煤气化工艺选择之我见

河南化工●8.HENAN CHEMICAL INDUSTRY2008年第25卷煤气化工艺选择之我见张金阳(安阳化学工业集团有限责任公司,河南安阳45513)3摘要:概述了煤气化工艺的发展趋势,分析了中国煤气化技术现状,提出了煤气化工艺选择的原则，简要叙述几种主要煤气化工艺的特点及现阶段存在的问题。关键词:煤气化;工艺;现状;选择中图分类号:TQ546文献标识码:A文章编号:1003 - 3467(2008)01 -0008 -03Choice of Coal Gasification ProcessZHANG Jin - yang( Anyang Chemical Industry Group Co. Ltd. , Anyang 455133 ，China)Abstract: The development trend of coal gasification process is summarized. The current situation of coalgasification technology in China is analyzed. The choice principle for coal gasification process is put for-ward. Several major characteristics of the coal gasification process and the existing problems at this stageare briefly described.Key words :coal gasification ; process ; present situation ; selection少带出物损失。1煤气化工艺 发展趋势简述煤气化是煤化I产业的龙头,粉煤气化技术是2我国煤气化技术的现状发展煤基化学品、煤基液体燃料、IGCC发电、多联产2.1 固定层间歇气化技术仍占主导地位, 急需技术系统制氢等工艺过程的共性技术和关键技术。由改造和淘汰于合成氨、甲醇、二甲醚、煤制油、煤制烯烃等产业的虽然国外已开发成功多种煤气化技术,但目前快速发展,中国的煤炭气化工艺正由老式的UCI炉在国内较为成熟的仍然是常压固定床气化技术,以块煤间歇气化迅速向先进的粉煤气化工艺过渡,呈UGI、水煤气两段炉、发生炉两段炉等固定床气化技现出对各类粉煤气化技术及装备的强劲需求。术为主。常压固定床气化技术的优点是操作简单,为了提高煤气化的气化率和气化炉气化强度，投资小;但技术落后,能力和效率低,污染重,急需技改善环境,20世纪70年代以来世界各国加快了新术改造和淘汰。以常用的直径为3 m的发生炉为一代煤气化技术的开发 和工业化进程。总的发展趋例,能力仅为50 Vd(折日产合成氨生产能力,下势是气化压力由常压向中高压(8.5 MPa)发展;气同),引进的一般加压LURGI炉能力也达500Ud,化温度向高温(1 500~1 600 C)发展;气化原料向更不要说目前SHELL粉煤气已达1500 Vd以上。多样化发展;固态排渣向液态排渣发展。固态床、流目前我国正在运转的常压固定床气化炉有四千化床、气流床等几种不同类型的煤气化技术均取得多台。固定床气化工艺需要使用块煤,尤其是化肥了较大的进展。行业普遍采用的水煤气炉目前只使用无烟块煤和焦从当前国外煤气化技术发展趋势看,大型化、加炭,而机械化采煤使块煤率下降,导致块煤资源紧压、适应多种粉煤、低污染、易净化是煤气化的发展张,原料成本上升。另外,水煤气工艺气化效率低,方向。国外新开发的气化炉都采用加压气化工艺，吹风气排放污染环境,这也是国家提出加快对氮肥提高气化强度,增加单炉的产量,节约压缩能耗,减行业中国煤化工YHCNMHG收稿日期:2007 -10-19作者简介:张金阳(1971 - ),男,高级工程师,中国氮肥工业协会专家委员会委员,从事企业技术开发和管理工作,电:(0372)5400144第1期张金阳:煤气化工艺选择之我见2.2各种煤气化工艺纷至 沓来,中国成为国外各种拟建项目应尽可能采用先进的工艺和技术是大家的煤气化工艺的“试验场”共识,要按照达到国内领先并尽可能接近或达到国正是由于固定层间歇气化工艺的落后,20世纪际水平的要求。80年代,我国引进了LURGI固定床、U- GAS流化.2 适合企业发展实际床TEXACO气流床煤气化技术，近期又形成新-轮这是关键因素,一-是与项目的生产能力相匹配,引进SHELL粉煤气化技术的热潮,世界上所有类型不同的建设规模需要不同的气体成分、气化压力,对的煤气化技术在我国几乎都有应用。应着不同的工艺技术;二是与原材料、辅助材料和燃在上述技术中,气化工艺按进料方式不同分干料相适应;三是与设备(包括国内和国外供应设备、煤粉进料和水煤浆进料,按炉内气流方向分上行和主要和辅助设备)相适应;四是与员工素质和管理下行两类,按换热方式分废锅型和直接水激冷型,按水平相适应;五是与环境保护要求相适应,尽可能采喷嘴的数量和布置分单喷嘴直喷和多喷嘴对喷,按用清洁生产技术。气化炉内是否村有耐火保温材料分热炉壁和水冷3.3稳妥可靠并具有 工业化运行业绩壁,按进料方式分- -段式和两段式等等。加之国内技术必须成熟可靠,必须保证技术性能和生产各研究院所也相继推出自己的煤气化工艺,真正在能力,一般应采用已充分验证并已在使用的技术国内形成了“百花齐放、百家争鸣”的局面,对这些(提供方应有成功使用的经验)。不能冒险采用未.煤气化技术的评价也是众说纷纭。经中试就工业化的技术。对于尚在试验阶段的新技2.3煤气化工艺难以选择术新工艺新设备、新材料,应采取积极和慎重的态正是由于上述情况,造成了企业在确定煤气化度。工艺方面存在较大困难,这主要是由以下几个方面3.4考虑知识产权安全方面可能遇到的问题决定的:应注意工艺技术的来源和所有者权益。对于专2.3.1煤种利技术,应研究工业产权问题,包括它的使用范围和中国各地的煤种性质差别很大,就是同一地区有效期限。专有技术交易必须具备两个条件:一是的煤种也有不同,而- - -种煤气化工艺往往只对应一必须具备实际应用的经验,是成熟和完整的技术;二个相对稳定的煤种,这就出现了前-一时期个别企业是必须能够鉴定与辨别的,能用技术资料与文件转守在煤矿边却要千里迢迢到外省区调煤的原因。让的。2.3.2投资3.5节 能安全和环保必须达到国家要求各种煤气化工艺对应的投资相差很大,有时相所选择的工艺技术应确保节能、安全并实现清差数倍,部分企业在选择煤气化工艺时也想选择最洁生产,“三废”排放量能有效治理。先进的技术,但苦于资金困扰无法实施,但又不愿选4几种煤气化工艺的简要评述择技术-一般的工艺,最终陷人两难的境地。2.3.3多数技术缺少 国内运行的经验4.1 TEXACO 水煤浆气化近几年各种加压煤气化技术可谓是“方兴未TEXACO水煤浆气化采用水煤浆进料、液态排艾”,但目前前期项目和正在施工的多,真正投运的渣、在气流床中加压气化,水煤浆与纯氧在高温高压很少,即使投运的多数也还处于试运行阶段,还不能下反应生成煤气。进行全面、系统的评价。气化炉主要结构是水煤浆单喷嘴下喷式,大部2.3.4技术交流较少分是采用水激冷工艺流程,单炉容量目前最大可达;由于技术保密等因素,即使是同- -种煤气化技日投煤量2 000 t,操作压力大多采4 MPa.6. 5 MPa,术,不同企业之间也鲜有交流,这就造成了类似的问少数项目也已达到8. 4 MPa。题在不同企业重复出现,也对该技术尽快稳定运行我国引进该技术最早的是山东鲁南化肥厂,于造成了较大影响。.1993年投产，后来又有若干厂使用,目前已有十来家中国煤化工:化压力6.0 MPa)、3煤气化工艺选择原则淮南CN M H G南(气化压力2.03.1适度先进并代表行业发展方 向MPa)。工艺技术的先进性决定了项目的市场竞争力。由于国内已经完全掌握了TEXACO气化工艺,河南化工●10.HENAN CHEMICAL INDUSTRY2008年第25 卷积累了大量的经验,因此设备制造、安装和工程实施气化炉已经获得国家发明专利。周期短,开车运行经验丰富,达标达产时间也相对较该技术目前尚无运行的工业装置,但2 000 Vd短,主要问题是对使用煤质有- -定的选择性,同时存级两段式干煤粉加压气化炉(废锅流程)已经应用在气化效率相对较低、氧耗相对较高及耐火砖寿命于华能集团“绿色煤电”项目,预计于2009年建成;短等问题,但随着在国内投运时间的延长部分问题1 000 Vd级两段式干煤粉加压气化炉(激冷流程)已得到有效解决。已经应用于内蒙古世林化工有限公司年产30万t4.2多 喷嘴对置水煤浆气化甲醇项目,预计于2008年投运。本项技术是“九五”期间由华东理工大学、兖矿4.5 HT-L 气化技术鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司合作开发的。该技术由中国航天科技集团公司北京航天动力2000年10月通过原国家石油和化学工业局组织的研究所研制,气化炉结构结合了SHELL和TEXACO鉴定和验收。示范装置为兖矿国泰化工有限公司,的优点,目前正在进行包括安徽临泉化工股份有限建成两套日投煤1 150 t的气化炉,操作压力4. 0公司、濮阳龙宇化工等示范项目的建设。MPa,生产24万Va甲醇,联产71.8MW发电。装4.6西北化工研究院多 元料浆气化工艺置已于2005年10月投人运行。第二个项目是应用多元料浆气化技术(MCSG)是由西北化工研究在华鲁恒升化工股份有限公司大氮肥国产化工程，院开发的大型煤气化技术,该技术采用湿法气流床建设-套多喷嘴对置式水煤浆气化装置,日投煤气化概念,以煤、石油焦、石油沥青等含碳物质和油750 t,操作压力6.5 MPa,装置已于2005年6月初(原油.重油、渣油等)、水等经优化混配形成多元料投入运行。浆,料浆与氧通过喷嘴混合后瞬间气化,具有原料适该工艺仍属于水煤浆气化的范畴,与TEXACO应性广、气化指标先进、技术成熟可靠、投资费用低的主要区别是由TEXACO单喷嘴改为对置式多喷等特点,目前在国内已有三套工业装置平稳运行。嘴,强化了热质传递,气化效果较好,但多喷嘴需要4.7 GSP 煤气化技术设置多路控制系统,增加了设备投资和维修工作量。该技术气化炉主要结构是单喷嘴下喷式干煤粉由于是国内技术,工艺包及专有技术使用费较引进加压气流床气化,根据煤气用途不同可用直接水激技术有较大幅度的降低。冷,如化工合成气用户。也可用废锅回收热量,产生4.3 SHELL 粉煤气化高压蒸汽,如IGCC发电用户, GSP煤气化技术由德SHELL粉煤气化的气化炉主要结构是干煤粉国西门子集团拥有。多喷嘴.上行废锅气化并采用冷炉壁,冷煤气回炉激GSP气化技术存在的主要问题是在单炉能力和冷热煤气,煤气冷却采用废锅流程。由于壳牌气化生产长期运行考验方面还存在不足,目前已运行过技术上具有突出的优点吸引了国内一些企业纷纷引的装置,单炉能力只有日投褐煤720 t的规模,运行进,目前已有十余家。本工艺的最大缺点是投资大,时间的记录也不是很长。设备造价过高;合成气换热采用废锅形式增加了投5结束语资,对需要水蒸气成分的化工生产来看直接用水激冷更合理;干燥、磨煤、高压氮气及回炉激冷用合成煤气化工艺是煤化工的基础和关键,煤气化装气的加压所需的功耗较大等。目前在中国国内已投置投资巨大,加之多数煤气化装置为单系列配置,一运的包括湖北双环、中石化三家(湖北化肥、安庆石旦选择了气化工艺也就决定了煤化工项目投运后能化、岳阳石化)和柳化等五套装置。否实现“安稳长满优运行及项目的竞争能力。4.4西安 热工院两段式干煤粉加压气化技术总之,企业在确定煤气化工艺时- -定 要根据企该技术气化炉采用水冷壁炉膛、液态排渣,运行业实际做多方案的综合比较,综合原料煤种、投资、时,向下炉膛内喷人粉煤、水蒸气和氧气,向上炉膛技术可靠程度等因素进行全面的技术经济评价,在喷人少量粉煤和水蒸气。利用下炉膛的煤气显热进全面比选和评价的其础上确定煤气化工艺,使项目行上炉膛煤的热解和气化反应,以提高总的冷煤气建成中国煤化工风险降至最低。效率;同时显著降低热煤气温度,使得炉膛出口的煤YHCNMHG气降温至灰熔点以下,从而省去冷煤气激冷流程,该