煤氣化技術(shù)及氣化爐的應用

CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設計2011,21(3)煤氣化技術(shù)及氣化爐的應用趙麥玲·上海寰球石油化學(xué)工程有限公司上海200032摘要介紹煤氣化工藝技術(shù)、氣化爐的特點(diǎn)、適用煤種以及國內應用情況關(guān)鍵詞煤氣化技術(shù)氣化爐煤種應用能源短缺和環(huán)境污染制約經(jīng)濟發(fā)展,我國有(2)魯奇( Lurgi)固定床氣化工藝成熟可靠豐富的煤炭資源,以煤為主要能源,煤炭資源消氣化溫度900~1050℃,包括焦油在內的氣化效費約占總能源消費的75%。率、碳轉化率、氣化熱效率都較高,氧耗是各類(lèi)煤氣化是潔凈、高效利用煤炭的主要途徑之氣化工藝中最低的,原料制備、排渣處理成熟。在將煤炭轉變?yōu)楦憷哪茉春彤a(chǎn)品形式的煤氣熱值是各類(lèi)氣化工藝中最高的,它最適合生各種技術(shù)中,煤氣化是優(yōu)先考慮的加工方法。城產(chǎn)城市煤氣。若選擇制合成氣存在以下問(wèn)題:①市煤氣、化工合成用原料氣、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電用燃煤氣成分復雜,合成氣中含有甲烷7%-10%,如氣和綜合利用系統是煤氣化發(fā)展和應用的主要果將這些甲烷轉化為H2和CO,勢必增大投資方向。成本高;②有大量污水需要處理。污水中含大量煤的氣化技術(shù)有幾十種,但可歸納為三大類(lèi):焦油、酚、氨、脂肪酸、氰化物等,因此要建焦固定床氣化、流化床氣化和氣流床煤氣化技術(shù)。油、酚、氨回收裝置和生化處理裝置,會(huì )增加投現從氣化爐爐型、技術(shù)參數、原料煤的要求、資和原材料消耗;③該氣化技術(shù)需15~50mm的塊應用情況等方面對三類(lèi)技術(shù)分述如下。煤。塊煤價(jià)格高,將增加成本。1固定床氣化技術(shù)(3)BCL爐是在魯奇( Lurgi)爐基礎上的改進(jìn)型,由固態(tài)排渣改為液態(tài)排渣,該氣化爐可直1.1氣化爐接氣化含水量大于20%的煤,在1400~1600℃高固定床煤氣化技術(shù)主要有間歇固定床氣化爐溫氣化條件下,蒸汽用量可大幅下降,(UGI)、魯奇(Lugi)爐和BCL(魯奇改進(jìn))氣的蒸汽在氣化過(guò)程中分解,不僅提高了氣化效率,化爐。而且使氣化廢水量減少80%以上,可降低脫酚(1)UGI常壓固定床氣化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)脫氨裝置的規模,減少廢水的排放量。該爐體結構單、投資少,但技術(shù)落后,能力和效率低,污染簡(jiǎn)單,采用常規壓力容器材料和常規耐高溫爐襯嚴重,以常壓42650的氣化爐為例,單臺爐投煤及循環(huán)冷卻水夾套。量?jì)H為60U/d,且原料為25-80mm的無(wú)煙塊煤或12技術(shù)參數焦炭。3種固定床氣化爐技術(shù)參數見(jiàn)表1。表13種固定床氣化爐的技術(shù)參數氣化CO+H2,單臺爐加煤量排渣方式專(zhuān)利商CO +H,)22x1051000固態(tài)排渣德國B(niǎo)GL1400-16002.5-4.99.5(19-23)(4.6-48)1200液態(tài)排渣英國UGI950-125068-7259-62固態(tài)排渣注:比煤耗、比氧耗的數量?jì)H作參考,主要與所用煤種的煤質(zhì)有直接關(guān)系?！ぺw麥玲:高級工程師。1986年畢業(yè)于太原理工大學(xué)無(wú)機化工專(zhuān)業(yè)。一YHa中國煤化工NMHG8063,150017056932011,21(3)趙麥玲煤氣化技術(shù)及氣化爐的應用1.3原料煤要求使用含水12%以下的≤10mm的粉煤,氣化爐溫度3種固定床氣化爐對原料煤的要求和適合煤種控制在100-1050℃,氣化爐底部為特殊形狀的見(jiàn)表2。錐形,以布風(fēng)噴嘴取代了爐蓖,在氣化爐出口有表23種固定床氣化爐對原料煤的要求和適合煤種旋風(fēng)除塵器和返料裝置,旋風(fēng)除塵器后是廢熱鍋化爐型對原料煤的要求適合煤種爐,減少了煤氣中帶出飛灰對廢熱鍋爐爐管受熱15~50mm粒煤,灰含量小于Lnp25%,抗碎強度>65%,熱穩定性煙煤煤、長(cháng)焰煤和面的磨損。不足之處是常壓氣化,氣化效率和碳轉化率有待提高。BCL煤的灰熔點(diǎn)1400-1600℃泥煤、褐煤、煙(2)U-CAS技術(shù)來(lái)源于美國SES公司,主要無(wú)煙煤、不粘結定位于劣質(zhì)煤的氣化,對高灰煤、高硫煤和高水UI25-50mm的煤塊或煤球、煤棒。煙煤、焦炭、煤份煤的氣化有較大的優(yōu)勢。氣化壓力0.251.0MPa,單臺爐處理煤量300~1200td,原料煤1.4國內應用情況粒度為≤6mm,氣化溫度控制在950~1050℃。原采用固定床L氣化爐的有山西天脊集團化料煤在二氧化碳氣體的壓力下進(jìn)氣化爐,與從爐肥廠(chǎng)和哈爾濱氣化廠(chǎng)等13個(gè)廠(chǎng)家共254臺;采用底部進(jìn)的氧氣和水蒸汽等氣化劑進(jìn)行反應,生產(chǎn)BCL氣化爐的有內蒙古金新化工股份有限公司和合成氣,并從爐頂出來(lái)。反應后的渣從爐底的分云南解化集團等共5臺;采用UC氣化爐的有晉級器排出,并經(jīng)灰冷器冷卻卸壓排放。爐頂出來(lái)煤集團晉豐煤化工公司和豐喜集團華潤煤化工公的合成氣經(jīng)兩級旋風(fēng)除塵器,分離出來(lái)的塵粒返司等4個(gè)廠(chǎng)家共66臺?；貧饣癄t再次氣化,以提高碳的轉化率。合成氣如今國家原則上已不允許新建固定床氣化爐。經(jīng)廢鍋回收熱量后,經(jīng)高效旋風(fēng)除塵器進(jìn)一步除塵,減少合成氣中的粉塵含量2流化床氣化技術(shù)(3)灰熔聚流化床技術(shù)是中科院山西煤化所開(kāi)2.1氣化爐發(fā)的煤氣化技術(shù),氣化壓力分別為03MPa、0.5MPa、1.0MPa,單臺氣化爐處理煤的能力為流化床氣化技術(shù)主要有恩德氣化爐、U-GAs100-500d,目前有企業(yè)采用該技術(shù)氣化爐和灰熔聚氣化爐等。(1)恩德?tīng)t由溫克勒氣化爐演變而來(lái),來(lái)自2.2技術(shù)參數朝鮮,目前主要用于生產(chǎn)燃料氣和合成氨等。適3種流化床氣化爐的技術(shù)參數見(jiàn)表3。應于褐煤、長(cháng)焰煤等,對煤的灰分不是特別敏感,表33種流化床氣化爐的技術(shù)參數冷煤氣kg/Nm3加煤量排渣方式專(zhuān)利商)(co+H2)(CO+H,)恩德1000~1050常壓6(1.9-2.1)x1055.8×103500-600固態(tài)排渣江寧恩德U-GAs950-10500.25-1.068-7488-95(32-3.6)×10(5.7-64)×1030-120團態(tài)排渣$s灰熔聚100-100005.m08733.67×1055.53×103100-500固液態(tài)中科院注:比煤耗、比氧耗的數量?jì)H作參考,主要與所用煤種的煤質(zhì)有直接關(guān)系。2.3原料煤要求表4流化床氣化爐對原料煤的要求和適合的煤種流化床氣化爐對原料煤的要求和適合的煤種適合煤種見(jiàn)表4。內水無(wú)要求,灰含褐煤、長(cháng)焰煤U-CAs量低于4%,≤6加m煤料。不粘結煙煤2.4國內應用情況中國煤化工,據媒,長(cháng)煤采用U-GAs流化床氣化爐的有埃新斯(棗灰始YHCNMHG褐煤、長(cháng)焰煤莊)新氣體有限公司和義馬煤業(yè)綜能新能源有限煙煤、無(wú)煙煤CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設計2011,21(3)公司等兩個(gè)廠(chǎng)家共5臺;采用恩德流化床氣化爐的(4)多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)是華東理工有吉林長(cháng)山化肥廠(chǎng)和黑龍江黑化集團等10個(gè)廠(chǎng)家大學(xué)與山東兗礦合作開(kāi)發(fā),屬?lài)?63計劃開(kāi)發(fā)項共14臺;采用灰熔聚流化床氣化爐的有陜西城固目,已于2005年在兗礦國泰工業(yè)示范裝置成功運化肥廠(chǎng)和天津堿廠(chǎng)等7個(gè)廠(chǎng)家共16臺。行4年,各項指標均達到設計要求。該技術(shù)采用水3氣流床氣化技術(shù)煤漿進(jìn)料,氣化溫度與德士古相同。(5)兩段干煤粉加壓氣化爐是西安熱工院研3.1氣化爐究開(kāi)發(fā)的煤氣化技術(shù),該氣化爐爐膛采用水冷壁典型的氣流床氣化技術(shù),國外有美國德士古結構,分為上爐膛和下?tīng)t膛兩段。下?tīng)t膛是第(現屬于GE)公司水煤漿氣化( Texaco)爐、荷蘭反應區,用于輸人煤粉、水蒸汽和氧氣的噴嘴設殼牌(She)粉煤氣化爐和德國西門(mén)子公司的在下?tīng)t膛的兩側壁上,渣口位于下?tīng)t膛底部,采GSP粉煤氣化爐,國內有多噴嘴對置式水煤漿氣化用液態(tài)排渣。上爐膛為第二反應區,高度較高,爐、兩段干煤粉加壓氣化爐、國產(chǎn)新型四噴嘴干在上爐膛的側壁上設有二次煤粉和水蒸汽噴嘴。煤粉加壓氣化爐、多料漿單噴嘴頂置氣化爐(MC運行時(shí),由氣化爐下段噴入干煤粉、氧氣以及蒸SC)和HT-L航天爐。汽,所噴入的煤粉量占總煤量的80%~85%,在(1)水煤漿氣化技術(shù)是美國德士古( Texaco)上爐膛噴入水蒸汽和煤粉,所噴入煤粉占總的公司開(kāi)發(fā)的。該技術(shù)的特點(diǎn)是:氣化溫度1250~15%-20%。上爐膛的作用:其一是替代循環(huán)合成160℃,對煤的適應性廣,灰熔點(diǎn)要求低于氣使溫度達到140℃c的煤氣降溫至約90℃;其二1350℃,煤的可磨性和制漿性好,制得漿濃度高于是利用下?tīng)t膛的煤氣顯熱進(jìn)行煤的熱裂解和部分60%。單臺爐處理煤量大,生產(chǎn)能力高,氣化壓力氣化,以提高總的冷煤氣效率和熱效率范圍大(4.0MPa、6.5MPa、8.7MPa),合成氣壓(6)國產(chǎn)新型四噴嘴干煤粉加壓氣化爐是華縮功省。東理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的煤氣化技術(shù),與水煤漿相比(2)殼牌氣化技術(shù)是荷蘭殼牌公司開(kāi)發(fā)的氣粉煤加壓氣化系統對儀表有更特殊的要求,其安化技術(shù)。該技術(shù)采用純氧、蒸汽氣化,干粉進(jìn)料,全連鎖控制指標更高。氣化溫度1300-1600℃,原料煤適應性廣,氣化溫度達到1400-1600℃,壓力3.0MPa、4.MPa,有效氣成分為89%氣化壓力40MPa,碳轉化率高,有效氣成分(C0-93%+H2)高,采用特殊的水冷壁氣化爐,使用壽命(7)多料漿單噴嘴頂置氣化技術(shù)(MCSG)是長(cháng),缺點(diǎn)是氣化壓力不能太高,設備結構復雜,由西北化工研究院開(kāi)發(fā)的大型煤氣化技術(shù),在完專(zhuān)利費高。成中間試驗和工業(yè)化示范試驗基礎上,于2001年自1976年以來(lái),殼牌公司先后在荷蘭阿姆斯實(shí)現工業(yè)應用。該技術(shù)采用濕法氣流床氣化概念特丹、德國漢堡和美國休斯敦建成3套煤氣化中試以煤、石油焦、石油瀝青等含碳物質(zhì)和油(原油、和示范裝置,在取得大量的數據和操作經(jīng)驗后,重油、渣油等)、水等經(jīng)優(yōu)化混配形成多元料漿首次應用于荷蘭布根倫250MW整體煤氣化燃氣-料漿與氧通過(guò)噴嘴混合后瞬間氣化,具有原料適蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工廠(chǎng),氣化裝置的設計能力為應性廣、氣化指標先進(jìn)、技術(shù)成熟可靠、投資費單臺爐投煤量2000yd,氣化壓力28MPa,于用低等特點(diǎn),整套工藝以及料漿制備、添加劑技1993年開(kāi)始投入運行。術(shù)、噴嘴、氣化爐、煤氣后續處理系統等已獲得8(3)GSP是德國西門(mén)子公司的粉煤加壓氣化技項國家專(zhuān)利。目前,多料漿氣化技術(shù)已在十多套術(shù),采用干粉煤進(jìn)料,純氧、蒸汽作為氣化劑,工業(yè)裝置上應用,包括300ka合成氨、200氣化溫度可達1350-1750℃,碳轉化率99%,有600k/a甲醇和500k/a煤制油裝置,已有3套工效氣體成分與Shel類(lèi)似,釆用液態(tài)排渣,氣化爐業(yè)裝置平穩運行。采用水冷壁,內部沒(méi)有耐火磚。水冷壁使用壽命干怕具陌館干+一所借鑒荷蘭達到10年,氣化爐下部采用激冷流程,比 Shell爐Shll中國煤化工化工藝先進(jìn)經(jīng)造價(jià)低,煤種適應廣。國外在20世紀80年代曾運驗,畫(huà)CNMHG氣化爐而形成行一套處理煤量750u/d的工業(yè)裝置。的一套結構簡(jiǎn)單、有效實(shí)用的煤氣化工藝。該工2011,21(3)趙麥玲煤氣化技術(shù)及氣化爐的應用藝煤種適應性廣,從褐煤、煙煤到無(wú)煙煤均可氣粉噴入的方向有一些改變。目前的技術(shù)所有者為化,對于高灰份、高水分、高硫的煤種同樣適用。北京航天萬(wàn)源煤化工工程公司燒嘴設計同GSP,采用單燒嘴頂燒式氣化,氣化爐32技術(shù)參數采用 Texaco激冷工藝,氣化溫度1400~1600℃氣流床氣化爐的技術(shù)參數見(jiàn)表5。氣化壓力20~40MPa。該爐的燒嘴是原航天十所自己制造,與德國GSP氣化燒嘴相似,只是煤表5氣流床氣化爐的技術(shù)參數操作CO+H2碳轉冷煤氣g/Nm3加煤量排渣方式專(zhuān)利商(CO +H,)氣化爐1250~1604.0、65、80809870-764.2x1036.3x105液態(tài)排渣美國GE氣化爐0>909980-853.37×1035.25x1052000液態(tài)排渣荷蘭殼牌csP1350-17504080980-833.6×06.75×10200液態(tài)排渣北京態(tài)斯1250~16004.0、6583~869880.3-38)(5.3-60)10液態(tài)排渣華東理工14013-6580-8695-9876(33041)(4.3:2)70-180液態(tài)排渣m噴嘴干300-160030、4098-9998-9984(30-32)(5.3-5.4)360-1080液態(tài)排渣礦集團航天爐1400-160020-4080-83(3.3-3.6)(49-60)2000液態(tài)排渣3.0-4.0>909983(3.0-3.2)(5.3-5.4)60-1080液態(tài)排渣氣化爐1∞0熱工院注:比煤耗、比氧耗的數量?jì)H作參考,主要與所用煤種的煤質(zhì)有直接關(guān)系3.3原料煤要求氣化爐對原料煤的要求和適合的煤種見(jiàn)表6。表6氣化爐對原料煤的要求和適合的煤種氣化爐型對原料煤的要求適合煤種Teramo氣化爐灰含量低于8%,內水低于4.5%,灰熔點(diǎn)一般低于130℃,哈氏可磨系數50~65,粘度800-1200cp6大部分的煙煤Sh'化爐灰熔點(diǎn)一般低于1450℃,硫含量低于2%,灰含量低于15%無(wú)煙煤、煙煤、褐煤、石油焦等所有煤種,包括高灰煤、高硫煤?；胰埸c(diǎn)一般低于1500℃煤、褐煤、煙煤、貧煤、無(wú)煙煤等四噴嘴水煤漿灰含量低于8,肉水低于45角;灰點(diǎn)拉般低于13哈大部分的煙煤多料漿單噴嘴料漿灰含量低于8%各種煤和石油焦及油料混合物四噴嘴于煤粉加壓氣化爐適應性強,灰含量低于2%各種煤和石油焦HT-L航天爐煤粒度:20-90μm,灰含量低于25%褐煤、煙煤、無(wú)煙煤等。兩段干煤粉加煤的灰熔點(diǎn)低于1350℃,揮發(fā)份不高于25%,內水低于15%況煤、褐煤、煙煤、貧煤、無(wú)煙煤、石油焦等3.4國內應用情況中國煤化工石化岳陽(yáng)殼牌采用GE-Tm5流床的有山東兗礦集團魯媒氣CNMHG媒化工公司等南化肥廠(chǎng)和上海焦化廠(chǎng)三聯(lián)供等28個(gè)廠(chǎng)家共74(下轉第50真)CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設計2011,21(3)和其它構建物抗震規定的推薦做法(FEMA)》的增加了對地基和應急能源檢查的內容。新標準規規定。定對于每個(gè)設備的支撐系統或地基,應至少每年2.7管道系統及其組件規定檢查一次,對失效的地基應及時(shí)修理。而對于應2009版標準將管道系統分為三種類(lèi)別急能源,則應至少以月為周期檢查其是否能正常(1)由LNG儲罐支撐的管道系統,安裝在緊≤行,并應每年檢查應急能源是否能在站場(chǎng)緊急急切斷閥上的管道系統以及消防管道系統。事件中提供足夠的能源。(2)可燃氣體或LNC工藝管道系統200版對船舶裝卸的操作也做了修訂。標準(3)其它管道系統規定,對于每個(gè)在裝卸區內或其附近的LNG設備該標準對每個(gè)類(lèi)別的管道系統的抗震設計做都應建立一個(gè)描述應對其可能發(fā)生事故的預案。出了詳細的說(shuō)明。新標準規定,應對管道系統進(jìn)在裝卸LNG之前,應完成檢查裝卸管道及設備的行等同于A(yíng)SCE7規范的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)分析,并在載完整性,檢查壓力、溫度、貨輪容積參數等,確荷的計算中,應考慮OBE、SE及設計地震載荷與保轉運操作的安全性。其它載荷的疊加。在管道應力分析模型中,應考3結語(yǔ)慮支撐對管道的限制作用通過(guò)比較NFPA59A新舊版本,可以了解美國2.8LNG和制冷劑轉運LNG相關(guān)標準的發(fā)展動(dòng)向和技術(shù)要點(diǎn),為我國在LNG和制冷劑的轉運標準中,新標準增加LNG標準的修訂提供借鑒,改善我國LNG標準的了船舶裝卸的碼頭設計要求。它規定碼頭的設計制定相對滯后的局面,保證我國LNG產(chǎn)業(yè)健康應該包含下述注意事項:①波浪的特性;②風(fēng)的發(fā)展。特性;③潮流的方向;④海潮的變化;⑤碼頭的水深;⑥承沖靠船架的布置;⑦船舶?？克俣?⑧參考文獻船舶?？拷嵌?⑨最小拖拽馬力要求;①靠船墩1NFPA59A-2009,液化天然氣(LNC)生產(chǎn)、儲存和裝運的安排。并規定在船舶裝卸過(guò)程中,船舶裝卸區標準[S]域嚴禁火源。2NFPA59A-2001,液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲存和裝運標準[S]2.9操作、維護以及人員培訓3GB5008-2006,城鎮燃氣設計規范[S]對ING站場(chǎng)的日常運行、維護以及人員的培4皇甫立霞,郭開(kāi)華.液化天然氣場(chǎng)站安全技術(shù)標準規范及訓,2009版標準也做了修改,增加了相應的條款發(fā)展動(dòng)態(tài)[刀].化工學(xué)報,2009,60(S1):11-152009版標準對維護手冊的說(shuō)明進(jìn)行了修訂,(收稿日期2010-09-28)(上接第9頁(yè))19個(gè)廠(chǎng)家共27臺;采用GSP西門(mén)子氣流床氣化爐團和內蒙古世林化工公司等兩個(gè)廠(chǎng)家共4臺。的有神華寧煤集團有限責任公司等3個(gè)廠(chǎng)家共94結語(yǔ)臺;采用新型四噴嘴水煤漿氣化爐的有安徽華誼化工有限公司和兗礦國泰化工有限公司等13個(gè)廠(chǎng)面對國內煤化工行業(yè)眾多的煤氣化技術(shù),企家共33臺;采用多料漿單噴嘴頂置氣化爐的有華業(yè)如何選擇是一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題。各企業(yè)應該根據亭中煦煤化工有限公司和重慶萬(wàn)盛煤化工有限公本企業(yè)的實(shí)際情況:包括所處資源區域、原料煤司等26個(gè)廠(chǎng)家共38臺;釆用國產(chǎn)四噴嘴干煤粉加種類(lèi)、運輸情況、合成氣的用途、產(chǎn)品定位及資壓氣化爐的有貴州開(kāi)陽(yáng)化工有限公司1個(gè)廠(chǎng)家共1金狀況來(lái)選擇適合自己的煤氣化方式,這樣才能臺;釆用HT-L航天爐的有永煤集團龍宇化工有既有明顯的經(jīng)濟效益,又能滿(mǎn)足國家環(huán)保政策限公司和安徽臨泉化工有限公司等兩個(gè)廠(chǎng)家共2要求中國煤化工臺;采用兩段干煤粉加壓氣化爐的有上海申能集CNMH日期2010-11-22)