未来能源公司的GSP气化技术

第6期(总第121期)煤化工No.6(Total No.121)2005年12月Coal Chemical IndustryDec.2005未来能源公司的GSP气化技术赵瑞同李磊张峰胡宇锋(水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心,滕州277527)摘要主要介绍了GSP气化工艺的原理、特点及商业应用,并将GSP技术与壳牌SOGP技术、GE-TEXAC0煤气化技术进行了比较，与这两种技术比,CSP有自己独特的优势。关键词气流床 气化GSP技术文章编号:1005-9598 (2005) -06 0019-04中團分类号 :TQ54文献标识码 :A1未来能源公司简 介未来能源公司(FUTUREENERGYGmbH)的气流床气化技术是由前东德的德意志燃料研究所(Deulsches5Brennstoffinstitut Freiberg简称DBI)从1975年起开发的能源技术,可用于处理固体燃料,尤其是低品位褐煤。该研究所位于德国弗菜倦，成立于19561-7|实6年，是前东德的煤转化科研的最高研究机构,主要从事与煤有关的各种技术研发,包括煤的洗选、煤气化8工艺、煤气的运输与储存、煤气的综合利用以及核技术。它以GSP (Gas Combine Schwarze Pumpe)工艺而驰名世界能源工业。两德合并后,1991年,DBI负责煤气1一激冷水人口2- 燃料、点火气体、氧气、蒸汽入口生产工艺的部门被德国另一家从事环境工程的公3-烧嘴4一冷却水入口5一水冷壁 6- 冷却水出口司一- 诺尔公司收购，并对它进行了系统性的改进，7-合成气出口8- 溢流水出口9-炉渣 出口使该技术从整体上日臻完美。改进后的GSP技术除可适用于常规燃料例如煤和生物质,还可以用来在不同围1典型的GSP气流床气化反应器示意图的压力下处理各种城市或工业生产过程中的下脚料整个反应器呈圆柱型,为水夹套包裹,分为反应或废弁物。1999 年，诺尔公司被巴高克博公司收购。室和激冷室上下两个室。反应室根据处理物料性质不2002年瑞上的SustecHoldingAG收购巴高克博公司,同，有耐火材料和水冷壁两种形式;在反应室的最上成立未来能源有限责任公司(简称未来能源公司)。，部为燃烧烧嘴。反应室和激冷室通过气化器的特殊的排除口连接:激冷水在排除口处供给;合成气在激冷2 GSP气化工艺室的中部引出。在激冷室的下部为锥型集渣室,激冷2.1气化炉结构及原理水从渣室上部溢流出气化炉。典型的GSP气流床气化反应器示于图1。粉煤气化炉的燃烧室温度- - 般为1 300C~1 500C,采用部分氧化的方式释放出能量,维持反应在大于灰收稿日期:2005-07-07熔融性温度时进行,保证煤中的无机物灰分组分形成作者简介:赵瑞同(1971-).男.1992年毕业于华东化工熔融状态的濟。反应非常迅速,随压力的不同而不同，学院能源化工系煤化工专业，工程师,主要从事煤气化技-般在4s-20s之内完成反应,基本反应式为:术的开发工作。CH.+ n/202一- - nC0+m/2H21)煤化工2005年第6期反应物粉煤通过氮气携带加压与高压氧气、蒸汽相当高,甲烷含量很低,不产生焦油、酚及高级烃等复经气化炉反应室上部工艺烧嘴喷人气化炉。颗粒在高杂的副产物,所以所排放废水少,对环境基本不产生温中快速发生热裂解反应，裂解产物在高浓度的氧中污染,且处理起来亦相当简单。迅速燃烧,从而提供了维持高温的反应环境。颗粒夹合成气可以用来合成氨、合成甲醇、羰基合成、发带在气流中，各个颗粒可以认为是被气体隔开独立地电(IGCC)及作为燃料气等。通过多年的研究、试验与操进行燃烧和气化反应。粉煤气化反应大致可分为三个作运行,GSP技术已可以作为各种原料气的提供者。区域:2.2气化流程(1)裂解区和挥发分燃烧区气化反应是在反应室中进行的。反应物与氧气、当煤粒喷人炉内高温区域，煤颗粒将被迅速加蒸汽一同通过工艺烧嘴喷人气化炉后,在反应室内进热，释放出挥发物。挥发物的数量与反应物的性质、行部分氧化反应,生成的粗合成气、熔渣及未反应完环境温度、颗粒大小及升温速度有关，裂解产生的全的碳并流向下进人激冷室。粗合成气经脱筑水喷淋挥发物迅速与氧气发生反应，因为这一区域的氧浓降温送洗涤塔洗涤除尘，合格后送后系统进人调质处度高，所以挥发物的燃烧是完全的，同时产生大量理系统。系统灰水处理采用减压与冷凝、氨汽提、沉降的热量。及压滤工艺处理后循环使用。(2)燃烧-气化区煤中的无机物形成的渣顆粒堆积在充满水的敵在这一区域内,脱去挥发物的煤焦或其他碳颗粒，冷室底部,激冷固化后由锁斗仓排出。由一联锁控制-方面与残余的氧反应(产物是CO和CO2的混合物)，系统控制锁斗集渣与排渣。渣经刮板捞渣机捞出后计另一方面与水蒸气和CO2反应生成CO和H2,CO和H2又量,取样,装人渣车外运。经过冷却和粒化处理后得到可在气相中与残余的氧反应,产生更多的热量。的碎石状产品可以用作建筑行业混凝材料。(3)气化区.GSP的运行烧嘴与开工烧嘴为一组合结构,由于燃烧物进入气化区后，发生下列反应:碳和CO2气化炉燃烧室内温度高，烧嘴长期受到高温侵蚀,为的反应，碳和H2的反应,甲烷转化反应和煤气转化反延长烧嘴的使用寿命,有专门针对烧嘴进行冷却的烧应。简单的综合反应如下:嘴冷却水循环保护系统。为了了解工艺烧嘴的状况，CH. + n/202-一nC0 + m/2H2(2)要对烧嘴冷却水的流量、温度、压力进行监控。CJH + nH20一nC0+ (n + m/2)H2(3)另外,为保证系统安全运行,装置带有安全逻辑:C+2H,- + CH,(4)保护系统,当有危害生产过程安全、断电、断仪表空气CH+ (n+m/4)02- 一nCO2 + m/2H0(5)等情况发生时,可立即触发安全逻辑系统停车。C +C02-一2C0(6)2.3 合成气成分CH↓+H20-一C0 + 3H2(7)在气流床气化反应器中,进行操作的高温环境能C0+H20-一CO2+H(8)够确保几乎所有的气化原料转化为产品气。多种不同上述反应产物主要为C0+H2和少量的水蒸气及燃料、下脚料以及废弃物的气化所产生的粗合成气的C02等。由于在高温(1 400C左右)下反应,碳转化率成分都在表1典型的合成气成分的范圈内。表1不同燃料气化合成 气成分成分无烟煤石油焦褐煤油料生物质家庭垃圾下水道污泥H2/%23145272932C0/%65l850l949381412CH/%<0.10<0. 10N2/%5.506.504. 302.906. 305. 606.70.HS/%0. 461. 300.200.100. 120.360.28COS/%0. 040.160.020. 010. 02HCN/mg.m'1, 000. 801. 000. 300.012. 00NH/mg.m90.400.300.24 :0. 400. 25热值/MJ.m311.1010. 9010.3011.209.30:9.40.9. 702005年12月赵瑞同等:未来能源公司的GSP气化技术一21GSP气化工艺的试验煤种包括德国、南非、西班.气化工艺从而开拓了化工及其相关行业环保性加工牙,捷克、澳大利亚保加利亚、前苏联、波兰以及中国的领域。的典型煤种,其中中国煤是黑龙江省伊兰煤。-般情况下,非气流床气化工艺的煤气中含较多3GSP气流床气化技术的特点的大分子碳氢化合物,需要复杂的下游气体处理配套系统和废水处理系统。但使用气流床气化反应器处理3.1 GSP 气流床气化技术具有气流床气化的突出优废料则不会产生这样的问题。点:煤种适应广、处理能力大、气化效率高、碳转化率在气化过程中产生的有毒成分,如硫化氢、硫醇、高、环境友好等。氰化物和氨气等可以用常规的气体处理工艺进行处3.2GSP气化的给料有干法和湿法两种,可以气化原理。生矿物质原料,也可以处理其他化工过程的废弃物及.4 其他相关研究下脚料,把它们转化为粗气，再把这种粗气加工为严从热力学角度看，传统燃料(例如煤炭)、工业格符合环保标准的可再利用原料与合成气。在英国和废物、生活和商业垃圾的气化原理是相同的。通过.捷克的两套商业运行装置中,分别处理的是其他技术多年在煤气化方面积累的经验，GPS气化工艺不仅不易处理的化学废液和煤焦油。能处理化工下脚料和废弃物，还能在其他化学品生3.3 GSP 气化炉的气化室有耐火砖和水冷壁两种结产和能源再生方面得到最大程度的利用。因此，根构。可以根据原料的不同性质选取不同的结构。据具体原料的物理和化学特性的不同，就有了目前3.4 GSP气化工 艺的整个气化炉外壳为一水夹套结各种各样的不同形式的气化反应器。通过加压气流构，减少热损,提高了整体热效率。床产生的粗气，再经过不同过程的处理，就可以得到.5 GSP气化技术的工艺运行烧嘴与开工烘炉烧嘴有价值的物质如合成化学品和燃料。CSP气化工艺是为组合结构,这样可使整个开车过程简单、迅速。从褐煤的处理开始的,拓展到石油焦气化,特别是后3.6 GCSP 气化炉同样适应于大规模，目前已设计出热来更是延伸到大量的城市垃圾、其他化学工业的废功率400M/h相当于A处理煤2000t的气化炉。油、废料、工业有机及无机有害物、木头甚至稍草等生3.7 GSP气化技术与其他气流床气化技术的比较列物质的气化。由于掌握了大量的环保应用技术,GSP于表2。表2几种气流床气化工艺 的比较FUTURE ENERGY GmbHGEShell / Krupp-UhdeGSP水冷壁GSP耐火材料TexacoShell / PrenflowShell给料煤、含灰物料油、无灰物料由煤油给料系统气动，浆进料浆进料气动灰分> 1%<1%炉渣熔渣压力可达到8. 0MPa可达到8.0MPa可达到4. 0MPa处理能力可达到500 ww可达到500 MwW可达到500 MW反应器璧水冷壁耐火材料(耐火砖)耐火砖局部水冷壁器璧更换间隔10年5年1年~2年反应器热损失1%-5%低中氐‘起动时间1h3d完全淬火综合,放射型热完 全或局部淬火淬火/气冷完全或局部淬火放射型热交换器交换器和合成放射型热交换器放射型热交换器.(视给料定)气预冷却碳转化率>99 %>98%>99%冷气效率78 %~83 %83.5%70. 5%83. 0%83. 5%2-煤化工2005年第6期生的液体废物,包括含氢氰酸和硝酸盐的副产物以及4GSP工艺的商业应用含硫酸铰的有机物)生产燃料气。气化炉的热功率4.1 黑水泵(Schwarze Pumpe)厂为30 MW/h;气化炉反应室为水冷壁结构，体积为3.51984年在德国SVZ建立了示范工厂,并进行了相m';反应压力为2.9 MPa。进料系统为液态供料;配套关试验研究。气化炉的热功率为130 sW/b(相当于日采用高、低压蒸汽发生器进行气体冷却;合成气净化处理煤720t)。1984年-1986年使用普通的含盐的褐采用过滤器及羰基硫(COS)水解;系统灰水处理采用煤试运行;1986年-1990年进行含盐褐煤的工业化生减压与冷凝、氨汽提、沉降及压滤工艺。产(满负荷) ;1990年-1992年使用天然气进行工业生4.3 捷克共和国Vresova Sokolovska uhelna, a.s.厂产(满负荷) ;1992年~1994年试验油气化;从1994年GSP气化炉情况起对污泥与固态焦油的悬浮物进行气化;1998年与2005年拟建,利用GSP气化工艺处理煤焦油用于生产甲醇的装置联合运行并进行整体联合循环发电.进行IGCC的原料气。气化炉的热功率为140 MW/h;气(IGCC)的试验。化炉的反应室为水冷壁结构、反应室体积是15 w;气4.2英国Middlesbrough BASF plc，Seal Sands厂化炉操作压力为2.8MPa;气化反应温度为1 400C;GSP运行情况该装置的供料系统为液态供料;合成气净化采用喷雾200年在英国米德尔斯堡,BASF公司利用GSP洗涤器;装置的灰水处理采用减压与冷凝、氨汽提、沉.气化工艺处理化工厂的液态废物(尼龙合成过程中产降及压滤工艺。.GSP Gasification Technology of the Future Energy CompanyZhao Ruitong , Li Lei, Zhang Feng and Hu Yufeng(National Research and Engineering Center for Coal Slurnry Gasifcationand Coal Chemical Industry, Tengzhou 277527)Abstract This paper introduces the philosophy, features and commercial application of the GSP gasification tech-nology, and compares it with SCGP and GE-TEXAC0 technologies. GSP teebnology has evident advantages of entrained-flow gasifieation of wide flexibility of feedstock, large capacity, high gasfication efficiency and environmentally friendly.Key words entrained -flow, gasification, GSP process业业业*业业业业业业业必业施业业全省业业业业业*当业业业业业业业业业业*业辛***业业业*业当业《低温与特气》2006年征订启事《低温与特气》创刊于1983年,是由光明化工研究设计院、全国特种气体信息站共同主办的国内外公开发行的科技期刊,国内统一刊号CN 21- 1278/TQ,国际标准刊号ISSN 1007-7804。木刊是我国特种气体行业中唯- -- .家E式期刊,它所选取的特气与低温两大报道角度，既具有相互的独立性,又具有其内在的有机联系,将二者很好地融汇于一刊之中,对本附读者余面地把握科研、开发、生产与管理的新发展、新动向提供了. 条捷径。《低温与特气》竭诚为航天、电子、光纤、化工、机械、石油、环保等领域的科研、设计、生产、使用、教学及管理等部门1服务。我刊曾状1998 年度化工系统优秀信息成果三等奖、2002年度全国石化行业优秀期刊三等奖、首届《CAJ-CD规范》执行优秀奖,并被《中国期刊网》及《网》全文收录,也是《中国化学化工文摘》录用期刊、《中国学术期刊综合评价数据库》米源期刊。《低温与特气》为双月刊,采用国际期界通行的大16开本胶印。2006年国内每期定价12元,全年72元(含邮费),国.内读者可在全国各地邮局订阅,也可直接从编辑部订阅,国内邮发代号8-261。国外读者可通过中国出版对外贸易总公司(北京782信箱,邮编10011)订阅,国外发行代号DK21015。本编辑部尚有1984年-2005年《低温与特气》过刊,每套1200元,有需要的单位及个人请真接与编辑部联系。地址;大连市甘井子区甘北路34号《低温 与特气》编辊部邮编:116031联系人:田波电话:0411-8596102285961021传真:0411-85961021网址:http://DWTQ. chinajournal. net. cnhttp://dwytq. periodicals. net. cnE-mail :DWTQSchinajournal. ne1. cn;dwytq@per iodicals. net. cn