、镁等金属氧化物也可用还原气来冶炼。1.2.3用做 IGCC所产煤气适合于作冶金还原气的煤气化技术依次整体煤气化联合循环发电(简称IGCC)是指是Shell、GSP、 BGL、 水煤浆和流化床气化技术。煤经加压气化后燃烧，高温烟气驱动燃气轮机发1.2.5制羰基化产品电，再利用烟气余热产生高压过热蒸汽驱动蒸汽制CO或甲醇下游产品，如需要CO的醋酸、轮机发电。用于ICCC的煤气，对粉尘等的净化DMF等羰基化产品时，采用Shell, GSP干煤粉度有一定要求，煤气中可燃气体CH4、CO、H2气化、GE等水煤浆气化可以有效利用煤气中比含量要高，对热值要求不高。与IGCC配套的煤较多的CO,同时减轻变换的压力。气化技术一般采用Shell干煤粉气流床废锅流程1.2.6综合利用， 回收苯、酚等产品气化炉、GE水煤浆气流床废锅流程气化炉。废从综合利用方面考虑,将煤气中的焦油、锅流程副产的高品位蒸汽配合ICCC比较有优势,苯笨、酚等回收进行深加工,分离出CH,作燃料激冷流程回收的中压和低压蒸汽不能直接用于联气, H2+CO作为合成气生产合成氨、甲醇等,合循环发电，对发电净效率有影响。如采用可采用Lurgi、 BGL 块/型煤移动床加压气化Lurgi、BGL块/型煤移动床加压气化炉，除了不技术。能副产高品位蒸汽供ICCC所需外，还需采取有1.3 按资金状况和建设规模考虑效措施将煤气中夹带的煤粉、千灰等去除掉。以煤气化炉的单炉生产能力为标准，几种典1.2.4用做冶金还原气型煤气化炉已投产的最大规格和在建最大规格情煤气中的CO和H2具有很强的还原性。在况见表7[4]。表7煤气化炉单炉生产能力移动未气流床流化床LurgiBGL水煤浆Shell投产最大日投媒量/t70550201080720在建最大日投煤量/1000180028002000如果煤气化后最终产品的规模较大，宜采用备粗煤气，气化炉干馏过程除产生H2、CO、单炉生产能力较大的气化技术。以1. 8Mu/a甲醇CO2、CH、N2等常见气体外,还产生含酚污水、装置为例，不考虑耗煤量的差异,统一按每生产不饱和碳氢化合物、氨、轻油、焦油、沥青质和It甲醇需要1.8t 褐煤计算,年运行时间设为粉尘等杂质。从环保角度考虑，这些杂质的处理8000h，则采用Shell. GSP和BGL三种煤气化技有一定难度。流化床煤气化技术因操作温度较术所需的理论气化炉分别为4台、5台和18台。低,仍有部分焦袖等杂质产生,而且该技术产生在大型装置中使用大量的气化炉进行简单累加有的粉尘也较多。Shell GSP、GE等气流床煤气化悖于大型装置规模化的要求，因此应优先选用生技术属于洁净煤技术，“三废” 排放相对少,废产能力较大的气流床气化技术。气主要是净化时排出的多余的CO2,废水处理难如果规模较小，建设资金筹措渠道有限，可度小，气化炉排出的炉渣可用于制作建材。以选用Lurgji 移动床、恩德、HTW等流化床、.5 按采煤技术考虑BGL移动床气化技术。随着采煤机械化程度的提高，粉煤量已占1.4 按环保要求考虑50%以te如果单结采用地煤移动床气化,这些选择哪- -种褐煤气化技术,还需要考虑项目粉煤MYH中国煤化工用粉煤气流床气所在地的环境容量和煤气化技术本身的环境友好化,C NMH G-步磨细外,还程度。如采用Lurgi、 BGL移动床煤气化技术制有一些块煤需要粉碎、磨细。煤炭加工与综合利用28COAL PROCESSING & COMPREHENSIVE UTILZATIONNo.3, 2008捣固炼焦技术的应用郭建辉.(汾西矿业集团公司焦化厂，山西介休032000)摘要: 汾西矿业集团公司焦化厂新建的JND2g-97型捣固焦炉,其入炉煤的堆密度达到0.95~1.15 Vm'(顶装焦炉为0.70~0.75vm3),配入约50%的弱粘结性煤，所产焦炭的抗碎强度Ms为88.5%，M。为7.5%，达到了质量合格的I级冶金焦炭标准，企业取得了显著的经济效益。关键词:焦炭;捣固炼焦;弱粘结煤;特点中图分类号: TQ52文献标识码: A文章编号: 1005-8397 (2008 )03-0028-03我国煤炭资源比较丰富，但炼焦煤资源缺成体积略小于炭化室的煤饼后,再推人炭化室内乏。捣固炼焦是提高焦炭质量,改善环境,缓解进行高温千馏。捣固的目的是提高人炉煤料的堆我国强粘结炼焦煤资源不足的有效途径。密度，使煤颗粒间的距离缩小28% ~35%。结焦1捣固炼焦的工艺原理过程中煤受热熔融产生的胶质体在不同性质的煤表面均匀分布浸润，由于煤粒间的间隙缩小，使捣固炼焦是将配合煤在人炉前用捣固机捣打得填充间隙所需胶质体的数量也相对减少,进而在炼焦过程中煤颗粒间能形成较强的结合面。另收稿日期: 207-11-16作者简介:郭建辉(1970- -),男，山西文水人，1996 年毕外,在结焦过程中因煤粒间间隙缩小，使得裂解业于山西大学化学分析专业，工学学士，汾西耐业集团公司焦化产物的导出相对困难，胶质体停留时间延长，焦厂工程师，电话: 0354 -7088738。炭性质相对稳定,从而扩大了配合煤的塑性温度对于大规模煤气化工厂，文献[5]提出了2结语一种组合方案:原料煤经分级处理后，块煤可直接供给Lurgi气化炉，而粉煤经磨煤机磨制后供具体哪种煤气化技术适用于某种特定的褐煤给Shell气化炉。这种设计不仅使磨煤能耗大幅煤种，需要从该褐煤的煤种特征、煤气用途、资度降低，显著提高原料煤的人炉利用率,而且金状况和建设规模以及环保要求等方面进行细致Lurgi 炉煤气中分离出的CH4可以通过专门喷嘴分析和综合考虑。喷人Shell气化炉，经部分氧化直接转化成CO和参考文献:H2,无需再设置附属CH。转化装置。这种耦合效果比单独使用Lurgi 时流程简单，系统的稳定[1] 周夏,高淑萍.灰水系统管道阀门损毁原因分析与对策[J].管道技术与设备，2006，(3): 22-24.运行程度高。Lurgji 气化技术所产煤气富含H,[2] 王彦海，高溆萍,周夏气化灰水闪蒸气带灰的原因尤其是以低阶褐煤作人炉原料时，产生的H2含及措施[J].氮肥与甲醇, 2007, 2(6): 35 -38.量更高;而Shell煤气化技术所产煤气中则富含[3]戢绪国，邓一英， 王鹏.褐煤加压流化床气化的试验CO, 两种煤气耦(混)合利用,后续变换装置的研究[J].煤气与热力，2006, 26(1): 17-20.[4] 许世森，张东亮，任永强，大规模煤气化技术[M].北规模比单独使用Shell时小得多。中国煤化工上述的组合也可以是Lurgi、BGL移动床气[s]和Shell 煤气化生产化技术之- -与Shell、GSP、GE等气流床气化技CH.CNMHG 2(0:121术之-进行组合。116.