煤氣化工藝技術(shù)比較

設計與計算CFHI TECHNOLOGY10.3969/j.issn.1673- 3355.2011.02.003煤氣化工藝技術(shù)比較李宇航'，馬玉紅2摘要:介紹典型的煤氣化工藝對原煤具體要求、煤氣用途及消耗指標，對操作條件及工藝特點(diǎn)進(jìn)行詳細比較。關(guān)鍵詞:煤氣化;固定床;流化床;汽流床中圖分類(lèi)號: TQ54文獻標識碼: B文章編號: 1673- -3355 (2011) 02 -0003-03Technical Analysis of Gas Gaification Process Li Yuhang, Ma YuhongAbstract: This article introduces the specific requirement for raw coal in typical gas gasification process, application of gasKey words: gas gasification; fixed bed; fluidized bed; steam-flow bed煤氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)始于20世紀30年代，現煤、不黏煤、弱黏煤、部分中黏煤和氣煤、貧煤、已形成多種大規模煤氣化工藝技術(shù)。主要有固定大部分年老的褐煤等等都適用。床、流化床和氣流床等等。(2)流化床氣化各種煤氣化工藝對原料煤的品質(zhì)均有一定要.流化床氣化爐的特點(diǎn)是煤從上部或下部加入氣求，采用不同工藝所獲得的煤氣成分也各不相同,化爐，而氣化介質(zhì)從下部吹人，使大部分煤粒懸浮而且能量轉化效率、環(huán)境影響程度等差別很大,在密相區，床層位置基本不變，煤的停留時(shí)間也較所以在選擇煤氣化工藝時(shí)，需要綜合考慮不同工短。因此，要求原料煤粒度在1~ 10 mm范圍以?xún)?，藝技術(shù)的特點(diǎn)及適宜煤種、煤氣用途、消耗指標、過(guò)大的顆粒會(huì )沉落爐底導致反應不完全，太小的顆操作條件等因素。粒又容易被氣流攜帶迅速到達出口而來(lái)不及反應。為了提高操作溫度要求灰熔點(diǎn)ST要高。而為防止1工藝特性及適宜煤種煤顆粒在密相區黏結在- -起結成大塊沉落爐底，黏結性要低，對強黏性煤需要預處理破黏。由于煤顆(1) 固定床氣化固定床用原煤一- 般采用6~13 mm、13~25 mm、粒停留時(shí)間較短，爐內溫度較低(一 .般900~1 00025~50 mm或50~ 100 mm的粒級煤(其粒級范圍依C，灰熔聚反應區可達1300 C)，顆粒又不像氣流其所用煤類(lèi)不同而異)，以保證床層的孔隙率。具床那么小，只有反應活性好的煤才容易反應完全。流化床可氣化含灰30%~50%的高灰煤,- 般要求體要求包括煤的反應性好以提高反應速度;要具人爐煤水分低于10%，水分過(guò)大會(huì )使較小的顆粒有一定抗碎強度，保證煤在運輸及從加煤機落到容易粘結堵塞以至于無(wú)法輸送，而且干燥和氣化所爐內時(shí)不能摔碎而影響透氣性;要有- .定熱穩定需耗熱較多。性，以免在爐內遇熱爆裂;要擁有不黏性或弱黏因此，流化床能氣化的煤種包括部分煙煤、長(cháng)性，防止氣化時(shí)干餾層產(chǎn)生膠質(zhì)結焦;固態(tài)排灰焰煤、不黏煤、弱黏煤以及部分褐煤。時(shí)灰熔點(diǎn)ST要大于1 200 C (液態(tài)排渣法除外)，(3) 氣流床氣化以利用提高操作溫度。因此，對固定床而言，大部分無(wú)煙煤、長(cháng)焰氣流床氣化爐的特點(diǎn)是干粉或水煤漿和氣化介中國煤化工1.一重大連加氫核電事業(yè)部采購部助理工程師，遼寧大連1161132.一重大連設計研究院有限公司高級工程師，遼寧大連16600MHCNMH G2011年第2期(總140期)7zji@chi.omCFHI.一重技術(shù)| 設計與計算質(zhì)一起從噴嘴中噴出，因速度較大，能很快穿過(guò)爐成民用燃氣或煤制天然氣。膛，所以反應速度很快、停留時(shí)間很短、操作溫度(4)常 壓流化床氣化爐較高。因此原料適應性較廣。常壓流化床氣化爐受其用煤條件的限制，只有對水煤漿氣化技術(shù)而言，最佳黏度應為15~40少數煤可供使用，而且由于氣化效率較低，灰渣含Pa.S,灰分含量最好13%以下，哈氏可磨性指數在碳量較高，所以只適于購煤成本較低的用戶(hù)。當不50~60以上，氯含量不宜過(guò)高。- -般水煤漿黏度都富氧生產(chǎn)時(shí)，其煤氣熱值較低，可供加熱溫度要求大于60%。適用煤種包括長(cháng)焰煤、不黏煤、弱黏不高的用戶(hù)，如冶金、焦爐等做燃料氣。當加熱溫煤、氣煤等，而大多數褐煤、瘦煤、貧煤、無(wú)煙煤度要求較高時(shí)，可采用富氧氣化法以獲得較高熱值等很難使用。的煤氣;當富氧濃度大于80%時(shí)，煤氣中CO+H2干粉進(jìn)料技術(shù)可氣化幾乎所有煤種，其灰分一含量較高，可用作中小型化肥廠(chǎng)和化工廠(chǎng)生產(chǎn)合成般要求低于15%~20%，流動(dòng)溫度最好低于氨、甲醇的原料氣。1450C，此外，還要求耐磨指數高，干燥和氣力輸但常壓流化床氣化爐有一個(gè)例外，即灰熔聚流送性能好，灰渣黏溫特性適宜等，進(jìn)爐煤粉- -般含化床氣化爐，由于其爐內高溫區溫度高達1 300水應小于2%，褐煤應小于6%。C，既擴大了煤種適用范圍，也提高了氣化效率,灰渣含碳量也明顯降低。2煤氣特點(diǎn)及用途(5)加壓氣流床氣化爐主要用于大中型化肥、煤化工、煤制油、煤制(1) 常壓固定床煤氣發(fā)生爐常壓固定床煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)的煤氣雖然熱值較天然氣生產(chǎn)或IGCC發(fā)電。其中水煤漿氣化爐因為低，但用空氣和水蒸汽作為氣化劑能夠連續制氣，其水煤漿進(jìn)料的特點(diǎn)，在使用煤種方面限制較多，氣化效率較高，可利用煤種較多，建站成本及制氣用戶(hù)面較窄，而干粉氣化爐由于所有煤種均可使成本低，開(kāi)停車(chē)及負荷調節方便，不必設置氣柜;用，而且氣化效率更高，所以應用面更寬。煤氣組成中CO含量較高，燃燒時(shí)火焰均勻、火焰3消耗指標及操作條件長(cháng)度長(cháng)，非常適合做燃料氣。因此廣泛應用于機械加工、軋鋼、陶瓷、玻璃、化工、煉焦、有色金屬消耗指標通常指根據工藝要求將每單位質(zhì)量原等領(lǐng)域，可滿(mǎn)足加熱溫度在1500C以下的工業(yè)需煤完全氣化所需要其它必須介質(zhì)的消耗量，操作條求。對加熱溫度要求較高的場(chǎng)合，可通過(guò)富氧氣化件指保證氣化反應能順利進(jìn)行所需的氣壓及溫度要法獲得熱值較高的煤氣。求(見(jiàn)表1~表6)。(2) 常壓固定床水煤氣爐常壓固定床水煤氣爐生產(chǎn)的煤氣在僅用空氣和4工藝比較水蒸汽氣化的條件下就能獲得很高的CO+H2組分,(1)固定床技術(shù)由于主氣化層建立在灰熔融的非常適合中小化肥廠(chǎng)做生產(chǎn)合成氨的原料氣，也可高溫區附近，煤在爐內停留時(shí)間長(cháng)，氣化劑在爐內以作為加熱溫度較高的燃料氣使用。但由于是間歇制氣，所以必須設置氣柜，氣化效率較低、制氣成表1國內外加壓 固定床氣化爐工藝主要消耗指標本較高。用作燃料氣時(shí)，因H2含量高，火焰較短、項目焦炭無(wú)煙煤煙煤褐煤燃燒速度較快、華白指數高，燃燒效果不是很好。氧氣(m'/kg) 0.18-0.22 0.18~0.24 0.15~0.19 0.13-0.16(3)魯奇加壓氣化爐蒸汽(kg/kg) 1.2-1.41.2-1.61.1~1.40.9~1.魯奇加壓氣化爐由于可采用較小粒度的塊煤表2灰熔聚流化床氣化爐工 藝主要消耗指標(低黏結性)氣化，制氣成本較水煤氣爐低。而且頁(yè)數由于采用氧氣和水蒸汽加壓氣化，煤氣中CO+H2較高，單臺爐產(chǎn)氣量較大，可用于大中型化肥廠(chǎng)及新鮮水(v)0.88煤化工廠(chǎng)做原料氣;因煤氣中甲烷含量高，使煤氣電(kWh/)28.2熱值較高，通過(guò)變換和甲烷化進(jìn)一步提高煤氣熱蒸汽(1)中國煤化工值，并采取措施降低煤氣中CO含量后，就可以制氧氣(Nm'/)MYHCNMH G-82011年第2期(總140期).5@ch.com.設計與計算CFHI TECHNOLOGY表3Shell氣化工藝典型主要消耗指標表4國內外加壓固定床氣化爐操作條件數值項目焦炭無(wú)煙煤煙煤褐煤氣化壓力(MPa2.2-2.4 2.4-2.82.0~2.41.8-2.7原料煤(水分<2% )(kg/)1576.2氣化溫度(C)1150 1150 1001100 950-1152氧氣(99.6% )(m2/)806.3爐頂溫度(C)400-500 400-500350-450280-350高壓氮氣(7.2 MPa，80 C)(m'/)338.7灰渣溫度(C)260280250225中壓氮氣(5.2 MPa，40C)(m24)212.2人爐水蒸汽溫度(C) 40~450 400~450 380~450 350 ~420低壓氨氣(0.6 MPa，40 C)( m/t)219.0表5灰熔聚流化床氣化爐工藝主要 操作條件新鮮水()0.操作條件脫鹽水(U/)2.氣化壓力(MPa)0.5>-1.5高壓工藝水(5 MPa, 95 C)(U)0.11050-1100循環(huán)水(01=8 C) )(vI)14.1 .表6 Shell氣化工藝典型操作條件電(6/0.38 kV )(kW~106.2低壓飽和蒸汽(kg/)467.32.2~2.4副產(chǎn)中壓飽和蒸汽(kg/1)- 1396.41400-1600的氣流速度低，產(chǎn)生吹風(fēng)蓄熱及上、下吹輪番制大，具有規模適中、操作容易掌握等優(yōu)勢。其提高氣，爐內熱能利用率及蒸汽分解率高,煤氣初凈整體效益的關(guān)鍵在于尋找價(jià)格低廉、粒度較小且活化容易，排灰和排氣溫度都低，爐內熱能損失少。性較高的煤源;故具有省氧、省蒸汽、省投資且氣化效率高的優(yōu)(3)氣流床技術(shù)由于煤種適應性強，操作溫度、勢。其提高碳轉化率和整體熱效率以及降低運行熱效率及合成氣中有效組分高，原煤氧耗相對流化費用的關(guān)鍵在于優(yōu)化操作工藝;床均較低，且具有運行可靠性高、自動(dòng)化程度高、(2)流化床技術(shù)由于備煤簡(jiǎn)單,爐溫較低而均環(huán)保性能良好等優(yōu)勢，是當今世界最先進(jìn)的煤氣化勻，使工藝簡(jiǎn)化且方便，設備制造簡(jiǎn)單，投資不技術(shù)，但投資較高(見(jiàn)表7)。表7三種煤氣化工藝比較表序號Lurgji 塊煤氣化HTW流化床氣化Dexaco氣化1氣化工藝特點(diǎn)固定床、固態(tài)排渣流化床、固態(tài)排渣氣流床液態(tài)排渣2適用煤種褐煤、次煙煤、無(wú)煙煤等曷煤、次煙煤、煙煤、油渣等次煙煤、煙煤、油渣等3氣化壓力 (MPa)2.1~3.21.0~2.54.0-6.54氣化溫度 (C)900-1250950~1 1001400~1600單爐最大投煤量 (Ud)150015(20006100Nm* 有效氣耗氧量(Nm)240~270260~340380~430 .7碳轉化率 (%)88~9690~9596~98冷煤氣效率 (%)65~7568~7570~769有效氣含量(%)60~6570-80~810總熱效率 (%)80-909590-9511操作彈性 (%30-11070-110 .70-11012 技術(shù)成熟度成熟3對環(huán)境影響高較低14 建廠(chǎng)投資5結語(yǔ)實(shí)施過(guò)程中需要充分考慮企業(yè)本身具體條件和環(huán)境約束，以求得投入產(chǎn)出比高_環(huán)培右好的技術(shù)方三種煤氣化技 術(shù)的工藝特點(diǎn)決定了其原料、設中國煤化工備、介質(zhì)、環(huán)境等條件的要求也有所不同，在具體收稿日期: 2011- 01YHCNMH G2011年第2期(總140期)_zji@chi.omCFHI.