煤资源与煤气化技术的选择 煤资源与煤气化技术的选择

煤资源与煤气化技术的选择

  • 期刊名字:化学工业
  • 文件大小:163kb
  • 论文作者:李志坚
  • 作者单位:石油和化学工业规划院
  • 更新时间:2020-07-10
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论文简介

第26卷第4期化学工业2008年4月CHEMICAL INDUSTRY●1●“我国资源型化工产业发展分析报告会”特别报导(- ~)煤资源与煤气化技术的选择李志坚(石油和化学工业规划院,北京100013)摘要:对国内煤炭资源进行了概述并对已有的煤气化技术进行了评述,提出了煤气化技术比较的思路和基础。煤气化项目的成功与否,在于平衡好所选技术的可靠性与先进性;投资与运行费用;环保投入与社会效益。本文是在2008年资源型化工产业发展报告会的发言。关键词:煤气化;煤气化厂;合成气;技术经济对比;述评文章编号: 1673-9647 (2008) 4 -001-06中圉分类号: TQ54文献标识码: A1我国煤炭资源蒙东、黑东、云南;低变质烟煤(长焰煤、不粘1.1 储量煤、弱粘煤) 28535亿t,占51.23%,主要分布我国煤炭资源相对丰富,预测总资源量为55 697于新疆、陕西、内蒙古、宁夏等省区。中变质烟煤亿t,查明资源储量为10 430亿t,基础储量(气煤、肥煤、焦煤和瘦煤)资源量15 993亿t,3 326亿t,可直接经济利用储量为1 842亿t。占28.71%,主要分布于华北。高变质煤资源量为位列世界煤炭探明储量第3名国家。但我国人均7 968亿t,占14.31%,主要分布于山西、贵州和煤炭资源量才800t,为世界平均的55%,资源大四川南部。国的10%。我国在世界煤炭探明储量前7位国家总体来说,我国煤资源具有以下特点:中储采比最低。前6位分别是俄罗斯(500), 德(1)中高灰煤多。在尚未利用资源量8 260.41国(322), 澳大利亚(236),印度(230), 南非亿t,其中特低灰(灰分小于5%)、低灰(灰分小(207)和美国(192)。 我国储采比才69。而且,于10%)的煤1786.76亿t,占尚未利用资源量的我国煤炭资源分布很不均匀。分布特点是:北多21.63%;低中灰(灰分大于10%~20%)的煤南少,西多东少。储量大于>10 000亿t新疆、内3626.67亿t,占尚未利用资源量的43.90%;中蒙两个省区;储量在1000亿~10 000亿t的省区高灰(灰分大于20%~30%)的煤2 698.85亿t,有山西、陕西、宁夏、贵州四省区;安徽、云南、占尚未利用资源量32.67%。河北、山东四省区储量在500亿~1 000亿t。我们(2)硫分适中。特低硫和低硫煤为4160.01必须要珍惜和合理利用我国的煤炭资源,提高煤亿t,占尚未利用资源量的50.37%;低中硫、中炭利用效率。发展煤化工,将有限的煤炭资源转硫煤2 823.30亿t,占尚未利用资源量的34.18%;化为附加值较高的化工原料是我国煤炭资源合理硫分大于2.00%的煤占15.45%。就地域而言,内蒙的利用途径之一。从我国煤炭资源分布特点出发,古、陕西、新疆三省区特低硫、低硫煤3225.77亿t,煤化工产业宜在富煤地区发展,特别是煤资源丰占全国的39.05%;山西、陕西、内蒙古三省区低富的后备煤炭资源产地,可充分发挥煤化工产品中硫、中硫煤2243.77亿t,占全国的27.16%。运费相对较低的优势,对现有的煤炭市场影响也(3)发热量较高。全国尚未利用储量中煤的比较小。发热量中国煤化i中高热值煤占1.2 分品种资源量收稿日斯YHCNMH G我国煤种分布比较齐全。煤资源品种中,褐作者简介:李志坚(1968-), 男,安徽省人,高级工程师,主要从煤保有资源量3 194亿t,占5.74%,主要分布在事无机化工及化肥行业的规划与咨询工作。化学工业.2.CHEMICAL INDUSTRY2008年第26卷91.80%,低热值煤少,主要是分布于云南和内蒙1.3煤炭供需关系古东部的褐煤。煤炭在我国能源结构中一直占主导地位,煤归纳起来,煤炭资源的种类齐全,包括了从.炭消费量也与国民经济同步增长。2000年,我国褐煤到无烟煤各种不同煤化阶段的煤;数量和分煤炭产量为9.9亿t。2007年达到25.36亿t。年均布极不均衡。褐煤和低变质烟煤资源量占全国煤增长率达到14%,同时我国CDP年均增长也达到炭资源总量的50%以上,动力燃料煤资源丰富。14%,煤炭产销量保持了与GDP同步的增长速度。而中变质煤,即传统意义的“炼焦用煤”数量较我国煤炭消费结构中,电力、钢铁、建材、少,特别是焦煤资源更显不足;低变质烟煤煤质化工为四大煤炭消费大户,分别占国内消费总量优良,是优良的燃料、动力、化工用煤;高变质的53%、13%、15%、5%。化工行业在煤炭消费煤(无烟煤)硫分高。中所占比例并不高,但是煤化工产业是煤炭消费从煤资源储量看,我国适合煤气化的资源储量中增长最快的。预计到2010年,化工用煤将由量较大,可以满足煤化工发展的要求。2005年的1.04亿t增长到4亿t左右,占到煤炭煤炭资源的优化利用与煤种密切相关,低变总消费量的11.5%,由于煤化工产业主要依托后质煤种的分子结构主要是直链烃类,作为生产油备煤炭资源和其它产业不能采用的高硫煤、低质品的原料相对较好,而高变质煤种主要是复杂的煤为原料,因此,煤化工产业的快速发展对煤炭芳烃类,打断分子链能耗较高。从煤资源合理利供需平衡影响不大,煤化工用煤从供应方面也是用角度,低变质煤种宜采用焦化和温和气化(千可以保证的。我国煤炭产量、出口量和表观消费馏)的方法,可将煤中的烃类转化为高附加值的量见图1。油品。目前的气化一般是煤的深度转化,是将煤我国煤炭需求预测见表1。完全转化为CO和H,完全打破了煤原有的分子300 0000250 000结构。200 000我国煤气化技术的研究开发还应关注中高灰份煤的问题。如何用经济的方法气化中高灰份煤,后10000100 00目前尚没得到很好地解决,如果大规模应用目前50 000较为成熟液态排渣的气流床气化技术气化中高灰分煤,使大量的灰渣在熔融状态排出,必然会带1990 1999 2001 2003 2005 20071995 2000 2002 2004 2006来氧耗高、能耗高的问题,经济上是不合理的。年份适用于中高灰份煤的经济、合理气化技术还需另◆产量;士出口量:★表观消费量辟蹊径。图1我国煤炭产量、 出口和表观消费量表1我国煤炭需求预测万t2006年2005-2010年2010- -2020 年项目2005年2010年2020年增长率/%年均增长率/%消费总量204 015244 33219.7256 235346 0624.663.05国内消费总量195 515235 505248 235338 0624.893.14四行业合计175 570202 46115.3233 090323 0625.833.32电力107 793124 81815.8152 288214 8177.163.50钢铁26 36830 61616.127 95129 3801.170.50建材31 00935 32713.933 46838 8411.541.50化工11 70020 50040 02313.267.52国内其它19 94533 04465.715 145-0.10出口量8 5006 332-25.5800059中国煤化工0.002煤气化技术发展概况HCNMH G和H2、un4导,明副;阳的心程。煤气化与燃煤气化实际上的煤的部分燃烧( 部分氧化),烧的不同体现在目的产物和工艺过程的不同。气即煤与气化剂(氧气和/或蒸汽)反应生产含co化的反应时,C转化为CO和H; s转化为HS;第4期李志坚:煤资源与煤气化技术的选择.3.目的是为了获得更多的合成气;而煤炭燃烧的目固定层气化技术也不宜“一刀切”,应制定严格的是将C转化为热量;反应获得更多热量。可见,的环保标准,使现有的固定层气化技术的水平逐气化过程追求的是冷煤气产率,与煤炭燃烧追求步提高,允许符合新环保标准的固定层气化技术的是热效率。我们在选择煤气化技术时应更多地发展。关注冷煤气效率,而这一点常常在进行煤气化技2.1.2鲁奇加压气化术的选择和比较时被忽视。一些关于气化热效率鲁奇碎煤加压气化技术是一-项古老的气化技和碳转化率的夸大宣传常常误导了用户。术,采用5 mm以上的碎煤为原料,其气化炉型煤气化过程采用的气化炉炉型,目前主要有从工艺原理.上是设计合理,至今仍具有较强的生以下3种:命力,而且仍在不断地发展之中。鲁奇炉气化技固定床(UCI、 鲁奇);流化床(灰熔聚、U-术的特点是:GAS (SES).鲁奇CFB、温克勒、KBR、恩德等);(1)氧耗低,鲁奇炉气化工艺是目前各种采气流床(GE-TEXACO、 SHELL、 GSP、PRENFLOW.用纯氧为气化剂中氧化最低的。国产新型水煤浆、二段千煤粉、航天炉等)。(2)冷煤气效率高,冷煤气效率代表了煤中2.1 固定床气化技术的热量转化为煤气中热量的程度,加上气化副产2.1.1 常压固定层床间歇气化物,鲁奇炉冷煤气效率最高可达93%,高于其它该技术成熟、工艺可靠、投资较低、不需要.的煤气化技术。空分制氧装置。但气化需要无烟块煤或焦炭,对煤(3)但是,其污水排放中含有较多的焦油、块大小要求严格。固定床间歇气化技术目前在我酚类和氨,需要配备较复杂的污水处理装置,环国的合成氨及工业煤气行业仍应普遍应用,目前保处理费用较高,但副产品的价值增加已抵消了有数千台气化炉在运转。环保和效率的改进及粉其费用。煤成型技术使固定层间歇气化技术的生命力得到鲁奇煤气化技术近年来也在某些方面有所改了提高。如造气污水闭路循环工程,可以基本使进,如排渣系统的改进(熔渣气化技术),三废处造气污水达到零排放,废气治理工程,可以使显理技术的改进等,鲁奇煤气化技术仍是一个先进著降低废气中的粉尘和硫化物排放。因此对间歇适用的技术。鲁奇气化炉的发展情况见表2。表2鲁奇气化技术的发展发展第一阶段第二阶段第三阶段第四阶段第五阶段阶段MK-1型MK-2型MK-3型MK-4型_MK-5型熔渣气化年份1936- -19541952- -19651969-1978-1990-煤种弱粘结性煤非粘结性煤多种煤气化能力D/m2'80014 000~17 00032 00-45000035 000-50000 75 000~100 00035 00~50 000①折标准状态的干煤气。2.2流化床气化技术聚分离装置,形成床内局部高温区,使灰渣团聚流化床气化通过流化状态增强气化炉的传热成球,借助重量的差异达到灰团的分离,提高碳和传质,从而改善气化效率和气化速度,提高碳利用率。转化率,并通过重力达到煤渣分离的效果。2002年,陕西城化股份公司一台气化炉建成流化床气化技术有以下4种:灰熔聚流化床投产(年产2万t合成氨)。天津碱厂建设2套年气化;恩德粉煤气化;鲁奇循环流化床(CFB);产4万t合成氨气化炉,2006年建成投产。河南.SES (原UGAS)。平顶山化肥厂,2台4万t气化炉,2007 年建成2.2.1灰熔聚流化床气化炉投产。中国煤化工成氨加压气化.该技术是中国科学院山西煤化所在20世纪炉,:于上遇到很多问80年代初开发的。其气化炉气化压力有常压和加题,基1YHCNM H正在逐步解决和压(1.0~1.5 MPa),采用空气或氧气作气化剂。成熟。但是由于烟煤价格上涨,削弱了常压灰熔聚该工艺根据射流原理,在流化床低部设计了灰团气化技术的竞争力, 目前示范工程还缺乏长期运转化学工业.4.CHEMICAL INDUSTRY2008年第26卷的经验。加压气化和大型化的炉型更有待进- -步开的基础上进-步开发的,目前国内正由外商独资发。灰熔聚气化技术仍处于工业示范阶段。在山东枣庄建设- -套工业化示范装置。利用枣庄2.2.2恩德粉煤气化炉地区中煤和煤矸石资源为原料,将洗煤厂在洗煤该技术是温克勒气化炉的改进。我国已有结过程中产生的副产品(中煤和煤矸石)气化,气合国情完善、开发的专利技术,设备已完全实现体净化后提供给山东海化公司用于生产甲醇,供了国产化。该技术主要特点是:可采用劣质粉煤;气量为1.76 亿m/a。2006 年开始建设,预计气化强度大,单台炉生产能力4万m/h (折合成标2008年投产。准状态合成气,相当于9万Va合成氨);操作弹性2.3 气流床气化技术大,运行可靠,投资省;可根据合成气的要求采用气流床气化技术温度、压力较高,气化炉生空气、氧气或富氧空气作气化剂;技术成熟。产能力大,作为合成气的质量较好。但是氧耗较由于该技术具有以上特点,而且投资省,被高,气化高灰媒种所需代价较大。国内一些中小企业看中。目前已有较丰富的使用2.3.1水煤浆气化技术和运行经验,该气化炉存在的优缺点也比较明确,水煤浆气化技术是目前最为成熟的气流床气化技术,采用类似于油的煤浆进料,加煤和控制恩德粉煤气化炉应用业绩见表3。系统较简单,操作容易。水煤浆气化技术的优势表3恩德粉煤气化炉应 用业绩是: (1)技术成熟,可靠; (2)投资较省;企业省份气化炉能力(3)气化压力高。该技术的不足是: (1) 对煤种江西景德镇焦化总厂江西 省景德镇市10 000有限制; (2) 耐火砖更换麻烦; (3) 国内仅有吉林长山化肥厂吉林省松源市40 000激冷流程。该技术在国内应用较广,采用水煤浆黑化集团黑龙江省齐齐哈尔气化技术的国内企业见表4。淮化集团安徽省淮南市20 000表4采用水煤浆 气化技术的国内企业葫芦岛锌厂辽宁省葫芦岛市地点江西景德镇焦化总厂江西省景德 镇市兖矿鲁南化肥厂山东滕州宁安化肥厂黑龙江省宁安市上海焦化厂上海郸城化肥厂河南省周口市郸城县陕西煤业化工集团渭河化肥厂陕西通辽梅花生物科技有辽宁 省通辽市安徽该技术的缺陷是只能适应高活性的煤种,在中石化金陵石化公司.南京我国分布范围窄,上部灰分排放量大、炉灰含碳黑龙江北大荒农业股份公司浩良河化肥厂黑龙江量高。造气工段排放物对环境有一定污染。中石化南京化学工业公司陕西神木化学工业有限公司陕西神木2.2.3鲁奇循环流化床气化 (CFB) 技术上海惠生南京化工园区鲁奇常压循环流化床气化技术是德国鲁奇公兖矿国宏化工公司山东邹城司20世纪80年代初针对小型的、多种原料的气中石化齐鲁石化山东淄博化而开发的,属高循环倍率的流化床。该技术原兖矿榆林陕西榆林料适应性广,可以采用生物体、煤、石油焦、垃大化集团.辽宁大连圾等多种原料,气化剂可采用空气、氧气加蒸汽、新奥甲醇内蒙鄂尔多斯氧气和二氧化碳(生产CO)等。该技术气化效率神华集团包头包头高,废水处理简单,具有较高的灵活性。CFB 气延长石油集团化于1986年在奥地利投运了第一套商业化装.贵州金泰化工公司贵州桐梓置,采用树皮制取低热值燃料气。其后建设了2.3.2国产新型 多喷嘴水煤浆气化一些小型的发电或燃料气裝置尚未见到生产中国煤化工(1)单炉生产能合成气的报道。CFB 气化技术目前在国内尚没有力大E氧耗、煤耗低。商业化装置。在国sMH. CNM H,G国产新型多喷嘴2.2.4埃新斯循环流化床技术(SES)水煤浆气化工业应用业绩见表5。该技术的不足埃新斯循环流化床是在原UCAS流化床技术.之处是: (1) 控制较复杂; (2) 设备投资较高。第4期李志坚:煤资源与煤气化技术的选择.5.表5国产新型水煤浆气化工业应用业绩表6采用壳牌干粉煤气化技术的国内企业工业应用企业地点企业名称山东华鲁恒升化工股份有限公司山东德州岳阳中石化壳牌煤气化有限公司湖南岳阳兖矿集团公司国泰化工有限公司山东滕州湖北双环科技股份有限公司湖北应城凤凰化肥有限公司广西柳州化工股份有限公司广西柳州兖矿鲁南化肥厂中石化湖北化肥分公司湖北枝城江苏灵谷化工有限公司江苏宜兴中石化安庆化肥分公司安徽安庆江苏索普(集团)有限公司江苏镇江云南天安化工有限公司云南昆明神华宁夏煤业集团有限责任公司宁夏银川云南沾化有限责任公司云南沾益.烟台万华聚氨酯股份有限公司浙江宁波大连大化集团有限责任公司辽宁大连.河南永城煤电(集团) 有限责任公司河南永城以上两种水煤浆气化技术国内都有广泛的建中国神华煤制油有限公司内蒙鄂尔多斯设、运行经验,对于投资、消耗都可做到心中有中原大化有限公司河南濮阳数。水煤浆气化技术今后的发展方向一是废锅流河南开祥化工有限公司.河南义马程,二是固态排渣技术。由于水煤浆气化对于联大唐国际发电股份有限公司内蒙多伦合循环发电项目的效率稍低,有必要开发废锅流天津渤海化工集团天津碱厂天津程,提高热效率,使之能适用于ICCC流程的要贵州天福化工有限公司贵州宏福求。固态排渣工艺开发也有重要的意义,可以适鹤壁煤电责任有限公司河南鶴壁应我国高灰、高灰熔点煤种较多的要求。但是在工程化实践成功后,前景广阔。2.3.3壳牌干粉煤气化技术国内近几年引进的壳牌炉较多,其中已有53选择煤气化技术考虑因素套装置已建成投产,在工程化方面遇到很多问题。3.1对原料煤的要求在选择煤气化技术时,首先要研究煤。煤种从建设运行的情况看,可以初步判断壳牌技术有的特性对今后气化炉的操作是至关重要的。以下的优缺点:壳牌干粉煤气化技术的优势是: (1) 气化效我国现有的煤炭分类指标是按照炼焦用煤的要求率高,煤的转化率和热效率都比较高; (2) 单台来制定的,煤气化指标体系有所不同,特别是不同类型气化炉在指标要求上也有所不同。一般包炉能力大; (3) 环境友好。该技术的不足: (1) 系统复杂,抗千扰能力括煤的种类,灰分、水份含量,灰熔点,气化活差,对原料、操作控制的要求很高; (2) 投资性,可磨指数和灰渣特性。大,显著高于水煤浆气化技术; (3) 仅有废锅流3.2目标产品选择煤气化技术应考虑到终端产品和配套的下程; (4) 单台炉无备用,灵活性较差。单台炉无备,用是采用壳牌技术的化工厂较严游工艺。不同的下游工艺对合成气的指标要求有所重的问题,虽然单炉已达100天的运行周期,对差异。图2列出了各工艺强调的合成气质量指标。于气化系统已经很不易了,但还达不到化工厂长下游产品也关系到煤气化技术选择的经济性。产品目标周期运转的要求。但是如果增加备用炉,投资增加太多,经济上不合理。对壳牌气化技术,考虑合成氨]H含量适当的冗余是必要的。因此,壳牌技术更适合一-甲醇] H+C0含量与比例( :2)些大型或超大型煤化工装置使用。一氧化碳]C0含量采用壳牌干粉煤气化技术的国内企业列于表6。2.3.4其它气流床气化技术合成气[联基合成气CO+HL含量与比例(1:1)其它国内正在工业化的气流床包括GSP-科林、中国 煤化工含量与比例(.5:1)航天炉和两段炉等。这些技术的共同特点是:(1)采用干粉煤气化; (2) 气化炉水冷壁结构; .YHCNMHGH.含量(3)单喷嘴或多喷嘴; (4) 热回收方式为激冷或燃料气]发热量废锅。这些技术走向成熟还有一段较长的道路。图2下游工序对煤气化产气的质要求化学工业.6.CHEMICAL INDUSTRY2008年第26卷3.3后续流程合成气一{热回收-C 变换]脱碗脱碳]- [精制} .为了向下游产品提供合格的原料合成气,还"余热锅焖深度变换或f热法或选何种工艺?需配套后续流程,精制合成气。选择煤气化技术或激冷?L 部分变换?L 冷法?口 净化度?J也应考虑要配套的后续流程的投人和运行成本图3后续流程可供的选择(见图3)。-些技术从气化过程看是合理的,但应慎重选择煤气化技术。煤气化技术的成功取决对于全系统并不- -定是合理的。于所选技术是否整体最优、效益最大化。重点应4结束语在可靠性与先进性;投资与运行费用;环保投入煤气化是煤化工项目成败的关键因素之一,与社会效益之间取得平衡。Selection of Coal Gasification TechnologyLI Zhi-jian(China National Chemical and Planning Institute,Beijing 10013,,China)Abstract: To make comparison among gasification technology in China. One of the competitive factors for coal gasification projeet isto take overall consideration on selected technology in tems of liability and advantages, investnent and operation fee,environmental protection input and social benefit.Keywords: coal gasification; coal gasification plant; synthetic gas; technical economical comparison; review認詡废旧线路板回收处理成套设备国家重点高新技术浙江丰利粉碎设备有限公司研发的国家专利产品、省级新产品,浙江省重点技术创新项目,荣获国家创新基金支持。该设备采用先进的物理法回收工艺所研制的设备创新性强,其资源化的处理工艺线路先进合理。该设备能对各类废旧印刷线路板及加工废料、废旧电器等进行机械粉碎回收处理,其金属回收率高,回收金属的纯度高达97%。该机械处理工艺属国内首创,拥有4项自主知识产权,其技术处于国内领先水平,从而开创了工业化批量回收处理废旧线路板的先例,标志着我国废旧线路板回收处理技术进入国际发达国家的先进行列。销售热线: 0575- -83105888.83185888、 83100888中文搜索:浙江丰利http: www.zjfengli.com中国煤化工MHCNMHG(吴宏富)

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