選擇先進(jìn)適用的煤氣化技術(shù)研討

2006年8月Aug.2006第29卷第4期Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol, 29 No, 4選擇先進(jìn)適用的煤氣化技術(shù)研討王志華江蘇靈谷化工有限公司江蘇宜興214203)摘要概述幾種先進(jìn)煤氣化技術(shù)的主要特點(diǎn)研討如何選擇先進(jìn)煤氣化技術(shù),確?；ぱb置長(cháng)周期穩定運仃關(guān)鍵詞煤氣化技術(shù)特點(diǎn)選擇中圖分類(lèi)號:Q113.24文獻標識碼:文章編號:002-578X2006040264-041石油危機引發(fā)能源結構的調整——先進(jìn)煤氣煤液化項目即煤轉化為油也有幾個(gè)大型工化技術(shù)應運而生程在建包括直接液化和間接液化。除了新建裝從20世紀70年代第一次石油危機開(kāi)始,人置之外,一些原來(lái)使用油品為原料的化肥廠(chǎng)、化工們逐漸認識到能源對世界經(jīng)濟的穩定和社會(huì )發(fā)展廠(chǎng)正在采用新型煤氣化技術(shù)改造原料路線(xiàn)甚至的巨大制約作用。由于伊拉克戰爭的爆發(fā),近3有的天然氣為原料的裝置也在進(jìn)行煤氣化改造。年來(lái)石油的價(jià)格不斷上漲。如何改變人類(lèi)依賴(lài)石油和天然氣延緩石油和天然氣資源的枯竭以2應用最多的幾種先進(jìn)煤氣化技術(shù)及尋求新的能源是世界各國都在致力研究的課2.1德士古( Texaco)水煤漿氣化技術(shù)題。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展,到目前為止,已德士古水煤漿氣化技術(shù)是我國應用最早的先經(jīng)開(kāi)發(fā)了一系列的新型能源技術(shù)和節能技術(shù)。新進(jìn)技術(shù),目前投產(chǎn)裝置最多工程經(jīng)驗最豐富,它型煤氣化技術(shù)有以下共同點(diǎn)改變了傳統的、已的投資相對較低全部設備均可國產(chǎn)化由于該技經(jīng)沿用了近一個(gè)世紀的常壓煤氣化技術(shù)氣化壓術(shù)把固態(tài)的煤制成了可以泵送的液態(tài)水煤漿水力已經(jīng)提高到4.0~8.0MPa,可以大幅度降低后煤漿不僅可以像重油那樣直接作為燃料,也可作續加工工序的能耗;大幅度的提高了煤炭的利為氣化原料,而且很容易將氣化壓力提到4.0~用率,節約煤炭資源,碳的轉化率可從70%8.0MPa甚至更高,可以比其他煤氣化技術(shù)更大80%提高到94%~99%煤氣化與新興的粗煤幅度的節約合成氣的壓縮功耗氣加工技術(shù)相結合實(shí)現了把絕大部分對環(huán)境有水煤漿氣化技術(shù)也有它的弱點(diǎn):①對煤質(zhì)有害的物質(zhì)進(jìn)行脫除并且回收利用定要求煤的灰熔點(diǎn)不能太高、成漿性要好等在這種形勢下,我國的能源結構也在發(fā)生深②水煤漿氣化技術(shù)比干粉煤氣化技術(shù)的消耗要高刻的變化。如何利用好煤炭作為主要能源和化工些,煤漿中含有約35%的水,這部分水在氣化原料已經(jīng)形成共識以新型煤氣化裝置為龍頭大過(guò)程中也要被汽化溫度升到1350~1400℃經(jīng)過(guò)批以煤為原料的化肥、甲醇和其他化工裝置以及激冷部分有效能損失了。因而其氧氣消耗和原煤液化項目正在熱火朝天的興建之中,其中甲醇中國煤化工高出約10%~15%不僅可以作為燃料而且還可以通過(guò)MTO和MTPCNMHG技術(shù)生產(chǎn)乙烯和丙烯。這些原來(lái)由石油為原料嘆稿日期2006-04-10作者簡(jiǎn)介汪王志華男1944年生江蘇宜興人1967年北京化的產(chǎn)品開(kāi)始實(shí)現以煤為原料大大降低了乙烯和工學(xué)院無(wú)機化工系畢業(yè)教授級高級工程師曾任洞庭氮肥廠(chǎng)總丙烯的生產(chǎn)成本,已經(jīng)在石油化工史上引發(fā)了工程師現任江蘇靈谷化工有限公司總工程師。聯(lián)系電話(huà)510場(chǎng)新的革命。此外還可生產(chǎn)清潔燃料DME等87126022E-mailwzh569(@126.come第4期王志華,選擇先進(jìn)適用的煤氣化技術(shù)研討265其有效氣CO+H)只能達到80%左右碳的轉化殼之間留有600~800mm的環(huán)形檢修空間因而率只能達到96%左右1,氣化爐為熱壁爐,熱損承壓外殼直徑較大壁厚也較厚造價(jià)較高日處失較大懲氣化爐內壁襯耐火磚限制了爐溫的提理2000煤的氣化爐外徑約4.6m,重量約6521高并且在運行時(shí)容易受到煤漿氣流的沖刷、侵蝕合成氣冷卻器質(zhì)量約420t,陶瓷過(guò)濾器外殼的直而損壞維修工作量較大德士古氣化技術(shù)的煤徑達6.8m重量約280t。由此可見(jiàn),這些設備龐漿燒嘴容易損壞,~2個(gè)月就要檢査檢修。由于大運輸較困難。②煤粉輸送給料系統的設計也以上原因,一定程度上限制了水煤漿氣化技術(shù)的很復雜,開(kāi)工和運行比較困難。③由于上述的復應用。雜和龐大使得氣化裝置投資相對大很多。2.2殼牌( Shell凇粉煤氣化技術(shù)2.3德國未來(lái)能源公司粉煤氣化技術(shù)(GSP)殼牌(Shel)粉煤氣化技術(shù)是20世紀90年代德國未來(lái)能源公司推出的GsP氣化技術(shù),氣中期開(kāi)始推廣的,它采用直列管膜式水冷壁化爐的水冷壁( Cooling screen)為多螺旋盤(pán)管型〔 Cooling Wal〕在氣化爐的下部成對布置煤粉燒采用頂部設置煤粉噴嘴爐頂的高溫防護設計簡(jiǎn)嘴煤粉、氧氣和蒸汽均由燒嘴噴λ爐內,氣化溫單可靠,GSP氣化爐的水冷壁和壓力外殼之間有度可高達1500~1700℃,氣化爐的水冷壁內壁上一層隔熱保溫層水冷壁和壓力外殼之間沒(méi)有空凃有10~15mm厚的耐高溫碳化硅涂料,當爐內間因而氣化爐的承壓外殼直徑較小造價(jià)較低高溫熔渣飛濺到溫度只有250~350℃的水冷壁的運輸容易碳化硅涂層上時(shí)迅速凝結成固態(tài)渣隨著(zhù)固態(tài)渣GSP氣化爐的反應條件與殼牌爐幾乎一樣。層的增厚熔渣不能再繼續凝固而順著(zhù)固態(tài)渣壁在水冷壁的內表面上也涂有-一層耐高溫的碳化硅往下流直到流經(jīng)氣化爐的下部岀渣口進(jìn)入激冷涂層利用開(kāi)車(chē)時(shí)在水冷壁上凝固而形成的渣來(lái)渣池溶渣經(jīng)水急冷后進(jìn)λ鎖渣罐然后排岀氣化保護氣化爐壁也是以渣抗渣。裝置。這就是殼牌干粉煤氣化的以渣抗渣利用由于GSP氣化爐的反應條件幾乎和殼牌氣開(kāi)車(chē)時(shí)形成的凝固的渣來(lái)保護氣化爐壁。生成的化爐一樣所以生成的合成氣成分也與殼牌爐的合成氣從氣化爐上部出口處被經(jīng)冷卻到約300℃成分幾乎一樣。GSP氣化爐采用與 Texaco相似的的循環(huán)合成氣激冷到00℃,經(jīng)過(guò)輸送導管進(jìn)入激冷流程粗合成氣從爐底和熔渣一起流入激冷合成氣冷卻器回收熱量產(chǎn)生蒸汽然后粗合成氣室被激冷水激冷粗合成氣從激冷室的側面引出,經(jīng)過(guò)陶瓷過(guò)濾器干法除去大部分渣塵最后經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)兩級文丘里洗滌除塵再經(jīng)分離器或洗滌器水洗滌使含塵量≤1×10-6后送往變換裝置。洗滌后使含塵量≤1×10-6后送往下游變換裝由于是干粉煤氣流床轉化在使用一定質(zhì)量置原料煤時(shí)在正常工藝條件下,有效合成氣(CO+1984年德國未來(lái)能源公司在德國黑水泵廠(chǎng)H2)可達到90%左右碳的轉化率(如果采用飛灰( Schwarze Pumps)建成了能力為130Mw(相當于循環(huán)的情況下最高可達99%190kt合成氨氣量肭的GSP氣化爐,使用煤作為原由于氣化溫度高對煤種有較強的適應性但料運行了5年后改成了使用液體廢料等作原料。是如果煤的灰分含量太高單位合成氣的氧氣消但是德國未來(lái)能源公司的研究和試驗工作一直沒(méi)耗和煤消耗將會(huì )升高?；曳趾刻蜁r(shí)(通常認有停止,1996年在未來(lái)能源公司總部又建設了為低于5%~7%)氣化爐壁上就不容易掛渣,這套5MW的工業(yè)示范裝置2001年在英國 Middles時(shí)就要在原料煤中加入高灰分含量的煤或采用返 brough建成了30MW的液體廢物GSP氣化爐回部分飛灰的辦法以維持水冷壁的渣層保護氣2005年在捷克 Vresova建成140MW的煤焦油GSP化爐。中國煤化工殼牌(Shl)粉煤氣化技術(shù)的缺點(diǎn):①氣化爐、2CNMH〔氣化爐技術(shù)2合成氣冷卻器和干法除塵系統很復雜爐體下部二段加壓氣流床粉煤氣化爐技術(shù)由西安熱工煤粉燒嘴及點(diǎn)火燒嘴要穿進(jìn)直立的水冷壁,使得硏究院和西安交大聯(lián)合開(kāi)發(fā)也是干粉煤氣化氣氣化爐結構復雜頂部激冷管的設置和合成氣冷化爐的下段溫度約為1500℃所產(chǎn)生的髙溫氣流卻器也很復雜制造難度大加之水冷壁和壓力外向上流動(dòng)到上部反應室時(shí)再一次噴入煤粉發(fā)生2006年第29卷第2次反應溫度降低到約900℃℃,離開(kāi)反應室到1)要按照所用的原料煤來(lái)選擇技術(shù)如果原熱回收裝置,不需要激冷循環(huán)氣壓縮機。該技術(shù)料煤的熱值較高灰熔點(diǎn)低于1200~1250℃·灰分比 Shelk GSP肢術(shù)更先進(jìn)投資也會(huì )比Sh礎ll氣化含量較低例如≤15%)而且溶渣的流動(dòng)性較好爐低已經(jīng)通過(guò)了實(shí)驗室一系列的試驗研究并且那么這3種技術(shù)均可選用。已經(jīng)建成中試裝置。該氣化爐擁有完全自主的知Shell技術(shù)的技術(shù)指標最先進(jìn)但是投資要高識產(chǎn)權希望中試運行正常盡快能建設大型工業(yè)很多,系統要復雜得多;GsP技術(shù)的指標要略低示范裝置于 Shell技術(shù),主要是Shel技術(shù)回收廢熱產(chǎn)生蒸汽而GSP沒(méi)有回收蒸汽但是GSP離開(kāi)氣化界區3She煤氣化技術(shù)和GsP氣化技術(shù)的比較的工藝氣中的水蒸氣含量高于Shel也就是在下l)GsP氣化技術(shù)與殼牌氣化技術(shù)的主要不游的變換裝裝置中GSP添加的蒸汽較少。同點(diǎn)是粉計量給料的方式不相同,GSP氣化在如果原料煤的灰熔點(diǎn)高于1350℃測則最好不加壓煤粉給料倉的底部設置有特殊的攪拌器使要選擇水煤漿氣化,盡管可以添加助熔劑來(lái)降低得進(jìn)料區域的煤粉呈流化狀態(tài)通過(guò)浸入式管道灰熔點(diǎn)但是添加助熔劑后很可能會(huì )給黑水處理將煤粉從上部壓入氣化爐而 Shell氣化技術(shù)的煤甚至整個(gè)氣化系統帶來(lái)麻煩粉進(jìn)料方式則不同,它在加壓煤粉給料倉的底部2)選擇能夠長(cháng)周期穩定運轉的煤氣化技術(shù)設置有煤粉拾料器,用氮氣將拾料器中的煤粉吹是十分重要的。煤氣化裝置僅僅是一個(gè)原料頭,進(jìn)燒嘴在去燒嘴的煤粉進(jìn)料管道上設置有吹掃供下游的合成氨、甲醇、DME和近年開(kāi)發(fā)MO、閥門(mén)冂可以通過(guò)松弛裝置將煤粉返回常壓煤粉倉。MTP以及為石油化工裝置提供純氫產(chǎn)品這些下2)GSP氣化爐采用多螺旋水冷壁( Cooling游裝置往往投資很大工藝流程復雜如果煤氣化Screen),而殼牌氣化爐采用直立管式水冷壁裝置不能實(shí)現長(cháng)周期運轉或者年運轉率較低就Cooling Wall會(huì )造成巨大的損失3)GSP氣化爐水冷壁和承壓外殼之間襯有德士古氣化裝置由于燒嘴使用周期不長(cháng),必保溫磚而殼牌氣化爐水冷壁和承壓外殼之間沒(méi)須要設置備用爐有了備用爐容易實(shí)現化工裝置有保溫磚但留有供檢查和檢修之用的約800mm的長(cháng)周期運行和高運轉率。GSP氣化技術(shù)目前正的環(huán)形空間在我國推廣由于該技術(shù)氣化爐的投資與德士古4) Shell煤氣化技術(shù)采用較低溫度的循環(huán)合相近建議在大型化工裝置也應設置備用爐例如成氣將爐頂出口的高溫合成氣激冷到約900℃℃,兩開(kāi)一備但是最優(yōu)的方案應是設計成2臺爐子經(jīng)回收熱量后用陶瓷過(guò)濾器干法除塵洏GSP氣正常開(kāi)2臺,一旦其中1臺需要檢修時(shí)另1臺爐化技術(shù)采用的是與 Texaco相似的水激冷技術(shù)經(jīng)子可提高負荷運行,保證下游化工裝置的連續運激冷后的煤渣從鎖渣罐排岀這部分的工藝和設行雖然是建設2臺GSP氣化爐但是,總的投資備結構與 Texaco氣化爐的結構相似。也沒(méi)有廢大約只有1臺同樣能力的 Shell氣化爐50%熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽但是通過(guò)激冷合成氣中的水蒸60%。Shel氣化爐所需投資大,如果設置備用爐氣(在該溫度和壓力下是飽和狀態(tài)或者設計2臺爐運行則可能會(huì )出現投資成本和總之,SP氣化爐和 Texaco氣化爐結構都較效益不成比例的情況簡(jiǎn)單大部分材料采用的是普通材料。Shel氣化煤氣化裝置運行情況是我國大部分中小化爐結構復雜,高檔材料用得較多,所以G$P氣化肥裝置的常壓氣化爐都是臺數較多,幾臺氣化爐爐和 Texaco氣化爐的造價(jià)大約只有殼牌氣化爐輪流檢修的50%中國煤化工裝置的連續運轉天數CNMHG大多數化工企業(yè)高運先進(jìn)適用煤氣化技術(shù)的選擇轉率的要求從圖1的曲線(xiàn)可以看出其7a的運Texaco水煤漿氣化、Shel干粉煤氣化和GSP轉率很難達到90%。作為發(fā)電廠(chǎng),問(wèn)題不大因干粉煤氣化這3種煤氣化技術(shù)都是先進(jìn)的技術(shù),為電網(wǎng)的容量很大停下若干發(fā)電機組對電網(wǎng)都它們各有特點(diǎn)選擇時(shí)應從以下幾個(gè)方面考慮不會(huì )造成大的影響。第4期王志華,選擇先進(jìn)適用的煤氣化技術(shù)研討267氣化裝置運轉率保證She煤氣化裝置的長(cháng)周期運行和高運轉率的有效方法。IGCC發(fā)電裝置運轉率3)要量力而行根據本單位的實(shí)際情況選擇先進(jìn)適用的煤氣化技術(shù)。參考文獻圖1某大型工業(yè)示范裝置近8a實(shí)際運轉率Carbon Conversion Percent( Based on Shenfu Coal )from Texaco目前我國在建的 Shell煤氣化裝置大約有14套其中至少有4套裝置在2006年將陸續開(kāi)工投2 Xu Shisen. A Two-stages pressured Entrained flow Gasifier.Rl第產(chǎn)。因此在建設和開(kāi)工過(guò)程中,定要尋求如何三屆2005中國國際煤炭大會(huì )DISCUSSIONS ON SELECTING SUITABLE ADVANCEDCOAL GASIFICATION TECHNOLOGYWang Zhihua( Jiangsu Linggu Chemical Co., Lid., Yixing 214203)Abstract Outlines the main characteristics of several advanced coal gasification technologiesand discusses how to select advanced coal gasification technology to ensure long term stable operationof chemical plaKey words ' coal gasification technology characteristics select四川建設六大特色產(chǎn)業(yè)化工基地四川省境內有豐富的天然氣、硫鐵礦、磷礦、鹽鹵、鈦、錳、釩等化工資源和煤炭、水、電等能源優(yōu)勢,發(fā)展化工產(chǎn)業(yè)具有得天獨厚的條件。目前四川省已規劃到2010年四川化工產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值將達到700億元在全國排名進(jìn)入前8位把四川建設成為國內重要的現代化工基地。為了實(shí)現這一目標四川省將依托化工資源優(yōu)勢抓好五大化工產(chǎn)業(yè)鏈和建設六大各具特色的產(chǎn)業(yè)集群和化工基地。五大化工產(chǎn)業(yè)鏈是以石灰石、鹽鹵、電力等資源為支撐的鹽化工產(chǎn)業(yè)鏈以天然氣為支撐的天然氣化工產(chǎn)業(yè)鏈以鈦、硫、磷礦產(chǎn)資源為攴撐的硫磷鈦嫁接產(chǎn)業(yè)鏈以芢硝礦資源為攴撐的芒硝產(chǎn)業(yè)鏈以及以大乙烯為依托的石油化工產(chǎn)業(yè)鏈。規劃建設的六大特色產(chǎn)業(yè)化工基地是以天然氣化工產(chǎn)品為重點(diǎn)的川南天然氣化工基地。該基地建設在位于川、滇、黔、渝四省市結合部的瀘州化工城,以瀘天化集團、天華股份、火炬集團、鑫?；さ绕髽I(yè)為主體重點(diǎn)發(fā)展天然氣和碳一化工、氯堿、羧甲基纖維素等系列產(chǎn)品以精細化工和特色化工產(chǎn)品為重點(diǎn)的川西北精細化工基地。該基地包括德陽(yáng)、遂寧等地以龍蟒集團、金路集團、宏達集團、鎣峰公司、華拓科技、亭江科技等企業(yè)為主體重點(diǎn)發(fā)展磷酸鹽等傳統化工產(chǎn)品和芳綸纖維、聚苯硫醚的新型化工材料③以氯堿化工產(chǎn)品為重點(diǎn)的川南鹽化工基地。該基地包括宜賓、自貢、樂(lè )山等市組成的川南三角經(jīng)濟區發(fā)展電石、兩堿、聚氯乙烯等化工產(chǎn)品以元明粉為重點(diǎn)的川西北芒硝化工基地。該基地覆蓋成都礦產(chǎn)經(jīng)濟區主要發(fā)展元明粉及其深加工產(chǎn)H中國煤化工發(fā)展區;以大乙烯為重點(diǎn)的成都石油化工基地。該基地以彭州市800k/a4CNMHG經(jīng)圣、丁二烯、聚乙烯、乙醇、雙酚A、順丁橡膠、丙烯酸及酯等石化產(chǎn)品;⑥以天然氣開(kāi)發(fā)和加工為重點(diǎn)的川東天然氣化工基地。該基地以達州市為中心將以開(kāi)發(fā)天然氣來(lái)帶動(dòng)化工產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展合成氨、尿素、復合肥、甲醇、二甲醚的化工產(chǎn)業(yè)鏈,目前已有法國道達爾、香港玖源、香港明倫、星星能源、齊魯石化、川化控股等多家國內外知名企業(yè)入駐汪家銘