煤气化技术的现状和发展趋势

2009年第30卷第4期氮肥技术1煤气化技术的现状和发展趋势武金锋徐蕊王进兵(兖矿国泰化工有限公司滕州277527)摘要简要介绍了Texaco、多喷嘴对置式水煤浆气化sellCCP .SimensCSP技术特点。提出了煤气化技术的选择原则和发展趋势。关键词媒气化气流床水煤浆气化干煤粉气化1前言物对大气的污染大为减轻,而且能使煤炭利用率我国煤炭资源较丰富,近年来煤化工行业发得到极大提高，是煤炭化工、煤炭直接1/间接液展迅速,在煤化工行业中最为关键和重要的是将化、IGCC技术、燃料电池等高新洁净煤利用技术煤炭洁净、高效地转化为合成气(CO+H),即煤的的先导性技术和核心技术。气化技术。先进的煤气化技术不仅能使燃烧排放2现代煤气化技术!1测得了极高温度,误导为该整个催化剂层热点温构比较好,也不要用管板堆焊结构,避免堆焊工度极高，其实只有卸料孔筒极少量催化剂温度艺不好造成的影响,经反复论证,多方合作,本厂高,为此只把此点做参考点。对测温点和测温套决定将U型管式改为带膨胀节的固定管板式。同管布置仍需加以进- -步优化完善。时在废锅进口端设置温度计和压力表,以保证气7.5塔锅一体的优 点和废锅结构讨论体出口工艺数据获取,直接反映“二出"的工况条塔锅一体结构是最近几年安淳公司在设计件。大型氨厂时采用的新技术。相比塔锅分离结构,8结论塔锅一体省去长50m、重29t的二出管道,这段管山西天泽集团公司“50.40”项目中的氨合成道的材质为10WMoVNb,价格贵且现场施工要求系统是我国自主开发设计制造安装的第--套单较高。而塔锅一体使设备平面布置更加紧凑,在塔能力为24 x 10%a的大型装置，采用合成塔为塔锅分离结构中废热锅炉占地面积25m2,现安装三层四段两轴- -径、塔锅一体的IJD-P2 400型在塔的正下方,只要12m2即可。所以塔锅一体结新技术,两级氨冷塔前补气新流程,适合大塔的构具有节省材料、布置紧凑、减少施工难度等优高钴稀土XA201催化剂和相应的新还原方法,经点。过几个月生产考验证明达到和超过了设计能力,目前塔锅- -体结构主要有卡萨利式、U型管但是还存在美中不足之处,应予以解决。塔锅一式、带膨胀节的固定管板式。综合比较各方面:卡体U型管式废锅,管板上下温差大,表面采用堆萨利式制造工艺复杂,特别对于进出口径较大时焊结构时会因为堆焊工艺质量不好使堆焊层脱制造难度更大;U型管式对解决管壳程热膨胀差落,引起泄漏,拟改为带膨胀节的固定管板式;测较好,但管板上、下70工温差对管板焊缝和管板温点布在两层之间直通卸料孔中，测出温度高,与简体的焊缝有一定的影响,特别是管板表面采易误解为催化剂层整个平面温度高,应改善测温用堆焊结构时会因为堆焊工艺质量不好使堆焊套管和测温点布局;可能分流不足或循环气量较层脱落;本厂和高平、山东等厂废锅采用了这一大,阻力偏大,应优化操作,降低阻力。实际生产结构,但本厂发现筒体漏汽,高压气也漏,存在安系统新技术应用全隐患;带膨胀节的固定管板式可以解决管板温取得:fYR中国煤化工作努力下,经过差问题,但对膨胀节的设计要求较高。纵上所述,不断CNMHG好的效果。塔锅一体采用合理设置膨胀节的固定管板式结(收稿日期:2009-06- -25)14氮肥技术2009年第30卷气化工艺-般分为三种类型:移动床(有时心的依托单位)、中国天辰化学工程公司共同承也被称为固定床)、流化床和气流床。相对而言,担的新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉中试工程,气流床气化炉是最清洁,也是效率最高的煤气化经过三方共同努力,于7月在鲁化建成投料开车类型。在现代大型煤气化装置中,气流床气化技成功,通过国家主管部门的鉴定及验收。2001 年术被广泛应用,气流床气化包括水煤浆进料和干2月10日获得专利授权。新型气化炉以操作灵煤粉进料两种。典型的技术主要包括:美国CE公活稳定,各项工艺指标优于德士古气化工艺指标司的水煤浆加压气化工艺(原为德士古公司.引起国家科技部的高度重视和积极支持,主要指Texaco技术)、新型(多喷嘴对置式)水煤浆加压气标体现为:有效气成分(CO+H2) 的体积分数为化、荷兰壳牌公司的SCGP煤粉加压气化工艺技~83%，比相同条件下的ChevronTexaco生产装置术和德国GSP气化技术。高1.5~2.0个百分点;碳转化率>98%,比2.1水煤浆加压气化ChevronTexaco高2~3个百分点;比煤耗、比氧耗.2.1.1德士古水煤浆加压气化工艺(TGP)均比ChevronTexaco降低7%。美国Texaco公司在渣油部分氧化技术基础新型水煤浆气化炉装置具有开车方便、操作上开发了水煤浆气化技术,TGP工艺采用水煤浆灵活、投煤负荷增减自如的特点,同时综合能耗进料,制成质量分数为60% -65%的水煤浆,在气比德士古水煤浆气化低约7%。其中第-套装置流床中加压气化,水煤浆和氧气在高温高压下反日投料750t能力新型多喷嘴对置水煤浆加压气应生成合成气，液态排渣。气化压力在化炉于2004年12月在山东华鲁恒升化学有限2.7-6.5MPa,提高气化压力,可降低装置投人,有公司建成投料成功,运行良好。另-套装置两台利于降低能耗;气化温度在1 300~1 400C ,煤气日投煤1 150t的气化炉也在兖矿国泰化工有限中有效气体(C0+H2)的体积分数达到80% ,冷煤公司于2005年7月建成投料成功,并于2005年气效率为70%~76% ,设备成熟,大部分已能国产10月正式投产,2006年已达到并超过设计能力,化。世界上德士古气化炉单炉最大投煤量为目前运行状况良好。该技术在国内已获得有效推2 00d0德士古煤气化过程对环境污染影响较广,并已出口至美国。小。2.2干粉煤加压气化工艺根据气化后工序加工不同产品的要求,加压2.2.1壳牌干粉煤加压气化 工艺(SCGP)水煤浆气化有三种工艺流程:激冷流程、废锅流Shell 公司于1972年开始在壳牌公司阿姆斯程和废锅激冷联合流程。对于合成氨生产多采用特丹研究院(KSLA)进行煤气化研究, 1978年第激冷流程,这样气化炉出来的粗煤气,直接用水一套中试装置在德国汉堡郊区哈尔堡炼油厂建激冷,被激冷后的粗煤气含有较多水蒸汽,可直成并投入运行, 1987年在美国休斯顿迪尔●帕克接送人变换系统而不需再补加蒸汽,因无废锅投炼油厂建成日投煤量250~400t 的示范装置, 1993资较少。如产品气用作燃气透平循环联合发电工年在荷兰的德姆克勒(Demkolec)电厂建成投煤量程时,则多采用废锅流程,副产高压蒸汽用于蒸2 00d的大型煤气化装置,用于联合循环发电汽透平发电机组。如产品气用作羟基合成气并生(IGCC),称作SCGP工业生产装置。装置开工率产甲醇时,仅需要对粗煤气进行部分变换,通常最高达73%。该套装置的成功投运表明SCGP气采用废锅和激冷联合流程，亦称半废锅流程,即化技术是先进可行的。从气化炉出来粗煤气经辐射废锅冷却到700C左Shell 气化炉为立式圆简形气化炉,炉膛周围右,然后用水激冷到所需要的温度,使粗煤气显安装有由沸水冷却管组成的膜式水冷壁,其内壁热产生的蒸汽能满足后工序部分变换的要求。衬有耐热涂层,气化时熔融灰渣在水冷壁内壁涂2.1.2 新型(多喷嘴对置式)水煤浆加压气化层上形成液膜，沿壁顺流而下进行分离,采用以新型(多喷嘴对置式)水煤浆加压气化技术渣改渣的防腐办法.基本解决了高温耐火材料损是最先进煤气化技术之- -，是在德士古水煤浆坏严中国煤化工壁与简体外壳之加压气化法的基础上发展起来的。2000 年,华间留|Y片CNMHG管和输出集汽管东理工大学、鲁南化肥厂(水煤浆工程国家中的布置,便于水冷壁的检查和维修;环形空间内第4期武金锋等:煤气化技术的现状和发展趋势15充满温度为250~300C的有压合成气。术在我国也已开始建设，神华宁煤和山西兰花煤Shell 工艺具有的特点是:对气化原料煤有较化工集团将分别于2009年和2010年投料试车,宽的适应性,可适应更高灰熔点的煤;碳转化率其经济性和装置性能将得到有效验证。因此在煤高达9%以上,甲烷含量极低,煤气中有效气体气化技术的选择上应根据煤种的变化选择合适(CO+H2)达到90%以上,采用干法进料,与湿法的气化技术,如果气化煤灰熔点较低且成浆性能水煤浆气化工艺相比,氧耗低,单炉生产能力大，较好,则可以选择水煤浆气化,也可以选择干煤运转周期长,工业化应用单台炉日处理煤量已达粉气化,水煤浆技术应为优选;气化煤灰熔点较2 00t;热效率高冷煤气效率80%~85% ,是一种高时则只能选择干煤粉气化;气化工艺的选择要比较理想的煤气化技术。使产品和需求保持-致,与煤气化后续流程相结2.2.2 CSP 干粉煤加压气化合;同时还要考虑装备运行的可靠性投资与成GSP工艺是原民主德国VEB Gaskombiant的本的经济性以及环境可接受性等。黑水泵公司于1976年开始研究开发的干煤粉加煤炭的开发和加工利用已经成为我国环境压气化技术,进料的形式为两种,即干粉煤和液污染物排放的主要来源,因此发展洁净煤气化技体进料, 1985年实现工业化应用。目前,工业化气术,提高煤炭利用率是我国煤炭发展战略的必然化炉单台气化炉的生产能力可达2 00/d煤,气选择,作为高洁净、高效利用煤炭的先进技术之化压力为4.0MPa,CSP气化炉采用盘管式水冷壁-的煤炭气化技术是我国能源领域重点发展对气化炉结构，对气化粉煤的粒度要求较为宽松，象。从当前煤气化技术的发展趋势看,有以下特工业化装置气化原料煤的质量分数有24.5%>点:①提高对多煤种的适应性,能气化任意煤种;0.2mm的条件下，- -次性碳转化率可达98%以②大型化,提高气化能力和气化效率;③采用加上;唢嘴和水冷璧的使用寿命长,气化炉的可用压气化工艺，,提高气化强度,节约压缩能耗或实率高,气化炉开停车灵活,所需时间短,气化炉现等压合成,臧少带出物损失:④环境友好,环保操作弹性大,负荷调节灵活。CSP煤气化技术具有问题少,污染小;⑤研制和简化新工艺和新型气一些技术上的优势,神华宁夏煤业引进-套GSP化炉结构,降低基本建设投资和操作费用，并与粉煤加压气化工艺用于生产甲醇, 2009年投料试其它技术联合应用等。车,因此在投资和经济性等方面尚未在国内得到4结语工业化装置的验证。我国的能源结构是“富煤缺油、少气”,利用3煤气化技术的工 业选择及发展趋势四丰富的煤炭替代石油是--条适合我国国情的化煤炭在我国能源生产与消费结构中一直占工产业持续发展道路,是国家能源安全的- -个重主导地位,近几年,我国大规模的煤化工项目相大战略课题。我国的第一套煤制油工业化装置神继开工建设并投产运行,作为煤化工的核心和关华百万吨级示范工程一次试车成功,煤代替石油键技术的煤气化技术主要用于以下几个方面:化工的煤制烯烃项目也已开工建设,我国后续的(1)生产燃料煤气,通过选用不同的气化方项目建设将会陆续展开,作为煤化工的先导性和法,可以制得低、中、高三种热值燃气,以满足钢核心技术的煤气化技术将会得到更快的发展，因铁工业、化学工业、联合循环发电(IGCC)和民用此我国应大力扶持发展具有自主知识产权的煤等不同对象的要求;气化技术,以降低高昂的技术引进成本,提高核(2)生产合成气,用作合成氨，合成甲醇和甲心竞争力。醚以及合成油的原料气;(3)生产氢,煤气化制氢将是未来氢能经济参考文献的主要技术路线。1许世森,张东亮,任永强主编.大规模煤气化技术[M,北德士古水煤浆加压气化工艺(TGP)、壳牌干京:化学工业出版社,2006中国煤化工k中的应用前景[],粉煤加压气化工艺(SCGP)和新型(多喷嘴对置式)水煤浆加压气化技术在国内都已得到了规模YHCNMHG:2009-06-20)\仅侗H班化应用,其应用效果均已得到工业化验证,GSP技