煤炭氣化技術(shù)淺析

20l1年39卷第10期廣州化工47煤炭氣化技術(shù)淺析王飛,朱玉芹,周霞(河南煤業(yè)化工集團鶴煤公司,河南鶴壁458000摘要:介紹了幾種主要煤氣化技術(shù)的發(fā)展情況,評述了各煤氣化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)煤種適應性各自的煤氣質(zhì)量和應用領(lǐng)域,工業(yè)化放大的不同特點(diǎn),氣化效率的不同,對環(huán)境的不同影響等?？蔀橛媱澤像R煤化工項目的用戶(hù)選擇氣化技術(shù)提供參考。關(guān)鍵詞:煤氣化;固定床氣化;灰熔聚煤氣化;流化床氣化;氣流床氣化Superficial view on Coal Gasification TechnologyWANG Fei, ZHU Yu-qin, ZHOU XiaHebi Coal Co, Ltd, Henan Coal Industry and Chemical Group Co., Henan Hebi 458000, China)Abstract Main types of coal gasification process were introduced. The characteristics, the applicability of coaltypes, the quality of different coal gas products as well as their applicable fields, different characteristics of commercializa-tion scale -up of the different reactors and difference of gasification efficiency as well as the impact to the environment about different types of coal gasification process were presented. The potential clients of going to construct coal -basedchemical projects can take referenceKey words: coal gasification; fixed bed; ash agglomeration; fluidized bed; entrained flow bed煤炭氣化技術(shù)在煤化工中占有重要地位,氣化所生產(chǎn)的氣生產(chǎn)成分不同的水煤氣和半水煤氣。該技術(shù)采用固態(tài)排灰方體既可以作為燃料(作為T(mén)業(yè)燃氣、民用煤氣、冶金還原氣),可式。由于采用空氣作為氧化劑,碳利用率較低,入爐蒸汽分解以作為化學(xué)合成的原料(合成氣),可以作為聯(lián)合循環(huán)發(fā)電燃氣、率、低灰渣含碳量較高,一般在20%左右。因為是常壓間歇制煤炭氣化制氫、可以作煤炭氣化燃料電池、煤炭液化的氣源,是氣,單臺設備生產(chǎn)能力較低。根據爐型規格不同,單臺設備產(chǎn)氣兼顧煤能源與資源價(jià)值的利用途徑量在4000-12000m3/h,所產(chǎn)煤氣有效氣含量為60%~85%。1煤炭氣化技術(shù)種類(lèi)該工藝以無(wú)煙塊煤為原料,該煤種價(jià)格較高,來(lái)源受到限制,同時(shí)原料利用率低能耗高使生產(chǎn)成本較高,這也是該技術(shù)煤炭技術(shù)氣化技術(shù)有多種分類(lèi)方法但一般常采用按生產(chǎn)的最大不足。其次造氣采用常壓間歇氣化使裝置大型化受裝置化學(xué)工程特征分類(lèi)方法進(jìn)行分類(lèi)即按照反應器的形式分到限制同時(shí)由于設備連續運行時(shí)間短使裝置檢修工作量大,類(lèi)、按氣化爐的流體力學(xué)條件分類(lèi)以及按照氣固相間相互接觸而且一般采用2臺或更多的備用爐。而且,裝置環(huán)境污染較大的方式分類(lèi)。按此方法,氣化技術(shù)可分為如下幾種:固定床氣現場(chǎng)粉塵量較大操作環(huán)境差工藝相對落后?；?、流化床氣化、氣流床氣化熔融床氣化以及地下煤炭氣化技2.2魯奇氣(Lurg)化技術(shù)術(shù)。目前,應用較廣泛的煤氣化T藝有如下幾種2。魯奇( Lurgi)氣化技術(shù)是世界上最早采用的加壓氣化法固定床氣化及典型工藝由德國魯奇公司首先提出。1936年第1座T業(yè)性裝置在德國投產(chǎn)。該裝置T作壓力為25~3.5MPa,采用干排灰方式的固定余數固定床氣化也稱(chēng)移動(dòng)床氣化固定床一般以塊媒或媒焦為床型氣化器。魯奇氣化法主要用于氣化褐煤媒不黏結性或弱黏升力不致使固體粒的相對位置發(fā)生變化,即固體顆粒處于相強度高、不黏結性或弱黏結性,而且需要使用塊煤,在使用煤種對固定狀態(tài),因而稱(chēng)為固定床氣化。固定床的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、可和煤料方面有所限制。魯奇T藝雖然T業(yè)裝置較多,技術(shù)成熟靠。同時(shí)由于氣化劑與煤逆流接觸,氣化過(guò)程進(jìn)行得比較完全,生產(chǎn)操作經(jīng)驗也比較豐富但由于氣化溫度低,煤氣中有效成分且使能址能得到合理利用,因而具有較高的熱效率(CO+H2)含敏低煤氣中苯、酚及焦油量高污水處理復雜煤2.1常壓固定床氣化技術(shù)宜用來(lái)生產(chǎn)合成氨和甲固定床氣化技術(shù)造氣系統主要包括原料煤的配置造氣醇的中國煤化工氣體凈化除塵、廢熱回收等裝置。生產(chǎn)T藝為常壓間歇氣化,每CNMHG3沂個(gè)造氣循環(huán)主要由吹風(fēng)、上吹、下吹、二次上吹、吹凈5個(gè)部分組成循環(huán)時(shí)間一般在120~150s之間。根據不同的控制工藝可流化床氣化又稱(chēng)沸騰床氣化。其以小顆粒煤為氣化原料,作者簡(jiǎn)介:王飛(1983-),男,從事煤炭氣化工作。E-mal:25195508@q,com廣州化工2011年39卷第10期這些小顆粒煤在自下而上的氣化劑的作用下保持著(zhù)連續不斷4.1殼牌(She)煤氣化技術(shù)和無(wú)秩序的沸騰和懸浮狀態(tài)運動(dòng)迅速地進(jìn)行著(zhù)混合和熱交換其結果導致整個(gè)床層溫度和組成的均一。流化床氣化能得以迅殼牌(She)煤氣化技術(shù)屬于加壓氣流床技術(shù),工藝流程速發(fā)展的主要原因在于:生產(chǎn)強度較固定床大、直接使用小顆粒主要包括原料煤的預處理煤的加壓和投料、煤的氣化、除灰、煤碎煤為原料,適應采煤技術(shù)發(fā)展、對煤種煤質(zhì)的適應性強,可以氣凈化、脫硫以及配套的水處理、空分、氮氣系統等。裝置的造利用如褐煤等高灰劣等煤作原料。氣壓力為20-4.0MPa,操作溫度1400~1600℃,采用液態(tài)排渣技術(shù)渣中含碳量<1%,干煤粉進(jìn)料,碳轉化率達99%,煤氣3.1恩德?tīng)t( Undok Gasifier)粉煤流化床氣化中有效氣含量約90%,有效氣比氧耗約340m3/100m3(C0+恩德?tīng)t( Undok Gasifier))1以粉煤為原料,采用不同的氣化H2),比煤耗約590kg/00m3(CO+H2)劑,可生產(chǎn)空氣煤氣、半水煤氣和水煤氣,分別用于工業(yè)加熱爐Shel煤氣化技術(shù)有著(zhù)煤種適應性廣、單系列生產(chǎn)能力大、碳煤氣、民用燃料和化工合成氣。恩德?tīng)t的造氣系統主要包括原料轉化率高、產(chǎn)品氣體質(zhì)量好、氣化氧耗低熱效率高、負荷調節方煤配置造氣、氣體的初步凈化以及配套的空分裝置。生產(chǎn)工藝為便以及環(huán)境效益好等優(yōu)點(diǎn)。但是,也存在著(zhù)T業(yè)應用經(jīng)驗少?lài)簹饣僮鳒囟仍?00-1000℃之間采用固態(tài)排灰方式,灰產(chǎn)化程度低、投資大以及建設周期長(cháng)的缺點(diǎn)渣含碳量<10%,所產(chǎn)煤氣有效氣含量為65%~70%。該技術(shù)果4.2德士古水煤漿加壓氣化用的原料主要是褐煤、長(cháng)焰煤、不黏性和弱黏性煙煤,不僅要求煤的灰分少于25%-30%,灰熔點(diǎn)高(ST>1250℃),而且要求低溫德土古( Texaco)水煤漿加壓氣化技術(shù)屬氣流床加壓氣化化學(xué)活性好(在950℃時(shí)>85%在1000℃時(shí)>95%)。技術(shù),工藝流程主要包括煤的研磨和煤漿制備、煤漿儲運、煤氣該爐型采用褐煤和長(cháng)焰煤為原料,可以降低造氣成本但礦化及合成氣洗滌渣水處理系統以及配套的空分等部分。氣化原料煤的黏性等指標要求較嚴格。目前該煤種主要分布在吉爐熱量利用有激冷、廢鍋激冷和廢鍋結合3種流程,可以根據林、內蒙古廣西、云南、河南義馬等地,在國內的分布并不廣泛產(chǎn)品選擇合適的流程。生產(chǎn)合成氨和甲醇的生產(chǎn)裝置一般采用因此該造氣方式由于原料的限制在較大程度上影響了它的推激冷流程,所得煤氣的汽氣比和氫碳比均較高。氣化爐采用濕法進(jìn)料,液體排渣技術(shù),煤漿含水量約30%-40%。裝置的造氣廣。這也是該爐型一個(gè)較為主要的方式,方面對于取壓力在25-65MP4.0Ma裝置較為普遍。氣化爐操作溫代國內普遍應用的固定床間歇氣化造氣爐有較大優(yōu)勢,另一方度為1300~1400℃,比原料煤的灰熔點(diǎn)高50~100℃。有效氣面也使該爐型在裝置的大型化方面受到一定限制?？紤]到裝置比氧耗為336-410m3/km3,比煤耗為550-620kg/km3。氣體的運行穩定性,一般1套裝置需采用2臺以上造氣爐,從而導致有效成分80%~84%,碳轉化率超過(guò)9%。由于是高溫氣化,氣投資增多、占地增大,操作復雜程度增加。體中含甲烷很低(CH含量≤0.1%),無(wú)焦油,對環(huán)境影響小便于氣體凈化3.2灰熔聚煤氣化目前影響德士古氣化裝置長(cháng)周期穩定運行的關(guān)鍵因素是氣灰熔聚一流化床粉煤氣化°系統主要包括原料煤配置、進(jìn)化爐燒嘴運行周期短。氣化爐燒嘴運行周期一般不超過(guò)2個(gè)煤系統、氣化爐、排灰系統、除塵系統、廢熱回收系統和洗滌凈化月,燒嘴即因為噴頭磨損、裂紋等冋題而需要更換。這是造成德設備等。該技術(shù)采用富氧或純氧連續制氣,造氣壓力在0.03~土古氣化裝置必需有備爐的主要原因,從而導致裝置投資增加1.0MPa之間,操作溫度一般控制在I100℃,比原料煤的灰熔運行費用增加。當前國外向火面耐火磚使用壽命達2年,國內點(diǎn)低100℃?；胰劬哿骰膊捎霉虘B(tài)排灰方式,灰渣含碳量耐火磚使用壽命約1年耐火磚更換費用占整個(gè)裝置維修費用<10%碳轉化率超過(guò)9%,有效氣含量72%-78%,氣體中無(wú)的1/2以上,更換時(shí)間超過(guò)1個(gè)月。最后,該T藝存在黑水系統焦油及重質(zhì)烴類(lèi)等物質(zhì)酚含量低,廢水量少。結垢、氣化爐帶水等問(wèn)題影響了裝置的連續穩定運行。而且該該技術(shù)對原料煤的預處理要求粒徑范圍在0~6mm(其中技術(shù)的煤氣化爐僅有1個(gè)燒嘴,因此操作彈性相對較低。大于6mm的<1%,小于1mm的<4%),要求煤灰分從4.3GSP氣流床氣化技術(shù)10%-40%,焦渣特性1-6(以2-4為好),外在水分≤5%,灰GSP氣流床氣化技術(shù)是由原民主德國的德意志燃料研究所熔點(diǎn)(ST)≥120℃,使用的煤種有褐煤、煙煤、貧瘦煤、無(wú)煙煤、(DB)于1975年開(kāi)始開(kāi)發(fā)的煤氣化技術(shù),主要適用于低品位褐焦粉等,適應性較廣。目前在工業(yè)裝置應用的媒種有甘肅華亭煤。191年,該技術(shù)被德國的諾爾公司獲得,并對其進(jìn)行了系統煙煤、陜西彬縣煙煤、山西大同黏結性煙煤、山西唐安無(wú)煙煤以性的改進(jìn)。該技術(shù)屬于氣流床加壓氣化技術(shù),以干煤粉為原料,及平頂山高灰分煙煤等煤種。采用單燒嘴下行制氣,氣化爐內有水冷壁內件,操作壓力缺點(diǎn)該技術(shù)目前以常壓氣化為主低壓氣化正處于推廣應28MPa,操作溫度1450-1600℃。碳轉化率達9%以上,煤用時(shí)期,單臺設備產(chǎn)能較低,大型化還有待時(shí)日。氣中甲烷含量極少(<0.1%)。不含重烴,CO+H2達90%以4氣流床氣化技術(shù)及典型工藝P氣流床氣化技術(shù)具有氣流床氣化的突出優(yōu)點(diǎn):煤種適氣流床氣化是一種并流式氣化。氣化劑(氧與蒸汽)將煤粉應廣、處理能力大氣化效率高、碳轉化率高環(huán)境友好等。氣化夾帶入氣化爐,在1500-1900℃高溫下將煤進(jìn)一步轉化成爐的結構較為復雜國產(chǎn)化程度較低因而投資較高,而且CSPC0、H2、CO2等氣體,殘渣以熔渣形式排出氣化爐。也可以將煤技術(shù)工粉制成煤漿用泵送入氣化爐。在氣化爐內煤炭細粉顆粒與氣4,4中國煤化工化劑經(jīng)特殊噴嘴進(jìn)入反應室,會(huì )在瞬間著(zhù)火,直接發(fā)生火焰反應同時(shí)處于不充分的氧化條件下。因此,其熱解燃燒以及吸CNMHG氣流床加壓氣化裝置熱的氣化反應幾乎是同時(shí)發(fā)生的。隨氣流的運動(dòng),未反應的氣濕法進(jìn)料液態(tài)排渣。爆氣化系統主要由水煤媒裝制備裝置四噴化劑、熱解揮發(fā)物及燃燒產(chǎn)物裹挾著(zhù)煤焦粒子高速運動(dòng)運動(dòng)過(guò)嘴對置煤氣化裝置、煤氣初步凈化裝置含渣水處理裝置及配套程中進(jìn)行著(zhù)煤焦顆粒的氣化反應。(下轉第67頁(yè))20l1年39卷第10期廣州化工67[19] Wan Y, Yang H, Zhao D. Host-Guest"Chemistry in the Synthe-[J].J.Am.Chem.,Soe.,2005,127:13508-13500sis of Ordered Nonsiliceous Mesoporous Materials[ J]. Acc. Chem. [21] Zhao D, Feng J., Huo Q, Meiosh N, Fredrickson. Glenn HRe8.,2006,39:423-432.Chmelka. Bradley F, Stucky. Galen D. Triblock Copolymer Syntheses[20] Zhang F, Meng Y, Cu D, Yan Y, Yu C, Tu B, Zhao D. Aof Mesoporous Silica with Periodic 50 to 300 Angstrom Pores[ J].Sci-mers and Carbon Frameworks with lad Bicontinuous Cubic Structure(上接第48頁(yè))空分裝置等部分組成。氣化壓力為3.0~6.5MPa,操作溫度品的不同選擇不同的煤氣化技術(shù),不同的爐型氣化生產(chǎn)的原料1200~1300℃,殘渣含碳量≤5%,有效氣含量≥83%,碳轉化氣的壓力氣體成分均不同,適用于不同的工業(yè)領(lǐng)域;再次根據率≥98%,有效氣(CO+H2)比氧耗360-380m3/km,有效氣比產(chǎn)品的生產(chǎn)規模和能力選擇合適的氣化技術(shù)不同煤氣化技術(shù)煤耗540~570kgkm。對于所建裝置的規模效益是不盡相同的,相應的裝置投資、建設四噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn):比煤耗低、產(chǎn)周期對市場(chǎng)的適應性均有所不同?？偠灾?各企業(yè)在選取造氣量大、渣中含碳量低、運行周期長(cháng)、負荷調節靈活,并且擁有自氣方式時(shí)均應所上項目進(jìn)行全面的綜合分析,對項目的原料、主知識產(chǎn)權。但是,由于采用四噴嘴技術(shù),煤氣化裝置投資較技術(shù)市場(chǎng)環(huán)保等多方面因素進(jìn)行全面了解,合優(yōu)化處理才能高,超過(guò)德土古技術(shù)的20%-30%。裝置運行過(guò)程中出現的氣使項目避免或減少投資的風(fēng)險性使企業(yè)獲得最大的效益,不能化爐拱頂磚沖刷嚴重和拱頂超溫等問(wèn)題影響了裝置的運行穩僅僅局限于某一方面而決策采用何種造氣方式,從而造成無(wú)法彌補的損失4.5航天爐(HT-L)粉煤加壓氣化技術(shù)參考文獻航天爐(HT-L)粉煤加壓氣化技術(shù)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)航天爐技術(shù))[1徐京磐鮑禮堂流化床和氣流床氣化技術(shù)綜述(上)[].小氮肥技屬于加壓氣流床工藝,是在借鑒殼牌、德士古及CSP加壓氣化工藝設計理念的基礎上由北京航天萬(wàn)源煤化工T程技術(shù)有限公(2]李仲來(lái)煤氣化技術(shù)綜述[]小氯肥設計技術(shù),202,23(3):7司自主開(kāi)發(fā)、具有獨特創(chuàng )新的新型粉煤加壓氣化技術(shù)。2008年先后在安徽臨泉河南龍寧建成2套單爐日投煤量720的示范3]李志堅潔凈煤氣化技術(shù)在化學(xué)T業(yè)中的應用前景[化T技術(shù)裝置。從目前運行情況看,基本達到設計要求,最長(cháng)連續運行時(shí)經(jīng)濟,2005,23(2):1-7間已達到128天。[4]王永軍煤氣化工藝技術(shù)的選擇[門(mén)西部煤化工,208(1):30采用單燒嘴頂燒式氣化,氣化爐采用 Texaco激冷工藝,設計35氣化溫度1400-1600℃,氣化壓力40MPa。熱的粗煤氣和熔5]周永順恩德粉煤氣化技術(shù)在我國的應用[J].煤化工,20渣一起在氣化爐下部被激冷,也由此分離激冷過(guò)程中激冷水31(2):26-30.蒸發(fā),煤氣被水蒸汽飽和,出氣化爐為1∞9℃,經(jīng)文丘里洗滌器、[6]徐奕豐,陳寒石,黃戒介灰絡(luò )聚流化床粉媒氣化技術(shù),化肥T洗滌塔洗滌后,19℃固體含量小于0.2mg/m3的合成氣送去業(yè),1997,24(5):27-29變換[7]汪家銘殼牌煤氣化技術(shù)在我國的應用[J].化肥設計,2007煤種適應性范圍廣、碳轉化率高、粗合成氣品質(zhì)好、控制系45(4):19-22.[8]黎軍.德土古水煤漿氣化工藝概況[J]安徽化工,2001,27(1):統自動(dòng)化程度高、安保聯(lián)鎖系統完善以及環(huán)保性能好,而且具有自主知識產(chǎn)權工藝成熟可靠,主要設備完全國產(chǎn)化投資少,比[9]王德山GSP煤氣化技術(shù)設備概況[門(mén)]煤化工,200(3):7,38-同規模She技術(shù)投資要少三分之一。但是,大部分的熱量都由粗煤氣及熔渣帶入激冷水中,造成較大熱量損失。[10]李偉峰,于廣鎖龔欣,王輔臣等多噴嘴對置式煤氣化技術(shù)[刀氮肥技術(shù),2008,29(6):1-55結語(yǔ)[11]孫永才,劉偉航天爐粉煤加壓氣化技術(shù)淺析[門(mén)],化肥工業(yè),2010不同煤炭氣化技術(shù)有各自特點(diǎn)在實(shí)際選用時(shí),首先應當根37(1):55-5據原料情況確定采用的煤氣化技術(shù);其次根據煤氣化后所產(chǎn)產(chǎn)中國煤化工CNMHG