适宜"三高"煤利用的煤气化技术探讨

Sep. 2009现代化工第29卷增刊(1). 234Modem Chemical Industry2009年9月适宜“三高"煤利用的煤气化技术探讨李小红'，姚润生",李凡'(1.太原理工大学煤科学与技术教育部和山西省重点实验室,山西太原030024;，2.临汾同世达实业有限公司,山西临汾041000)摘要:我国煤炭资源中高灰高硫高灰熔点煤(简称"三高"煤)所占比例较高，开发高效、洁净的“三商”煤加工技术对我国煤炭资源的可持续发展和利用有重要意义。本文通过对“三高’煤煤质特点进行分析,结合国内外发展较快的粉煤气化技术,综述了“三高”粉煤气流床气化的可行性,为促进“三高”煤高效洁净利用提出了积极的建议。关键词:“三高"媒;煤气化;粉媒;气流床中围分类号:TQ546.2文献标识码:A .文章编号:0253 - 4320(2009)S1 - 0234 -03Progress in gasification technology for tri-high coalU Xiao-hong'，YAO Run-sheng', U Fan'(1. Key Laboratory of Coal Science and Technology of the Education Ministy and Shanxi Povince, TaiyuanUinwensity of Technology , Taiyuan 030024, China; 2.Linfen Town Sar Indusry Corporaion, Linlen 041000, China)Abstract: There is the higher proportion of the coal with high ash, high sulfur content and high ash fusion temperalure inChina coal resources, it is always named as“ri-high cal”. Development of eficient, clean and suitable poesing tchnoloyfor ti-high coal is important in order to make the best of coal reources. In this paper, the characteristics of tri-high coal and upto date gsication technology at home and abroad are discussed. l is proposed that pulverized coal entrined-low gasification isfeasible to tri-high coal.Key words: ti-high coal; coal gaificatin; pulverized coal; entrained-bed我国富煤贫油、少气的能源结构决定了在相当烧和炼焦,由此带来了很大的环境问题,增加气化用长时期内以煤为主的能源消费局面,目前煤炭消费煤的比例不仅是化学及其相关工业的要求,也是解占我国- -次能源的近70% ,2008年1-9月,我国原决环境问题的重要途径。从气化技术的发展趋势煤产量近19.34亿t,比2007年同期增长14.4%1]。看,大规模的煤气化技术是主要发展趋势(4]。我国煤炭资源的特点是高灰、高硫高灰熔点煤(“三1 气流床气化技术进展高”煤)所占比例较高[2] ,面对我国经济快速发展对能源需求的增长以及节能减排的压力,充分利用煤煤的气流床气化技术因其技术先进、气化指标炭资源,大力发展煤炭高效、洁净利用技术是我国煤优良、节能高效、环境友好,被作为“三高”煤气化的炭资源可持续发展的必由之路。煤灰分质量分数在首选技术。气流床气化炉主要特点是高温气化、液22% ~ 30%、硫质量分数在2.4% ~3.0%、灰熔点大态排渣、碳转化率较高。气流床气化技术有很多优于1 500C的“三高”劣质煤被认为是非经济性资源。点,最突出的优点是可利用的煤种广泛、单位反应器实现“三高”煤的洁净化利用既能增加我国资源的利体积处理煤量高、构造设计简单以及接近100%的用率,又能提升企业的可持续发展能力,解决此问题碳转化率[51。的关键环节是寻求先进合理的煤利用技术3)。煤气气流床气化技术是发展多联产系统、IGCC发化技术是煤炭洁净转化的龙头和关键技术,经济稳电、煤基液体燃料以及煤基化学品等工艺过程的共定的煤气化技术对煤化工项目的成败至关重要。目性技术和关键技术。先进的气流床气化工艺主要有前,我国每年的煤炭消费量超过20亿t,但只有很少料浆进料的湿法气化工艺和干煤粉进料的干法气化部分(少于5% )煤炭用于气化，大部分煤炭用于燃工艺其中气流床气化炉是煤化工生产装置的关键中国煤化工收稿日期:2009-07-21基金项目:山西省回国留学人员科研资助项目(207 - 23)TYHCNMHG作者简介:李小红(1982 -),男，硕士生;李凡(1956 - ),女,硕士,教授,主要从事煤化学化工方面研究,通讯联系人,0351 - 6018076, fanli@tyut. edu. cm。.2009年9月李小红等:适宜三高煤利用的煤气化技术探讨设备之- -。 现在国外新开发的气化炉都采用加压气融性温度FT(流动温度)50~ 100C[10] ,但气化炉操化的工艺,其优点是:提高气化强度、增加单炉产量、作温度过高会影响气化炉的寿命,在其他操作条件节约压缩能耗、减少带出物损失。气流床加压气化不变的情况下,气流床气化炉随操作温度的提高氧由于采用了高温高压纯氧减小煤粒度等措施,因气的消耗也增加。而达到加快气-固两相表观动力学反应速度,进而“三高”煤的灰熔融性温度较高,煤灰的流动温强化气化生产、显著改善气化技术经济指标的目的。度大于1 500C,为了适应气化炉操作温度,可以通气流床气化工艺通常采用很细的煤粉(85%以过配煤或添加助熔剂降低煤灰的熔融性温度。煤灰上粒度<0.1 mm)或水煤浆(其中大部分煤的粒度的酸碱值对其灰熔融性温度影响较大,通常煤灰中也<0.1 mm)与气化剂(一般采用纯氧)在很高的温酸性组分和碱性组分的比值越大,灰熔融性温度越度下,进行瞬间的火炬式燃烧还原反应，生成以Co高,煤灰中酸性组分有SiO2、Al203.Ti02等,碱性组+ H2为主体的合成气。该工艺的特点是:高温、液分有Fe203、 Ca0、Mg0、Na20等。煤灰中碱性组分渣、用细粉煤和纯氧、高速的瞬间火炬气化反应,单(FeO3 + CaO + MgO + Na2O)占煤灰的40% ~ 50%炉生产能力大,合成气中甲烷含量很少,无烃类物时,煤灰易形成低熔点熔融体1川。对于高灰熔点质,合成气净化工艺较简单[06。煤,可以利用配灰分中碱性组分比例较高的低灰熔目前，国内外发展较快的气流床气化技术有点煤或通过加入Ca0来调节煤灰的酸碱值,以破坏Texaco水煤浆气化技术、多喷嘴对置式水煤浆气化硅铝的网状结构[2),从而降低煤的灰熔点,既可以技术、Shell粉煤气化技术、GSP粉煤气化技术和节约能源,还可以降低气化炉的操作温度,有效延长HT-L气化技术。水煤浆气化对煤质的要求较高，气化炉的寿命。高灰分含量受到限制，灰熔点不能太高,成浆性要在进行“三高"煤气化时在煤中加人一定量的氧好,Texaco水煤浆气化不宜选用灰熔点高于化钙，除可降低灰熔点外，也会起到固硫的作用，减1 300C、灰分质量分数大于20%的煤种[7]。水煤浆少酸性气体的释放,进而降低了酸性气体对设备的气化技术比干粉煤气化技术在氧气消耗和原料煤的腐蚀,也会减轻后续工艺的脱硫压力。由于Ca0的.消耗方面能耗要高[8]。源于煤浆中含有质量分数约不稳定性,可以通过加入适量粉碎的石灰石,石灰石35%的水,这部分水在气化过程中也要被气化,温度受热分解后进行助熔。升到1350~1400C经过煤气激冷,部分有效能损加入助熔剂可以降低灰熔点,但是“三高”煤本失。与水煤浆气化相比,干粉煤气化技术对煤种的身灰分较高,添加助熔剂又增加了含灰量,这样灰渣要求相对较宽,在应用前景方面发展空间较大,但量太大也会带来排渣难的问题。通过对原料煤的洗Shell粉煤气化技术设备昂贵、投资较大,GSP粉煤气选降低煤中的灰分,另外通过配人-一定比例的低灰化技术和HT-L气化技术目前还缺少大型化运行经分且灰熔点较低的煤种也可以降低原料煤中的灰验,长周期运行方面还需考验。含量煤中的灰分具有一定的催化作用，会降低气化2适宜“三高”煤的气化工艺探讨反应的活化能,煤灰中的Ca0在气化中通过与煤焦“三高”煤的煤质特点决定了其气化不宜采用水表面碳原子的作用起催化作用[13]。在原料煤中添煤浆气化技术,只能采取干粉煤气化技术。中国科加石灰石助熔剂,石灰石受热分解生成的Ca0除具学院山西煤炭化学研究所开发的具有自主知识产权有助熔作用外,也会对气化起催化作用。的灰熔聚流化床气化技术在对“三高'煤利用方面有气化工艺的核心部分一气化炉决定 了整个气突破,但由于该气化炉操作压力较低、单位处理量不化技术的成败,气化炉的结构是否合理非常重要。高,与气流床气化比总碳转化率低[9],目前还未实现气化炉炉体采用水冷壁结构,水冷壁盘管内侧涂耐大规模工业化生产。火材料,进行粉煤气化时熔融的煤灰在耐火层表面实现气流床“三高”煤气化的技术关键是有效解凝结中国煤化工冷壁面挂渣来保决排渣问题，保证气化炉稳定运行。高灰煤排渣技护水YHCNMHG,挂渣厚度决定水术的突破是“三高"煤气流床气化可行的前提,目前冷壁承又的於机重入小，阿下化室温度,影响气化粉煤气流床气化温度为1 500C左右,为了保证顺利过程的稳定程度(4]。目前气流床液态排渣煤气化排渣,气化炉的操作温度要高于进料煤煤灰的灰熔技术气化温度高,伴生的灰渣以液态的方式排出气236 .现代化工第29卷增刊(1)化炉膛,气化炉的渣口常采用缩口的设计方式,以维术所取代。持灰渣在较高的温度下流动,便于灰渣的汇集和顺致谢:本研究得到临汾同世达实业有限公司资助。利排出,然后被急速冷却[l5]。鉴于“三高”煤高灰、参考文献高灰熔点的煤质特点,可以改变气化室下端的缩口结构，扩口以便于排渣,还可以进-步加装破渣装置[1]王昕,董继斌,丁钟晓,等.200年:山西煤炭工业发展报告[R].太原:山西经济出版社2008:346.保证灰渣的顺利排出。[2]潘连生.积极采取措施努力促进以我为主发展现代煤化工[J].烧嘴是气化工艺的关键部件,它的运行状况和煤化工,007,128(1):1-6.寿命直接决定了气化装置能否长周期、经济运行。[3]房倚天,王洋，马小云,等.灰熔聚蔬化床粉煤气化技术加压大基于控制上的稳定性,“三高”煤气化可采用单喷嘴型化研发新进展[]].煤化工,007,128(1);11-15.下喷进料,在生产流程控制中,干粉煤在载气携带下[4] Wang Fucheng. Coul gaifcation technoloy pplication and develoment in China[C]. ICA2008,Shanghai ,2008.通过烧嘴进入气化炉,为了保护在高温下工作的烧[5] Goo Xiaolei, Dai henghua, Cong Xin, a al. Peformance of a on嘴,烧嘴冷却水通过烧嘴端部的冷却盘管和水夹套trained-flow gsifcation technoloy of pulverized coal in pilotr scale连续循环流动,以冷却烧嘴,防止高温损坏,这可通plant[J].Fuel Pceeing Technology 20788:48 - 459.过对烧嘴冷却水的阻力进行计算,以保证烧嘴冷却[6] 陈家仁.加压气流床气化工艺的发展现状及存在问题1[].煤化工200, 12(6);1-7.水达到合适的流量保护好烧嘴[16]。粉煤进料载气[7]马文清.鹤壁煤制甲醇项目煤气化工艺介绍及炉型选择[J].煤的选择还要结合下游产品确定,如合成氨工业可以质技术2007(3):46-48.选用氮气作载气,甲醇工业可选用二氧化碳作载气,[8]王志华。选择先进适用的煤气化技术研讨[J].大氨肥,2006,29有利于后续工艺流程。(4):265 - 267.[9]王洋,吴骨沪.中国高灰.高硫、高灰熔触性温度煤的灰熔聚诡3结语化床气化[J].煤化工20,117(2):3-5./[10]刘镜远,车维新.合成气工艺技术与设计手册[M].北京:化学工通过对“三高”煤的工艺性质和现有的气化工艺业出版社,2002:211.进行分析,开发- -种具有 自主知识产权的气化工艺[1]贺根良,门长费.气流床气化炉操作温度的探讨[J].煤化工，和设备是必需的，也是具有现实可能性的。开发新2007,131(4):8-11.型的适宜“三高”煤的气化技术时在借鉴现有成熟技[12]马艳芳,李侃社,李积珍.儿种主要氧化物对神华煤灰灰熔点的影响[J].青海大学学报,00(12)12427.术的基础上,应充分考虑其煤质特点而对气化装置[13]谢克昌.煤的结构与反应性[ M].北京:科学出版社，202:33 -进行特殊设计加工,使气化炉结构及其气化工艺条343.件适应“三高”煤特点，实现气化装置长周期稳定运[14]崔意华,袁善录.CSP加压气流床气化技术工艺分析[].煤炭转行。现在煤气化技术在我国正面临着前所未有的发化,2008,31(1):93-96. .展机遇,随着技术的不断进步,规模小、能耗高、对原[1s]贺根良,门长贵.双高煤的新型气流床气化气化技术开发的探讨[].安徽化工2008,34(5);545 -47.料要求高和环境污染严重的落后技术终将逐步被规[16]牛苗任,于广锁,周忐杰，等.工业烧嘴冷却水管路阻力损失的模大、能耗低、对煤种适应性广和环境友好的先进技计算[J].煤化工2007, 129(2):24-26.■碳材料负载型杂多化合物油品脱硫催化剂及其脱硫方法公开号:CN101474569公开日 :2009.07.08乙腈相)中催化剂分离并循环利用。上述催化剂由活性组申请(专利权)人:山东大学分A和载体B构成,其中A为杂多化合物，B为活性炭、碳本发明涉及一种基于碳材料负载型杂多化合物的油品纳米管中的一 种。涉及的油品包括原油、燃料油及原油精脱硫方法,以H02为氧化剂,碳材料负载型杂多化合物为炼过程中的半成品油。 该催化剂制备过程简单安全、无毒催化剂,将油品与乙腈按比例混合,在-定温度和常压条件无害 、中国煤化工与传统工艺相比，下,按比例加入氧化剂和催化剂的混合物，反应后冷却至室工艺简经济效益高,易于:IYHCNMHG温,自然分层,上层油相即为脱硫油品,通过过滤将下层(即工业化生厂。