煤氣化工藝選擇之我見(jiàn)

河南化工●8.HENAN CHEMICAL INDUSTRY2008年第25卷煤氣化工藝選擇之我見(jiàn)張金陽(yáng)(安陽(yáng)化學(xué)工業(yè)集團有限責任公司,河南安陽(yáng)45513)3摘要:概述了煤氣化工藝的發(fā)展趨勢,分析了中國煤氣化技術(shù)現狀,提出了煤氣化工藝選擇的原則，簡(jiǎn)要敘述幾種主要煤氣化工藝的特點(diǎn)及現階段存在的問(wèn)題。關(guān)鍵詞:煤氣化;工藝;現狀;選擇中圖分類(lèi)號:TQ546文獻標識碼:A文章編號:1003 - 3467(2008)01 -0008 -03Choice of Coal Gasification ProcessZHANG Jin - yang( Anyang Chemical Industry Group Co. Ltd. , Anyang 455133 ，China)Abstract: The development trend of coal gasification process is summarized. The current situation of coalgasification technology in China is analyzed. The choice principle for coal gasification process is put for-ward. Several major characteristics of the coal gasification process and the existing problems at this stageare briefly described.Key words :coal gasification ; process ; present situation ; selection少帶出物損失。1煤氣化工藝 發(fā)展趨勢簡(jiǎn)述煤氣化是煤化I產(chǎn)業(yè)的龍頭,粉煤氣化技術(shù)是2我國煤氣化技術(shù)的現狀發(fā)展煤基化學(xué)品、煤基液體燃料、IGCC發(fā)電、多聯(lián)產(chǎn)2.1 固定層間歇氣化技術(shù)仍占主導地位, 急需技術(shù)系統制氫等工藝過(guò)程的共性技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)。由改造和淘汰于合成氨、甲醇、二甲醚、煤制油、煤制烯烴等產(chǎn)業(yè)的雖然國外已開(kāi)發(fā)成功多種煤氣化技術(shù),但目前快速發(fā)展,中國的煤炭氣化工藝正由老式的UCI爐在國內較為成熟的仍然是常壓固定床氣化技術(shù),以塊煤間歇氣化迅速向先進(jìn)的粉煤氣化工藝過(guò)渡,呈UGI、水煤氣兩段爐、發(fā)生爐兩段爐等固定床氣化技現出對各類(lèi)粉煤氣化技術(shù)及裝備的強勁需求。術(shù)為主。常壓固定床氣化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單,為了提高煤氣化的氣化率和氣化爐氣化強度，投資小;但技術(shù)落后,能力和效率低,污染重,急需技改善環(huán)境,20世紀70年代以來(lái)世界各國加快了新術(shù)改造和淘汰。以常用的直徑為3 m的發(fā)生爐為一代煤氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā) 和工業(yè)化進(jìn)程?？偟陌l(fā)展趨例,能力僅為50 Vd(折日產(chǎn)合成氨生產(chǎn)能力,下勢是氣化壓力由常壓向中高壓(8.5 MPa)發(fā)展;氣同),引進(jìn)的一般加壓LURGI爐能力也達500Ud,化溫度向高溫(1 500~1 600 C)發(fā)展;氣化原料向更不要說(shuō)目前SHELL粉煤氣已達1500 Vd以上。多樣化發(fā)展;固態(tài)排渣向液態(tài)排渣發(fā)展。固態(tài)床、流目前我國正在運轉的常壓固定床氣化爐有四千化床、氣流床等幾種不同類(lèi)型的煤氣化技術(shù)均取得多臺。固定床氣化工藝需要使用塊煤,尤其是化肥了較大的進(jìn)展。行業(yè)普遍采用的水煤氣爐目前只使用無(wú)煙塊煤和焦從當前國外煤氣化技術(shù)發(fā)展趨勢看,大型化、加炭,而機械化采煤使塊煤率下降,導致塊煤資源緊壓、適應多種粉煤、低污染、易凈化是煤氣化的發(fā)展張,原料成本上升。另外,水煤氣工藝氣化效率低,方向。國外新開(kāi)發(fā)的氣化爐都采用加壓氣化工藝，吹風(fēng)氣排放污染環(huán)境,這也是國家提出加快對氮肥提高氣化強度,增加單爐的產(chǎn)量,節約壓縮能耗,減行業(yè)中國煤化工YHCNMHG收稿日期:2007 -10-19作者簡(jiǎn)介:張金陽(yáng)(1971 - ),男,高級工程師,中國氮肥工業(yè)協(xié)會(huì )專(zhuān)家委員會(huì )委員,從事企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)和管理工作,電:(0372)5400144第1期張金陽(yáng):煤氣化工藝選擇之我見(jiàn)2.2各種煤氣化工藝紛至 沓來(lái),中國成為國外各種擬建項目應盡可能采用先進(jìn)的工藝和技術(shù)是大家的煤氣化工藝的“試驗場(chǎng)”共識,要按照達到國內領(lǐng)先并盡可能接近或達到國正是由于固定層間歇氣化工藝的落后,20世紀際水平的要求。80年代,我國引進(jìn)了LURGI固定床、U- GAS流化.2 適合企業(yè)發(fā)展實(shí)際床TEXACO氣流床煤氣化技術(shù)，近期又形成新-輪這是關(guān)鍵因素,一-是與項目的生產(chǎn)能力相匹配,引進(jìn)SHELL粉煤氣化技術(shù)的熱潮,世界上所有類(lèi)型不同的建設規模需要不同的氣體成分、氣化壓力,對的煤氣化技術(shù)在我國幾乎都有應用。應著(zhù)不同的工藝技術(shù);二是與原材料、輔助材料和燃在上述技術(shù)中,氣化工藝按進(jìn)料方式不同分干料相適應;三是與設備(包括國內和國外供應設備、煤粉進(jìn)料和水煤漿進(jìn)料,按爐內氣流方向分上行和主要和輔助設備)相適應;四是與員工素質(zhì)和管理下行兩類(lèi),按換熱方式分廢鍋型和直接水激冷型,按水平相適應;五是與環(huán)境保護要求相適應,盡可能采噴嘴的數量和布置分單噴嘴直噴和多噴嘴對噴,按用清潔生產(chǎn)技術(shù)。氣化爐內是否村有耐火保溫材料分熱爐壁和水冷3.3穩妥可靠并具有 工業(yè)化運行業(yè)績(jì)壁,按進(jìn)料方式分- -段式和兩段式等等。加之國內技術(shù)必須成熟可靠,必須保證技術(shù)性能和生產(chǎn)各研究院所也相繼推出自己的煤氣化工藝,真正在能力,一般應采用已充分驗證并已在使用的技術(shù)國內形成了“百花齊放、百家爭鳴”的局面,對這些(提供方應有成功使用的經(jīng)驗)。不能冒險采用未.煤氣化技術(shù)的評價(jià)也是眾說(shuō)紛紜。經(jīng)中試就工業(yè)化的技術(shù)。對于尚在試驗階段的新技2.3煤氣化工藝難以選擇術(shù)新工藝新設備、新材料,應采取積極和慎重的態(tài)正是由于上述情況,造成了企業(yè)在確定煤氣化度。工藝方面存在較大困難,這主要是由以下幾個(gè)方面3.4考慮知識產(chǎn)權安全方面可能遇到的問(wèn)題決定的:應注意工藝技術(shù)的來(lái)源和所有者權益。對于專(zhuān)2.3.1煤種利技術(shù),應研究工業(yè)產(chǎn)權問(wèn)題,包括它的使用范圍和中國各地的煤種性質(zhì)差別很大,就是同一地區有效期限。專(zhuān)有技術(shù)交易必須具備兩個(gè)條件:一是的煤種也有不同,而- - -種煤氣化工藝往往只對應一必須具備實(shí)際應用的經(jīng)驗,是成熟和完整的技術(shù);二個(gè)相對穩定的煤種,這就出現了前-一時(shí)期個(gè)別企業(yè)是必須能夠鑒定與辨別的,能用技術(shù)資料與文件轉守在煤礦邊卻要千里迢迢到外省區調煤的原因。讓的。2.3.2投資3.5節 能安全和環(huán)保必須達到國家要求各種煤氣化工藝對應的投資相差很大,有時(shí)相所選擇的工藝技術(shù)應確保節能、安全并實(shí)現清差數倍,部分企業(yè)在選擇煤氣化工藝時(shí)也想選擇最潔生產(chǎn),“三廢”排放量能有效治理。先進(jìn)的技術(shù),但苦于資金困擾無(wú)法實(shí)施,但又不愿選4幾種煤氣化工藝的簡(jiǎn)要評述擇技術(shù)-一般的工藝,最終陷人兩難的境地。2.3.3多數技術(shù)缺少 國內運行的經(jīng)驗4.1 TEXACO 水煤漿氣化近幾年各種加壓煤氣化技術(shù)可謂是“方興未TEXACO水煤漿氣化采用水煤漿進(jìn)料、液態(tài)排艾”,但目前前期項目和正在施工的多,真正投運的渣、在氣流床中加壓氣化,水煤漿與純氧在高溫高壓很少,即使投運的多數也還處于試運行階段,還不能下反應生成煤氣。進(jìn)行全面、系統的評價(jià)。氣化爐主要結構是水煤漿單噴嘴下噴式,大部2.3.4技術(shù)交流較少分是采用水激冷工藝流程,單爐容量目前最大可達;由于技術(shù)保密等因素,即使是同- -種煤氣化技日投煤量2 000 t,操作壓力大多采4 MPa.6. 5 MPa,術(shù),不同企業(yè)之間也鮮有交流,這就造成了類(lèi)似的問(wèn)少數項目也已達到8. 4 MPa。題在不同企業(yè)重復出現,也對該技術(shù)盡快穩定運行我國引進(jìn)該技術(shù)最早的是山東魯南化肥廠(chǎng),于造成了較大影響。.1993年投產(chǎn)，后來(lái)又有若干廠(chǎng)使用,目前已有十來(lái)家中國煤化工:化壓力6.0 MPa)、3煤氣化工藝選擇原則淮南CN M H G南(氣化壓力2.03.1適度先進(jìn)并代表行業(yè)發(fā)展方 向MPa)。工藝技術(shù)的先進(jìn)性決定了項目的市場(chǎng)競爭力。由于國內已經(jīng)完全掌握了TEXACO氣化工藝,河南化工●10.HENAN CHEMICAL INDUSTRY2008年第25 卷積累了大量的經(jīng)驗,因此設備制造、安裝和工程實(shí)施氣化爐已經(jīng)獲得國家發(fā)明專(zhuān)利。周期短,開(kāi)車(chē)運行經(jīng)驗豐富,達標達產(chǎn)時(shí)間也相對較該技術(shù)目前尚無(wú)運行的工業(yè)裝置,但2 000 Vd短,主要問(wèn)題是對使用煤質(zhì)有- -定的選擇性,同時(shí)存級兩段式干煤粉加壓氣化爐(廢鍋流程)已經(jīng)應用在氣化效率相對較低、氧耗相對較高及耐火磚壽命于華能集團“綠色煤電”項目,預計于2009年建成;短等問(wèn)題,但隨著(zhù)在國內投運時(shí)間的延長(cháng)部分問(wèn)題1 000 Vd級兩段式干煤粉加壓氣化爐(激冷流程)已得到有效解決。已經(jīng)應用于內蒙古世林化工有限公司年產(chǎn)30萬(wàn)t4.2多 噴嘴對置水煤漿氣化甲醇項目,預計于2008年投運。本項技術(shù)是“九五”期間由華東理工大學(xué)、兗礦4.5 HT-L 氣化技術(shù)魯南化肥廠(chǎng)、中國天辰化學(xué)工程公司合作開(kāi)發(fā)的。該技術(shù)由中國航天科技集團公司北京航天動(dòng)力2000年10月通過(guò)原國家石油和化學(xué)工業(yè)局組織的研究所研制,氣化爐結構結合了SHELL和TEXACO鑒定和驗收。示范裝置為兗礦國泰化工有限公司,的優(yōu)點(diǎn),目前正在進(jìn)行包括安徽臨泉化工股份有限建成兩套日投煤1 150 t的氣化爐,操作壓力4. 0公司、濮陽(yáng)龍宇化工等示范項目的建設。MPa,生產(chǎn)24萬(wàn)Va甲醇,聯(lián)產(chǎn)71.8MW發(fā)電。裝4.6西北化工研究院多 元料漿氣化工藝置已于2005年10月投人運行。第二個(gè)項目是應用多元料漿氣化技術(shù)(MCSG)是由西北化工研究在華魯恒升化工股份有限公司大氮肥國產(chǎn)化工程，院開(kāi)發(fā)的大型煤氣化技術(shù),該技術(shù)采用濕法氣流床建設-套多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置,日投煤氣化概念,以煤、石油焦、石油瀝青等含碳物質(zhì)和油750 t,操作壓力6.5 MPa,裝置已于2005年6月初(原油.重油、渣油等)、水等經(jīng)優(yōu)化混配形成多元料投入運行。漿,料漿與氧通過(guò)噴嘴混合后瞬間氣化,具有原料適該工藝仍屬于水煤漿氣化的范疇,與TEXACO應性廣、氣化指標先進(jìn)、技術(shù)成熟可靠、投資費用低的主要區別是由TEXACO單噴嘴改為對置式多噴等特點(diǎn),目前在國內已有三套工業(yè)裝置平穩運行。嘴,強化了熱質(zhì)傳遞,氣化效果較好,但多噴嘴需要4.7 GSP 煤氣化技術(shù)設置多路控制系統,增加了設備投資和維修工作量。該技術(shù)氣化爐主要結構是單噴嘴下噴式干煤粉由于是國內技術(shù),工藝包及專(zhuān)有技術(shù)使用費較引進(jìn)加壓氣流床氣化,根據煤氣用途不同可用直接水激技術(shù)有較大幅度的降低。冷,如化工合成氣用戶(hù)。也可用廢鍋回收熱量,產(chǎn)生4.3 SHELL 粉煤氣化高壓蒸汽,如IGCC發(fā)電用戶(hù), GSP煤氣化技術(shù)由德SHELL粉煤氣化的氣化爐主要結構是干煤粉國西門(mén)子集團擁有。多噴嘴.上行廢鍋氣化并采用冷爐壁,冷煤氣回爐激GSP氣化技術(shù)存在的主要問(wèn)題是在單爐能力和冷熱煤氣,煤氣冷卻采用廢鍋流程。由于殼牌氣化生產(chǎn)長(cháng)期運行考驗方面還存在不足,目前已運行過(guò)技術(shù)上具有突出的優(yōu)點(diǎn)吸引了國內一些企業(yè)紛紛引的裝置,單爐能力只有日投褐煤720 t的規模,運行進(jìn),目前已有十余家。本工藝的最大缺點(diǎn)是投資大,時(shí)間的記錄也不是很長(cháng)。設備造價(jià)過(guò)高;合成氣換熱采用廢鍋形式增加了投5結束語(yǔ)資,對需要水蒸氣成分的化工生產(chǎn)來(lái)看直接用水激冷更合理;干燥、磨煤、高壓氮氣及回爐激冷用合成煤氣化工藝是煤化工的基礎和關(guān)鍵,煤氣化裝氣的加壓所需的功耗較大等。目前在中國國內已投置投資巨大,加之多數煤氣化裝置為單系列配置,一運的包括湖北雙環(huán)、中石化三家(湖北化肥、安慶石旦選擇了氣化工藝也就決定了煤化工項目投運后能化、岳陽(yáng)石化)和柳化等五套裝置。否實(shí)現“安穩長(cháng)滿(mǎn)優(yōu)運行及項目的競爭能力。4.4西安 熱工院兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)總之,企業(yè)在確定煤氣化工藝時(shí)- -定 要根據企該技術(shù)氣化爐采用水冷壁爐膛、液態(tài)排渣,運行業(yè)實(shí)際做多方案的綜合比較,綜合原料煤種、投資、時(shí),向下?tīng)t膛內噴人粉煤、水蒸氣和氧氣,向上爐膛技術(shù)可靠程度等因素進(jìn)行全面的技術(shù)經(jīng)濟評價(jià),在噴人少量粉煤和水蒸氣。利用下?tīng)t膛的煤氣顯熱進(jìn)全面比選和評價(jià)的其礎上確定煤氣化工藝,使項目行上爐膛煤的熱解和氣化反應,以提高總的冷煤氣建成中國煤化工風(fēng)險降至最低。效率;同時(shí)顯著(zhù)降低熱煤氣溫度,使得爐膛出口的煤YHCNMHG氣降溫至灰熔點(diǎn)以下,從而省去冷煤氣激冷流程,該