大型现代煤气化工艺简评

第37卷第2期化工设计通讯2011年4月Chemical Engineering Design Communications●7●大型现代煤气化工艺简评唐宏青(中科合成油工程有限公司，北京100195)摘要:讨论了水煤浆气化的过去、现在与末来，对Shell煤气化工艺作了定位，对GSP气化技术的发展寄予希望。关键词:大型煤气化;工艺;评价中围分类号: TQ546文献标志码: B文章编号: 1003-6490(2011)02 007-06Brief Comments on Large Scale Coal Gasification ProcessTang Hong-qing(Synfuels China Engineering Co., Ltd.. Beijing 100195 , China)Abstract:Discuss the past, present and future of coal water slurry gasification technology, positionthe role of Shell coal gasification, and expect much development to GSP coal gasification.Key words:large scale coal gasification; process ;comment市场。正处于十字路口，未来会有什么变化?0引言目前，国内流行的煤气化技术有十几种，气1水煤浆气化的过去、 现在与未来流床是大型煤气化技术的主流，主要有Texaco近日统计,在国内已建和在建的300多台新水煤浆气化(亦称GE气化)、Shell 粉煤气化和型气化炉中.水 煤浆气化炉占70%以上.估计其GSP粉煤气化三种，这是大家都熟悉的。这些投煤能力将达 40 Mt/a.见表1.因此可以认为，气化技术都有一-定的业绩，现在他们在中国争夺水煤浆气化技术是我国当前煤气化技术的主流。表1国内已建和在建 的新型气化炉气化妒类型台敷投煤堑 1/d用途运行情况碎煤加压气化妒130~700氨/甲醇 /城市煤气/合成油E常GE水煤浆气化炉5300~1500氨/ 甲醇/氢正常多喷嘴气化炉500~ 2000氨/甲醇/氨多元料浆气化炉400~1 100氨/甲醇/氢/合成油熔渣非熔渣气化炉18300~1500氨/甲醇壳牌f粉煤气化炉2:930~2800氨/甲醇/氢部分正常航天炉750~1500甲 醇在建、试运行二段炉1000~2000甲 醇/IGCC在GSP.科林1500~2000氨/甲醇灰熔聚气化炉100~200恩德炉150~600氨/燃料气目前，国内的水煤浆气化技术，主要有四种式气流床激冷流程"。区别在于原料不同，喷嘴形式，即原德士古气化、多元料浆气化、四喷嘴的方向和位置、数量不同等。气化和熔渣非熔渣气化技术。从原理上来说，在讨论这个问题的时候，我们经常听到这样这四种技术形式上基本是一致的，即属于“下喷的声音:这里存在知识产权的纠纷。许多人避而收稿日期: 2011-03-07作者简介:唐宏青(1941-). 男，上海人，教授级高工，中科合成油工程有限公司顾问。●8.化工设计通讯,第37卷不谈这个问题。结构是各不相同的，喷射方向也各异，这就是专其实，我们不应该回避。只要我们把这种利所在，其他四个部分都是常规设备，大体相“下喷式气流床激冷流程"在中国发展的历史和.同，如果有区别，也是很微弱的，没有什么奥妙这个工艺的本质解剖清楚，我们就可以明确地回之处。专利商可以有细节上的专利，但用户可以答是否存在侵权问题。不用这些专利也不影响大局，因此，各专利商的1.1“下喷式气流床激冷流程”的发展历史专利权限主要在喷嘴上，不是炉体。“下喷式气流床激冷流程”在我国已有40多.1.4原料的变迁年历史。气化原料先后有重油、渣油、沥青、从重油变到水煤浆，专利商从蒙特卡蒂尼变;油焦、水煤浆、粉煤等多种形式。用粉煤作原料到德士古，流程没有变化，原料变化了又形成新后,气化炉壁由耐火砖变成盘管，投煤量在500~的专利，这说明原料可以成为专利权限。因此，2 000t/d之间。现在从水煤浆变成多元料浆，或者在水煤浆中加1.2流程技术人别人没有加入的添加剂，专利权限也因此而改从20世纪60年代中期引进重油气化开始，变。显然，这个专利被破解是很容易的。至今已40多年。这种"下喷式气流床激冷流程"，1.5水煤浆 气化的未来:包括喷嘴、在钢壳中用耐火砖砌成的气化室、由激水煤浆气化需要低灰熔点的原煤，成浆性也冷环喷水冷却的激冷室.文丘里洗涤、炭黑水洗涤有一定的要求，水分在气化炉中蒸发升温和反塔共五个主要部分(见图1),这些在中国已经成应，消耗大量的氧气和碳元素，因此能耗较高。为公知技术。根据当时中国的政策,引进技术是这个技术已经很成熟，尽管喷嘴五花八门，但早一次买断的,在国内不存在专利保护问题。“下喷已为各厂商掌握，只是手法不同。随着出现的以式气流床激冷流程”的流程技术,已经属于国家。干煤粉为原料的“下喷式气流床激冷流程”，只根据现在的专利法,这个技术的专利时限早已过是气化炉炉体由耐火砖变为冷却盘管等组成的冷去,因此在流程技术上已不存在专利保护问题。壁，采取熔渣挂壁的办法，冷却盘管可以水进水1.3技术关键出，也可以水进汽出。这个技术也已经公开，似上述“下喷式气流床激冷流程”的五个主要乎没有发生专利纷争的事件。其后出现了几乎性技术部分中，前三者形成一一个气化炉，后两者是质一样的同类技术如东方炉等。也可能会出现南独立设备。从各专利商提供的设备来看，喷嘴的方炉、西方炉、北方炉等，干煤粉“下喷式气流床激冷流程”将成为大型煤制浆气化和气体冷却，气体洗涤气化技术的主流。由于其对氧气原料合成气去变换。煤种的适应性很大，5年内取代水煤浆气化将成为可能。这意昧着新的水煤浆气_上磨煤机气化炉化炉签约合同将显著减少。工谋浆泵文斤里。另外，现有的水煤浆气化炉煤浆槽将逐步改造成干煤粉冷壁炉，即使还用水煤浆作原碎渣机岗料，煤种可以变宽，灰熔点污水。可以提高。1.6技术更替不可 抗拒沉淀池)-→g时代在进步，成熟的技粗渣造池h灰浆一板框过滤术被新技术淘汰，水煤浆气速饼。化也在其列。从事水煤浆气化的研究图1水煤浆气化工艺流程部门，改变研究方向，转向第2期唐宏青:大型现代煤气化工艺简评研究干煤粉气化，对炉体和喷嘴进行改进，这是.1988年，荷兰国家电力局决定Demkolec公大势所趋。司在南部的BuGGenun 兴建一座253 MW的煤气化联合循环发电厂，日处理2000t煤、气化2Shell煤气化工艺的定位压力为2. 8MPa, 1993 年底试车。到2001年，2.1 Shell煤气化是先进的技术气化装置运转率在95%以上，Shell公司开始向Shell煤气化过程是在高温加压下进行的，市场推出壳牌气化工艺。是目前世界上较为先进的第二代煤气化工艺之从1972年开始到2001年商业化，Shell 工一。Shell煤气化属于气流床气化，煤粉、氧气艺的开发经历29年。及水蒸气在加压下并流进入气化炉内，在极短时2.3 Shell 煤气化工艺的本质间内完成升温、挥发分脱除、裂解及部分氧化等Sheill煤气化工艺原创的本意是用于发电，一系列物理和化学过程。是IGCC工艺的主体。发电与化工是有区别的，Shell煤气化过程包括煤粉输送、多喷嘴下发电用的是煤的能量，因此气化炉的能力是以兆置式气化炉、气体冷却器(废热锅炉)、陶瓷除尘瓦计算的。在IGCC的Shell工艺中;煤的能量器、激冷气循环压缩机、煤气洗涤塔等设备。一部分直接转化为中压水蒸气，另一部分能量转Shell煤气化工艺流程见图2。化为可燃气体CO、H2、CH,然后进行燃烧取得能量，最终产品为散冷气微冷气压缩机COr和水蒸气。因此，煤、助溶剂中乐蒸光Shell煤气化工艺的目的合成气冷却器是为了获得能量。显然，磨煤及干燥N返问气返回气煤气化后应该采用废热煤进料中乐蒸汽330 C160 C锅炉来达到这个目的。气化炉化工煤气化的本质[除干周体-C配洗]净化是获取化工物质，主要↓是以合成气CO、H2和炉瀆或去磨煤水蒸气为主的化工物质形态。为了后续的化学反应需要，这三种物质围2 Shell 煤气化工艺流程简團要保持一定比例，在此Shell煤气化工艺的控制系统比较先进，特基础上,适当利用这三种物质具有的能量。显然，别是入炉煤粉流量控制得比较稳定，有效地保证煤气化后应该采用激冷流程来达到这个目的。气化炉内反应的均衡性，使炉内的温度恒定。从以上分析可知，废热锅炉流程主要用于发2.2发展历程电，激冷流程主要用于化工。1972年壳牌公司开始发展煤气化技术，在阿在推广Shell工艺时，只算气化单元的能姆斯特丹研究院(KSLA)进行煤气化技术研究。耗， 没有算全流程的总账，过分强调回收中压蒸1976年，用煤气化工艺(SCGP)建立一座处汽， 忽视能位不高及合成气中还要补充蒸汽的事理煤量为6t/d的试验厂。实，是误导化工行业的主要原因。1978年，在汉堡附近的哈尔堡炼油厂建设2.4 Shell 煤气化工艺在中国推广的成就一座处理煤量为150t/d的工厂，至1983年累计应该说，Shell 煤气化工艺在中国推广的力.运行了6100h。度非凡，设计院在推广过程中竭尽全力。近年来1987年，壳牌公司在美国休斯顿附近的国内引进的Shell废锅流程，已经在线生产和在DeerPark石化中心建设了一座SCGP 1的示范建的有23台,按照投煤量分三个档次,1000t/d厂;进煤量为每天250t高硫煤或每天400t高湿等级的有4台,2000t/d等级的有12台,2 400~度、高灰褐煤。2 800t/d等级的有7台。●10●化工设计通讯第37卷从目前国内开车的情况来看，1000t/d档次首先应该考虑的是投资。不同流程的投资差的工艺运行得比较好，据称已经达到设计能力，别比较明显，见表2。.主要表现在年运行时间在7200h至8000h,年表2不同后续流程投资的比较(不含空分)投煤负荷在90%~100%。从设计角度来说，可水平喷射式下喷式粉煤气化以说是基本上达到设计要求。粉煤气化项目激冷流程废锅流程2000t/d档次的两台运行得不尽人意，主要(GSP)D(Shell) (Shell 未工业化)是没有达到设计能力，主要表现在年运行时间在投资比较/% 150~170120~1301006000h左右，与国外原版Shell气化炉差不多，年投煤负荷在70%~80%。从化工设计角度来注:①以西门子宁煤的GSP. HT-L. CROLIN,东方炉中的最低者为基准。说，可以说是尚未达到要求。2400~2 800t/d档次的数据没有公布，或者从单套装置的数据来说似乎差别不大，仅几说没有测定或不具备测定条件，因此不能认为已个亿而已，并不引起财大气粗的大国企关心。但经达到设计能力。是，目前在一些大型项目上，煤气化的系列数往目前，有的部门特别是外资企业存在误区，往在10~30套，气化投资在百亿元以上，这样它们以为国内的批评是针对气化炉运行周期短，两者的差别就大了，选择合理的方法，投资节省.因此想方设法来证明气化炉没有问题。其实，国几十亿是轻而易举的。内批评的意见很明确，是流程不合理造成的投资2.6能耗问题巨大，并非是气化炉运行周期短。整个流程运行这是指整个装置的能耗，不是单独气化的能周期短的原因是多方面的，这是煤气化后续流程耗。单独比较气化的能耗是不够的。太复杂造成的，规模越大，越容易出问题。国内气化后续流程是整个流程中的一部分，在气的工厂各自作了总结，停车的原因是多种多样化得到或损失的能量，要看在后面全部工序中能.的。很难找到一个具体的原因，各生产厂在这方否补充回来。对于同样原料不同的设计，动力系.面做了大量的工作，现在运行率在不断上升。统(蒸汽平衡)十分重要，蒸汽平衡做得好，全系我们认识到，运行周期短是新气化技术开始统的能耗就低。因此，单独讨论气化炉和废热锅运用的普遍问题，它是一个工程问题。其他气化炉能回收多少能量是没有意义的。方法也- -样，需要一段时间摸索经验。废锅流程可以用产生中压蒸汽的办法来回收这个规律在化工中是可以理解的，因为处理干煤气热能，产生的蒸汽部分参与动力系统的蒸固体在化工中就是麻烦，更何况是压力比较高。汽平衡，起到回收热能的作用，部分回到粗煤气要提高运行周期，应该简化气化炉后续流程，走中，用以保持一定的水气比(H2O/千气)，部分激冷流程是理想的选择。简化气化流程以后，发用于循环压缩机作动力。这部分回收热能的蒸汽生运行问题的可能性就会减小，运转周期就会提占废锅回收蒸汽的多少，视气化温度和产品的性高。如果再加上备用炉，运行期短的问题可以克质而定。对于制氢和合成氨来说，大约只能回收服废锅总产气量的20%。2.5 Shell 煤气化工艺的软肋激冷流程的合成气中含有50% ~ 60%的水其实，影响Shell煤气化工艺在中国推广的蒸气，在变换后可以回收中低压蒸汽，甲醇工艺原因是投资，这也是建设工厂的最基本指标。:和合成氨工艺有区别，甲醇工艺的低位能比较富过去对这个问题的讨论已经很多,有许多比裕，可以用这部分低位能来节水，并没有浪费。较并不在-一个平台上,即一个是水煤浆气化,另一以甲醇为起点的后加工化工产品。可以充分利用个是粉煤气化,比较的数据就不一定可靠。尽管甲醇工艺中副产的中低压蒸汽。许多文章上谈到的投资计算很细致，但是精确性煤气化必须采用空分，以纯氧作为气化剂。存在问题。投资的计算影响因素太多,难以把握。:空分需要大量的电力，或者用蒸汽透平来驱动空假如我们都在粉煤气化的基础上讨论问题，压机。废锅流程通常产生5. 5MPa中压蒸汽，因对于同样的煤种，究竟应该采用什么流程?此能位不高。激冷流程中不在此处产生中压蒸汽，第2期唐宏青:大型现代煤气化工艺简评●11.直接建立高压锅炉，可以做到10~12. 5 MPa,马气冷却后再激冷。这个办法仍然需要循环压缩动透平的效率高。因此，从大型粉煤气化制化工机，存在耗能不合理和投资高的问题。产品的全流程来看，由于用高压蒸汽驱动透平是技术进步，还是只追求眼前利益固步自.机，效率比较高，总体的能耗下降了。封?能否接受科技进步的挑战，考验着Shell煤假定在同样原料、同样产品和同样规模的粉气 化工艺的未来。煤气化情况下，如果作全流程的模拟计算，优化3我们期待 GSP蒸汽平衡，包括前面说到的用高压蒸汽推动空分的透平提高全系统的能效等，其结果是，废锅流3.1 GSP的含义程和激冷流程的吨产品总能耗应该差别不大。GSP煤气化技术已经走过30个年头。这个这就是Shell气化工艺没有比GSP气化工艺技术早在 20世纪70年代末，由民主德国GDR节能的原因。燃料研究所开发。试验过程中采用的煤种，包括从工程上来说，由于煤质不稳定，粉尘太多来自德国和中国在内的9个国家，20 世纪80年等原因，废锅结垢严重，因此用废锅多产蒸汽不.代中期，在黑水泵等地建立1套130MW装置.见得有多大好处。原料处理能力为30t/h. 20 世纪90年代初东西2.7 Shell 煤气化工艺的改进德合并以后，该工艺被几次收购转让，现在归西任何先进的技术总有一定的时限，总有落后门子公司所有。的时间，技术进步是永恒的。由于GSP工艺在GSP气化的德文原文名称是Gaskombinat中国的开发和引进、推广，Shell 煤气化工艺受Schwarze Pumpe.但是，现在大家说的GSP气到了挑战，不改进是不行的。化技术，已经与德文原意有出入，实际上GSP各方面提出的改进方法有以下三种。技术是指干煤粉“下喷式气流床激冷流程”，是(1)采用干煤粉“由上而下”的上喷式气化一种工艺形式的代名词，切莫一提GSP就是西炉结构形式，这就雷同于GSP工艺“下喷式气门子。 与Texaco水煤浆气化的区别除了原料流床激冷流程”，保持Shell 多喷嘴的特色。这外，就是炉壁用环形水管代替耐火砖。个原理已经在航天炉、西门子一宁煤、科林、东3.2 GSP 的工艺特点方炉等粉煤气化中应用。由于GSP工艺简单(见图3)，能耗低，其(2)维持干煤粉“由下而上”的下喷式气化合成气成分比较适宜，操作简单等优点，这一技炉形式，气化出口仍在气化炉的上部，这对于激术为煤化工企业欣赏，普遍乐于采用。但是，该冷流程中的文丘里洗涤和激冷洗涤塔有一个明显技术从 2004年开始进人中国，为什么推广速度的位差，连接它们的不再是废热锅炉，而是一根很慢呢?有人以为是这种技术不成熟造成的，其高压管道加一个激冷室。这个办法也是全激冷实不然。推广-项技术，即便是成熟的，也要适法，两段式粉煤气化已经采用。合中国的习惯，也要因地制宜，在这方面，显然(3)保留干煤粉“由下而上”的下喷式气化这些德国公 司不具备优势。迟至今日，仅有西门炉及相关设备，气化出口仍在气化炉的上部，仍子公司在宁夏推广了5台20001/d炉子、山西兰然可以有返回的激冷气体。将气化炉上部出口的花公司2 台2000t/d炉子和科林公司在兖矿贵州热合成气加冷气体激冷后，从1600 C冷却到开阳推广了2台1500t/d炉子，后两者尚未投900C，之后进入水激冷室，喷入雾化的水将温产。见表3。度进- - 步降低到500C。然后用- -级旋风分离器3.3航天炉是 GSP的一种形式除去大部分的干灰。此后，用两级文丘里洗涤器在GSP落户中国的过程中，我们应该说一洗去合成气中残留的飞灰，合成气再进入洗涤说航天炉。从原理来说，GSP的原形炉与航天塔。出湿洗塔的合成气温度为220~230C,水炉没有区别。事实上，迄今为止GSP已经有4蒸气含量达到60%，可以完全满足耐硫变换对个分支: 西门子的GSP.科林的GSP、航天炉水蒸气的要求，部分冷气体返回作激冷气源。这和东方炉。它们在喷嘴上可能有所区别，但气化就是Shell公司提出的“半激冷法”，是用循环炉工艺的化工原理是一 致的，都是“下喷式气流化工设计通讯;第37卷床激冷流程"。截至2010年9月国内外总共有3国内750t/d等级已经开车的航天炉有两台:台这样的炉子已经运行过，规模为750t/d等级河南濮阳用于年产150kt甲醇与安徽临泉用于生的。实践证明，这种炉形是成功的，有效的。产合成氨。其他在建的有二十几台，见表4.气化反应系统粉煤察相输送系统汽1氧气概合成气干煤粉粗合成气处理系统低压蒸汽文丘中反皮洗涤器，K/O罐CO/N; Y↑郁分冷凝器CON黑水处理系统加科4-0-激冷水(缓冲罐破渣机区排清系统黑水处理清锁斗|少量废水细矢滤饼废气，粉状清團3 GSP 煤气化工艺流程简團表3国内GSP气化炉的进展企业产量/kr/a产品台数投煤量/1/d 规格(功率)/MW 投产时间宁夏煤业集团1670甲醉520005002010. 10山西兰花集团.300氨002011.06100甲醇贵州开阳1500表4国内航天炉的进展产量产品台数规格/mm投煤量/v/d 投产时间河南濮阳龙宇150kt/a42 8007502008.10安徽临泉42800河南中新300kt/a$2 800/32002011.03山东鲁西42800/3200山东瑞星43200/38002011.08河南晋开600kt/a43 200/38002011.09河南晋开二期3200/38002012. 03安徽吴鹉2012.06河南骏化3200/ 3800黑龙江双鸭山300kia甲醇2 2 800/32002012. 08安徽临泉二期200kr/a新疆玛纳斯青煤中能200kt/a2012.08四川成郡川化450k/a .:忆 800/32002012. 12山东鲁能宝清300k/a2012.12内蒙诚峰石化2X10*m/a_ CH,42 800/3200793.4宁煤的 GSP开车煤制油和40X 10* m'/a的煤制甲烷项目，上述现在关键的问题是扩大单台炉的规模。当前750t/d等级的规模 显得太小。因此,1 500~2000t/d中国的煤化工行业.大型化是方向。以5 400kt/a的 规模是各企业比较乐意接受的。例如宁煤采用的第37卷第2期化工设计通讯2011年4月Chemical Engineering Design Communications2010~2011年度中国化肥市场回顾与展望北京东方艾格农业咨询有限公司摘要:全面分析问顾2010年中国化肥市场政策、价格走势等，介绍化肥各子行业(氮磷钾以及复合肥等)的景气度、利润、产量、进出口以及消费情况，结合国民经济运行状况和政策调整情况，对2011年中国化肥市场走势进行较为深入的分析和预测。关键词:氯肥;磷肥，钾肥;复合肥:回顾;展望中團分类号: F407.76文献标志码: B文章编号: 1003-6490<2011)02-0013-212010 ~ 2011 China Chemical Fertilizer Market Review and OutlookBeijing Orient Agribusiness Consultants LimitedAbstract:Comprehensively review and analyze 2010 China chemical ferilizer market policies andthe price trend etc., introduce the prosperity index, profits, output, import and export, and consumptionin chemical fertilizer field ( such as nitrogenous, phosphorous, potassium and compound fertilizeretc. ), combine with the national economic condition and the policy adjustments, deeply analyze andpredict 2011 China chemical fertilizer market trend.Key words:nitrogenous fertilizer ; phosphorous fertilizer ;potassium fertilizer ;compound fertilizer;review ; outlook2010年是中国经济最为复杂多变的年份之1宏观经济与化 肥产业发展一。在经济高速增长、进出口贸易额创历史新高1.1宏观经济形 势与化肥产业规划的同时，各种要素成本全面上升，产业结构调整1.1.12010 年宏观经济形势未能取得明显进展，通胀压力和地方政府金融风收稿日期: 2011-03-225台2000t/d GSP气化炉,后配1 670 kt/a甲醇、用我们在航天炉上理解的原理和取得的经验，一500kt/a聚丙烯、180kt/a 汽油、40 kt/a液化气。定能开好宁煤的GSP.当前，大家关注这5台大型GSP气化炉的3.5 GSP会推广吗?开车，该厂从甲醇开始至后续各套装置，都已先推广GSP是大势所趋，在煤种适用于“下后试车运行，近日已经得到合格的聚烯烃。喷式气流床激冷流程"时，采用这种气化方式比可以说这种炉型在中国已经有40多年的历Shell粉煤气化和水煤浆气化要合适，这也是近史，它的祖先意大利蒙特卡蒂尼的重油气化炉，期有几十台气化炉合约的原因。是国内同行的老相识，开车应该轻车熟路。近由于原料要求不同，GSP 并不排斥鲁奇炉、期，航天炉的运行，为GSP大型化奠定了基础。灰熔聚等炉型。但是，与其他煤气化技术开始运行一样，目前，西门子、航天所、科林公司、华东理GSP也需要磨合，在一些细节技术上摸索经验。工等4家单位在推广GSP方面作了不懈的努力。宁煤开车的经验说明，煤粉流量的控制方法，即.它们采用各自的专利，同样的炉型，不同的规压力差控制的办法，没有取得良好效果，后来改模。现在要比的是谁的业绩好:投资低、国产化成增加煤粉控制阀后,能够稳定运行一段时间。率高、 整体设计合理、运行效果好，规模适宜。目前这样的开车还在继续中,我们应该耐心等待。这就是竞争，是对中国发展煤化工有利的竞争。宁煤的开车只是工程问题而不是原理问题，未来大型煤化工项目正向GSP招手。