煤氣化技術(shù)的進(jìn)展與選擇分析

第2期(總第165期)煤化工No. 2(Total No 165)2013年4月Coal Chemical IndustryApr.2013煤氣化技術(shù)的進(jìn)展與選擇分析賀百廷(中國神華煤制油化工有限公司,北京100011)摘要簡(jiǎn)述了移動(dòng)床(固定床)氣化、流化床氣化、氣流床氣化3種煤氣化技術(shù)的進(jìn)展,主要從定性評價(jià)和定量評價(jià)兩方面提出了對煤氣化技術(shù)選擇的建議,認為大型化是煤氣化技術(shù)發(fā)展的方向;選擇煤氣化技術(shù)應堅持的原則是結合原料煤特點(diǎn)、項目規模、產(chǎn)品方案等實(shí)際情況,選擇技術(shù)成熟、可靠且總成本最低的方案。關(guān)鍵詞煤氣化,技術(shù)進(jìn)展,選擇文章編號:1005-9598(2013)-02-000804中圖分類(lèi)號:TQ54文獻標識碼:A煤氣化技術(shù)是現代煤化工的龍頭技術(shù),也是關(guān)鍵司(生產(chǎn)的合成氣用作鐵的直接還原劑)。技術(shù)之一,因此,了解各類(lèi)煤氣化技術(shù)及發(fā)展方向,就固態(tài)排渣魯奇氣化爐在國內外得到廣泛使用,是煤氣化技術(shù)選擇進(jìn)行探討很有必要。因為其適應高灰、高水、高灰熔融性溫度的煤。煤氣中含體積分數10%左右的甲烷比較適合煤制天然氣項1煤氣化技術(shù)的分類(lèi)及發(fā)展目,投資也相對較低。這也是國內多數煤制天然氣項目選擇魯奇爐的原因。其不足之處是:使用塊煤、煤氣1.1移動(dòng)床(固定床)氣化水量大煤氣用于合成氣時(shí)甲烷難以利用、副產(chǎn)品量移動(dòng)床(固定床)氣化分常壓和加壓兩種。常壓移少時(shí)難以加工利用。動(dòng)床氣化技術(shù),是最古老的氣化技術(shù)。該技術(shù)在冶金液態(tài)排渣BCL爐是固態(tài)排渣魯奇爐的進(jìn)一步發(fā)建材、機械等行業(yè)用于制取工業(yè)燃氣,在中小型合成展,其特點(diǎn)是氣化溫度高,灰渣呈熔融態(tài)排出,碳轉化氨廠(chǎng)用于制氫,曾在國內外得到廣泛應用。盡管?chē)@率高,合成氣質(zhì)量較好,煤氣化產(chǎn)生廢水量小并且處原料煤(焦)氣化劑、爐型、工藝組合等對常壓移動(dòng)床理難度小,單爐生產(chǎn)能力同比提高。國內某廠(chǎng)已引進(jìn)氣化作了許多發(fā)展和完善,但該氣化技術(shù)對原料要求該技術(shù),目前已有商業(yè)運行的氣化爐。由于人料粒度嚴格,單爐生產(chǎn)能力小,環(huán)境污染嚴重,能耗高。隨著(zhù)大,液態(tài)排渣,因此大型化存在一定風(fēng)險。其他煤氣化技術(shù)的不斷發(fā)展與完善,該技術(shù)終將被淘12流化床氣化汰第一個(gè)工業(yè)化流化床煤氣化爐是常壓 Winkler加壓移動(dòng)床(固定床)氣化分固態(tài)排渣魯奇爐和爐,1926年在德國投入運轉,以后各國共建有約70液態(tài)排渣BGL爐。在中國使用魯奇爐的主要企業(yè)有:臺,目前仍在運轉的已不多。云南省解放軍化肥廠(chǎng)、天脊煤化工集團公司(生產(chǎn)合在常壓 Winkler爐的基礎上,通過(guò)提高氣化溫度成氨)、哈爾濱依蘭煤氣廠(chǎng)(生產(chǎn)城市煤氣并聯(lián)產(chǎn)甲和壓力,開(kāi)發(fā)成功了HW爐,使氣化爐大型化成為可醇)河南省義馬氣化廠(chǎng)等。近幾年來(lái),新疆廣匯、大能。其最大的示范裝置是1996年完成技術(shù)設計的德唐、新汶、慶華等公司選擇魯奇爐生產(chǎn)煤基天然氣。在國IGCC項目,氣化爐處理褐煤2840t/d,空氣作氣國外使用魯奇爐的企業(yè)有:南非 Sasol(生產(chǎn)合成燃化劑,合計發(fā)電367MW,發(fā)電總效率為45%。在褐煤利料和化學(xué)品)、美國 Dakota氣化公司(生產(chǎn)替代天然用項目上,建議關(guān)注該技術(shù)。氣和合成氨原料氣)、印度 Jindal鋼鐵與電力有限公恩德氣化爐是在常壓 Winkler爐的基礎上經(jīng)過(guò)收稿日期:2012-12中國煤化工作者簡(jiǎn)介:賀百廷(1966-),男,河南,工程師,學(xué)土,1988年畢業(yè)于中國礦CNMHG技術(shù)管理工作,E-mail:hebaiting@cscic.com2013年4月賀百廷:煤氣化技術(shù)的進(jìn)展與選擇分析改進(jìn)形成的,已設計出單爐產(chǎn)粗煤氣最大為4000元料漿氣化技術(shù)、清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的水冷壁水煤漿氣化m3/h的爐型。技術(shù)等。UGas氣化爐采用灰熔聚排渣技術(shù),1993年上海Texaco煤氣化的第1套中試裝置(投煤量15焦化廠(chǎng)引進(jìn)該技術(shù),該氣化爐于2002年初停運。在此t/d)建在洛杉磯附近的 Montebello,這在煤氣化發(fā)展基礎上,開(kāi)發(fā)出了SES氣化系統。史上是一個(gè)重大開(kāi)端。目前運行中最大的裝置是美國1984年在南非 Sasol ii廠(chǎng)建成了1套KRW裝 Tampa聯(lián)合循環(huán)發(fā)電水煤漿氣化裝置,其單臺氣化爐置,氣化爐處理煤1200t/d,1987年實(shí)現工業(yè)化投煤量為2200t/d。KBR公司開(kāi)發(fā)的氣化爐屬于循環(huán)流化床加壓氣EGas氣化技術(shù)是兩段式水煤漿氣化技術(shù)。采用化爐,目前該技術(shù)處于工業(yè)示范裝置建設階段,是針對該技術(shù),目前運行最大裝置應用在 Wabash river igcc褐煤利用開(kāi)發(fā)的技術(shù),流程配置專(zhuān)注于提高能源利用示范項目,單臺氣化爐投煤量為2500t/d。據報道,效率,特別適合于IGCC項目。據報道,目前國內有兩家韓國的1個(gè)煤制天然氣項目采用了該技術(shù)。公司引進(jìn)該技術(shù)。建議關(guān)注該技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程。由華東理工大學(xué)與兗礦集團聯(lián)合開(kāi)發(fā)的多噴嘴對由中國科學(xué)院山西煤化所開(kāi)發(fā)的ICC灰熔聚氣置式水煤漿氣化技術(shù),目前已轉讓了80多臺氣化爐?；癄t,于2001年在陜西省城化股份有限公司進(jìn)行了已運行的氣化爐有22臺(套),單爐最大投煤量為2000100t/d制合成氣工業(yè)示范裝置試驗,累計運行8000ht/d,在建或設計的氣化爐有59臺(套),單爐最大投以上,所產(chǎn)煤氣滿(mǎn)足合成氨生產(chǎn)需要。2009年投產(chǎn)的煤量為3000t/d。由于該氣化爐容易放大,目前成為晉煤集團煤經(jīng)甲醇制汽油項目也采用該技術(shù),氣化壓在大型化方面最具優(yōu)勢的水煤漿氣化爐。力0.6MPa。西北化工研究院開(kāi)發(fā)成功了多元料漿氣化技術(shù),13氣流床氣化該技術(shù)在中小項目中具有較大優(yōu)勢。1.3.1干粉煤氣化清華大學(xué)和山西豐喜肥業(yè)公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)了清華最早實(shí)現工業(yè)化的氣流床氣化工藝當首推K-T爐。第一代清華爐采用耐火磚結構,分級給氧,約有爐(1952年),之后先后建設了77臺爐子。20世紀8020余臺氣化爐建成運行或即將投運。新開(kāi)發(fā)的二代年代后,隨著(zhù)第二代粉煤氣化技術(shù)的工業(yè)化,K-T爐爐釆用水冷壁結構,清華大學(xué)已經(jīng)掌握水冷壁爐水煤已停止再建設。 Krupp-Uhde公司開(kāi)發(fā)了加壓氣流床氣漿點(diǎn)火技術(shù)。二代清華爐技術(shù)與傳統的水煤漿耐火磚化工藝簡(jiǎn)稱(chēng) Prenflo,用于在西班牙的 Puertollano氣化技術(shù)相比,單位有效氣能耗、物耗基本不變,但減建設IGCC示范廠(chǎng),其單臺氣化爐投煤量為2600少了耐火磚采購、筑爐費用,提高了年度運轉時(shí)間,節t/d。 Shell公司開(kāi)發(fā)了自己的煤氣化工藝簡(jiǎn)稱(chēng)約了運行成本,同時(shí)煤種適應性更寬。SCGP,現已進(jìn)入商業(yè)化運行。Shel氣化爐在國內也有許多用戶(hù),由于 Shell氣化爐廢鍋流程投資高,2煤氣化技術(shù)的選擇2011年2月Shel1公司和惠生公司宣布聯(lián)合開(kāi)發(fā)混合氣化技術(shù)(干粉底部激冷氣化技術(shù)),如果該技術(shù)開(kāi)煤氣化技術(shù)的比選是項目業(yè)主的一項重要工作。發(fā)成功,結合She1l在干粉氣化大型化方面的優(yōu)勢,些煤化工項目建成并運轉一段時(shí)間后,業(yè)主不得不在未來(lái)將會(huì )成為比較有競爭力的技術(shù)。根據已經(jīng)建成的煤氣化裝置重新尋找和確定新的原GsP氣化爐是一種下噴式加壓氣流床液態(tài)排渣料煤來(lái)源,甚至造成守著(zhù)煤礦沒(méi)有合適的煤可用、要氣化爐,用直接水冷代替了余熱回收鍋爐。2010年底用其他地方合適煤炭的尷尬局面。越來(lái)越多的專(zhuān)業(yè)人建成的神華寧煤MTP項目,使用了5臺GSP氣化爐士已經(jīng)認識到煤氣化技術(shù)選擇的重要性,但是對煤氣航天爐和GSP氣化爐類(lèi)似。2009年10月,“HT+L化技術(shù)的選擇方法缺乏清晰的認識。作者結合自己多航天粉煤加壓氣化技術(shù)”通過(guò)了由中國石油和化學(xué)工年的工作經(jīng)驗,提出如下煤氣化技術(shù)選擇的建議供參業(yè)協(xié)會(huì )組織的科技成果鑒定。目前在國內有許多用考戶(hù),該技術(shù)更適于干粉氣化的中小型項目。21定性評價(jià)1.3.2水煤漿煤氣化定性評價(jià)包括的內容為:煤氣化技術(shù)對項目原料具有代表性的技術(shù)有:GE( Texaco)氣化工藝、煤煤質(zhì)及其波中國煤化工乍的最低負荷E-Gas兩段式水煤漿氣化技術(shù)、中國自主開(kāi)發(fā)的多噴與最高負荷、CNMH(某氣化爐放大嘴對置式水煤漿氣化工藝、西北化工研究院開(kāi)發(fā)的多潛力、業(yè)績(jì)、氣化爐可靠性指標、單臺氣化爐在線(xiàn)率指10煤化工2013年第2期標、環(huán)境影響數據、專(zhuān)利商工程服務(wù)能力等。(1)單臺氣化爐可靠性指標(用%表示),計算公式2.1.1煤氣化技術(shù)對煤質(zhì)及其波動(dòng)的適應性如下:單臺氣化爐可靠性=(8760-非計劃年度停車(chē)對于水煤漿煤氣化技術(shù),應關(guān)注水煤漿濃度、煤時(shí)間)/8760?；液?、灰熔融性溫度等主要指標。水煤漿濃度是(2)單臺氣化爐在線(xiàn)率指標(用%表示),計算公式個(gè)非常重要的指標,一般要求質(zhì)量分數在60%以上,如下:單臺氣化爐在線(xiàn)率=(8760計劃年度停車(chē)時(shí)如果水煤漿濃度過(guò)低,將影響其經(jīng)濟性。對于干粉煤間-非計劃年度停車(chē)時(shí)間)87060=年度累計運行時(shí)氣化技術(shù),煤灰的黏溫特性是一個(gè)非常重要的指標,間/8760它與氣化爐水冷壁渣層特性具有很大的關(guān)聯(lián)性,一般單臺氣化爐可靠性指標和單臺氣化爐在線(xiàn)率指希望黏溫曲線(xiàn)比較平緩,以便氣化爐的操作窗口較標是決定煤化工項目氣化爐配置的重要數據,應盡可大,否則,厚度薄的渣層將縮短氣化爐水冷壁的壽命,能從近幾年運行的同類(lèi)型工廠(chǎng)中收集原始數據,然后厚度厚的渣層將容易造成堵渣,嚴重時(shí)要停爐處理。通過(guò)計算進(jìn)行比較。有的專(zhuān)利商提供的數據時(shí)間段偏對于干粉煤氣化廢鍋流程,飛灰的黏污指數是一個(gè)重短,不具有代表性。要指標,如果形不成大顆粒飛灰,嚴重時(shí)將堵塞氣體2.1.7環(huán)境影響數據通道,需停爐處理。另外,均勻的原料煤是保證一體化以采用不同技術(shù)的煤氣化島所排放的固、液、氣現代煤化工裝置連續、穩定運行的重要條件,由于煤數量和組成數據為基礎,計算每種技術(shù)的污染物排放炭品質(zhì)的不均勻性,現代煤氣化技術(shù)要求最好對原料總量,然后進(jìn)行比較。如對固體排放物進(jìn)行毒物評價(jià),煤進(jìn)行均質(zhì)化,而均質(zhì)化又受到場(chǎng)地和操作成本的限對液體排放物計算其COD指標,對氣體排放物計算制。因此,希望選定的煤氣化技術(shù)能適應特定的原料其固體顆粒、硫化物和氮化物等。煤并對煤質(zhì)波動(dòng)有較強的適應性。2.1.8專(zhuān)利商工程服務(wù)能力2.1.2裝置穩定操作的最低負荷與最高負荷專(zhuān)利商工程服務(wù)能力指煤氣化技術(shù)專(zhuān)利商在工當煤氣化裝置只有1臺氣化爐時(shí),事故情況下程設計階段及施工、試車(chē)、正常運行階段,對其專(zhuān)利技(不影響氣化爐的低負荷運行),煤氣化裝置的低負荷術(shù)的支持能力和客戶(hù)的滿(mǎn)意程度運行對上下游裝置的連續操作非常重要,事故處理完22定量評價(jià)畢后,系統恢復到正常負荷所需的時(shí)間就會(huì )很短。煤首先確定氣化技術(shù)方案的比較范圍,一般包括:原氣化裝置有多臺氣化爐時(shí),即使1臺氣化爐停運,整料制備、氣化、變換、低溫甲醇洗、制冷、硫回收等;其次個(gè)系統也可以不中斷。估算比較范圍內的投資。對于空分,分兩種情況進(jìn)行比2.1.3單臺煤氣化爐最大能力較:(1)考慮其投資時(shí)則要考慮公用工程,尤其是蒸汽單位時(shí)間單臺氣化爐生產(chǎn)合成氣(一氧化碳+氫消耗;(2)如果不考慮其投資,則要計算產(chǎn)品氧氣、氮氣氣)的標準體積,用m/h表示。有的專(zhuān)利商用每天處消耗。理的煤炭量來(lái)表示,在煤質(zhì)差異很大的情況下,單位基于比較范圍內的物料平衡、燃料平衡、水平衡時(shí)間單臺氣化爐生產(chǎn)合成氣(一氧化碳+氫氣)的標蒸汽平衡,確定比較范圍內的物料及公用工程消耗數準體積相差較大,尤其是對于不同的煤氣化技術(shù),比據。對于公用工程消耗數據,要考慮蒸汽透平機的進(jìn)較的基準不是很科學(xué)。汽和冷凝液的不同。不同的氣化方案對全廠(chǎng)的鍋爐系2.1.4煤氣化爐放大潛力統、污水處理系統的投資也會(huì )有影響。一般情況下,一個(gè)項目從開(kāi)始做前期工作到執行基于投資和消耗數據、價(jià)格假設體系,計算兩種階段,都有一個(gè)時(shí)間段,尤其是大項目,常常需要幾年方案的凈現值及凈現值差。該計算結果是選擇煤氣化的時(shí)間,在這段時(shí)間內,也許具有競爭力的某項煤氣技術(shù)的重要依據?；夹g(shù)的發(fā)展會(huì )上一個(gè)新臺階。因此,關(guān)注具有放大23商務(wù)條款評價(jià)潛力的煤氣化技術(shù),也為項目選擇合適的煤氣化技主要對技術(shù)許可協(xié)議的商務(wù)條款進(jìn)行評價(jià),該評術(shù)多了一個(gè)比較的方案。價(jià)結果作為選擇煤氣化技術(shù)的參考。2.1.5業(yè)績(jì)24商務(wù)價(jià)格評價(jià)將商業(yè)規模已在運行的和已經(jīng)簽署許可證協(xié)議在估算的氣化爐臺數和總產(chǎn)氣量作為評價(jià)業(yè)績(jì)的標準。價(jià)格可不作H中國煤化工資數據,商務(wù)CNMHG用工程費用,2.1.6氣化爐可靠性指標、單臺氣化爐在線(xiàn)率指標商務(wù)價(jià)格要單獨進(jìn)行評價(jià)。2013年4月賀百廷:煤氣化技術(shù)的進(jìn)展與選擇分析-11進(jìn)展;對于水煤漿氣化,建議關(guān)注投煤量3000t/d多3結論噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)的進(jìn)展。32選擇技術(shù)成熟、可靠,總成本最低的方案是煤氣31大型化是煤氣化技術(shù)發(fā)展的方向。對于固定床化技術(shù)選擇應堅持的原則。在進(jìn)行煤氣化技術(shù)比選氣化,建議關(guān)注氣化爐在單爐負荷、氣化壓力、爐徑擴時(shí),一定要結合煤氣化技術(shù)的發(fā)展方向、項目規模、產(chǎn)大等方面的進(jìn)展;對于流化床氣化,建議關(guān)注HTW和品要求、原料煤特點(diǎn)的實(shí)際,首先選出能夠使用的煤KBR氣化爐的進(jìn)展;對于干粉氣流床氣化建議關(guān)注氣化技術(shù),然后進(jìn)行技術(shù)、商務(wù)評價(jià),以便選擇出在項Shell公司和惠生公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的混合氣化技術(shù)的目的生命周期內,總成本最低的煤氣化技術(shù)方案。rogress of the Coal Gasification Technologies and Their SelectionsBaitingChina Shenhua Coal to Liquid and Chemical Co, Ltd, Beijing 100011, China)Abstract The progress of the three coal gasification technologies, namely moving bed(fixed bed), fluidized bed andentrained-flow bed technologies were introduced in brief. It stated that the selection of the aforementioned coal gasificationtechnologies should go through qualitative and quantitative evaluations, and such a selection should be based on the principle whether the technology was proven, reliable and low in the total construction costKey words coal gasification, technology progress, selectionEeteeeeeeeceeeeeeceee