煤气化技术现状、发展及产业化应用

第1期(总第140期)煤化工No.1 (Total No. 140)2009年2月__Coal Chemical IndustryFeb.2009煤气化技术现状、发展及产业化应用高恒刘宏建(河南省煤气(集团)有限责任公司义马气化厂,义马472300)摘要介绍了几种主要煤气化技术的发展情况及在我国的应用现状，评述了各煤气化技术的优缺点,认为加压固定床煤气化技术成熟,更适于大型化、多联产的煤制天然气装置;流化床气化技术有待发展;而具有自主知识产权的气流床气化技术将有广阔的发展空间。关键词煤气化固定床气化 流化床气化气流床气化文章编号:1005-9598 (2009) -01-0037-03中圈分类号 :TQ546文献标识码:A煤化工产业是以煤为主要原料生产化工产品的式。20 世纪80年代以来,我国已引进4套现代化的产业,是化学工业的重要组成部分包括煤焦化、煤气Lurgi气化装置,其中3套用于生产城市煤气,1套用化、煤液化、化肥、碳一化工和电石等行业,涵盖以煤.于生产合成氨,在设计、安装和运行方面均已取得丰为原料生产焦炭、电石、化肥、甲醇、二甲醚,油品、烯富经验。该气化技术原料适应范围广,除黏结性较强烃等产品。煤气化被誉为煤化工产业的龙头技术,目的烟煤外，从褐煤到无烟煤均可气化,且可气化灰分前可作为大型工业化运行的煤气化技术,可分为固定高的劣质煤。Lurgi 气化炉中煤与气化剂逆向运动,床气化技术、流化床气化技术.气流床气化技术。炉温较低,采用固态排渣。Lurgi固定床气化工艺成熟可靠,包括所副产焦1固定床气化技术油在内的气化效率、碳转化率气化热效率都较高,氧耗是在各类气化工艺中最低的,且原料制备、排渣处1.1 常压固定床煤气化技术理简单。由于煤气中含有CH,热值是各类气化工艺中常压固定床煤气化是以空气、蒸汽、氧气为气化最高的,适合于生产城市煤气。剂,在常压下将煤转化成煤气的过程中。由于该技术.传统观念认为,若选择Lurgi固定床气化工艺制成熟可靠、操作简单、投资少、建设期短,在国内冶金、合成气存在以下问题:(1)煤气成分复杂。合成气中建材、机械等行业广泛用于制取燃气;在中小型合成含不直接参与合成的CH,约10%~18%,如果将这些CH4氨厂、甲醇厂用于制取合成气;在用气量较少的小型转化成H2、CO,势必投资大、成本高。(2)大量冷凝污水化工装置中用于制取Co和H2。这种煤气化技术的缺需处理。污水中含大量焦油、酚、氨等,因此需建焦油点是原料煤要求较高,且单炉生产能力小.渣中残碳回收装置,且酚、氨回收和生化处理装置增加了投资较高、气化为常压煤气的压缩功耗高。随着煤气化技和原材料消耗。(3)Lurgi 气化技术原料为5mm~50mm术的不断发展,及国家对煤化工准人生产规模要求的块煤,若购原煤则有占总量50%~55%的粉煤需处理[2。提高,在新建的大型煤化工装置中一般不采用此技术。但是经过多年的生产实践,我们认为:(1)换个角1.2 加压固定床煤气化技术度去考虑,煤气中CH,的含量高,不是缺点,而是优鲁奇加压气化(Lurgi)技术是加压固定床气化技点,从煤气中分离出CH,可以缓解目前我国生活用天术的代表,在20世纪30年代已实现工业化,义马气然气紧张的局面,其余CO和H2用于合成气。(2)由于化厂单台炉运行可达172天，是比较成熟的气化模亏水中国煤化工可将这些产品回.收,焦,这等于将煤中的收稿日期:2008-10-25焦油:MYHCN M HGe化厂已用焦油作者简介:高恒(1969-),男,1992年毕业于郑州轻工加氢制取汽油和柴油,并取得了很好的经济效益。(3)学院。商级工程师,现主要从事煤化工生产技术工作。Lurgi气化技术原料可以通过型煤得到解决,目前义- 38-煤化工2009年第1期马气化厂已经完成了15%的掺烧试验并取得成功,正.年的设备调试和完善,2007年12月完成了1. 0MPa在进行更大比例的掺烧试验。的长周期试验,取得了较好的数据并积累了一定的运我国对能源节约日益重视,煤化工装置要求大型行经验。现能够达到的操作压力为0.03MPa~0.6MPa,化、多联产。Lurgi 加压固定床煤气化技术同样适于单台气化炉处理煤的能力为100t/d-300t/d,可配套大型化(多台气化炉并运)、多联产的煤化工装置。如.20kt/a-60kt/a合成氨或甲醇。目前正在实施的工业南非萨索尔已使用了97台Lurgi气化炉;新疆广汇项目有:(1)山西晋城无烟煤矿业集团有限公司6台新能源有限公司准备建设16台Lurgi气化炉;中国0. 6MPa灰熔聚流化床粉煤气化装置生产100kt/a 汽大唐电力公司也将在内蒙古自治区上煤制天然气项油所需的化工合成气;(2)内蒙古霍煤双兴煤气化有目,采用46台Lurgi气化炉。限责任公司0. 6MPa气化装置生产60km/h煤气;(3)河北石家庄金石化肥厂0. 6MPa灰熔聚流化床粉煤气2流化床气化技术化装置生产50kt/a 合成氨等。流化床气化又称为沸腾床气化,以小颗粒煤为气3气流床气化技术化原料。这些细粒煤在自下而上的气化剂吹力作用.下,保持着连续不断、无秩序沸腾和悬浮状态的运动,3.1 水煤浆气化技术迅速地进行混和及热交换,使整个床层温度和物料组，3.1.1德士古气化技术成均一。为适应装置大型化的要求,流化床煤气化有德士古气化技术是由美国德士古开发公司开发向高压发展的趋势,但压力增加，会造成进煤和排灰.的。它是将煤磨成水煤浆,加人添加剂.助熔剂等形成工段的困难。由于其气化温度较气流床低,且气化煤黏度为0. 8Pa.s~1. OPa.s、煤浆质量分数为60%以上的颗粒比气流床大,使其气化不彻底,飞灰和渣中的的浆状物,加压后喷人炉内,与纯氧进行燃烧和部分残碳均较高;如果气化原料中小于1mm的粉煤太多;氧化反应,在1 300C~1 400C下气化,生产合成原料也会造成气化炉带出物多、操作困难及增加消耗等问气。该技术在世界上已有几十套工业化装置正在运题,所以流化床煤气化技术发展较慢。行,其中有二十几套在我国，包括陕西渭河化肥厂、上2.1美国U-gas 煤气化技术海焦化厂三联供装置、山东鲁南化肥厂和安徽淮南化U-gas煤气化工艺由美国煤气化工艺研究所开肥厂等。鲁南化肥厂用于生产合成氨原料气,采用激发。1993年,上海焦化厂引进U-gas煤气化技术及设.冷流程,操作压力为3. 0MPa;淮南化肥厂年产合成氨备,共有8台气化炉,全套装置于1995 年建成投产,30万t,尿素52万t,气化压力6. 5MPa,采用激冷流由于种种原因,目前这套装置已被拆除。现U-gas煤.程,气化炉3台,目前运行良好;上海焦化厂三联供装气化技术归美国综合能源系统有限公司拥有,该公司置气化压力4. 0MPa,气化炉4台,激冷流程,用于生在山东枣庄建了2台U-gas煤气化炉，气化压力为产甲醇。由于其专利费较高,而国内有自主知识产权0. 25MPa,现已产出合格煤气。目前该公司正在开发的水煤浆气化技术也成功开发,预计未来新建水煤浆0. 5MPa和1. 0MPa的气化炉。气化装置会更多采用国内技术。2.2灰熔聚流化床煤气化技术3.1.2多喷嘴 对置式水煤浆气化技术中科院山西煤炭化学研究所进行灰熔聚流化床多喷嘴对置式气化炉是由华东理工大学开发的粉煤气化技术研发已20多年,于1990 年完成大规模一种水煤浆气化技术。2005 年10月,兖矿国泰化工低压中间试验工作。2001年，常压下单炉处理能力有限公司建成2台处理能力为1 150t/d的多喷嘴对置100t/d，配套20kt/a合成氨规模的工业示范装置在式水煤浆气化炉(4.0MPa),并投人运行。多喷嘴对置式陕西省汉中固城化肥厂成功运行,该技术的工业化应气化技术和德士古气化技术相比优势在于:(1)比煤耗用,引起了国内外产业界的重视和关注。但该技术的和比氧耗分别降低2.2%和7.9%; (2)负荷调节速度快、规模、压力等级等技术指标与化工合成或未来发电的范围中国煤化工一对烧嘴正常工作要求还有一定差距，因此研究组近10年来着力进行情况|YHCNM H G (3)由于单个烧嘴了加压气化工艺的研发。2005年~2006年设计并建立处理的煤址相对较少,烧嘴的运行时间更长田。目前国了可获得工业放大数据和经验的大型加压灰熔聚流内已投产和在建的装置有十几套，这将是近一段时间化床粉煤气化半工业装置。2007 年初完成建设,经半我国大型煤化工的主选煤气化技术之一。2009年2月高恒等:煤气化技术现状、 发展及产业化应用-39.3.2 干煤粉气化技术气化技术的优点,备煤、输煤、燃烧调节系统气化炉3.2.1壳牌(Shel1)气化技术辐射段采用粉煤气流床气化技术,灰渣水、洗涤、净化Shell气化工艺是由壳牌国际石油公司开发的系统则采用水煤浆工艺的急冷流程技术。濮阳市甲醇干法粉煤加压气流床气化技术。1993 年在荷兰厂20万t/a甲醇改扩建工程已采用HT-L气化技术，. Buggenum建成日投煤2 000t大型商业化装置,用于若濮阳甲醇厂使用状况良好,该技术将会有较快发展。联合循环发电,目前运行良好,发电效率达到43%,排3.2.4两段式干煤粉 加压气化技术放物完全满足苛刻的环保要求。Shell煤气化采用废西安热工研究院有限公司开发了两段式干煤粉锅流程,可生产较多的蒸汽,适于联合循环发电.如用加压气化技术,气化炉采用水冷壁炉膛、液态排渣.运于生产化工产品,还要加蒸汽变换,所以废锅流程在行时,向下炉膛内喷人粉煤、水蒸气和氧气,向上炉膛化工行业优势并不明显。我国目前建成和在建的喷人少量粉煤和水蒸气。利用下炉膛的煤气显热进行Shell炉有十几台,根据双环、安庆、洞氮、枝江4家上炉膛煤的热解和气化反应，以提高总的冷煤气效单位的运行情况来看，虽连续运行时间也在慢慢增率;同时显著降低热煤气温度,使得炉膛出口的煤气加,但都存在一些问题,要想长时间连续稳定运行还降温至灰熔融性温度以下，从而省去冷煤气激冷流需继续完善。程。2004年.建成了处理煤量36t/d~40t/d( 10MW)的3.2.2 GSP 气化技术干煤粉加压气化中试装置。2000t/d级两段式干煤粉CSP气化技术是德国未来能源公司开发的气化加压气化炉(废锅流程)已经应用于华能集团“绿色技术。1984 年在德国黑水泵建成了130MW 气化装置煤电"项目;1000t/d级两段式干煤粉加压气化炉(激(投褐煤量720t/d-750t/d,设计压力为3. 0MPa,工作冷流程)也已应用于内蒙古世林化工有限公司年产压力2. 5MPa，产气量为50 00m/h，气化炉内径30万t甲醇项目。与国外先进的干粉煤气化技术相1. 9m,压力容器外壳内径2. 4m),气化原料是德国东比,冷煤气效率可提高2%~3%,比氧耗低10%~15%。随部的褐煤。采用激冷流程,高温煤气在激冷室上部被着该技术的工业化应用,基于其冷煤气效率高、比氧若干水喷头激冷至200C左右,然后用文丘里除尘器耗低等优势,将会有更大的发展。将煤气含尘量降低到1mg/m以下。目前国内宁煤集参考文献:团的甲醇制烯烃(MTO) 装置采用的是GSP煤气化技术,现尚未投产。[1] 贺永德.现代煤化工技术手册[M].北京:化学工业出3.2.3 HT-L 气化技术版社,2004.351-354.中国航天集团十一所跟踪国际先进的煤气化技[2]李大尚. GSP技术是煤制合成气(或H)工艺的最佳选术的发展,开发了HT-L粉煤加压气化技术。该技术具择[J].煤化工,2005 ,33(3):1-3.有煤种适应性广、洁净高效建设和运行费用低等优[3]于遵宏,于广锁,龚欣,等. 多喷嘴对置式水煤浆气.点,且具有完全的自主知识产权,所有设备均可国产化技术研究与开发.见:首届“多喷嘴对置式煤气化化，,非常适应我国对煤炭利用技术的要求。HT-L粉煤技术推广及应用研讨会”会议论文集[C].上海:中国加压气化技术充分借鉴吸收了当今世界两大先进煤石油和化学工业协会,2005.35-39.Status and Development of Coal Gasification TechnologyGao Heng and Liu Hongjian(Yima Coal Gasification Plant , Henan Coal Gas Group Co., Ltd., Yima 472300)Abstract Coal chemical industry is very important in China, and coal gasification takes the lead in coal chemicalindustry. In order to ensure a long and stable operation, and increase economic benefit, the factory should select a rightgasification technology to suit its coal available. This article gave an introduction to the various major coal gasificationtechnologies which have been applied in China, and the author is of th中国煤化工.ed-bed coal gasif-cation technology is more suiable for large scale coal chemical plants: technology we canget more by-products and achieve extra economic benefits. EntrainedTYHC N M H Gn ilecueal prop-erty nights shall certainly have a good development prospect.Key words coal gasifcation, fixed bed coal gasification, fluidized bed coal gasification, entained flow coal gasification