煤炭气化技术浅析

厂州化工2011年39卷第10期这些小颗粒煤在自下而上的气化剂的作用下,保持着连续不断4.1壳牌( Shell)煤气化技术和无秩序的沸腾和悬浮状态运动,迅速地进行着混合和热交换，壳牌( Shel)煤气化技术[71属于加压气流床技术,工艺流程其结果导致整个床层温度和组成的均一。流化床气化能得以迅主要包括原料煤的预处理、煤的加压和投料、煤的气化、除灰、煤速发展的主要原因在于:生产强度较固定床大、直接使用小颗粒气净化脱硫以及配套的水处理、空分、氮气系统等。裝置的造碎煤为原料,适应采煤技术发展、对煤种煤质的适应性强，可以气压力为2.0-4.0 MPa,操作温度1 400~1 600 C ,采用液态排利用如褐煤等高灰劣等煤作原料。渣技术,渣中含碳量<1% ,干煤粉进料,碳转化率达9% ,煤气3.1恩德炉(Undok Gasifier)粉煤流化床气化中有效气含量约90% ,有效气比氧耗约340 m/1000 m'(CO+恩德炉(Undok Gasifier)l)] 以粉煤为原料,采用不同的气化H2), 比煤耗约590 kg/1000 m'(CO+H2)。剂,可生产空气煤气、半水煤气和水煤气,分别用于工业加热炉Sbell 煤气化技术有着媒种适应性广,单系列生产能力大、碳煤气、民用燃料和化工合成气。恩德炉的造气系统主要包括原料转化率高 产品气体质量好气化氮耗低、热效率高、负荷调节方媒配置造气、气体的初步净化以及配套的空分装置。生产工艺为便以及环境效益好等优点。 但是,也存在着T.业应用经验少,国常压气化,操作温度在900~1000 C之间，采用固态排灰方式,灰产化程度低、投资大以及建设周期长的缺点。渣含碳量<10% .所产煤气有效气含量为65% -70%。该技术采4.2 德士古水煤浆加压气化用的原料主要是褐煤、长焰煤,不黏性和弱黏性姻煤,不仅要求煤德士古(Texaco)水煤浆0加乐气化技术属气流床加压气化的灰分少于25% ~30% ,灰熔点高(ST>1 250 C) ,而且要求低温技术,工艺流程主要包括煤的研磨和煤浆制备、煤浆储运、煤气化学活性好(在950 C时>85% ,在1 000 C时>95% )。化及合成气洗涤、渣水处理系统以及配套的空分等部分。气化该炉型采用褐煤和长焰煤为原料,可以降低造气成本,但对炉热量利用有激冷、废锅、激冷和废锅结合3种流程,可以根据原料煤的黏性等指标要求较严格。目前该煤种主要分布在吉产品选择合适的流程。生产合成氨和甲醇的生产装置- -般采用林、内蒙古、广西、云南、河南义马等地，在国内的分布并不广泛，激冷流程,所得煤气的汽气比和氢碳比均较高。气化炉采用湿因此该造气方式由于原料的限制在较大程度上影响了它的推法进料,液体排渣技术,煤浆含水量约30% -40%。装置的造气广。这也是该炉型-一个较为主要的缺陷。另外,该炉型最大能压力在2.5~6.5 MPa,4.0 MPa装置较为普遍。气化炉操作温力发气量为40 000 m'/h。由于为常压气化方式,-方面对于取度为1 300~-1 400 C ,比原料煤的灰熔点高50~ 100心。有效气代国内普遍应用的固定床间歇气化造气炉有较大优势,另一方比氧耗为336 -410 m'/km' ,比煤耗为550 ~ 620 kg/km'。 气体面也使该炉型在装置的大型化方面受到一定限制。考虑到装置有效成分80% ~84% ,碳转化率超过97%。由于是高温气化,气的运行稳定性,-般1套装置需采用2台以上造气炉，从而导致体中含甲烷很低(CH,含量≤0.1% ),无焦油,对环境影响小,便投资增多占地增大,操作复杂程度增加。于气体净化。3.2灰熔聚煤气化目前影响德士古气化装置长周期稳定运行的关键因素是气灰熔聚一流化床粉煤气化'6}系统主要包括原料煤配置、进化炉烧嘴运行周期短。气化炉烧嘴运行周期一般不超过2个煤系统、气化炉排灰系统、除尘系统.废热回收系统和洗涤净化月 ,烧嘴即因为喷头磨损,裂纹等问题而需要更换。这是造成德设备等。该技术采用富氧或纯氧连续制气,造气压力在0.03 ~士古 气化装置必需有备炉的主要原因,从而导致装置投资增加，1.0 MPa之间,操作温度一般控制在1100 C,比原料煤的灰熔运行 费用增加。当前国外向火面耐火砖使用寿命达2年,国内点低100 C。灰熔聚流化床采用固态排灰方式,灰渣含碳量耐火砖使用寿命约 1年,耐火砖更换费用占整个装置维修费用< 10% ,碳转化率超过90% ,有效气含量72% -78% ,气体中无的 1/2以上，更换时间超过I个月。最后,该T.艺存在黑水系统焦油及重质烃类等物质,酚含量低,废水量少。结垢气化炉带水等问题,影响了装置的连续稳定运行。而且该该技术对原料煤的预处理要求粒径范围在0~6 mm(其中技术的煤 气化炉仅有1个烧嘴,因此操作弹性相对较低。大于6 mm的< 1%,小于1 mm的<40%),要求煤灰分从4.3 GSP 气流床气化技术10% -40% ,焦渣特性1-6(以2-4为好),外在水分≤5%,灰CSP气流床气化技术是由原民主德国的德意志燃料研究所熔点(ST)≥1 250 C ,使用的煤种有褐煤烟煤、贫瘦煤、无烟煤、(DBI)于1975年开始开发的煤气化技术,主要适用于低品位褐焦粉等,适应性较广。目前在工业装置应用的煤种有甘肃华亭煤。1991 年，该技术被德国的诺尔公司获得,并对其进行了系统烟煤、陕西彬县烟煤、山西大同黏结性烟煤.山西唐安无烟煤以性的改进。该技术属于气流床加乐气化技术，以干煤粉为原料，及平顶山高灰分烟煤等煤种。缺点:该技术目前以常压气化为主,低压气化正处于推广应采用单烧嘴下行制气,气化炉内有水冷壁内件,操作压力2.8 MPa,操作温度1450-1 600 C。碳转化率达9%以上,煤用时期，单台设备产能较低，大型化还有待时日。气中甲烷含量极少(<0.1%)。不含重烃,Co +H达90%以4气流床气化技术及典型工艺上9。GSP气流床气化技术具有气流床气化的突出优点:煤种适气流床气化是一种并流式气化。气化剂(氧与蒸汽)将煤粉应广、处理能力大气化效率高.碳转化率高,环境友好等。气化夹带入气化炉,在1 500~1 900 C高温下将煤进一步转化成炉的结构较为复 杂,国产化程度较低,因而投资较高,而且GSPco.H .CO2,等气体,残渣以熔渣形式排出气化炉。也可以将煤技 术工业化运行装置太少,实际经验浅薄。粉制成煤浆,用泵送入气化炉。在气化炉内,煤炭细粉颗粒与气4.4四喷嘴对置式水煤浆 气化化剂经特殊喷嘴进入反应室,会在瞬间着火，直接发生火焰反四喷嘴对置式"0]水煤浆气化技术属气流床加乐气化装置,应,同时处于不充分的氧化条件下。因此,其热解、燃烧以及吸湿法进料,液态排渣。煤气化系统主要由水煤浆制备装置、四喷热的气化反应几乎是同时发生的。随气流的运动，未反应的气嘴对置煤气化装置、煤气初步净化装置、含渣水处理装置及配套化剂热解挥发物及燃烧产物裹挟着煤焦粒子高速运动,运动过(下转第67页)程中进行着煤焦颗粒的气化反应。2011年39卷第10期广州化工●67.[19] Wan Y.. Yang H. , Zhao D. "Host - Cuet" Chemistry in the Syntbhe[J]. J Am. Chem. Soc.，2005, 127: 13 508-13 509.sis of Ordered Nonilccous Mesoporous Materials[J]. Acc. Chem.[21] Zhao D., FengJ, Huo Q, Meiosh N, Fedrickson. Glenn H,Re.. 2006. 39; 423 -432.Chmelka. Bradiey F. , Stucky. Galen D. Triblock Copolymer Synthesea[20] hangF., MengY., CuD. YanY.. YuC.. TuB., ZhaoD. Aof Mesoporous Silica with Periodie 50 to 300 Angtrom Pores[J]. Sei-Facile Aqueous Route to Syntbesize Highly Ordered Mesoporous Poly-ence, 1998, 279: 548 -552.mers and Carbon Frameworks with lad Bicontinuous Cubic Structure(上楼第48页)空分装置等部分组成。气化压力为3.0-6.5 MPa,操作温度品 的不同选择不同的煤气化技术,不同的炉型气化生产的原料1 200-1 300 c ,残渣含碳量≤5% ,有效气含量≥83% ,碳转化气的压力、气体成分均不同,适用于不同的工业领城;再次,根据率≥98% ,有效气(CO+ H)比氧耗360~ 380 m'/km' ,有效气比产品的生产 规模和能力选择合适的气化技术,不同煤气化技术煤耗540 ~ 570 kg/km'。对于所建装置的规模效益是不尽相同的,相应的装置投资、建设四喷嘴对置式水煤浆气化技术具有如下优点:比煤耗低、产周期 .对市场的适应性均有所不同。总而言之，各企业在选取造气最大、渣中含碳最低、运行周期长、负荷调节灵活,并且拥有自气方式时,均应所上项目进行全面的综合分析对项目的原料、主知识产权。但是，由于采用四喷嘴技术，煤气化装置投资较技术 、市场、环保等多方面因素进行全面了解，合优化处理,才能高,超过德士古技术的20% ~ 30%。装置运行过程中出现的气使项目避免或减少投资的风险性,使企业获得最大的效益,不能化炉拱顶砖冲刷严重和拱顶超温等问题,影响了装置的运行稳仅仅局限于某-方面而决策采用何种造气方式，从而造成无法定性。弥补的损失。4.5航天炉(HT-L) 粉煤加压气化技术参考文献航天炉(HT-L)粉煤加厌气化技术(以下简称航天炉技术)1] 徐京磐,鲍礼堂.流化床和气流床气化技术综述(上)[].小氮肥技属于加压气流床I艺,是在借鉴壳牌德十古及CSP加压气化工术设计,2002 ,23(1);11-22.艺设计理念的基础上,由北京航天万源煤化工工程技术有限公[2] 李仲来. 煤气化技术综述[].小氮肥设计技术,2002 ,23(3);7-司自主开发具有独特创新的新型粉煤加压气化技术。2008年先后在安徽临泉河南龙宁建成2套单炉日投煤量720的示范[3] 李志坚清净煤气化技术在化学工业中的应用前最[J].化T技术装置。从目前运行情况看，基本达到设计要求,最长连续运行时经济2005 ,23(2):1-7.间已达到128天"。[4] 王永军. 煤气化工艺技术的选择[J].西部煤化工，2008(1):30 -采用单绕嘴顶烧式气化，气化炉采用Texaco激冷工艺,设计[5] 周永顺. 恩德粉煤气化技术在我国的应用[J]煤化工, 2003.气化温度1 400~1 600 C ,气化压力4.0 MPa。热的粗煤气和熔渣一起在气化炉下部被激冷,也由此分离，激冷过程中,激冷水31(2) :26 -30.蒸发,煤气被水蒸汽饱和,出气化炉为199 C ,经文丘里洗涤器、[6] 徐奕丰,陈寒石, 黄戒介.灰熔案流化床粉煤气化技术[J].化肥工业,1997. ,24(5):27 -29.洗涤塔洗涤后,194 C、固体含最小于0.2 mg/m'的合成气送去[7] 汪家铭 壳牌煤气化技术在我国的应用[J].化肥设计, 200变换。45(4):19-22.煤种适应性范围广、碳转化率高、粗合成气品质好、控制系[8] 黎军. 德士古水煤浆气化工艺概况[J]安徽化工,2001 ,27(1):统自动化程度高安保联锁系统完善以及环保性能好.而且具有46 -49.自主知识产权,工艺成熟可靠,主要设备完全国产化，投资少,比9] 王德山CSP煤气化技术设备概况[J].煤化工,2007(3):17,38-同规模Shell技术投资要少三分之-。但是,大部分的热量都由40粗煤气及熔渣带入激冷水中,造成较大热量损失。[10]李伟峰,于广锁,龚欣,王铺臣等多喷嘴对置式媒气化技术[J].氮肥技术,2008 ,29(6);1-5.5结语[11]孙水才.刘伟,航天炉粉煤加乐气化技术浅析[J] .化肥T.业,2010,37(1):55 -57.不同煤炭气化技术有各自特点,在实际选用时，首先应当根据原料情况确定采用的煤气化技术;其次，根据煤气化后所产产