洁净煤气化工艺浅析

第42卷第3期化肥设计June 20042004年6月Chemical Fertilizer Design设计技术|洁净煤气化工艺浅析汪寿建(中国五环化学工程公司,武汉430079)摘要:从环境保护 、煤种适应性和煤利用效率方面阐述了洁净谋气化工艺的特点，介绍了德士古水煤浆气化和壳牌粉煤气化工艺,从煤种适应性、氧气消耗、碳转化率、热效率及合咸气有效成分方面对这2种工艺进行了对比。结果表明，壳牌谋气化是洁净堞气化技术的发展方向。关键词:洁净煤气化技术;德士古水煤浆气化工艺;壳牌谋气化工艺中圈分类号: TQ440.62文献标识码: A文章编号: 1004- 8901(2004)03 - 0015 -03Briefly Analyzing the Clean Coal Gasification ProcessWANG Shourjian(China Wwhuan Chemical Enginering Corporntion, Wuhan, 4300790, China)Abstract: The characteristics of gasification process of clean coal were described from the aspects of environmental protecion, adaptation ofcoal kinds and utilization eficiency of coal, the Texaco water coel slurry gasification process and Shell pulverized coal gasification process were in.troduced, contrast was made for the two kinds of processes from the aspects of adaptation of coal kinds, axygen consumption, carbon reformnationrate, heat eficicncy and efective compnents of synthesis gases. The result indicats that the Shell c∞oal gasification proces is the developmentaldirection of the clean coal gasification technology.Key words: clen coal gaificaion technology; Texaco water coal slury gaification proes; Shell coal gaifiction process从20世纪80年代初期，随着“洁净煤气化渗出;气化污水不含焦油、酚等,容易处理。表技术”的开发研究,洁净煤气化工艺取得了重大1为壳牌干煤粉气化的配套装置一煤粉制 备的进展，并进行了商业化运行。该技术采用先进的污染物排放量。气流床反应器,以水煤浆和干粉煤为原料,大规该工艺在环境保护方面体现了“清洁生产”的模单系列加压气化并实现了工业化。其气化指标宗旨,污染物排放严格执行国家标准，如:《环境好，有利于环境保护，成为煤气化技术的主流。空气质量标准》、<《大气污染物综合排放标准〉等。从煤气化技术发展进程看,早期的煤气化大都使表1主要污染物排放量 t用块煤和小粒煤作为原料制合成气,称为第1代，类污染源名称排放量主要污染物煤气化工艺。粉煤气化称为第2代煤气化工艺或别/m'.h-I名称浓度排放量/kg.-m-3 (kg-h~1者称为洁净煤气化工艺。两代煤气化工艺之间最废气制粉工艺尾气35000粉尘S0 1.75大的差异是在环境保护、煤种适应性以及煤利用SO253018.5效率方面。碎煤仓排放气3000 粉尘<1000.3石灰石仓排放气3000 粉尘< 1001环境保护煤粉仓排放气8000粉尘< 1000.8废渣制粉废渣200(kg/h)主要为子洁净煤气化工艺在环境保护方面做到了洁注:以投煤量为1 000 tld计算。净、安全、无污染或最小污染的排放达标。如壳牌干煤粉气化工艺对环境污染影响较小,气化过作者简介:汪寿建(1956年-),男,江苏无锡人, 1982 年毕业于程基本无废气排放;系统排出的融渣和飞灰含碳武汉| 中国煤化工经理，从事化工工低，可用作水泥等建筑材料,堆放时也无污染物程的设YHCNMHG化肥设计2004年第42卷业装置使用气化压力在2.8~6.5 MPa,气化温2煤种适应性度在1 300~1 400 C, CO+ H2达到80%以上。洁净煤气化工艺原料适应性强，德士古水煤表2煤气化工艺主要 性能评价指标浆气化工艺对原料煤的要求除含水分较高的褐煤项壳牌粉煤气化德士古水煤浆气化外,大部分烟煤、石油焦等均可作为气化原料，适用煤种褐煤、烟煤、石油焦烟煤、 石油焦尤以年轻烟煤为佳。对煤的粒度、粘结性、硫含气化压力/MPa2.0~4.04.0~6.5量没有严格要求。气化用煤的灰熔点温度在低于气化温度/心1 400~1 6001 300~1 4001 350 C时有利于气化。煤中灰分含量以不超过单炉最大投煤量/td~12 00020%为宜,制成60% ~65%浓度的水煤浆运行较耗氧量/m3●(kn)~3(00+H) 330~360380~430为经济。壳牌干粉煤气化工艺对煤种适应性更为碳转化率/%95~98冷煤气效率/%80~8570~76广泛,从较差的褐煤、次烟煤、烟煤到石油焦均可使用，也可使两种煤掺混气化,对煤的灰熔点表3煤气化工艺典型气体组分适应范围比其他气化工艺更宽，即使是高灰分、气体 成分/%德士古水煤浆气化高水分、高硫的煤种也能使用。H227.2335.920064.S747.543煤利用效率0021.5312.93N24. 180.84评价煤气化利用效率的指标主要有冷煤效CH40.12率、比氧耗、比煤耗和碳转化率等。Ar1. 161.46冷煤效率为η冷=煤气的热值/气化用煤的H2S1.231.19热值，%;计算η冷时,煤和煤气的热值应取同H+0091.80 _83.46一基准，如统一使用低热值或高热值;比氧耗为5壳牌粉煤气化工艺生产1 000 m' (0O+ H2 )气体的用氧量(氧以%计);比煤耗为生产1 000 m'(00+ H2 )气体的用.壳牌粉煤气化是壳牌公司开发的独具特色的煤量(煤以%计);碳转化率为η碳=煤气中的含洁净煤气化工艺。Shell 公司在渣油气化技术取碳量/气化用煤中的含碳量，%;煤气中的含碳量得工业化成功经验的基础上，于1972 年开始从= V煤x(0O% +0O2 % +CH %)x 12/22.40事研究。1978年第1套中试装置在德国汉堡建壳牌粉煤气化和德士古水煤浆气化在冷煤效成并投入运行。1987 在美国休斯敦建成的日投率、比氧耗、比煤耗、碳转化率、合成气有效成煤量250~ 400 t的示范装置投产。1993 年在荷分等主要性能评价指标见表2。2种洁净气化工兰的丹马克电厂建成投煤量2 000 t/d 的大型煤艺典型气体组分见表3。气化装置。该装置用于联合循环发电,为单系列操作,装置开工率达95%以上。4德士古水煤浆气化工艺壳牌粉煤气化对煤种适应性更广，从较差的.德士古公司在70年代以前就开发了以天然褐煤、次烟煤、烟煤到石油焦均可使用。即使是气和重油为原料生产合成气技术。70 年代的石高灰分、高水分、高硫煤对气化影响也不大,还油危机促进了德士古公司寻找替代能源和洁净的可将2种煤掺混运行。对煤的灰熔点适应范围比煤气化技术开发。经过多年研究,推出了水煤浆其他气化工艺更宽。壳牌气化温度- -般在1 400气化工艺。该工艺采用水煤浆进料、液态排渣、~1 550 C,合成气中有效组分高, 00+ H2达到在气流床中加压气化，水煤浆与纯氧在高温、高90%以上。因而气化消耗煤量可降低。压下反应生成合成气。国内已在渭河、鲁南、上6 2种洁净煤气化的主要区别海焦化、淮南等地引进了多套装置。除含水分高的褐煤以外，大部分烟煤、石油焦等均可作为德德士古气化工艺中煤以含有约35%的水悬士古煤气化炉的气化原料,制成60% ~65%浓度中国煤化工只适于烟煤和硬的水煤浆,煤中灰分含量以不超过20%为宜。工TYHCN MHC 5%.若要使用第3期汪寿建洁净煤气化工艺浅析泵送水煤浆,就必须使其含水量超过70%，这在火材料，对气化炉操作温度的要求比德士古气化工艺上是不可行的。因此褐煤等煤种不适用于湿炉宽松。同时由于气化喷嘴安装在气化炉侧壁,法供料的气流床工艺。并且喷嘴数量为4~6个,负荷调整范围宽。喷德士古气化炉内需用氧气供煤燃烧,然后将嘴运行周期约8 00 h,能保证气化装置长周期煤水悬浮液中的水分蒸发过热到1300~1 400运行。 2种洁净煤气化工艺主要差异见表4。C，当水煤浆浓度为65%时,即在1. 54 kg的水表4壳牌粉煤气化与德士古水煤浆 0化主要差异煤浆中，1 kg煤要蒸发0.54 kg的水,并将其加序项目壳牌气化工艺德士古气化工艺热到1 400C，约需2900 kJ热量。1 kg干硬煤号1煤种中的灰分的热量是25000 kJ,即原料煤热值的11. 6%被%5.7~35 .<20浪费。当干法粉煤原料经过干燥后再进入气化炉2 进料方式60% ~65%水煤浆时,用于加热蒸发煤中水分的热量要少得多。气化系列配置 单系列、无备用炉多系列、 有备用炉德士古气化炉内砌耐火砖,因此要求煤的灰原料输送方式氮气送贮仓、 高压氮低压泵送煤浆槽、 高气送气化炉喷嘴压煤浆泵送气化炉喷融点<1 350 C,否则影响耐火砖使用寿命。壳.s喷嘴配置,使多喷嘴、对称布置、单喷嘴、三流道、固牌气化工艺用千煤粉进料,采用水冷壁结构,无用寿命可调节、8000h定式、非可调、1 S00耐火材料衬里，因此可提高气化温度,煤种选择范围更宽。6炉壁冷却水冷壁、挂渣、无耐热壁炉、 2层特种耐火砖村里火砖德士古气化，合成气有效成分(0O+ H)为7热回收煤气冷激、合成气废辐射废锅、对流废80% ;而壳牌气化炉的有效气体成分可达到90%锅:喷水激冷以上,二氧化碳含量只有2%,其余是氮气等成8除尘袋式过滤器干法+湿激冷室+文丘里+高分。排出的灰渣中含碳量小于1%，碳的转化率法洗涤塔效洗族塔~9%。煤中的碳已最大程度地得到了利用。综上所述,壳牌粉煤气化工艺比德士古水煤德士古气化炉由于结构上的不同,使得气化浆气化工艺在煤种适应性、氧气消耗、碳转化炉运行周期有较大差别。德士古炉内砌耐火砖，率、热效率及合成气有效成分等方面均占有一定目前国产耐火砖使用寿命不到1年,国外耐火砖的优势。壳牌粉煤气化是今后洁净煤气化发展的也只有1~2年。德士古气化喷嘴连续运行周期主要方向之一。仅2月左右。壳牌气化炉采用水冷壁结构,无耐收稿日期: 2004-01-06中国五环化学工程公司又获3项发明专利2004年4月23日，中国五环化学工程公司在专利申该工艺包括合成二甲醚过程,分离和吸收合成气中二甲报工作中有3项技术通过了国家知识产权局的审查,取醚，分馏含=甲醚的溶液制取高纯度二甲醚过程。特点得了中国发明专利证书。具体内容如下:是将合成气冷凝到-20C~10C，分离合成气中部分二(1)专利名称:一种由合成原料气-步法制取二甲醚甲醚，用甲醇水溶液吸收合成气中未冷凝的二甲醚。本冷却冷凝分离工艺。专利号: 01133650。该发明提出了发明采用甲醇水溶液吸收，甲醇循环使用，可降低运行费-种由合成原料气一步法制取二甲醚冷却冷凝分离工艺用10%以上。方法。该方法包括合成二甲醚，分离合成气中的二甲醚，(3)专利名称:一种二水法湿法磷酸生产工艺方法。分馏出二甲醚产品。特点是将合成气冷却冷凝到-20 C专利号: 01138286。该发明提出了一种由硫酸萃取磷矿~ 10C,分离合成气中的二甲醚，冷却冷凝后的尾气增生产二水法湿法磷酸工艺方法，包括萃取反应,磷酸料浆压后循环使用，冷却冷凝产物通过精馏制得质量浓度为过魂分离，尾气洗涤过程。特点是反应料浆从反应窒到99.5%以上的二甲醚产品。该方法取消了吸收塔和甲醇消化室的溢流在设备内实现，尾气通过文丘里洗涤器和精馏塔，从而简化了流程,降低了精馏过程能耗。旋风洗涤塔组合洗涤流程用水进行洗涤。本发明对磷矿(2)专利名称: - -种由合成原料气直接制取二甲醚甲有较好的适应性，能提高五氧化二磷回收率，改善石膏结醇水溶液吸收工艺。专利号: 01133649。 该发明提出了晶，提高过中物排放量。一种 由合成原料气直接制取二甲醚甲醇水溶液吸收工艺。中国煤化工量管理部TYHCNMHG