鲁奇煤气化技术的发展及应用

转化利用鲁奇煤气化技术的发展及应用王鹏,戢绪国(煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院,北京100013)摘要:对鲁奇气化技术的发展历史、工艺特点及在国内外的应用现状进行了论述说明,重点介绍了山西天脊化肥厂、义马煤气厂、南非萨索尔和美国大平原煤气厂四家公司应用鲁奇气化技术的情况，对鲁奇气化技术在国内煤化工行业应用的前景,尤其针对褐煤,进行了分析。关键词:鲁奇;气化;应用;褐煤中图分类号:TD844文献标识码:A文章编号:1006-6772(2009)05-0048-04近几年,随着中国煤化工产业的蓬勃发展,煤了用煤范围,可气化弱粘结性烟煤,取消了内衬,改气化技术作为煤转化利用的龙头技术和核心技术，进了布气方式和增加了破粘装置,边置灰斗调为中得到越来越广泛的应用。煤气化单元在煤化T.生置灰斗,气化炉直径扩大到2.8m,3. 7m2种,单炉产装置投资中占有重要比例，不同煤气化技术投资生产能力得到提高,产气量分别达14000 ~差异巨大,因而煤气化技术的选摔对项目固定投资17000m2/h.台、32000 ~45000m/h.台。第3阶段有重要影响。同时,不同气化技术的工艺特点、技(1969年~至今) ,为了进一步扩大用煤范围,使之达术指标、设备结构等也存在较大差异,不同的煤种、到气化- -般粘结性煤的目的,推出了Mark - IV型气化产品方案和规模应选择适宜的气化技术,从而做到炉 ,改进了布煤器和破粘装置,可气化除焦煤外的所技术和经济均可行。鲁奇气化技术是最早应用于有煤种, 气化强度进一步得到提高,气化炉直径工业化的气化技术之一-,也是在加压气化工艺中应3.8m,产气量35000 ~ 65000m2/h.台。此后,南非萨用最多的气化技术。介绍了鲁奇气化技术的发展、索尔( Sasol)在1980年开发了Mark-V型气化炉,气化工艺特点、应用现状及在中国煤化工行业的应用炉内径4. 7m,产气量达10万m/h.台。前景。2鲁奇气化工艺流程及特点1鲁奇气化技术的发展历史鲁奇气化典型工艺流程如图1所示。固定床加压气化炉最早为德国鲁奇(Lurgi)公5 ~ 50mm块煤经煤溜槽煤锁进入气化炉。水司开发,鲁奇气化技术由此得名。鲁奇气化技术的蒸气和氧气混合后从气化炉底部经炉篦进入气化.发展是以鲁奇气化炉的改进为核心，鲁奇炉的发展炉,在3.0MPa、1000C的条件下，与煤发生气化反主要经历了3个阶段。应。从气化炉出来的粗煤气,温度高达220 ~第1阶段( 1930 ~ 1954年),第一代气化炉直径600C ,经喷冷器后温度降至200 ~210C左右,进入2.6m,主要用于生产城市煤气,气化炉的结构特点废热锅炉回收余热,温度降至180C左右,粗煤气经.是有内衬和边置灰斗,不设膨胀冷凝器,气化剂通气液分离后进人下游工序。废热锅炉可产生.过炉篦的主动轴送人，该炉型只能气化非粘结性0. 5MPa ~0. 6MPa的低压蒸汽。从喷冷器洗涤下来煤,且气化强度较低,产气量5000 ~ 8000Nm2/h●的含中国煤化工-起进人废热锅炉台。第2阶段( 1954 ~ 1969年) ,第二代鲁奇炉扩大的底部分含尘煤气TYHTCNMHG收稿日期:2009 -05 -25作者简介:王鹏(1979 -) ,男,河北沧州人,工程师,主要从事煤气化和破-化工方面的研究。48《洁净煤技术)2009年第15卷第5期转化利用全国中文核心期刊矿业类核心期刊《CAL CD规范)执行优秀期刊-煤士粗煤气有重焦油、轻焦油和酚的煤气水,煤气水处理流程复杂,处理费用高。但其中含有高附加值的焦油、软水喷冷水.气液∪分离器酚氨等有用的化工产品,当装置规模较大时,将有一定优势。南非SASOL公司约20%的产品直接来喷冷器化废热源于气化过程中副产品的回收和加工。锅炉3鲁奇气化技术的应用蒸汽氧气C几个脂净3.1国内应用统计灰资T灰沈水↓冷凝液加压Lurgi固定床气化炉在国外主要用于南非團1鲁奇气化典型工艺流程萨索尔煤炭间接液化、美国大平原生产代用天然水由循环泵返回到洗涤冷却器,其余送煤气水分离气、欧洲生产城市煤气、合成甲醇,也曾用于联合循环发电。在中国则主要用于生产城市煤气并联产单元。气化炉气化产生的灰渣周期性通过灰锁斗甲醇、合成氨、二甲醚、甲醇、煤间接液化及生产天排出。然气。使用的煤种以褐煤和次烟煤为主,天脊使用鲁奇气化工艺主要有以下特点:(1)一般采用5 ~ 50mm的块煤进料,且下限率贫瘦煤。国内魯奇气化技术使用情况见表1。不能过高。一般要求煤的反应性好、无粘结性和弱表1鲁奇气化技术在中国 应用情况使用家煤种用途备注粘结性机械强度较高、灰熔融性温度较高。因此适宜的煤种为褐煤次烟煤贫煤和尤烟煤,对一些山西天脊贫瘦煤厶南解化合成氨1974年投产1987年投产水分较高(20% ~ 30% )和灰分较高(如30%)的劣哈尔滨煤气厂长焰煤城市煤气/甲醇1993年投产质煤也适用。与气流床工艺相比,鲁奇炉采用碎煤兰州煤厂长焰煤城市煤气1991 年投产/已停用、为原料,人炉煤的处理费用低。义马煤气厂长煽煤 城市煤气甲醇2001年投产(2)气化为干法排厌,使用纯氧气化,为防止结山西路安贫楔煤煤制油在建渣,采用较高汽氧比,因此氰耗较低,约为气流床氧k大唐电力褐煤天然气耗的70%,可在空分制氧设备上节省大量投资。藤新疆广汇、不粘煤二甲醚/联产SNG .... 在建2名(3)气化产生的煤气中CH,含量较高,达10%3.2山西天脊化肥厂左右,适合于生产城市煤气和代用天然气(SNG),80年代初,山西天脊化肥厂从西德鲁奇公司引将CH,转化为CO和H2后也可以用于生产化工产进了4台MARK-IV型气化炉,1983年7月正式开品，比如甲醇和氨。工建设,1987年7月化工投料试车,生产初期运行(4)粗煤气中H/CO为2.0,不经变换或少量并不顺利,从1987年到1998年10年间,经历了打变换即可用于F-T合成、甲醇合成、天然气合成等.通流程、低负荷徘徊(合成氨平均日产642. 54t/d)、产品生产,对比气流床气化减少了CO变换工序。精料促连运促高产(从使用小窑煤改用王庄洗精(5)该工艺最重要的工艺操作参数为汽氧比，煤)和完善达标4个阶段后,终于使合成氨生产水与气流床强调的氧煤比有- -定区别，但目的相同，平达到平均950/d以上,2000年初结東试生产历就是控制一定的气化炉温度。汽氧比的确定通常史,顺利通过交工验收号。根据煤样的ST温度、反应活性、产生的灰渣状态和.山西天脊鲁奇气化炉设计运行采用三开一备煤气组成质量。(后于1998年增加了1台国产气化炉,运行模式变为(6)固定床气化气、固两相逆流接触,通过逆流4开1备) ,单台气化炉生产能力为36000Nm2/h.台。操作实现高的“冷煤气"热效率,逆流操作使粗煤气特别值得- -提的是原料问题，山西化肥厂设计原料和灰渣均以较低的温度离开气化炉,与气流床相为王中国煤化工受王庄块煤供应量比,在高温煤气和高温液态渣的热回收方面有优势。影响共质波动大,气化炉CNMHG(7)气化工艺成熟,设备国产化率高、造价较操作难以饱足,狄系咖干,二厂升运率不足80% ,单低,在投资上较气流床占有较大优势。炉平均负尚也只有81% ,严重制约着后续生产,最(8)气化和煤气冷却过程会产生一定数量的含终采用王庄洗精煤才解决了这一问题。鲁奇携气华模式的发展及应用49转化利用3.3 义马煤气厂1166t/d,年处理煤量为466.2万Va,至今已运行义马气化厂于1997年开工建设,一期2001年24a。SNG 热值972Btu/scf(36. 2MJ/m')。大平原建成投产,二期于2006年9月建成投产。工程由义煤气厂的成功运营得益于技术的可靠性、前期工作气化厂、义马至郑州输气管道及郑州、洛阳、义马的论证以及副产品的综合利用。在1974年北达科三城市煤气管网三部分组成。设计生产规模为日他褐煤在南非萨索尔进行了工业性试烧,得到了北产净煤气264万标准立方米,外供城市煤气180万达科他褐煤不经干燥直接气化叮行的结论以及气标准立方米/d,联产甲醇24万Va;二甲醚20万t。化炉的生产能力、人炉煤粒度、蒸汽/氧气耗量等关同时副产煤焦油、粗酚.中油、液氧等8万Va。键设计数据。从2000年开始,气化厂成功的将低温义马煤气厂现有5台Mark-IV型气化炉,运行压甲醇洗出来的60%的CO2卖给了加拿大一家油田力2.85 ~3. 0MPa,使用当地义马长焰煤,人炉煤粒度生产企业,不仅增加了石油产量,而且真正实现了在5~50mm(占80%以上),灰分在15%~30%,水分CO2捕集。在10%左右。单台气化炉可产粗煤气3.8万~5万3.6典型运行工艺指标m'/h。表2为上述工厂的典型工业运行指标。3.4南非萨索尔表2 Lurgi 炉工业运行指标萨索尔(Sasol)是H前世界上应用鲁奇炉最多带项日单位SASOL大平原文马山化|的公司。萨索尔煤气化全部采用鲁奇固定床气化煤种不粘煤糊煤 长焰煤 贫瘦煤炉,萨索尔I最初安装了10台直径3.66m的Mark-水分M,5.5~ 10.734.3II型气化炉, 1966年又增加了相同的3台。1978灰分A。22.5-35.9 9.5 22.62 16.71r年增加了3台Mark-IV 型,能力55000Nm2/h, 1980挥发份Vad22.3-24.8 27.426.4 12. 32年增加了1台Mark-V型，能力90000Nm'/h,后来灰熔性温度STC12901430 1220 1450-~ 1340II和I厂建立时各装备40台(36开4备) Mark -单炉投煤量以(台.b) 3.40~45 31 17IV型气化炉,能力达65000Nm'/h。目前萨索尔共单炉产气量/(台.b)万m'3.7-4.8 5.5-6.0 3.9 3.6拥有97台鲁奇气化炉。3个工厂每年需要的煤炭汽氟比.kg/m' 4.4-5.6 6.8 5.4-5.6 4.8达到4670万t,其中Sasoll 和SasolII耗煤4050万氟气消耗/粗堞气Nn'Nm2}0.150.140.151 0.188t, Sasoll耗煤620万to0.68蒸气消耗/粗煤气kg/m'0.815 0.9萨索尔I厂所用的煤来自Sigma煤矿,属低品-0. 83煤气{组成%质煤,灰分达35%以上,人炉煤粒度6 ~ 38mm。正常操作时单台炉日产气量88万m3,气化炉需要提CO29~3227.526.68.7高负荷时可增加到116万m'/d。气化炉从冷态投CC19-2015. 617.3 23.5煤到产出煤气需要12h。萨索尔II和II厂原料煤40.7来自Bojesspruit煤矿,煤质较Sigma煤矿要好。萨H38 ~4039.2-42.639.5;索尔I1和I厂40台气化炉分成2列,每列又分成CH10.8两组,每组10台。气化炉操作压力2.7MPa,日耗煤2.5万~3万t,蒸汽3万~3.6万t,氧气0.8万~4鲁奇气化技术在中国煤化工行业应用前景0.9万t,产生灰清0.5万[23]。3.5 美国大平原[41煤的气化是现代煤化工技术的核心,煤气化可世界上第--座由煤气化经甲烷化合成高热值得到合成气CO和H2,再由合成气可合成生产氨、煤气的大型商业化工厂。第一期工程的设计能力甲醇、含氧化学品、油、天然气等多种碳- -化工产 品为日产代用天然气389万m',于1980年7月破土和能源产品。近30年来,国内外煤气化技术快速发动工,1984年4月完工并投人运转。从1984年到展,中国煤化工煤气化技术为煤2005年,该厂已累计运行7725d,运转率高化工:CHCNMHG.应用于大型煤化达98.7%。工项一心wTU小H大 书胨气组成见表3。气化厂拥有14台Mark IV 碎煤加压气化炉(12开2备)。单台气化能力在5000m’/h,处理煤量50《洁净煤技术)2009年第15卷第5期转化利用， 全国中文核心期刊 矿业类核心期刊(CA- CD规范)执行优秀期刊-表3典型煤气化技术煤气组成煤气组成/%发Shell CSP CE 品OMB Lung BCL I图2为几种气化技术的气化炉示意图。其中CO754 46.5 43.8 20.257.2Shell气化炉为下部进料、顶部出煤气，GSP、CE、H223.9 27.2 33.2 39.5 38. 930.8OMB气化炉为顶部进料、下部出煤气, Lurgi和BGLCO23.83.2 19.1 15.8 28.14.9CH,11.76.2气化炉为顶部进料、下部进气化剂,煤气由气化炉N.1 5.5 1.2 0.9 0.40.5上部排出。在气化炉内壁结构上, GE、0MB和BGLCO+H290.991.2 79.7 83.3 59.188为衬里式热壁炉, Shell和GSP为水管式冷壁炉,H2/CO0.4 0.4 0.7 0.9 1.9Lurgi为高压水夹套。●OMB:opposed muliple bumers,多喷嘴对置式水煤浆;BGL为预测值。GSPShellGEOMBLURGIBGL|烧嘴，煤气时炎|烧嘴水煤浆水煤米 土原煤水冷壁水冷壁中氧气， 激冷水服冷器煤锁|激冷水煤气●煤气0气化剂-渣b煤气烧嘴‘渣济煤气日2 几种气化技术的气化炉示意煤化工的发展要受煤种条件的限制,尤其在中若单独做合成气,需要先将CH,转化。国蒙东、黑龙江、云南等部分地区,煤种为高水分的综上所述,鲁奇加压气化是一项成熟的技术。褐煤,对于气流床气化存在干燥的技术和经济问根据煤的性质和气化工艺分析,中国水分含量高的题,而鲁奇炉不用干燥直接气化褐煤已有成熟的应褐煤，更适合用于鲁奇加压气化。近几年来,鲁奇用经验。加压气化技术在中国正受到越来越多的重视,因在气化装置的投资上,气流床气化装置投资巨此,在中国煤化工发展的大潮中，该技术将具有广大,包括干粉和水煤浆在内,单台气化炉投资均在阔的应用前景。亿元以上,而单台鲁奇炉投资仅在3000万~ 5000参考文献:万元之间,若将空分制氧装置计算在内，则投资相差更大。[2]荆宏健. 鲁奇煤加压气化制氨工艺及装置的实践与研在规模适应性上，气流床气化炉适合于大型究[ M].北京:化学工业出版社2000,5.化,比如甲醇规模要在50万Va以上,而鲁奇炉产[3]沙兴中. 煤的气化与应用[ M].上海:华东理工大学出版社,1995 ,8.气能力适中,可灵活地适用于不同规模。在三废排放上,主要指气化废水,气流床气化[4] J.C. vanDyk" , M.J. Keyer, M. Coertzen. Syngas pro-duction from South African coal gources using Sasol - Lur要略优于固定床气化。但据报道,在大平原和萨索gi gasifers[ J]. International Jourmal of Coal Geology ,65尔厂,气化废水经酚氨回收后进人生化处理,处理(2006) :243 - 253.后的水可作为循环水补充水,循环水排污水经多效[5] Practical experience gained during the first twenty years of蒸发后,浓缩液返回到气化炉,无废水排放。operation of the great plains gasifcation plant and impli-从煤气用途分析,因鲁奇炉粗煤气含10%左右cations for future projects, 2006,4, US. DOE的CH4,更适合于生产代用天然气(城市煤气)或联(下转第 65页)产甲醇( DME) ,如义马煤气化厂、新疆广汇的模式，中国煤化工MYHCNMHG鲁奇煤气华技术的发展及应用51煤炭燃烧. 全国中文核心期刊矿业类核心期刊《CAJ-CD规范)执行优秀期刊-4结参考文献:(1)合成气由CO,H2,CH和少量CO2,N2和[1]王晓刚. 碳化硅合成理论与技术[ M].西安:陕西科学02组成,主要成分及浓度随煤种及冶炼工艺变化技术出版社,2001.1-12.2] 郭景坤.材料科学与技术丛朽-陶瓷的结构与性能较大。[M].北京:科学出版社,1998,156 -221.(2)合成气的酸碱性对煤种依赖性较大,宁夏N. Neil, T. C. John. Silicon Carbide. Ceramie Bulletin无烟煤逸出气体呈弱酸性,而陕北的4种煤合成气[J],1990,69(5):878 - 890.呈弱碱性。4] 周强.碳化硅冶炼炉透气炉底的设计[J].工业炉,(3)不同碳质原料合成气各组分浓度差别较2000 ,22(3):24 -25.大。无烟煤合成气的CO含量最高,其次焦炭,最低[$]张念东. 碳化硅磨料工艺学[ M ].北京:机械工业出版烟煤,而H2+CH的浓度呈相反的趋势。社, 1982.57 - 166. .(4)焙烧料法冶炼工艺可提高CO含量,但降低[6] 王晓刚,李成峰,郭继华.多热源SiC合成炉内Co气.H2 + CH。的含量。体参数实验[J].长安大学学报(自然科学版) ,2004,(5)碳化硅冶炼炉逸出可燃性气体(C0+H2 +24(3) :84 -87.CH,)含量比较高,平均含量都在90%以上,若用于[7]常丽平. 煤热解、气化过程中含氮化合物的生成与释放研究[ M].太原:太原理工大学,2004.发电可节约25. 8%的电费成本。Study on gas composition and physicochemical property about escapegas in silicon carbide furnaceWANG Ai-min' , BAI Ni' , W ANG Xiao-gang(1. Clle of Chemistry and Chemical Engineerin, Yulin Uniersity, Yulin 719000 ,China;2. Department of Material Science and Engineering ,Xian University of Science and Technology, Xi'an 710054, China)Abstract : Using multi-heat silicon carbide fumace designed by the author themselves , synthesized SiC with raw mate-rials of coal ( or coke) and quartz ,great deals of fuel gas were produced at the same time. Also study the influence ofcoal and smelting technology on gas composition and acidity-basicity , analyzed economic benefits. The results showedthat fuel gas mainly was composed of carbon monoxide( CO)，the average content of CO reaches up to 70%, the av-erage content of the CO + H2 and CO + H2 + CH4 reaches 85% and 90% respectively. The content of CO could be im-proved by using anthracite、coke or roasting method. ,This could save 25. 8% for the generating of fuel gas.Keywords: slicon carbide , carbon monoxide , multi-heat silicon carbide fumace(.上接第51页)Study on the development and application of lurgi gas gasificationWANG Peng, JI Xu-guo(Bejing Research Institute of Coal Chemistry , China Coal Research Institute, Beijing 100013, China)Abstract: Discuss development of history、technical characteristics中国煤化工: pplication satusquo at home and abroad. Highlight the application of this technolJanxi Tianji, Yimagas, Sasol of South Africa and the United States, the Great Plains ,HCNM H G。; technology in thedomestic chemical industry , especially lignite.Keywords:lurgj; gasifcaion; application; lignite碳化硅治炼炉逸出气体的组成及理化性质研究.