大型现代煤气化工艺简评

第37卷第2期化工设计通讯2011年4月Chemical Engineering Design Communications7大型现代煤气化工艺简评看宏青(中科合成油工程有限公司,北京100195)摘要:讨论了水煤浆气化的过去、现在与未来,对 Shell煤气化工艺作了定位,对GSP气化技术的发展寄予希望。关键词:大型煤气化;工艺;评价中图分类号:TQ546文献标志码:B文章编号:1003-6490(2011)02-0007-06Brief Comments on Large Scale Coal Gasification ProcessTang Hong-gingSynfuels China Engineering Co, Ltd. Beijing 100195, China)Abstract: Discuss the past, present and future of coal water slurry gasification technology, positionhe role of Shell coal gasification, and expect much development to gSP coal gasificationKey words: large scale coal gasification; process: comment市场。正处于十字路口,未来会有什么变化?目前,国内流行的煤气化技术有十几种,气1水煤浆气化的过去、现在与未来流床是大型煤气化技术的主流,主要有 Texaco近日统计在国内已建和在建的300多台新水煤浆气化(亦称GE气化)、 Shell粉煤气化和型气化炉中,水煤浆气化炉占70%以上,估计其GSP粉煤气化三种,这是大家都熟悉的。这些投煤能力将达40Mt/a,见表1。因此可以认为,气化技术都有一定的业绩,现在他们在中国争夺水煤浆气化技术是我国当前煤气化技术的主流表1国内已建和在建的新型气化炉气化妒类型台数投煤址t/d运行情况碎煤加压气化炉700氯/甲醇城市煤气/合成油GE水煤浆气化炉30时57300~1500氨/甲醇/氢正常多喷嘴气化炉500~2氨/甲醇/氢正常多元料浆气化炉氨/甲醇/氢/合成油正常熔渣非熔渣气化炉300~1500氨/甲醇正常壳牌干粉煤气化炉23930~2800氨/甲醇/氢部分正常航天炉750~1500甲醇在建、试运行段炉1000~2000甲醇/lGCCGSP科林1500~2000氨/甲在建、试运行灰熔聚气化炉100~200氨部分正常恩德炉150~600氨/燃料气目前,国内的水煤浆气化技术,主要有四种式气流床激冷流程”。区别在于原料不同,喷嘴形式,即原德士古气化、多元料浆气化、四喷嘴的方向和位置、数量不同等气化和熔渣非熔渣气化技术。从原理上来说在讨论这个问题的时候,我们经常听到这样这四种技术形式上基本是一致的,即属于“下喷的声知识产权的纠纷。许多人避而中国煤化工收稿日期:2011-03-07CNMHG作者简介:唐宏青(1941-),男,上海人,教授级高工,中科合成油工程有限公司顾问。8化工设计通讯第37卷不谈这个问题结构是各不相同的,喷射方向也各异,这就是专其实,我们不应该回避。只要我们把这种利所在,其他四个部分都是常规设备,大体相“下喷式气流床激冷流程”在中国发展的历史和同,如果有区别,也是很微弱的,没有什么奥妙这个工艺的本质解剖清楚,我们就可以明确地回之处。专利商可以有细节上的专利,但用户可以答是否存在侵权问题不用这些专利也不影响大局,因此,各专利商的1.1“下喷式气流床激冷流程”的发展历史专利权限主要在喷嘴上,不是炉体。“下喷式气流床激冷流程”在我国已有40多14原料的变迁年历史。气化原料先后有重油、渣油、沥青、石从重油变到水煤浆,专利商从蒙特卡蒂尼变油焦、水煤浆、粉煤等多种形式。用粉煤作原料到德士古,流程没有变化,原料变化了又形成新后,气化炉壁由耐火砖变成盘管,投煤量在500~的专利,这说明原料可以成为专利权限。因此,2000t/d之间。现在从水煤浆变成多元料浆,或者在水煤浆中加1.2流程技术入别人没有加入的添加剂,专利权限也因此而改从20世纪60年代中期引进重油气化开始,变。显然,这个专利被破解是很容易的。至今已40多年。这种“下喷式气流床激冷流程”,1.5水煤浆气化的未来包括喷嘴、在钢壳中用耐火砖砌成的气化室、由激水煤浆气化需要低灰熔点的原煤,成浆性也冷环喷水冷却的激冷室、文丘里洗涤、炭黑水洗涤有一定的要求,水分在气化炉中蒸发升温和反塔共五个主要部分(见图1),这些在中国已经成应,消耗大量的氧气和碳元素,因此能耗较高为公知技术。根据当时中国的政策,引进技术是这个技术已经很成熟,尽管喷嘴五花八门,但早次买断的,在国内不存在专利保护问题。“下喷已为各厂商掌握,只是手法不同。随着出现的以式气流床激冷流程”的流程技术,已经属于国家。干煤粉为原料的“下喷式气流床激冷流程”,只根据现在的专利法,这个技术的专利时限早已过是气化炉炉体由耐火砖变为冷却盘管等组成的冷去,因此在流程技术上已不存在专利保护问题壁,釆取熔渣挂壁的办法,冷却盘管可以水进水13技术关键出,也可以水进汽出。这个技术也已经公开,似上述“下喷式气流床激冷流程”的五个主要乎没有发生专利纷争的事件。其后出现了几乎性技术部分中,前三者形成一个气化炉,后两者是质一样的同类技术如东方炉等。也可能会出现南独立设备。从各专利商提供的设备来看,喷嘴的方炉、西方炉、北方炉等,干煤粉“下喷式气流床激冷流程”将成为大型煤气化和气体冷却气体洗涤气化技术的主流。由于其对原料合成气去变换煤种的适应性很大,5年内取代水煤浆气化将成为可能。这意味着新的水煤浆气气化炉化炉签约合同将显著减少文丘里洗煤浆槽另外,现有的水煤浆气化炉将逐步改造成干煤粉冷壁炉,即使还用水煤浆作原碎渣机料,煤种可以变宽,灰熔点可以提高。1.6技术更替不可抗拒沉淀池时代在进步,成熟的技[池细术被新技术淘汰,水煤浆气灰浆泵TH中国煤化工CNMHG某浆气化的研究图1水煤浆气化工艺流程部门,改变研究方向,转向第2期唐宏青:大型现代煤气化工艺简评研究干煤粉气化,对炉体和喷嘴进行改进,这是1988年,荷兰国家电力局决定 Demkolec公大势所趋。司在南部的 Buggenum兴建一座253MW的煤2Shel煤气化工艺的定位气化联合循环发电厂,日处理2000t煤、气化压力为2.8MPa,1993年底试车。到2001年,2.1 Shelll煤气化是先进的技术气化装置运转率在95%以上,Shll公司开始向Shel煤气化过程是在高温加压下进行的,市场推出壳牌气化工艺。是目前世界上较为先进的第二代煤气化工艺之从1972年开始到2001年商业化, Shell工Shel煤气化属于气流床气化,煤粉、氧气艺的开发经历29年及水蒸气在加压下并流进入气化炉内,在极短时23Shel煤气化工艺的本质间内完成升温、挥发分脱除、裂解及部分氧化等Shel煤气化工艺原创的本意是用于发电,系列物理和化学过程。是IGCC工艺的主体。发电与化工是有区别的,Shel煤气化过程包括煤粉输送、多喷嘴下发电用的是煤的能量,因此气化炉的能力是以兆置式气化炉、气体冷却器(废热锅炉)、陶瓷除尘瓦计算的。在IGCC的 Shell工艺中,煤的能量器、激冷气循环压缩机、煤气洗涤塔等设备。一部分直接转化为中压水蒸气,另一部分能量转She煤气化工艺流程见图2化为可燃气体CO、H2、CH,然后进行燃烧取激冷气压缩机得能量,最终产品为激冷气CO2和水蒸气。因此煤、助溶剂Shell煤气化工艺的目的煤及干燥合成气冷却器是为了获得能量。显然,返同气返气煤气化后应该采用废热煤进料330℃中压蒸汽锅炉来达到这个目的。气化炉化工煤气化的本质除干固体洗古净化是获取化工物质,主要、蒸汽是以合成气CO、H2和炉渣干灰外运水蒸气为主的化工物质或去唐煤形态。为了后续的化学反应需要,这三种物质图2Shel煤气化工艺流程简图要保持一定比例,在此Shel!煤气化工艺的控制系统比较先进,特基础上适当利用这三种物质具有的能量。显然别是入炉煤粉流量控制得比较稳定,有效地保证煤气化后应该采用激冷流程来达到这个目的。气化炉内反应的均衡性,使炉内的温度恒定从以上分析可知,废热锅炉流程主要用于发2.2发展历程电,激冷流程主要用于化工。1972年壳牌公司开始发展煤气化技术,在阿在推广Shel!工艺时,只算气化单元的能姆斯特丹研究院(KSLA)进行煤气化技术研究耗,没有算全流程的总账,过分强调回收中压蒸1976年,用煤气化工艺(SCGP)建立一座处汽,忽视能位不高及合成气中还要补充蒸汽的事理煤量为6t/d的试验厂。实,是误导化工行业的主要原因。1978年,在汉堡附近的哈尔堡炼油厂建设24 Shell煤气化工艺在中国推广的成就座处理煤量为150t/d的工厂,至1983年累计应该说, Shell煤气化工艺在中国推广的力运行了6100h。度非凡,设计院在推广过程中竭尽全力。近年来1987年,壳牌公司在美国休斯顿附近的国内引进的Shl部渣积,日在线生产和在Deer Park石化中心建设了一座SCGP1的示范建的有中国煤化工次,1000t/d厂;进煤量为每天250t高硫煤或每天400t高湿等级CNMHG2台,2400度、高灰褐煤。2800t/d等级的有7台化工设计通讯第37卷从目前国内开车的情况来看,1000t/d档次首先应该考虑的是投资。不同流程的投资差的工艺运行得比较好,据称已经达到设计能力,别比较明显,见表2。主要表现在年运行时间在7200h至8000h,年囊2不同后续流程投资的比较(不含空分)投煤负荷在90%~100%。从设计角度来说,可以说是基本上达到设计要求水平喷射式水平喷射式下喷式粉煤气化粉煤气化粉煤气化2000t/d档次的两台运行得不尽人意,主要废锅流程双激冷流程激冷流程( Shell)(she未工业化(GSP)o是没有达到设计能力,主要表现在年运行时间在投资比较%150~170120~1306000h左右,与国外原版Shel气化炉差不多,注;①以西门子宁煤的GSP、HT-L、 CROLIN,东方炉年投煤负荷在70%~80%,从化工设计角度来中的最低者为基准,说,可以说是尚未达到要求2400~2800t/d档次的数据没有公布,或者从单套装置的数据来说似乎差别不大,仅几说没有测定或不具备测定条件,因此不能认为已个亿而已,并不引起财大气粗的大国企关心。但经达到设计能力是,目前在一些大型项目上,煤气化的系列数往目前,有的部门特别是外资企业存在误区,往在10~30套,气化投资在百亿元以上,这样它们以为国内的批评是针对气化炉运行周期短,两者的差别就大了,选择合理的方法,投资节省因此想方设法来证明气化炉没有问题。其实,国几十亿是轮而易举的内批评的意见很明确,是流程不合理造成的投资26能耗问题巨大,并非是气化炉运行周期短。整个流程运行这是指整个装置的能耗,不是单独气化的能周期短的原因是多方面的,这是煤气化后续流程耗。单独比较气化的能耗是不够的。太复杂造成的,规模越大,越容易出问题。国内气化后续流程是整个流程中的一部分,在气的工厂各自作了总结,停车的原因是多种多样化得到或损失的能量,要看在后面全部工序中能的。很难找到一个具体的原因,各生产厂在这方否补充回来。对于同样原料不同的设计,动力系面做了大量的工作,现在运行率在不断上升统(蒸汽平衡)十分重要,蒸汽平衡做得好,全系我们认识到,运行周期短是新气化技术开始统的能耗就低。因此,单独讨论气化炉和废热锅运用的普遍问题,它是一个工程问题。其他气化炉能回收多少能量是没有意义的方法也一样,需要一段时间摸索经验废锅流程可以用产生中压蒸汽的办法来回收这个规律在化工中是可以理解的,因为处理千煤气热能,产生的蒸汽部分参与动力系统的蒸固体在化工中就是麻烦,更何况是压力比较高。汽平衡,起到回收热能的作用,部分回到粗煤气要提高运行周期,应该简化气化炉后续流程,走中,用以保持一定的水气比(H2Q/干气),部分激冷流程是理想的选择。简化气化流程以后,发用于循环压缩机作动力。这部分回收热能的蒸汽生运行问题的可能性就会减小,运转周期就会提占废锅回收蒸汽的多少,视气化温度和产品的性高。如果再加上备用炉,运行期短的问题可以克质而定。对于制氢和合成氨来说,大约只能回收服废锅总产气量的20%2.5Shel!煤气化工艺的软肋激冷流程的合成气中含有50%~60%的水其实,影响Shl!煤气化工艺在中国推广的蒸气,在变换后可以回收中低压蒸汽,甲醇工艺原因是投资,这也是建设工厂的最基本指标。和合成氨工艺有区别,甲醇工艺的低位能比较富过去对这个问题的讨论已经很多,有许多比裕,可以用这部分低位能来节水,并没有浪费较并不在一个平台上即一个是水煤浆气化,另一以甲醇为起点的后加工化工产品,可以充分利用个是粉煤气化,比较的数据就不一定可靠。尽管甲醇工艺中副产的中低压蒸汽。许多文章上谈到的投资计算很细致,但是精确性存在问题。投资的计算影响因素太多,难以把握。空分凵中国煤化工透平来驱动空假如我们都在粉煤气化的基础上讨论问题,压机CNMHG中压蒸汽,因对于同样的煤种,究竟应该采用什么流程?此能位不高。激冷流程中不在此处产生中压蒸汽,第2唐宏青:大型现代煤气化工艺简评·11·直接建立高压锅炉,可以做到10~12.5MPa,驱气冷却后再激冷。这个办法仍然需要循环压缩动透平的效率高。因此,从大型粉煤气化制化工机,存在耗能不合理和投资高的问题产品的全流程来看,由于用高压蒸汽驱动透平是技术进步,还是只追求眼前利益固步自机,效率比较高,总体的能耗下降了。封?能否接受科技进步的挑战,考验着 Shell煤假定在同样原料、同样产品和同样规模的粉气化工艺的未来煤气化情况下,如果作全流程的模拟计算,优化蒸汽平衡,包括前面说到的用高压蒸汽推动空分3我们期待GSP的透平提高全系统的能效等,其结果是,废锅流3.1GSP的含义程和激冷流程的吨产品总能耗应该差别不大。GSP煤气化技术已经走过30个年头。这个这就是 Shell气化工艺没有比GSP气化工艺技术早在20世纪70年代末,由民主德国GDR节能的原因燃料研究所开发。试验过程中采用的煤种,包括从工程上来说,由于煤质不稳定,粉尘太多来自德国和中国在内的9个国家,20世纪80年等原因,废锅结垢严重,因此用废锅多产蒸汽不代中期,在黑水泵等地建立1套130MW装置见得有多大好处。原料处理能力为30t/h。20世纪90年代初东西2.7She!煤气化工艺的改进德合并以后,该工艺被几次收购转让,现在归西任何先进的技术总有一定的时限,总有落后门子公司所有的时间,技术进步是永恒的。由于GSP工艺在GSP气化的德文原文名称是 Gaskombir中国的开发和引进、推广,Shel煤气化工艺受 Schwarze Pumpe。但是,现在大家说的GSP气到了挑战,不改进是不行的。化技术,已经与德文原意有出入,实际上GSP各方面提出的改进方法有以下三种技术是指干煤粉“下喷式气流床激冷流程”,是(1)采用干煤粉“由上而下”的上喷式气化一种工艺形式的代名词,切莫一提GSP就是西炉结构形式,这就雷同于GSP工艺“下喷式气门子。与 Texaco水煤浆气化的区别除了原料流床激冷流程”,保持 Shell多喷嘴的特色。这外,就是炉壁用环形水管代替耐火砖个原理已经在航天炉、西门子一宁煤、科林、东3.2GSP的工艺特点方炉等粉煤气化中应用。由于GSP工艺简单(见图3),能耗低,其(2)维持干煤粉“由下而上”的下喷式气化合成气成分比较适宜,操作简单等优点,这一技炉形式,气化出口仍在气化炉的上部,这对于激术为煤化工企业欣赏,普遍乐于采用。但是,该冷流程中的文丘里洗涤和激冷洗涤塔有一个明显技术从2004年开始进人中国,为什么推广速度的位差,连接它们的不再是废热锅炉,而是一根很慢呢?有人以为是这种技术不成熟造成的,其高压管道加一个激冷室。这个办法也是全激冷实不然。推广一项技术,即便是成熟的,也要适法,两段式粉煤气化已经采用合中国的习惯,也要因地制宜,在这方面,显然3)保留干煤粉“由下而上”的下喷式气化这些德国公司不具备优势。迟至今日,仅有西门炉及相关设备,气化出口仍在气化炉的上部,仍子公司在宁夏推广了5台2000t/d炉子、山西兰然可以有返回的激冷气体。将气化炉上部出口的花公司2台2000t/d炉子和科林公司在兖矿贵州热合成气加冷气体激冷后,从1600℃冷却到开阳推广了2台1500t/d炉子,后两者尚未投900℃,之后进入水激冷室,喷入雾化的水将温产。见表3度进一步降低到500℃。然后用一级旋风分离器3.3航天炉是GSP的一种形式除去大部分的干灰。此后,用两级文丘里洗涤器在GSP落户中国的过程中,我们应该说洗去合成气中残留的飞灰,合成气再进入洗涤说航天炉。从原理来说,GSP的原形炉与航天塔。出湿洗塔的合成气温度为220~230℃,水炉没有GSP已经有蒸气含量达到60%,可以完全满足耐硫变换对个分中国煤化工csp、航天炉水蒸气的要求,部分冷气体返回作激冷气源。这和东CNMHG区别,但气化就是Shel公司提出的“半激冷法”,是用循环炉工艺的化工原理是一致的,都是“下喷式气流化工设计通讯第37卷床激冷流程”截至2010年9月国内外总共有3国内750t/d等级已经开车的航天炉有两台:台这样的炉子已经运行过,规模为750t/d等级河南濮阳用于年产150kt甲醇与安徽临泉用于生的。实践证明,这种炉形是成功的,有效的。产合成氨。其他在建的有二十几台,见表4气化反应系统粉煤密相输送系统粗合成气干煤粉粗合成气处理系统低压蒸汽低压蒸汽文丘里十部分冷凝器CO激黑水处理系统加料斗激冷水破渣机区排渣系统黑水处理渣锁斗少量废水细灰滤饼废气粉状渣图3GSP煤气化工艺流程简图表3国内GSP气化炉的进展企业产量kt/a产品台数投煤量//d规格(功率)/MW投产时向宁夏煤业集团甲醉20002010.10山酉两兰花集团2011.06赏州开阳15002011.06表4国内航天炉的进展企业产品台数规格/mm投煤量/td投产时间河南濮阳龙宁150kt/a428002008.10安徽临泉150 kt/a氨428002008,10河南中新氨2+2800/3200750山东鲁西300 kt/a242800/32002011.03山东瑞星300k/a氨13200/380015002011,08河南背开600kt/a氨243200/38002011.09河南晋开二期60okt'a24320038001201203安徽昊源300kt/ap2807502012.06河南波化600k1424320038015021206黑龙江双鸭山300kt/a甲醇242800/32007502012.08安蒙临泉二期200kt/a28002011.08新疆玛纳斯滑煤中能200kt/a氨14280/32007502012.08四川成都川化:50kt/a242800/32007502012.12山东鲁能宝清book/a氨42800/32002012.12内蒙诚峰石化3.4宁煤的GSP开车煤中国煤化工甲烷项日,上述现在关键的问题是扩大单台炉的规模。当前750cHCNMHGI500--2000t/d中国的煤化工行业,大型化是方向。以5400kt/a的规模是各企业比较乐意接受的。例如宁煤采用的第37卷第2期化工设计通讯2011年4月Chemical Engineering Design Communications·13·2010~2011年度中国化肥市场回顾与展望此袁东方义农血咨询有限贫司摘要:全面分析冋顾2010年中国化肥市场政策、价格走势等,介绍化肥各子行业(氮磷钾以及复合肥等)的景气度、利润、产量、进出口以及消费情况,结合国民经济运行状况和政策调整情况,对2011年中国化肥市场走势进行较为深入的分析和预测。关镳词:氮肥;磷肥,钾肥;复合肥;回顾;展望中图分类号:F407.76文献标志码:B文章编号:1003-6490(2011)02-0013212010-2011 China Chemical Fertilizer Market Review and OutlookBeijing Orient Agribusiness Consultants LimitedAbstract: Comprehensively review and analyze 2010 China chemical fertilizer market policies andthe price trend etc, introduce the prosperity index, profits, output, import and export and consumptionin chemical fertilizer field such as nitrogenous, phosphorous, potassium andund fertilizeretc.),combine with the national economic condition and the policy adjustments, deeply analyze andpredict 2011 China chemical fertilizer market trendKey words: nitrogenous fertilizer; phosphorous fertilizer potassium fertilizer compound fertilizerreview: outlook1宏观经济与化肥产业发展2010年是中国经济最为复杂多变的年份之一。在经济高速增长、进出口贸易额创历史新高1.1宏观经济形势与化肥产业规划的同时,各种要素成本全面上升,产业结构调整1.1.12010年宏观经济形势未能取得明显进展,通胀压力和地方政府金融风收稿日期:2011-03225台2000t/dGSP气化炉,后配1670kt/a甲醇、用我们在航天炉上理解的原理和取得的经验,500kt/a聚丙烯、180kt/a汽油、40kt/a液化气定能开好宁煤的GSP。当前,大家关注这5台大型GSP气化炉的3.5GSP会推广吗?开车,该厂从甲醇开始至后续各套装置,都已先推广GSP是大势所趋,在煤种适用于“下后试车运行,近日已经得到合格的聚烯烃喷式气流床激冷流程”时,采用这种气化方式比可以说这种炉型在中国已经有40多年的历Shel!粉煤气化和水煤浆气化要合适,这也是近史,它的祖先意大利蒙特卡蒂尼的重油气化炉,期有几十台气化炉合约的原因是国内同行的老相识,开车应该轻车熟路。近由于原料要求不同,GSP并不排斥鲁奇炉期,航天炉的运行,为GSP大型化奠定了基础。灰熔聚等炉型但是,与其他煤气化技术开始运行一样目前,西门子、航天所、科林公司、华东理GSP也需要磨合,在一些细节技术上摸索经验。工等4家单位在推广GSP方面作了不懈的努力。宁煤开车的经验说明,煤粉流量的控制方法,即它们采用各自的专利,同样的炉型,不同的规压力差控制的办法,没有取得良好效果,后来改模中国煤化工低、国产化成增加煤粉控制阀后,能够稳定运行一段时间。率高,规模适宜。目前这样的开车还在继续中,我们应该耐心等待。这就CNMHG有利的竞争宁煤的开车只是工程问题而不是原理问题,未来大型煤化工项目正向GSP招手。