HT-L与Shell及Texaco粉煤气化技术的比较

第38卷第3期化肥工业2011年6月HT-L与Shell及Texaco粉煤气化技术的比较吴胜军(北京航天万源煤化工工程技术有限公司兰州分公司730050)摘要介绍了 HT-L粉煤气化技术的工艺特点,并从比氧耗、有效气成分、煤气化效率、能耗等方面与Shell及Texaco粉煤气化技术进行了分析比较。结果表明;HT-L粉煤气化技术具有高效节能、煤种适用范围广、气化效率高、能耗低、建设和运行成本低、工艺成熟可靠并具有自主知识产权的优点,具有广阔的发展前景。关键词粉煤气化 分析比较Technological Comparison of HT-L with Shell and TexacoPulverized Coal Gasification ProcessesWu Shengjun( Lanzhou Branch of Bejjing Aerospace W anyuan Coal Chemical EngineeringTechnology Co., Lld.730050)Abstract Process features are described of the HT-L pulverized coal gasification technology , andan analytical comparison is done with the Shell and Texaco pulverized coal gasification technology interms of speeifie oxygen consumption, active gas constituent, coal gasification eficiency, and energyconsumption. The results show that the HT-L technology has the advantages of highly eficient energysaving，wide scope of application to various coal types, high gasification ffciency, low energyconsumption, low construction and operation cost ，mature and reliable technology ，and possession ofindependent intellectual property , and so it brings about broad prospects for development.Keywords pulverized coal gasifcation analysis comparisonC+O2=CO2 OH= -393.77 kJ/mol (1)1 HT-L 粉煤加压气化技术2C+02 =2C0△H= -110. 59 kJ/mol (2)1.1工艺原理C +H20=C0 +H2(3)煤粉、氧气及蒸汽在加压条件下并流进入气△H= 131.39 kJ/mol化炉,在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱C+CO2 =2C0 OH=172. 28 kJ/mol (4)除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过C0+H20=CO2 +H2(5)程"。由于气化炉内温度很高,在有氧存在的条△H= -41. 19 kJ/mol件下，碳、挥发分及部分反应产物(H2,CO等)以CO +3H2 =CH4 +H20(6)发生燃烧反应为主,如(1)和(2)式所示;在氧气△H= 172.28 kJ/mol消耗殆尽之后发生碳的各种转化反应,即过程进1.2 工艺流程人到气化反应阶段,如(3),(4),(5),(6)式所HT-L粉煤气化技术属于高温、高压气流床煤示,最终形成以CO和H2为主要成分的粗煤气离气化工艺,采用惰性气体输送原料粉煤。HT-L 粉开气化炉。煤中国煤化工。.YHCNMHG本文怍者的联系方式:jw2011@ 163. com10第38卷第3期化肥工业2011年6月原料煤表1粉煤粒径分布合成气去净化系缆粒径/μm比例/% (质量分数)粉煤系统≥2002-蒸汽H7-锅炉水洗一-洗剂水90~-2004~5粗煤气塔|5~909C化<5。 去清水处理系统煤的灰熔点低于1250C、灰分质量分数不得高灰渣于20%、发热量在25.12MJ/kg以上、成浆性图1 HT-L粉煤加压气化工艺流程能好。研麼机将原料煤研磨至粒径20 ~90 μm,粉2.2工艺指标煤干燥后由二氧化碳气体加压输送至气化炉烧(1)比氧耗嘴;粉煤在烧嘴内与来自空分装置并预热的氧气HT-L和Shell粉煤气化技术均采用干煤粉作(体积分数95% )混合,然后与蒸汽一起进入气化气化原料,不必在气化炉内蒸发水分，与Texaco炉;在反应温度1 400~1 600 C条件下,粉煤在气粉煤气化技术相比,比氧耗降低15% ~25% ，即化炉内与蒸汽和氧气高温燃烧反应生成粗合成氧气用量减少,从而降低了生产成本。由于配套气、飞灰和渣,部分燃烧热由炉内盘管水冷壁回收的空分装置规模减小，投资也可以相应降低。以转化为中压蒸汽输出。300 kUa合成氨装置为例,HT-L粉煤气化技术所气化炉气化室排出的高温粗合成气和熔渣经配套的空分装置一次性投资比Texaco粉煤气化急冷环被水急冷后,沿下降管导人急冷室进行水技术少20%。不同粉煤气化技术比氧耗比较如浴，合成气被水饱和,熔渣迅速固化并通过渣锁斗图2所示。系统定期排出;粗合成气经洗涤塔洗涤润湿并除去残余的飞灰后去净化工段,洗涤塔底部排出的. 400灰水去渣水处理系统进- - 步处理。豆300， 200HT-L与Shell及Texaco粉煤气化技术E“5100的比较HT-LShell Texaco2.1煤种的适 应性图2不同粉煤 气化技术比氧耗比较HT-L粉煤气化技术的煤种适应性较广,无烟(2)粗合成气组成煤、烟煤、褐煤石油焦等均可气化，对煤的灰熔融采用同等质量的原料煤,3种粉煤气化技术性适应范围宽.即使高灰分、高水分、高含硫量的产生的粗合成气组成不同,典型组成见表23。煤种也同样适用。HT-L 粉煤气化技术对人炉粉表23种粉煤气化技术典型粗合成气组成煤粒径要求为:≤90 μum 的粉煤> 90% (质量分气体组成ShellTexaco数,下同),≤5 μm的粉煤<10% ,水分<2% ,灰H220.426. 734.8分在10%以上。这是因为粒度过大会影响碳的2071. 263.341.6转化率,水分含量太高则会影响粉煤的输送,灰分CO23.21.510.8小则水冷壁挂渣困难而难以形成稳定的保护渣H20.016.1层。安徽晋煤中能化工股份有限公司HT-L粉煤H2S0.1.31.气化装置所使用的粉煤粒径分布见表12。V20.74.1Shell粉煤气化技术对煤种的要求也较低,原0.9料煤几乎涵盖从褐煤到无烟煤的所有煤种。中国煤化工。Texaco粉煤气化技术对煤种要求相对较高,要求MYHCN MH采用湿法进料,在11第38卷第3期化肥工业2011年6月气化炉中将占原料质量分数35%左右的水汽化受高温、高压条件下进行的激烈的化学反应,还将并加热至1 300 C ,需消耗原料煤能量的18. 5%，承受高温熔融煤灰的冲刷及侵蚀,使耐火砖的寿反应处于燃烧阶段较长，生成的CO2量大，碳的命大大缩短;向火面耐火砖的运行寿命为约转化率低;而Shell和HT-L粉煤气化技术采用干10000 h,这意昧着1年左右就需更换1次耐火粉煤进料,避免了湿法进料中水汽化和升温所造砖,每次更换耐火砖需耗时约1.5个月(包括气成的能量损失,加快了气化反应。因此，在同等条化炉降温、换砖筑炉、烘炉等)[41。件下，HT-L和Shell粉煤气化技术所产生的粗合2.4电能消耗成气中有效气体(H2 + CO)体积分数分别为HT-L和Texaco粉煤气化技术采用激冷流91. 6%和91.0%，而Texaco粉煤气化技术产生的程,电耗较低。Shell粉煤气化技术采用废热锅粗合成气中有效气体体积分数仅76. 4%。炉和于法除尘流程,用于吹扫的CO2或N2量很(3)冷煤气效率.大,需配置反吹气压缩机;合成气进人废锅前必冷煤气效率为煤气化生成煤气的化学能气须将其温度由1500 C降低至900 C左右,需要.化用煤的化学能之比。HT~L, Shell和Texaco粉配置激冷气压缩机,因此电耗较高。在煤种相煤气化技术典型的冷煤气效率比较见图3。同的情况下,采用HT-L, Texaco和Shell粉煤气化技术生产1t甲醇的电耗分别为330,282和446 kW●h[5)。3结语煤气化技术是煤炭洁净、高效和综合利用的H-LShellTexaco基础和关键技术,其应用领域极为广泛,大力开发图3不同粉煤气化技术冷煤气效率比较煤种适应性强、单炉生产能力高、生产成本低、气HT-L和Shell采用高温、高压干燥粉煤气化体成分可调的先进加压煤气化技术十分重要。工艺,粉煤与氧气充分反应生成粗合成气,碳转化HT-L粉煤气化技术兼具Texaco和Shell世界两率达99%以上。此外,气化炉膜式壁的炉渣层作大先进煤气化技术的优点,具有高效节能、煤种适为隔离层;减少了热量损失，其冷煤气效率为用范围广、气化效率高:能耗低.工艺成熟可靠并80%~84%。Texaco粉煤气化技术为湿法进料，具有自主知识产权的特点,适合我国大多数煤灰采用耐火砖衬底的气化炉,由于水煤浆中含有质熔融性温度偏高的国情,具有广阔的发展前景。量分数30%~40%的水,这些水在煤气化过程中参考文献要消耗能量才能生成蒸汽,造成热量流失,因此其[1] 张子锋。合成氨生产技术[M].北京:化学工业出版社，206.:32-37.冷煤气效率较低,为74% ~77%。[2]孙水才 ,任山,徐强.航天炉粉煤气化装置试车总结[J].中2.3气化炉结构 .氮肥2010.04).2232..HT-L气化炉采用圆简形盘管水冷壁结构,无[3]马涛,昌彦力,周丹. HT-L气化炉的煤气化特性研究[J].煤耐火砖衬里,水强制循环;水冷壁结构简单、易制炭工程,2010,(1) :86-88. .造，正常使用维护量小,运行周期长,无需设置备[4] 任召金,彭错，汤霞槐,等DMF项目的2种煤气化工艺之比选[J].化肥设计,009,(47);1720.用炉。Shell 气化炉的水冷壁呈多段竖管排列,水[5]孙永才 ,刘伟.航天炉粉煤加压气化技术浅析[J].化肥工路复杂,需采用合金钢材质,制造难度大。Texaco业,2010,(1) :5-57.采用耐火砖热壁型气化炉，由于耐火砖不但要承(收稿日期2010-11-08)中国煤化工欢迎投稿欢进HCNMHG告12