粉煤氣化技術(shù)及應用開(kāi)發(fā)

山東化工SHANDONC CHEMICAL INDUSTRY2009年第38卷l生產(chǎn)與應用粉煤氣化技術(shù)及應用開(kāi)發(fā)王亞(山東魯南化工科技有限公司,山東滕州,277527)摘要:介紹s國內外粉煤氣化技術(shù),以及由我國自主開(kāi)發(fā)的粉煤加壓氣化工藝。關(guān)鍵詞:氣化I藝;粉媒氣化;應用中圖分類(lèi)號:T0511.6文獻標識碼:A文章編號:1008 -021X(2009)10 -0022 -04Reviewon on Pulverized Coad Gaification Technology and Application DevelopmentWANG Ya .(Sandong Lunan Chemical Industry Technology Co. , Ld. ,Tenghou 277527 ,China)Abstract :This text introduced the technology of entrained - flow pressured pulverized coal gasification onthe world, as well as by our self - developed pressurized coal gasification process.Key words :gasification technology ; pulverized coal gasification; application煤氣化是煤經(jīng)過(guò)不完全燃燒轉化為合成氣、燃Shell是荷蘭的一家國際石油公司,上世紀50料氣的技術(shù)。氣化爐內,煤與水、蒸汽或CO2作用年代就開(kāi)始從事氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā),當時(shí)是以重油為轉化為合成氣燃料氣。煤中所含礦物質(zhì)(灰)轉化原料,該公司在這方面積累了豐富的經(jīng)驗,如今已有成灰渣,硫轉化為硫化氫,經(jīng)凈化脫除生成硫或進(jìn)一140多套裝置散布在世界各地。70年代的時(shí)候，它步轉化成硫酸，氮(包括氯)轉化為N2、NH,(HCl)，與原西 德Krupp - Koppers公司著(zhù)手聯(lián)合開(kāi)發(fā)Shell經(jīng)凈化脫除。清潔氣體可以作為城市煤氣、發(fā)電用- Koppers氣化工藝。該工藝在K-T爐的基礎上，燃料氣,也可以用來(lái)生產(chǎn)化工產(chǎn)品(如合成氨、甲醇采用密封斗法加料裝置,密相氣力輸送,水冷壁結等)和清潔發(fā)動(dòng)機用燃料(如氫、汽油、柴油、醚、醇構,中試取得了良好的效果。后來(lái)又在此基礎上分燃料等)。別開(kāi)發(fā)了SCGP兩項工藝。煤氣化技術(shù)按發(fā)展的進(jìn)程又分為第- - 代爐和第1.2 Shell 氣化爐結構二代爐,第- -代爐中,今天仍然具有較大生命力的是SCGP煤氣化爐主要由內筒和外筒兩部分構Lurgi固定床加壓煤氣化技術(shù), Winker流化床粉煤技成,氣化爐內簡(jiǎn)上部為燃燒室,下部為激冷室,煤粉術(shù),以及基于此的恩德粉煤氣化技術(shù)。而以粉煤干及氧氣、水蒸汽在燃燒室內反應,氣化溫度為1400法進(jìn)料為特點(diǎn)的Shell、Prenflo、GSP是第二代工藝中~1700C ,氣化壓力為2. 0~4.0MPa。為了避免高.最為優(yōu)秀的代表,這類(lèi)工藝具有高溫、加壓、純氧氣溫氣體 熔渣的腐蝕、沖刷以及開(kāi)停車(chē)產(chǎn)生應力對材化,密相氣力輸送粉煤,液態(tài)排渣的特點(diǎn),冷煤氣效料的破壞而導致氣化爐無(wú)法長(cháng)周期運行,Shell 氣化率高,煤種適應性廣,碳轉化率高,操作的自動(dòng)化程爐內簡(jiǎn)采用水冷壁結構,僅在向火面有一層薄的耐度高,生產(chǎn)能力大,煤氣品質(zhì)好,環(huán)境污染小;具有很火材料(SiC)涂層,正常操作時(shí)依靠掛在水冷壁上強的優(yōu)勢,估計是今后煤氣化發(fā)展的主要方向。的熔中國煤化工抗渣)。氣化爐內1SCGP工藝.筒0HCN M HC)氮氣,內筒僅承.1 Shell - Koppers 氣化工藝受微小壓左。與一般的氣化爐個(gè)同，Shell 氣化爐采收稿日期:2009-07-21作者簡(jiǎn)介:王亞( 1971-) ,山東棗莊人,大學(xué)本科畢業(yè),副總經(jīng)理,工程師,從事煤化工技術(shù)研究開(kāi)發(fā)。.第10期王亞: 粉煤氣化技術(shù)及應用開(kāi)發(fā)●23.用側壁燒嘴,由4~8個(gè)燒嘴呈對稱(chēng)分布,并且可根比,千粉加料的Prenflo冷煤氣效率要高3 ~ 10% ,而據氣化爐能力進(jìn)行調節,調節的范圍很大。煤氣中的有效成分Co + H2也要高出約10% ,另外1.3 Shell工藝流程Prenflo氣化法的氧耗相對也較低,顯示了該氣化方原煤經(jīng)過(guò)粉碎,研磨,75%的粒徑小于100μm,法的優(yōu)越性用熱的惰性氣體干燥至水含量小于2% ,經(jīng)常壓煤2.2 Prenflo 氣化爐倉和加壓煤倉,通過(guò)加壓的惰性氣體(氮氣)密相氣Prenfo氣化爐本質(zhì)上與Shell氣化爐是- -致的，力輸送(100~500kg/m')到氣化爐,以95%以上的Prenfo也是使用的水冷壁結構,但其水冷壁為盤(pán)純氧為氣化劑，煤粉、氧氣、水蒸汽在燃燒室內反應。管,Shell為立管管排。獨特的地方是Prenflo 集氣化氣化爐設置(4 ~8)個(gè)燒嘴，因此負荷具有極大的可室和合成氣的冷卻室于一身,氣化爐內含氮氣較調節性,加強了混合,煤粉、氧氣和水蒸汽充分接觸,Shell多。煤粉,富氧,蒸汽從氣化爐子下半部的地延長(cháng)了煤粉在爐內的停留時(shí)間,碳轉化率高。根據方分兩個(gè)噴嘴噴進(jìn)去,在氣化室內完成氣化過(guò)程,氣.煤的性質(zhì)(反應活性,灰熔融性,粘結性,機械強度,化溫度在1600C以上,在氣化爐出口用已凈化好的結渣性)-般把氣化溫度定為1400 ~ 1700C。在如合成氣來(lái)激冷粗煤氣,將煤氣溫度降至800C左右。此高的溫度下,灰份迅速熔化，粗煤氣中含少量的碳合成氣的熱能在表面蒸發(fā)器中得到回收,表面蒸發(fā)和相當量的熔融灰,在冷煤氣的激冷作用下，飛灰冷器面積較大處于爐子上部,爐底用激冷水來(lái)激冷。卻下沉爐底,部分飛灰沿水冷壁的耐火襯里下流,通Prenflo 氣化與Shell氣化的主要差異是用純度過(guò)鎖斗而排出。這種初次凈化的粗煤氣,進(jìn)人廢熱為85%的氧氣代替Shell氣化中純度為95%的氧氣鍋爐系統,使煤氣中的顯熱進(jìn)- -步 得到利用,最后煤作為氣化劑,借以減少制O2系統用電的消耗。但是氣進(jìn)入除塵，脫硫,脫鹽和水洗系統,進(jìn)行相關(guān)的凈它也帶來(lái)了三個(gè)副作用,即:①冷煤氣效率低,為76化處理。~78%;②02的消耗量由Shell 氣化的0. 95kg/1.4 Shell 技術(shù)國內動(dòng)態(tài)1kgMAF增加到1. 15kg/lkgMAF ;③蒸汽耗量略有增鑒于Shell技術(shù)的優(yōu)越性，國內湖南洞庭，湖北加。雙環(huán),廣西柳化、,安徽安慶等地共計19家企業(yè)引進(jìn)2.3 Prenflo 氣化流程了Shell煤粉氣化技術(shù),用于化工合成或氮肥的生原料煤經(jīng)過(guò)破碎和磨煤機磨過(guò)后,用高溫惰性產(chǎn)。但其巨額的專(zhuān)利費令許多中小企業(yè)無(wú)法承受。氣體干燥,控制煙煤的含水量小于2% ,90%的煤粉另外由于Shell煤粉氣化技術(shù)是廢熱鍋爐流程不是粒度小于100um ;褐煤的含水量小于6% ,75%的煤激冷流程,同時(shí)由于合成氣中含有3~5%的氮氣，粉粒度小于100um。合格的煤粉用純氮氣進(jìn)行輸適合用來(lái)發(fā)電,用來(lái)生產(chǎn)甲醇不太適合,Shell 煤粉送,由自動(dòng)閘門(mén)儲料器系統將粉煤自旋風(fēng)過(guò)濾器送氣化技術(shù)沒(méi)有生產(chǎn)化工產(chǎn)品的經(jīng)驗。因此國內不應至常壓進(jìn)料斗,再把煤粉導人加壓罐,從加壓罐引出盲目引進(jìn)Shell煤粉氣化技術(shù)。兩根輸煤管分別送至氣化爐兩端對稱(chēng)的噴嘴中,這2 Prenflo 工藝是對Shell - Koppers的- -大改進(jìn)。2. 1Prenflo氣化工藝從氣化爐爐底排出的熔融態(tài)渣在水槽中冷卻使Krupp - Uhde 公司于1986年在德國之成為固體顆粒,然后經(jīng)碎渣機破碎后經(jīng)鎖斗排出。Furstenhausen建設了一套48t/d 的示范裝置,定名粗煤氣在氣化室出口要經(jīng)過(guò)冷煤氣激冷,使粗煤氣為Prenflo氣化法,1986年8月投入運行,同年12月中的熔融顆粒變成固態(tài)顆粒。用旋風(fēng)分離器分離粗生產(chǎn)出首批煤氣。建立該試驗裝置是為了評價(jià)煤氣中90%的飛灰，分離出來(lái)的飛灰經(jīng)鎖斗排出。Prenfo氣化爐的運轉性能并研究不同煤種的氣化冷卻至約250C的粗煤氣進(jìn)入陶瓷過(guò)濾器進(jìn)- -步除特性,1986 ~ 1987年期間累計運行1920h,最長(cháng)連續塵后,再進(jìn)文丘里洗滌器冷卻除塵,粗煤氣含塵量保運行247h。其后繼續試驗,至1988年底,運行了證在1mg/m'以下,然后進(jìn)人脫硫系統,先對有機硫7000多小時(shí)。碳轉化率高達99%以上,熱效率達COS中國煤化工月MEDA法吸收煤95%左右。通過(guò)多次試驗,證明該型氣化爐幾乎可氣中|YHCN MH C人克勞斯工藝處以氣化任何煤種。與濕法加料的Texaco 氣化法相理并得到硫磺。其中的部分冷煤氣作冷卻之用。當山東化工●24●SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2009年第38卷然也可以不設置廢熱鍋爐,以節約投資。擔了國家"十五"科技攻關(guān)課題"粉煤加壓氣化制備3 GSP工藝合成氣新技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)" .成功建設并運行了具3.1 GSP 氣化工藝有自主知識產(chǎn)權的粉煤加壓氣化中試裝置,工藝指原民主德國- -直致力于煤炭綜合利用的研究開(kāi)標達到了世界先進(jìn)水平,在我國煤氣化技術(shù)發(fā)展史發(fā)工作,為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)褐煤及其它煤種的氣化工藝，上也具有重大而深遠的意義。黑水泵煤氣聯(lián)合企業(yè)在1983 年建成- -套大型試驗粉煤加壓氣化工藝包含5個(gè)子系統,即磨煤千裝置,取名為GSP工藝.氣化裝置投煤量為30/d。燥、粉煤給料與超濃相輸送、氣化及初步凈化、渣水當年完成了灰熔點(diǎn)1485C的褐煤的氣化試驗。90處理和公用工程。年代早期,試驗了許多煤種和其它進(jìn)料方式。開(kāi)發(fā)中試裝置經(jīng)過(guò)設備完善與流程改造,成功制備GSP氣化工藝的BBP ( Babcock Borsig Power) 的出合格煤粉,成功進(jìn)行了粉煤低壓高位輸送、高料位Freiberg研發(fā)中心擁有2套氣流床氣化爐試驗裝置高壓下卸料輸送、高壓下粉煤循環(huán)輸送等系統的試(3~ 5MW,煤100 ~ 300kg/h,建于1979年;6 ~驗,成功進(jìn)行了中試裝置化工投料。摸索出了適合10MW,煤300 ~ 600kg/h,建于1994~ 1998年),已本裝置特點(diǎn)的給料罐和氣化爐壓差,實(shí)現了計算機氣化80多種有代表性的氣化原料:30多種不同的聯(lián)鎖控制系統升壓和降壓操作,實(shí)現了任意開(kāi)停一煤.25種污泥和20種殘液等。對燒嘴以滿(mǎn)足不同的工況要求,實(shí)現了系統在運行3.2 GSP 氣化流程壓力下的連投。原料煤經(jīng)過(guò)破碎和磨煤機磨過(guò)后,用高溫惰性粉煤加壓氣化工藝是以粉煤和純氧為原料,采用氣體干燥,兩個(gè)粉煤加鎖斗交替裝人粉煤,并使工作氣流床反應器,在高溫( > 1000C)、高壓( > 3.壓力升到4MPa進(jìn)入稱(chēng)重給料器,粉煤以密相狀態(tài)0MPa)、非催化條件下進(jìn)行部分氧化反應,生成以一輸人氣化爐。液態(tài)或污泥狀氣化原料則可用泵送至氧化碳和氫氣為有效成分的粗合成氣。該工藝采用噴嘴。氣化原料與氣化劑經(jīng)噴嘴同時(shí)噴入氣化爐內自主知識產(chǎn)權技術(shù)。進(jìn)行反應。然后在高溫( 1200 ~ 1700C)、高壓(2.54.2 粉煤加壓氣化中試工藝流程~ 3.0MPa)下發(fā)生氣化反應。熱的粗煤氣和熔渣一原煤除雜后經(jīng)磨煤機粉碎,用高溫低壓氮氣千起通過(guò)反應室底部的排渣口進(jìn)人激冷室。激冷后的燥,制備出合格的煤粉。用低壓氮氣將煤粉輸送至粗煤氣去洗滌系統,固化成玻璃狀的渣粒通過(guò)鎖斗加壓料倉中,然后用高壓氮氣輸送,通過(guò)噴嘴與純系統排出,溢流出的激冷水送至污水處理系統。氧蒸汽-起進(jìn)入氣化爐。在高溫高壓下進(jìn)行氣化GSP氣化技術(shù)作為--種新的干粉煤氣化技術(shù)，反應。出氣化爐的高溫合成氣經(jīng)激冷、洗滌后并人兼有shell氣化和德士古氣化的許多優(yōu)點(diǎn),投資幾乎造氣半水煤氣管線(xiàn)。熔融灰渣在氣化爐激冷室中被是shell氣化的-半,不用備爐,年檢修費用少(主要激冷固化,經(jīng)鎖斗系統排出。洗滌塔出來(lái)的黑水經(jīng)是沒(méi)有耐火材料的更換費用及燒嘴的使用時(shí)間大于過(guò)二級閃蒸,水蒸汽及一部分溶解的酸性氣CO2、8000h),可以適應灰熔融性溫度更高的煤。H2S等被迅速閃蒸出來(lái),經(jīng)冷凝分離后與氣化分廠(chǎng)3.3 GSP 氣化在國內的應用的酸性氣一并處理,閃蒸黑水經(jīng)冷卻后排人氣化分兗礦集團貴州能化集團已經(jīng)跟GSP公司達成廠(chǎng)的污水處理系統。合作意向,準備采用GSP爐制氣,結合國內自主研4.3中試試驗結果發(fā)的最先進(jìn)的煤粉研磨干燥系統及水煤漿粗煤氣凈冷煤氣效率83%，比氧耗約293Nm'O2/化和黑水處理技術(shù),既降低投資又降低了引進(jìn)消化1000Nm'(CO +H2),比煤耗約523kg/1000Nm* ( CO技術(shù)的風(fēng)險，目前,該裝置正在建設中。+ H2) ,有效氣(CO + H)成分約90% (水煤漿氣化4國 內粉煤加壓氣化技術(shù)研究為約81%),碳轉化率約99% (水煤漿氣化為約4.1粉煤加壓氣化工藝 .95%) ;與水煤漿氣化相比,比氧耗下降約15%,比依托多噴嘴對置式水煤漿中試氣化爐,華東理煤耗i中國煤化工上先進(jìn)的氣流床工大學(xué)、水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心氣化CHCNMHG(兗礦魯南化肥廠(chǎng))、中國天辰化學(xué)工程公司共同承4.4 2004 年，我國目主研發(fā)的粉煤加壓氣化技術(shù)第10期王亞: 粉煤氣化技術(shù)及應用開(kāi)發(fā).25.中試裝置順利通過(guò)專(zhuān)家驗收,得到了專(zhuān)家們的高度噴嘴的設計壽命可保證達到兩年,氣化裝置可以長(cháng)評價(jià)。主要結論如下:周期運行。(I)煤種適應范圍較水煤漿氣化更寬,避開(kāi)了(6)工藝操作采用先進(jìn)的控制系統,自動(dòng)化程制漿方面的限制;度高。利用專(zhuān)有的計算機控制技術(shù)可使工藝操作處(2)氣化爐負荷調節范圍大,調節方便;于最佳狀態(tài)下運行。(3)工藝技術(shù)指標先進(jìn),有效氣成分89~5.2存在的問(wèn)題93% ,碳轉化率98 ~99% ,比氧耗300 ~ 320Nm202/粉煤氣化技術(shù)有它的優(yōu)勢,但也存在劣勢,實(shí)際1000Nm'(CO + H2),比煤耗530 ~ 540kg煤/應用少,大規模用于化學(xué)合成較少，導致經(jīng)驗不足;1000Nm'(CO + H2),冷煤氣效率≥84% ,達到國際同時(shí)由于制粉系統復雜,煤粉粒度小，規模較大致使先進(jìn)水平。設備投資也大。由于煤粉粒度小、干燥,安全性差，(4)工程技術(shù)上易于放大,操作安全,適用于大氣化壓力受輸送過(guò)程的壓力限制,很難 和某些化學(xué)規模煤氣化裝置。工藝直接銜接。.4.5中科院山西煤化所多年來(lái)- 直致力于開(kāi)發(fā)粉6結論煤氣化技術(shù)。該中心開(kāi)發(fā)的常壓和加壓灰熔聚流化粉煤加壓氣化技術(shù)符合國家的產(chǎn)業(yè)政策和長(cháng)遠床粉煤氣化制合成氣工業(yè)示范裝置已成功運行和應規劃,是國家大力發(fā)展的潔凈煤技術(shù)之- ,符合"三用,形成了具有自主知識產(chǎn)權的適合我國煤炭特點(diǎn)法"(《環(huán)境保護法》,<節能法》,《煤炭法》) ,凈化環(huán).的系列煤氣化技術(shù),可滿(mǎn)足我國高效、潔凈煤炭利用境,節約能源,提高能源利用率,使我國的煤炭轉化的需求,標志著(zhù)灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)在大型技術(shù)達到一個(gè)新的水平?；?、工程化方面取得的又一重大進(jìn)展。據悉,天津堿(1)可以節約大量的能源。用于整體氣化聯(lián)合廠(chǎng)、平煤集團飛行化工公司、太化股份公司合成氨分循環(huán)發(fā)電( ICCC)使熱效率在45%左右,使煤炭利.公司山西潞化公司等企業(yè)已經(jīng)采用該技術(shù)用于生用率大大提高。產(chǎn)合成氨和甲醇原料氣。(2)符合越來(lái)越苛刻的環(huán)保要求。國家對環(huán)境5粉煤氣化的特 點(diǎn)及普遍存在的問(wèn)題保護非常重視，既要用煤,又要減少污染,這是當前5.1粉煤加壓 氣化技術(shù)特點(diǎn)如下所要解決的一大課題。但由于我國煤氣化生產(chǎn)工藝(1)對原料煤的適應性廣?？蓺饣置?、煙煤、相對落后,每年排放到大氣中的粉塵、氮化物硫化無(wú)煙煤及石油焦。對煤的反應活性幾乎沒(méi)有要求,物分別達550萬(wàn)t.150萬(wàn)t、500萬(wàn)t。為了走可持續對高灰熔點(diǎn)高灰分、高水分、高含硫量的煤種同樣發(fā)展的道路避免重復發(fā)達國家的先污染后治理的也適應。惡性循環(huán),國家制定法規加大環(huán)保力度,并從1999(2)氧耗和煤耗低。與濕法進(jìn)料的水煤漿氣化年1月1日起對硫化物、氮化物的排放嚴格限制,嚴工藝相比較，氧氣消耗降低16 ~25% ,單位重量的厲處罰超標準排放,并逐步限制高硫煤的開(kāi)采。因原料煤可以多產(chǎn)生6~ 10%的合成氣,有效氣體成此應用新的煤氣化技術(shù),對于提高我國環(huán)保整體水份(CO + H2)高達90%。平非常必要和急迫(3)碳轉化率高,可達99% ,氣化爐排出的熔渣我國煤氣化的技術(shù)改造已是刻不容緩,煤氣化為玻璃狀的顆粒,對環(huán)境沒(méi)有污染。氣化污水中不技術(shù)需要得到一個(gè)跨越式的發(fā)展。技術(shù)的引進(jìn),消含酚、氰、焦油等有害物質(zhì),容易處理,可做到零排化，吸收,推廣有個(gè)過(guò)程。不能全面依靠引進(jìn)技術(shù)，放。脫離引進(jìn)、落后、再引進(jìn)、再落后的發(fā)展道路,發(fā)展具(4)安全可靠,運行費用低。殼牌氣化工藝的有自主知識產(chǎn)權的煤氣化技術(shù)是必經(jīng)之路。煤粉氣氣化爐-般采用水冷璧結構,以渣抗渣,無(wú)昂貴的耐'化技術(shù)我們才起步不久，這項從無(wú)到有的新技術(shù)必火磚襯里,使運行費用降低，氣化爐運行更加安全可定還有一-個(gè)探索與積累的過(guò)程。但是,作為煤炭大靠。國,我們必須立足自主產(chǎn)權的煤粉氣化技術(shù)。(5)單臺氣化爐生產(chǎn)能力大。目前已投入運行的氣化爐操作壓力3. OMPa,日處理煤量2000殼中國煤化工比技術(shù)及應用開(kāi)發(fā)牌(Shel)氣化工藝可采用多噴嘴加料(4~8只)，[J].YHCNMHG25.)