適宜"三高"煤利用的煤氣化技術(shù)探討

Sep. 2009現代化工第29卷增刊(1). 234Modem Chemical Industry2009年9月適宜“三高"煤利用的煤氣化技術(shù)探討李小紅'，姚潤生",李凡'(1.太原理工大學(xué)煤科學(xué)與技術(shù)教育部和山西省重點(diǎn)實(shí)驗室,山西太原030024;，2.臨汾同世達實(shí)業(yè)有限公司,山西臨汾041000)摘要:我國煤炭資源中高灰高硫高灰熔點(diǎn)煤(簡(jiǎn)稱(chēng)"三高"煤)所占比例較高，開(kāi)發(fā)高效、潔凈的“三商”煤加工技術(shù)對我國煤炭資源的可持續發(fā)展和利用有重要意義。本文通過(guò)對“三高’煤煤質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行分析,結合國內外發(fā)展較快的粉煤氣化技術(shù),綜述了“三高”粉煤氣流床氣化的可行性,為促進(jìn)“三高”煤高效潔凈利用提出了積極的建議。關(guān)鍵詞:“三高"媒;煤氣化;粉媒;氣流床中圍分類(lèi)號:TQ546.2文獻標識碼:A .文章編號:0253 - 4320(2009)S1 - 0234 -03Progress in gasification technology for tri-high coalU Xiao-hong'，YAO Run-sheng', U Fan'(1. Key Laboratory of Coal Science and Technology of the Education Ministy and Shanxi Povince, TaiyuanUinwensity of Technology , Taiyuan 030024, China; 2.Linfen Town Sar Indusry Corporaion, Linlen 041000, China)Abstract: There is the higher proportion of the coal with high ash, high sulfur content and high ash fusion temperalure inChina coal resources, it is always named as“ri-high cal”. Development of eficient, clean and suitable poesing tchnoloyfor ti-high coal is important in order to make the best of coal reources. In this paper, the characteristics of tri-high coal and upto date gsication technology at home and abroad are discussed. l is proposed that pulverized coal entrined-low gasification isfeasible to tri-high coal.Key words: ti-high coal; coal gaificatin; pulverized coal; entrained-bed我國富煤貧油、少氣的能源結構決定了在相當燒和煉焦,由此帶來(lái)了很大的環(huán)境問(wèn)題,增加氣化用長(cháng)時(shí)期內以煤為主的能源消費局面,目前煤炭消費煤的比例不僅是化學(xué)及其相關(guān)工業(yè)的要求,也是解占我國- -次能源的近70% ,2008年1-9月,我國原決環(huán)境問(wèn)題的重要途徑。從氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢煤產(chǎn)量近19.34億t,比2007年同期增長(cháng)14.4%1]?？?大規模的煤氣化技術(shù)是主要發(fā)展趨勢(4]。我國煤炭資源的特點(diǎn)是高灰、高硫高灰熔點(diǎn)煤(“三1 氣流床氣化技術(shù)進(jìn)展高”煤)所占比例較高[2] ,面對我國經(jīng)濟快速發(fā)展對能源需求的增長(cháng)以及節能減排的壓力,充分利用煤煤的氣流床氣化技術(shù)因其技術(shù)先進(jìn)、氣化指標炭資源,大力發(fā)展煤炭高效、潔凈利用技術(shù)是我國煤優(yōu)良、節能高效、環(huán)境友好,被作為“三高”煤氣化的炭資源可持續發(fā)展的必由之路。煤灰分質(zhì)量分數在首選技術(shù)。氣流床氣化爐主要特點(diǎn)是高溫氣化、液22% ~ 30%、硫質(zhì)量分數在2.4% ~3.0%、灰熔點(diǎn)大態(tài)排渣、碳轉化率較高。氣流床氣化技術(shù)有很多優(yōu)于1 500C的“三高”劣質(zhì)煤被認為是非經(jīng)濟性資源。點(diǎn),最突出的優(yōu)點(diǎn)是可利用的煤種廣泛、單位反應器實(shí)現“三高”煤的潔凈化利用既能增加我國資源的利體積處理煤量高、構造設計簡(jiǎn)單以及接近100%的用率,又能提升企業(yè)的可持續發(fā)展能力,解決此問(wèn)題碳轉化率[51。的關(guān)鍵環(huán)節是尋求先進(jìn)合理的煤利用技術(shù)3)。煤氣氣流床氣化技術(shù)是發(fā)展多聯(lián)產(chǎn)系統、IGCC發(fā)化技術(shù)是煤炭潔凈轉化的龍頭和關(guān)鍵技術(shù),經(jīng)濟穩電、煤基液體燃料以及煤基化學(xué)品等工藝過(guò)程的共定的煤氣化技術(shù)對煤化工項目的成敗至關(guān)重要。目性技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)。先進(jìn)的氣流床氣化工藝主要有前,我國每年的煤炭消費量超過(guò)20億t,但只有很少料漿進(jìn)料的濕法氣化工藝和干煤粉進(jìn)料的干法氣化部分(少于5% )煤炭用于氣化，大部分煤炭用于燃工藝其中氣流床氣化爐是煤化工生產(chǎn)裝置的關(guān)鍵中國煤化工收稿日期:2009-07-21基金項目:山西省回國留學(xué)人員科研資助項目(207 - 23)TYHCNMHG作者簡(jiǎn)介:李小紅(1982 -),男，碩士生;李凡(1956 - ),女,碩士,教授,主要從事煤化學(xué)化工方面研究,通訊聯(lián)系人,0351 - 6018076, fanli@tyut. edu. cm。.2009年9月李小紅等:適宜三高煤利用的煤氣化技術(shù)探討設備之- -。 現在國外新開(kāi)發(fā)的氣化爐都采用加壓氣融性溫度FT(流動(dòng)溫度)50~ 100C[10] ,但氣化爐操化的工藝,其優(yōu)點(diǎn)是:提高氣化強度、增加單爐產(chǎn)量、作溫度過(guò)高會(huì )影響氣化爐的壽命,在其他操作條件節約壓縮能耗、減少帶出物損失。氣流床加壓氣化不變的情況下,氣流床氣化爐隨操作溫度的提高氧由于采用了高溫高壓純氧減小煤粒度等措施,因氣的消耗也增加。而達到加快氣-固兩相表觀(guān)動(dòng)力學(xué)反應速度,進(jìn)而“三高”煤的灰熔融性溫度較高,煤灰的流動(dòng)溫強化氣化生產(chǎn)、顯著(zhù)改善氣化技術(shù)經(jīng)濟指標的目的。度大于1 500C,為了適應氣化爐操作溫度,可以通氣流床氣化工藝通常采用很細的煤粉(85%以過(guò)配煤或添加助熔劑降低煤灰的熔融性溫度。煤灰上粒度<0.1 mm)或水煤漿(其中大部分煤的粒度的酸堿值對其灰熔融性溫度影響較大,通常煤灰中也<0.1 mm)與氣化劑(一般采用純氧)在很高的溫酸性組分和堿性組分的比值越大,灰熔融性溫度越度下,進(jìn)行瞬間的火炬式燃燒還原反應，生成以Co高,煤灰中酸性組分有SiO2、Al203.Ti02等,堿性組+ H2為主體的合成氣。該工藝的特點(diǎn)是:高溫、液分有Fe203、 Ca0、Mg0、Na20等。煤灰中堿性組分渣、用細粉煤和純氧、高速的瞬間火炬氣化反應,單(FeO3 + CaO + MgO + Na2O)占煤灰的40% ~ 50%爐生產(chǎn)能力大,合成氣中甲烷含量很少,無(wú)烴類(lèi)物時(shí),煤灰易形成低熔點(diǎn)熔融體1川。對于高灰熔點(diǎn)質(zhì),合成氣凈化工藝較簡(jiǎn)單[06。煤,可以利用配灰分中堿性組分比例較高的低灰熔目前，國內外發(fā)展較快的氣流床氣化技術(shù)有點(diǎn)煤或通過(guò)加入Ca0來(lái)調節煤灰的酸堿值,以破壞Texaco水煤漿氣化技術(shù)、多噴嘴對置式水煤漿氣化硅鋁的網(wǎng)狀結構[2),從而降低煤的灰熔點(diǎn),既可以技術(shù)、Shell粉煤氣化技術(shù)、GSP粉煤氣化技術(shù)和節約能源,還可以降低氣化爐的操作溫度,有效延長(cháng)HT-L氣化技術(shù)。水煤漿氣化對煤質(zhì)的要求較高，氣化爐的壽命。高灰分含量受到限制，灰熔點(diǎn)不能太高,成漿性要在進(jìn)行“三高"煤氣化時(shí)在煤中加人一定量的氧好,Texaco水煤漿氣化不宜選用灰熔點(diǎn)高于化鈣，除可降低灰熔點(diǎn)外，也會(huì )起到固硫的作用，減1 300C、灰分質(zhì)量分數大于20%的煤種[7]。水煤漿少酸性氣體的釋放,進(jìn)而降低了酸性氣體對設備的氣化技術(shù)比干粉煤氣化技術(shù)在氧氣消耗和原料煤的腐蝕,也會(huì )減輕后續工藝的脫硫壓力。由于Ca0的.消耗方面能耗要高[8]。源于煤漿中含有質(zhì)量分數約不穩定性,可以通過(guò)加入適量粉碎的石灰石,石灰石35%的水,這部分水在氣化過(guò)程中也要被氣化,溫度受熱分解后進(jìn)行助熔。升到1350~1400C經(jīng)過(guò)煤氣激冷,部分有效能損加入助熔劑可以降低灰熔點(diǎn),但是“三高”煤本失。與水煤漿氣化相比,干粉煤氣化技術(shù)對煤種的身灰分較高,添加助熔劑又增加了含灰量,這樣灰渣要求相對較寬,在應用前景方面發(fā)展空間較大,但量太大也會(huì )帶來(lái)排渣難的問(wèn)題。通過(guò)對原料煤的洗Shell粉煤氣化技術(shù)設備昂貴、投資較大,GSP粉煤氣選降低煤中的灰分,另外通過(guò)配人-一定比例的低灰化技術(shù)和HT-L氣化技術(shù)目前還缺少大型化運行經(jīng)分且灰熔點(diǎn)較低的煤種也可以降低原料煤中的灰驗,長(cháng)周期運行方面還需考驗。含量煤中的灰分具有一定的催化作用，會(huì )降低氣化2適宜“三高”煤的氣化工藝探討反應的活化能,煤灰中的Ca0在氣化中通過(guò)與煤焦“三高”煤的煤質(zhì)特點(diǎn)決定了其氣化不宜采用水表面碳原子的作用起催化作用[13]。在原料煤中添煤漿氣化技術(shù),只能采取干粉煤氣化技術(shù)。中國科加石灰石助熔劑,石灰石受熱分解生成的Ca0除具學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所開(kāi)發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權有助熔作用外,也會(huì )對氣化起催化作用。的灰熔聚流化床氣化技術(shù)在對“三高'煤利用方面有氣化工藝的核心部分一氣化爐決定 了整個(gè)氣突破,但由于該氣化爐操作壓力較低、單位處理量不化技術(shù)的成敗,氣化爐的結構是否合理非常重要。高,與氣流床氣化比總碳轉化率低[9],目前還未實(shí)現氣化爐爐體采用水冷壁結構,水冷壁盤(pán)管內側涂耐大規模工業(yè)化生產(chǎn)?；鸩牧?進(jìn)行粉煤氣化時(shí)熔融的煤灰在耐火層表面實(shí)現氣流床“三高”煤氣化的技術(shù)關(guān)鍵是有效解凝結中國煤化工冷壁面掛渣來(lái)保決排渣問(wèn)題，保證氣化爐穩定運行。高灰煤排渣技護水YHCNMHG,掛渣厚度決定水術(shù)的突破是“三高"煤氣流床氣化可行的前提,目前冷壁承又的於機重入小，阿下化室溫度,影響氣化粉煤氣流床氣化溫度為1 500C左右,為了保證順利過(guò)程的穩定程度(4]。目前氣流床液態(tài)排渣煤氣化排渣,氣化爐的操作溫度要高于進(jìn)料煤煤灰的灰熔技術(shù)氣化溫度高,伴生的灰渣以液態(tài)的方式排出氣236 .現代化工第29卷增刊(1)化爐膛,氣化爐的渣口常采用縮口的設計方式,以維術(shù)所取代。持灰渣在較高的溫度下流動(dòng),便于灰渣的匯集和順致謝:本研究得到臨汾同世達實(shí)業(yè)有限公司資助。利排出,然后被急速冷卻[l5]。鑒于“三高”煤高灰、參考文獻高灰熔點(diǎn)的煤質(zhì)特點(diǎn),可以改變氣化室下端的縮口結構，擴口以便于排渣,還可以進(jìn)-步加裝破渣裝置[1]王昕,董繼斌,丁鐘曉,等.200年:山西煤炭工業(yè)發(fā)展報告[R].太原:山西經(jīng)濟出版社2008:346.保證灰渣的順利排出。[2]潘連生.積極采取措施努力促進(jìn)以我為主發(fā)展現代煤化工[J].燒嘴是氣化工藝的關(guān)鍵部件,它的運行狀況和煤化工,007,128(1):1-6.壽命直接決定了氣化裝置能否長(cháng)周期、經(jīng)濟運行。[3]房倚天,王洋，馬小云,等.灰熔聚蔬化床粉煤氣化技術(shù)加壓大基于控制上的穩定性,“三高”煤氣化可采用單噴嘴型化研發(fā)新進(jìn)展[]].煤化工,007,128(1);11-15.下噴進(jìn)料,在生產(chǎn)流程控制中,干粉煤在載氣攜帶下[4] Wang Fucheng. Coul gaifcation technoloy pplication and develoment in China[C]. ICA2008,Shanghai ,2008.通過(guò)燒嘴進(jìn)入氣化爐,為了保護在高溫下工作的燒[5] Goo Xiaolei, Dai henghua, Cong Xin, a al. Peformance of a on嘴,燒嘴冷卻水通過(guò)燒嘴端部的冷卻盤(pán)管和水夾套trained-flow gsifcation technoloy of pulverized coal in pilotr scale連續循環(huán)流動(dòng),以冷卻燒嘴,防止高溫損壞,這可通plant[J].Fuel Pceeing Technology 20788:48 - 459.過(guò)對燒嘴冷卻水的阻力進(jìn)行計算,以保證燒嘴冷卻[6] 陳家仁.加壓氣流床氣化工藝的發(fā)展現狀及存在問(wèn)題1[].煤化工200, 12(6);1-7.水達到合適的流量保護好燒嘴[16]。粉煤進(jìn)料載氣[7]馬文清.鶴壁煤制甲醇項目煤氣化工藝介紹及爐型選擇[J].煤的選擇還要結合下游產(chǎn)品確定,如合成氨工業(yè)可以質(zhì)技術(shù)2007(3):46-48.選用氮氣作載氣,甲醇工業(yè)可選用二氧化碳作載氣,[8]王志華。選擇先進(jìn)適用的煤氣化技術(shù)研討[J].大氨肥,2006,29有利于后續工藝流程。(4):265 - 267.[9]王洋,吳骨滬.中國高灰.高硫、高灰熔觸性溫度煤的灰熔聚詭3結語(yǔ)化床氣化[J].煤化工20,117(2):3-5./[10]劉鏡遠,車(chē)維新.合成氣工藝技術(shù)與設計手冊[M].北京:化學(xué)工通過(guò)對“三高”煤的工藝性質(zhì)和現有的氣化工藝業(yè)出版社,2002:211.進(jìn)行分析,開(kāi)發(fā)- -種具有 自主知識產(chǎn)權的氣化工藝[1]賀根良,門(mén)長(cháng)費.氣流床氣化爐操作溫度的探討[J].煤化工，和設備是必需的，也是具有現實(shí)可能性的。開(kāi)發(fā)新2007,131(4):8-11.型的適宜“三高”煤的氣化技術(shù)時(shí)在借鑒現有成熟技[12]馬艷芳,李侃社,李積珍.兒種主要氧化物對神華煤灰灰熔點(diǎn)的影響[J].青海大學(xué)學(xué)報,00(12)12427.術(shù)的基礎上,應充分考慮其煤質(zhì)特點(diǎn)而對氣化裝置[13]謝克昌.煤的結構與反應性[ M].北京:科學(xué)出版社，202:33 -進(jìn)行特殊設計加工,使氣化爐結構及其氣化工藝條343.件適應“三高”煤特點(diǎn)，實(shí)現氣化裝置長(cháng)周期穩定運[14]崔意華,袁善錄.CSP加壓氣流床氣化技術(shù)工藝分析[].煤炭轉行?，F在煤氣化技術(shù)在我國正面臨著(zhù)前所未有的發(fā)化,2008,31(1):93-96. .展機遇,隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步,規模小、能耗高、對原[1s]賀根良,門(mén)長(cháng)貴.雙高煤的新型氣流床氣化氣化技術(shù)開(kāi)發(fā)的探討[].安徽化工2008,34(5);545 -47.料要求高和環(huán)境污染嚴重的落后技術(shù)終將逐步被規[16]牛苗任,于廣鎖,周忐杰，等.工業(yè)燒嘴冷卻水管路阻力損失的模大、能耗低、對煤種適應性廣和環(huán)境友好的先進(jìn)技計算[J].煤化工2007, 129(2):24-26.■碳材料負載型雜多化合物油品脫硫催化劑及其脫硫方法公開(kāi)號:CN101474569公開(kāi)日 :2009.07.08乙腈相)中催化劑分離并循環(huán)利用。上述催化劑由活性組申請(專(zhuān)利權)人:山東大學(xué)分A和載體B構成,其中A為雜多化合物，B為活性炭、碳本發(fā)明涉及一種基于碳材料負載型雜多化合物的油品納米管中的一 種。涉及的油品包括原油、燃料油及原油精脫硫方法,以H02為氧化劑,碳材料負載型雜多化合物為煉過(guò)程中的半成品油。 該催化劑制備過(guò)程簡(jiǎn)單安全、無(wú)毒催化劑,將油品與乙腈按比例混合,在-定溫度和常壓條件無(wú)害 、中國煤化工與傳統工藝相比，下,按比例加入氧化劑和催化劑的混合物，反應后冷卻至室工藝簡(jiǎn)經(jīng)濟效益高,易于:IYHCNMHG溫,自然分層,上層油相即為脫硫油品,通過(guò)過(guò)濾將下層(即工業(yè)化生廠(chǎng)。