煤气化技术研究与发展

第39卷第5期辽宁化工Vol 39. No 52010年5月Liaoning Chemical IndustryMay,2010煤气化技术研究与发展孙凤伟(辽宁省石油化工规划设计院,辽宁沈阳10004)摘要:介绍了目前主要的煤气化技术发展状况,不同煤气化技术的工艺特点,各技术的优势及不足。展望了我国煤气化技术的发展方向。关键煤气化;煤炭;燃料中图分类号:TQ541文献标识码:A文章编号:1004-0935(2010)050526-04我是以煤炭为主要燃料和原料的国家,煤炭气化炉是由联邦德国鲁奇公司于1930年开发的,属消耗占全国能源总耗量约72%,充分体现了我国能第一代煤气化T艺,技术成熟可靠是目前世界上建源以煤为主的特点。在合成氨生产中以煤焦为原料厂最多的煤气化技术。鲁奇气化炉是制取城市坑口的占67.2%,而以煤焦为原料的氮肥厂中,以无烟煤气装置中的心脏设备。它适应的煤种广、气化强煤为原料的又占到88.7%。工业锅炉和民用煤炉度大、气化效率高、粗煤气无需再加压即可远距离的大量使用,使得煤渣及SO2等有害物质严重影响输送。鲁奇气化技术的特点为:采用碎煤加压式填环境。发展城市煤气,提供清洁的能源和化工原料,料方式,即连接在炉体上部的煤锁将原料制成常温是改善能源结构、保护环境、造福后代的大事。世界碎煤块,然后从进煤口经过气化炉的预热层,将温度上以鲁奇工艺制取城市煤气的技术最成熟,现有提高至300℃左右。从气化剂入口吹进的助燃气体200余台不同规格鲁奇炉投入工业生产,而且鲁奇将煤点燃,形成燃烧层。燃烧层上方是反应层,产生公司正致力于提高单炉生产能力和适应更多的煤的粗煤气从出口排出。炉篦上方的灰渣从底部出口种,向液态排渣和提高气化压力的高温、高压气化方排到下方连接的灰锁设备中,所以气化炉与煤锁、向发展。我国在城市煤气工程设备的设计加工、制灰锁构成了一体的气化装置。鲁奇炉的代表炉型即造能力上,已有了长足的进步,掌握了一些关键技第三代 MARK -.4型d3800m加压气化炉,术,培育了一批人才,为实现成套设备国产化打下了炉体由内外壳组成其间形成50mm的环形水冷夹坚实的基础。套,是一种技术先进、结构更为合理的炉型。煤气化技术是煤炭清洁高效转化的核心技术传统的固定层常压或富氧连续气化技术,在我是发展煤基化学品合成(氨,甲醇、乙酸、烯烃等国中、小型企业中得到广泛使用。据不完全统计,中液体燃料合成(二甲醚、汽油、柴油等)、多联产系型化肥企业使用UG炉(c2140、00)近400统制氢、燃料电池、直接还原炼铁等过程工业的基台,小型化肥企业中使用各种规格的固定层造气炉础。对于煤气化工艺技术目前主要有固定床、流化(2400,c2600)多达5000台以上。笔者近期考床和气流床3种,对于炉型,有固定床间歇气化炉、察某煤化工有限公司,新建的两套“18·30”装置灰熔聚、德土古恩德炉等多种,不同造气方式均有建有c2600常压固定床气化炉32台,其中28台运各自不同的特点,在国内也有不同厂家采用行。可见,固定层制气技术目前在国内化肥企业中仍占主导地位。该技术的主要特点是:1煤气化技术分析(1)工艺成熟可靠,投资省,建设工期短11固定床气化技术中国煤化工以鲁奇为代表的加压块煤气化技术。鲁奇加压dH工程师。CNMHG第39卷第5期孙凤伟:煤气化技术研究与发展5272)原料要求较高,气化压力低,生产能力小,值:CH4=1.4%-1.6%,实际运行中,CH4=1.8%能耗高。2.0%以上)。出装置煤气中含尘量高(设计值:3)同1台UGI(φ2740mm)富氧连续气化的60mg/Nm),是影响该技术推广应用的主要障碍。生产能力是间歇气化能力的2倍以上,但CO2含量1.3气流床气化技术略高,同时因需富氧,增加了建设投资。1.3.1以壳牌、CSP、科林、航天炉、伍德、熔渣-非(4)富氧连续制气无吹风气排放。但间歇制气熔渣为代表的气流床技术吹风气排放量大,污染物含量多(CO6%以上,H2S壳牌干煤粉气化工艺于1972年开始进行基础0.8~1.0g/m以上),排放污水中有害物质浓度高,研究,1978年投煤量150U/d的中试装置在德国汉环境污染严重。堡建成并投人运行。1987年投煤量250~400t/d因此,随着煤气化技术的发展,生产规模的大型的T业示范装置在美国休斯敦投产。在取得大量实化和环境保护要求的严格,该技术将被逐渐淘汰。验数据的基础上,日处理煤量为2000t的单系列大12流化床气化技术型煤气化装置于1993年在荷兰 Demkolec电厂建以恩德炉、灰熔聚为代表的气化技术。恩德炉成煤气化装置所产煤气用于联合循环发电,经过3粉煤流化床气化技术是朝鲜恩德“七·七”联合企年多示范运于1998年正式交付用户使用。目前,我业在温克勒粉煤流化床气化炉的基础上,经长期的国已经引进23套壳牌气化炉装置。壳牌煤气化过生产实践逐步改进和完善的一种煤气化工艺。灰程是在高温、加压条件下进行的,煤粉、氧气及少量融聚流化床粉煤气化技术根据射流原理,在流化床蒸汽在加压条件下并流进人气化炉内,在极为短暂底部设计了灰团聚分离装置,形成床内局部高温区,的时间内完成升温挥发分脱除、裂解燃烧及转化等使灰渣团聚成球,借助重量的差异达到灰团与半焦系列物理和化学过程。由于壳牌气化炉采用较高的分离在非结渣情况下,连续有选择地排出低碳量的气化温度(>1400℃),其具有较好的煤种适应的灰渣。目前,中科院山西煤化所山西省粉煤气化性、较高的碳转化率并且产品气体质量较高。工程研究中心开发的加压灰熔聚气化工业装置已经该技术的特点是:(以GSP气流化床技术为成功应用于晋煤集团天溪煤制油分公司10万va例)。煤基MTG合成油示范工程项目,该项目配备了6台(1)煤种适应性广。从褐煤、烟煤、无烟煤到石灰熔聚气化炉(5开1备),气化炉操作压力0.6油焦均可。对高水分、高灰分、高硫含量、高灰熔点MPa,日处理无烟煤1600t,干煤气产量125000的煤种也能适应。h(配套30万ta合成甲醇)。(2)气化压力高,气化温度可高达1850℃,特该技术的特点:(以恩德炉为例)别适应高灰熔点的煤种。(1)适用的煤种为褐煤,不粘结性煤和弱粘结(3)碳转化率高,煤气有效气(u(CO+H2)>性煤,同时要求煤有较高活性(950℃,α=65%)和84%)含量高,煤气中不含甲烷及其它烃类。灰熔点FT>1250℃。进炉煤料:H2O<8%。粒径(4)进炉煤中w(H2O)<2%,属于干粉煤进<10mm,其中4~6mm占50%。料。氧耗低,能耗低。(2)该炉气化压力为常压,但气化强度大,操作(5)炉内采用水冷格栅结构,无耐火材料维修弹性大,开停车方便炉内无运转设备检修工作量量小,设备运转周期长。(6)属洁净煤气化技术。气化过程无废气排(3)工艺流程短设备结构不复杂,可全部国产放,灰水循环使用,基本无排放化、投资省,建设周期短,上马快是它诱人之处。(⑦)原料煤的干燥、磨制粉煤(粒径<0.2m(4)炉内中上部增设二次喷嘴使上升煤气夹占80%),加压输送,是一套复杂、庞大的系统投资带的细煤粉进一步气化。出炉煤气进入干式旋风分及动力消耗高。离器,将煤气中固体颗粒分离后经回流管返回气化炉内,再次气化。在减少煤气含尘的同时提高碳的内送中国煤化工调节炉温需向炉日投煤量1000t利用率。计、010.5t。同时,为(5)煤气中CO2含量高,甲烷含量偏高(设计防止熄火,保证安全生产,炉内设燃气烧嘴,每小时辽宁化工年5月耗煤气3500~4000m3/h,相当于损失合成氨1t少,污染物含量低,易于处理。灰渣含碳量低,可作以上。仅上述两项费用,每天约5.0万元,全年1建筑材料。500万元以上。可见操作运转费用偏高,在一定程(7)烧嘴及耐火材料的选优与改进,可大大提度上影响其经济性。高装置的运转率。例如兖矿鲁南化肥厂B#系统德1.3.2以德士古、多喷嘴为代表的水煤浆气流床技士古炉烧嘴已连续运转150d以上,创造了水煤浆术加压气化装置关键设备-气化炉烧嘴长周期运行的德十古气化炉如今已有50多年的历史,是美国世界记录。德士古公司的专利技术,采用水煤浆加压气化工艺。(8)为保证长周期运行,需设备用炉,同时气化目前国内大化肥装置较多采用德士古气化炉,并且炉设备用材SA387Grln2,高压煤浆泵、氧阀、煤浆世界范围内IGCC电站多采用德十古式气化炉。德切断阀、锁渣阀及大部分调节阀等关键部分的阀门十古气化炉是一种以水煤浆进料的加压气流床气化仍依靠进口。因此,额外增加了投资。装置,水煤浆由气化剂夹带由专门的单个喷嘴向下(9)由于水煤浆中含有35%水分,因此比氧喷入炉内,瞬间气化。由华东理工大学研发的多喷耗、比煤耗偏高。嘴对置式水煤浆气化技术的化学反应原理与单喷嘴水煤浆气化技术相同,但其过程机理与受限射流反2我国煤化工技术展望应器的单喷嘴水煤浆气化炉又有很大的不同,多喷中国煤化工的发展对发挥丰富的煤炭资源优嘴对置式水煤浆气化炉采用撞击流技术来强化和促势,补充内油、气资源不足和满足对化工产品的需进混合、传质、传热。位于气化炉直筒段上:部的4个求,保障能源安全,促进经济的可持续发展,具有现工艺喷嘴在同一水平面上,相互垂直布置,通过4股实和长远的意义。新型煤化工在中国正响临新的发射流的撞击可以使反应更充分并显著提高碳转化展机遇和长远的发展前景。率。月前,多喷嘴技术已经得到市场的认可,日处理目前在我网煤化工领域中,有很多企业注重研量1800t的气化装置已经在江苏灵谷顺利开车并发自己的煤气化技术,还有一些企业引进国外的先稳定运行,同时其专利技术已经打入美国市场,并获进技术,针对国内自主开发和引进的煤气化技术种得好评。类较多,煤化工企业总希望寻求到最好技术的现状,该技术属气流床湿法粉煤气化。国内有十余家专家一致提出,对煤气化技术的认识、选择需要科学企业采用该技术,其主要特点是的认识观,煤气化技术没有先进性和落后性之分,只(1)煤种适用性广,可用于烟煤、无烟煤的气有适用性。化,还可以气化石油焦、煤液化残渣、沥青等但为了由于我国煤种、产品和建厂条件不同,原料多样提高水煤浆的浓度,煤种的可磨指数要求高,内水含化、煤气化技术多样化是必然的。多种煤气化技术量<8%,灰含量<13%。为了适应液态排渣,煤种并存是适合我国煤化工产业发展现状的。像无烟煤的灰熔点FT<1300℃,灰渣粘温特性好。及热值低的煤就适合用常压固定床气化炉,而且固(2)气化压力高。目前运行装置的压力等级有定床气化炉的煤渣可送到"三废"炉燃烧发电废水27,4.0,6.5和8.7MPa,提高气化压力,可缩小设可实现零排放,在环保上也是达标的。备体积,更有利于降低合成气压缩能耗。(3)水煤在大规模的煤化工园区,不同煤气化技术都可浆制备简单,进料采用高压煤浆泵输送,流量及压力以共存使用。同时使用固定床、流化床和气流床气易于控制与调节,运转稳定,安全叮靠。化技术中的2种或3种,其优点是将原料煤首先进(4)碳转化率高。煤气中有效气(C0+H2)较行简单筛分,10~50mm块煤不需干燥直接用于固高,可达80%左右,冷激流程可满足后、序变换工段定床加压气化。1~10mm部分可用于流化床,也可对水蒸汽量的要求以与<1mm的块煤一起用于气流床气化,这在一定(5)设备国产化率高,可节省投资。炉内结构程度中国煤化工。而且几种气化简单,无机械传动装置。维修量小。技术CNMHG化产生的大量甲(6)该技术属洁净煤气化技术,环境效益好。烷叮用J、蘑Ⅺ飞抡机发电。气化过程无废气排放。灰水循环使用,废水排放量(下转第557页)第39卷第5期张鹏,等:聚丙烯中试装置环管反应器的模拟557(4):996-1015.化学反应工程与工艺,1996,12(3):263-270.[5]杨爱新聚内烯环管反应器的模拟[J]化学T程,2002,30[8]罗正鸿曹志凯,朱乃靖等稳态操作下的万吨级聚丙烯环管(6):37-40.立器模型的建立[刀].厦门大学学报,2005,44(3):395[6]崔波张青瑞李亚宁,等聚丙烯反应器的模拟与参数在反应器内的分布[化学工业与工程,1996,13(4):1-8[9]刘彦华聚丙烯生产工艺流程模拟研究[D].北京:北京化工[7]崔波,马青,曹长青,等聚内烯环管反应器的动力学特征[门大学化学工程学院,2001Simulation of Loop Reactor for Polypropylene Pilot PlantZHANG Peng, L Li, WANG Xiong, WANG Dan-dan.Lanzhou Chemical Research Center of Petrochemical Research Institute of Petro China Company Limited, Lanzhou 730060, China)Abstract Mathematical model was established by analyzing and researching the 75 kg/h polypropylene pilot plant loop reactor of Pet-roChina. By solving the equation, the relationship of solid content, monomer concentration, the active center concentration, hydrogenncentration and the length of the loop reactor can be obtained. These data provided the basis for optimizing the pilot plant operationKey words: Polypropylene: Loop reactor; Mathematic model; Stimulation(上接第522页)(4)适当增加洗涤段数能降低芳烃含量。含量低,产品质量较好但收率较低;尿液浓度高时,综合考虑装置的产品收率、芳烃含量、能耗等诸收率较高,但芳烃含量高,液蜡的质量较差。因素,通过多次实验,认为尿液组成38:40:22,尿(2)提高尿油比能提高液蜡收率,但液蜡的芳油比10:1,四段溢流洗涤,洗油比1.5:1,有利于烃含量也随之增加,影响产品质量控制芳烃含量和提高收率。(3)提高洗油比,能降低芳烃含量。Discussion on Control of Aromatic Hydrocarbon Content andIncreasing Liquid Wax Yield for Urea Dewaxing UnitMA YaoShenyang Paraffin Wax Chemical Co, Ltd., Shenyang 110141, ChinaAbstract: Combining with actual production, through repeating debugging various process indicators of operation control unit, main fac-tors infuencing liquid wax yield and aromatics content were found and the best process indicators were determined in order to ensurequality and effectively increase product yieldKey words: Urea dewaxing; Aromatic hydrocarbon content Liquid wax yield(上接第528页)炭资源选择最合适的气化技术,其次要考虑所生产有的煤气化技术耗氧量高但别的技术指标有优点。的产品,只要经济上能承担得起,无论国内还是国外另外,也不能以合成气中水蒸汽含量高低来判断煤煤气化技术都可以选择。在我国煤化工领域中,企气化技术的效率,应当从煤气化技术到最终生产产业在选择煤气化技术的时候首先要考虑的是是否适品的整个流程去判断。靠单纯比较非同等条件下得用,技术的适用性要重于技术的先进性。到的某个技术指标来选择煤气化技术是不科学的。参考文献某种技术有不足的地方,但不等于就应被全盘否定。[1]刘功年多种煤气化技术的应用与评述[冂革新与综述企业在选择煤气化技术时,首先要根据自身煤2007(5):25-29Research Progress of Coal Gasification TechnologySUN Feng-toeiLiaoning petroleum-Chemical industry Planning and Desi中国煤化工hna)Abstract: Development status of coal gasification technology was introducedtechnologies were discussed as well as advantages and disadvantages of everCNMHGd of coal gasificationtechnology was put forward.Key words: Coal gasification; Coal; Fuel