煤氣化技術(shù)現狀、發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化應用

第1期(總第140期)煤化工No.1 (Total No. 140)2009年2月__Coal Chemical IndustryFeb.2009煤氣化技術(shù)現狀、發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化應用高恒劉宏建(河南省煤氣(集團)有限責任公司義馬氣化廠(chǎng),義馬472300)摘要介紹了幾種主要煤氣化技術(shù)的發(fā)展情況及在我國的應用現狀，評述了各煤氣化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),認為加壓固定床煤氣化技術(shù)成熟,更適于大型化、多聯(lián)產(chǎn)的煤制天然氣裝置;流化床氣化技術(shù)有待發(fā)展;而具有自主知識產(chǎn)權的氣流床氣化技術(shù)將有廣闊的發(fā)展空間。關(guān)鍵詞煤氣化固定床氣化 流化床氣化氣流床氣化文章編號:1005-9598 (2009) -01-0037-03中圈分類(lèi)號 :TQ546文獻標識碼:A煤化工產(chǎn)業(yè)是以煤為主要原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品的式。20 世紀80年代以來(lái),我國已引進(jìn)4套現代化的產(chǎn)業(yè),是化學(xué)工業(yè)的重要組成部分包括煤焦化、煤氣Lurgi氣化裝置,其中3套用于生產(chǎn)城市煤氣,1套用化、煤液化、化肥、碳一化工和電石等行業(yè),涵蓋以煤.于生產(chǎn)合成氨,在設計、安裝和運行方面均已取得豐為原料生產(chǎn)焦炭、電石、化肥、甲醇、二甲醚,油品、烯富經(jīng)驗。該氣化技術(shù)原料適應范圍廣,除黏結性較強烴等產(chǎn)品。煤氣化被譽(yù)為煤化工產(chǎn)業(yè)的龍頭技術(shù),目的煙煤外，從褐煤到無(wú)煙煤均可氣化,且可氣化灰分前可作為大型工業(yè)化運行的煤氣化技術(shù),可分為固定高的劣質(zhì)煤。Lurgi 氣化爐中煤與氣化劑逆向運動(dòng),床氣化技術(shù)、流化床氣化技術(shù).氣流床氣化技術(shù)。爐溫較低,采用固態(tài)排渣。Lurgi固定床氣化工藝成熟可靠,包括所副產(chǎn)焦1固定床氣化技術(shù)油在內的氣化效率、碳轉化率氣化熱效率都較高,氧耗是在各類(lèi)氣化工藝中最低的,且原料制備、排渣處1.1 常壓固定床煤氣化技術(shù)理簡(jiǎn)單。由于煤氣中含有CH,熱值是各類(lèi)氣化工藝中常壓固定床煤氣化是以空氣、蒸汽、氧氣為氣化最高的,適合于生產(chǎn)城市煤氣。劑,在常壓下將煤轉化成煤氣的過(guò)程中。由于該技術(shù).傳統觀(guān)念認為,若選擇Lurgi固定床氣化工藝制成熟可靠、操作簡(jiǎn)單、投資少、建設期短,在國內冶金、合成氣存在以下問(wèn)題:(1)煤氣成分復雜。合成氣中建材、機械等行業(yè)廣泛用于制取燃氣;在中小型合成含不直接參與合成的CH,約10%~18%,如果將這些CH4氨廠(chǎng)、甲醇廠(chǎng)用于制取合成氣;在用氣量較少的小型轉化成H2、CO,勢必投資大、成本高。(2)大量冷凝污水化工裝置中用于制取Co和H2。這種煤氣化技術(shù)的缺需處理。污水中含大量焦油、酚、氨等,因此需建焦油點(diǎn)是原料煤要求較高,且單爐生產(chǎn)能力小.渣中殘碳回收裝置,且酚、氨回收和生化處理裝置增加了投資較高、氣化為常壓煤氣的壓縮功耗高。隨著(zhù)煤氣化技和原材料消耗。(3)Lurgi 氣化技術(shù)原料為5mm~50mm術(shù)的不斷發(fā)展,及國家對煤化工準人生產(chǎn)規模要求的塊煤,若購原煤則有占總量50%~55%的粉煤需處理[2。提高,在新建的大型煤化工裝置中一般不采用此技術(shù)。但是經(jīng)過(guò)多年的生產(chǎn)實(shí)踐,我們認為:(1)換個(gè)角1.2 加壓固定床煤氣化技術(shù)度去考慮,煤氣中CH,的含量高,不是缺點(diǎn),而是優(yōu)魯奇加壓氣化(Lurgi)技術(shù)是加壓固定床氣化技點(diǎn),從煤氣中分離出CH,可以緩解目前我國生活用天術(shù)的代表,在20世紀30年代已實(shí)現工業(yè)化,義馬氣然氣緊張的局面,其余CO和H2用于合成氣。(2)由于化廠(chǎng)單臺爐運行可達172天，是比較成熟的氣化模虧水中國煤化工可將這些產(chǎn)品回.收,焦,這等于將煤中的收稿日期:2008-10-25焦油:MYHCN M HGe化廠(chǎng)已用焦油作者簡(jiǎn)介:高恒(1969-),男,1992年畢業(yè)于鄭州輕工加氫制取汽油和柴油,并取得了很好的經(jīng)濟效益。(3)學(xué)院。商級工程師,現主要從事煤化工生產(chǎn)技術(shù)工作。Lurgi氣化技術(shù)原料可以通過(guò)型煤得到解決,目前義- 38-煤化工2009年第1期馬氣化廠(chǎng)已經(jīng)完成了15%的摻燒試驗并取得成功,正.年的設備調試和完善,2007年12月完成了1. 0MPa在進(jìn)行更大比例的摻燒試驗。的長(cháng)周期試驗,取得了較好的數據并積累了一定的運我國對能源節約日益重視,煤化工裝置要求大型行經(jīng)驗?，F能夠達到的操作壓力為0.03MPa~0.6MPa,化、多聯(lián)產(chǎn)。Lurgi 加壓固定床煤氣化技術(shù)同樣適于單臺氣化爐處理煤的能力為100t/d-300t/d,可配套大型化(多臺氣化爐并運)、多聯(lián)產(chǎn)的煤化工裝置。如.20kt/a-60kt/a合成氨或甲醇。目前正在實(shí)施的工業(yè)南非薩索爾已使用了97臺Lurgi氣化爐;新疆廣匯項目有:(1)山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團有限公司6臺新能源有限公司準備建設16臺Lurgi氣化爐;中國0. 6MPa灰熔聚流化床粉煤氣化裝置生產(chǎn)100kt/a 汽大唐電力公司也將在內蒙古自治區上煤制天然氣項油所需的化工合成氣;(2)內蒙古霍煤雙興煤氣化有目,采用46臺Lurgi氣化爐。限責任公司0. 6MPa氣化裝置生產(chǎn)60km/h煤氣;(3)河北石家莊金石化肥廠(chǎng)0. 6MPa灰熔聚流化床粉煤氣2流化床氣化技術(shù)化裝置生產(chǎn)50kt/a 合成氨等。流化床氣化又稱(chēng)為沸騰床氣化,以小顆粒煤為氣3氣流床氣化技術(shù)化原料。這些細粒煤在自下而上的氣化劑吹力作用.下,保持著(zhù)連續不斷、無(wú)秩序沸騰和懸浮狀態(tài)的運動(dòng),3.1 水煤漿氣化技術(shù)迅速地進(jìn)行混和及熱交換,使整個(gè)床層溫度和物料組，3.1.1德士古氣化技術(shù)成均一。為適應裝置大型化的要求,流化床煤氣化有德士古氣化技術(shù)是由美國德士古開(kāi)發(fā)公司開(kāi)發(fā)向高壓發(fā)展的趨勢,但壓力增加，會(huì )造成進(jìn)煤和排灰.的。它是將煤磨成水煤漿,加人添加劑.助熔劑等形成工段的困難。由于其氣化溫度較氣流床低,且氣化煤黏度為0. 8Pa.s~1. OPa.s、煤漿質(zhì)量分數為60%以上的顆粒比氣流床大,使其氣化不徹底,飛灰和渣中的的漿狀物,加壓后噴人爐內,與純氧進(jìn)行燃燒和部分殘碳均較高;如果氣化原料中小于1mm的粉煤太多;氧化反應,在1 300C~1 400C下氣化,生產(chǎn)合成原料也會(huì )造成氣化爐帶出物多、操作困難及增加消耗等問(wèn)氣。該技術(shù)在世界上已有幾十套工業(yè)化裝置正在運題,所以流化床煤氣化技術(shù)發(fā)展較慢。行,其中有二十幾套在我國，包括陜西渭河化肥廠(chǎng)、上2.1美國U-gas 煤氣化技術(shù)海焦化廠(chǎng)三聯(lián)供裝置、山東魯南化肥廠(chǎng)和安徽淮南化U-gas煤氣化工藝由美國煤氣化工藝研究所開(kāi)肥廠(chǎng)等。魯南化肥廠(chǎng)用于生產(chǎn)合成氨原料氣,采用激發(fā)。1993年,上海焦化廠(chǎng)引進(jìn)U-gas煤氣化技術(shù)及設.冷流程,操作壓力為3. 0MPa;淮南化肥廠(chǎng)年產(chǎn)合成氨備,共有8臺氣化爐,全套裝置于1995 年建成投產(chǎn),30萬(wàn)t,尿素52萬(wàn)t,氣化壓力6. 5MPa,采用激冷流由于種種原因,目前這套裝置已被拆除?，FU-gas煤.程,氣化爐3臺,目前運行良好;上海焦化廠(chǎng)三聯(lián)供裝氣化技術(shù)歸美國綜合能源系統有限公司擁有,該公司置氣化壓力4. 0MPa,氣化爐4臺,激冷流程,用于生在山東棗莊建了2臺U-gas煤氣化爐，氣化壓力為產(chǎn)甲醇。由于其專(zhuān)利費較高,而國內有自主知識產(chǎn)權0. 25MPa,現已產(chǎn)出合格煤氣。目前該公司正在開(kāi)發(fā)的水煤漿氣化技術(shù)也成功開(kāi)發(fā),預計未來(lái)新建水煤漿0. 5MPa和1. 0MPa的氣化爐。氣化裝置會(huì )更多采用國內技術(shù)。2.2灰熔聚流化床煤氣化技術(shù)3.1.2多噴嘴 對置式水煤漿氣化技術(shù)中科院山西煤炭化學(xué)研究所進(jìn)行灰熔聚流化床多噴嘴對置式氣化爐是由華東理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的粉煤氣化技術(shù)研發(fā)已20多年,于1990 年完成大規模一種水煤漿氣化技術(shù)。2005 年10月,兗礦國泰化工低壓中間試驗工作。2001年，常壓下單爐處理能力有限公司建成2臺處理能力為1 150t/d的多噴嘴對置100t/d，配套20kt/a合成氨規模的工業(yè)示范裝置在式水煤漿氣化爐(4.0MPa),并投人運行。多噴嘴對置式陜西省漢中固城化肥廠(chǎng)成功運行,該技術(shù)的工業(yè)化應氣化技術(shù)和德士古氣化技術(shù)相比優(yōu)勢在于:(1)比煤耗用,引起了國內外產(chǎn)業(yè)界的重視和關(guān)注。但該技術(shù)的和比氧耗分別降低2.2%和7.9%; (2)負荷調節速度快、規模、壓力等級等技術(shù)指標與化工合成或未來(lái)發(fā)電的范圍中國煤化工一對燒嘴正常工作要求還有一定差距，因此研究組近10年來(lái)著(zhù)力進(jìn)行情況|YHCNM H G (3)由于單個(gè)燒嘴了加壓氣化工藝的研發(fā)。2005年~2006年設計并建立處理的煤址相對較少,燒嘴的運行時(shí)間更長(cháng)田。目前國了可獲得工業(yè)放大數據和經(jīng)驗的大型加壓灰熔聚流內已投產(chǎn)和在建的裝置有十幾套，這將是近一段時(shí)間化床粉煤氣化半工業(yè)裝置。2007 年初完成建設,經(jīng)半我國大型煤化工的主選煤氣化技術(shù)之一。2009年2月高恒等:煤氣化技術(shù)現狀、 發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化應用-39.3.2 干煤粉氣化技術(shù)氣化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),備煤、輸煤、燃燒調節系統氣化爐3.2.1殼牌(Shel1)氣化技術(shù)輻射段采用粉煤氣流床氣化技術(shù),灰渣水、洗滌、凈化Shell氣化工藝是由殼牌國際石油公司開(kāi)發(fā)的系統則采用水煤漿工藝的急冷流程技術(shù)。濮陽(yáng)市甲醇干法粉煤加壓氣流床氣化技術(shù)。1993 年在荷蘭廠(chǎng)20萬(wàn)t/a甲醇改擴建工程已采用HT-L氣化技術(shù)，. Buggenum建成日投煤2 000t大型商業(yè)化裝置,用于若濮陽(yáng)甲醇廠(chǎng)使用狀況良好,該技術(shù)將會(huì )有較快發(fā)展。聯(lián)合循環(huán)發(fā)電,目前運行良好,發(fā)電效率達到43%,排3.2.4兩段式干煤粉 加壓氣化技術(shù)放物完全滿(mǎn)足苛刻的環(huán)保要求。Shell煤氣化采用廢西安熱工研究院有限公司開(kāi)發(fā)了兩段式干煤粉鍋流程,可生產(chǎn)較多的蒸汽,適于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電.如用加壓氣化技術(shù),氣化爐采用水冷壁爐膛、液態(tài)排渣.運于生產(chǎn)化工產(chǎn)品,還要加蒸汽變換,所以廢鍋流程在行時(shí),向下?tīng)t膛內噴人粉煤、水蒸氣和氧氣,向上爐膛化工行業(yè)優(yōu)勢并不明顯。我國目前建成和在建的噴人少量粉煤和水蒸氣。利用下?tīng)t膛的煤氣顯熱進(jìn)行Shell爐有十幾臺,根據雙環(huán)、安慶、洞氮、枝江4家上爐膛煤的熱解和氣化反應，以提高總的冷煤氣效單位的運行情況來(lái)看，雖連續運行時(shí)間也在慢慢增率;同時(shí)顯著(zhù)降低熱煤氣溫度,使得爐膛出口的煤氣加,但都存在一些問(wèn)題,要想長(cháng)時(shí)間連續穩定運行還降溫至灰熔融性溫度以下，從而省去冷煤氣激冷流需繼續完善。程。2004年.建成了處理煤量36t/d~40t/d( 10MW)的3.2.2 GSP 氣化技術(shù)干煤粉加壓氣化中試裝置。2000t/d級兩段式干煤粉CSP氣化技術(shù)是德國未來(lái)能源公司開(kāi)發(fā)的氣化加壓氣化爐(廢鍋流程)已經(jīng)應用于華能集團“綠色技術(shù)。1984 年在德國黑水泵建成了130MW 氣化裝置煤電"項目;1000t/d級兩段式干煤粉加壓氣化爐(激(投褐煤量720t/d-750t/d,設計壓力為3. 0MPa,工作冷流程)也已應用于內蒙古世林化工有限公司年產(chǎn)壓力2. 5MPa，產(chǎn)氣量為50 00m/h，氣化爐內徑30萬(wàn)t甲醇項目。與國外先進(jìn)的干粉煤氣化技術(shù)相1. 9m,壓力容器外殼內徑2. 4m),氣化原料是德國東比,冷煤氣效率可提高2%~3%,比氧耗低10%~15%。隨部的褐煤。采用激冷流程,高溫煤氣在激冷室上部被著(zhù)該技術(shù)的工業(yè)化應用,基于其冷煤氣效率高、比氧若干水噴頭激冷至200C左右,然后用文丘里除塵器耗低等優(yōu)勢,將會(huì )有更大的發(fā)展。將煤氣含塵量降低到1mg/m以下。目前國內寧煤集參考文獻:團的甲醇制烯烴(MTO) 裝置采用的是GSP煤氣化技術(shù),現尚未投產(chǎn)。[1] 賀永德.現代煤化工技術(shù)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出3.2.3 HT-L 氣化技術(shù)版社,2004.351-354.中國航天集團十一所跟蹤國際先進(jìn)的煤氣化技[2]李大尚. GSP技術(shù)是煤制合成氣(或H)工藝的最佳選術(shù)的發(fā)展,開(kāi)發(fā)了HT-L粉煤加壓氣化技術(shù)。該技術(shù)具擇[J].煤化工,2005 ,33(3):1-3.有煤種適應性廣、潔凈高效建設和運行費用低等優(yōu)[3]于遵宏,于廣鎖,龔欣,等. 多噴嘴對置式水煤漿氣.點(diǎn),且具有完全的自主知識產(chǎn)權,所有設備均可國產(chǎn)化技術(shù)研究與開(kāi)發(fā).見(jiàn):首屆“多噴嘴對置式煤氣化化，,非常適應我國對煤炭利用技術(shù)的要求。HT-L粉煤技術(shù)推廣及應用研討會(huì )”會(huì )議論文集[C].上海:中國加壓氣化技術(shù)充分借鑒吸收了當今世界兩大先進(jìn)煤石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì ),2005.35-39.Status and Development of Coal Gasification TechnologyGao Heng and Liu Hongjian(Yima Coal Gasification Plant , Henan Coal Gas Group Co., Ltd., Yima 472300)Abstract Coal chemical industry is very important in China, and coal gasification takes the lead in coal chemicalindustry. In order to ensure a long and stable operation, and increase economic benefit, the factory should select a rightgasification technology to suit its coal available. This article gave an introduction to the various major coal gasificationtechnologies which have been applied in China, and the author is of th中國煤化工.ed-bed coal gasif-cation technology is more suiable for large scale coal chemical plants: technology we canget more by-products and achieve extra economic benefits. EntrainedTYHC N M H Gn ilecueal prop-erty nights shall certainly have a good development prospect.Key words coal gasifcation, fixed bed coal gasification, fluidized bed coal gasification, entained flow coal gasification