國內外煤氣化爐的特點(diǎn)及在煤化工領(lǐng)域的應用

第28卷第4期山西化工Vol.28 No.42008年8月SHANXI CHEMICAL INDUSTRYAug.2008綜述與論壇菜國內外煤氣化爐的特點(diǎn)及在煤化工領(lǐng)域的應用程林生(山西省化工設計院,山西太原030001)摘要:介紹了國內外常用的10種煤氣化爐及其適用范圍,明確了以煤種定爐型的觀(guān)點(diǎn),指出了在煤化工領(lǐng)域選擇煤氣爐應關(guān)注的問(wèn)題和爐型選擇的要點(diǎn)。關(guān)鍵詞:煤氣化爐;爐型;氣化參數;煤化工中圍分類(lèi)號:TQ545文獻標識碼:A文章編號: 1004-7050(2008)04-0026-04在我國，已探明的能源儲量中煤炭占94. 3% ,本文在分析國內外常用煤氣化爐型的基礎上,石油和天然氣僅占5. 7% ,缺油、少氣、富煤是我國明確了以煤種定爐型的觀(guān)點(diǎn),指出了選擇煤氣化爐的基本國情。近年來(lái),由于國際石油價(jià)格不斷攀升，應關(guān)注的問(wèn)題及爐型選擇要點(diǎn)。以煤為原料的化學(xué)工業(yè)逐步顯示出競爭優(yōu)勢,煤制1國內外常用煤氣化爐類(lèi)型油,煤制甲醇、二甲醚及其下游產(chǎn)品,煤制烯烴(MTO、MTP) ,煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電( IGCC)以及煤1.1 間歇式固定床造氣爐(U.G.I爐)制合成氨和尿素等產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展。由于煤化U.G. I爐是我國使用最多的一種成熟的氣化工終端產(chǎn)品的關(guān)鍵在于煤化工的氣頭，即氣化方式爐,適用的煤種為粒度25 mm~ 75 mm的無(wú)煙煤是煤化工產(chǎn)品的根源,因此煤氣爐就成為煤化工產(chǎn)(最好是山西晉城的無(wú)煙塊煤)或焦炭。在固定床煤業(yè)的龍頭[1。氣爐中交替送人空氣(吹風(fēng))和蒸汽(制氣)。送空氣國外煤氣化技術(shù)早在20世紀50年代已實(shí)現工時(shí)加熱床層,產(chǎn)生吹風(fēng)氣放空;通蒸汽時(shí)生成煤氣,業(yè)化,20世紀70年代因石油天然氣供應緊張使得送氣柜。煤氣爐系列有中2 600 mm、中3 000 mm、煤氣化新工藝研究和開(kāi)發(fā)得到快速發(fā)展,并成功地@3 200 mm、 中3 600 mm等,每臺爐產(chǎn)氣量為開(kāi)發(fā)出對煤種適用性廣、氣化壓力高氣化效率高、6 000 m'/h~ 15 000 m2? Ah,煤氣中含有效氣體q(QO+污染少的新- -代煤氣化爐。其中,具有代表性的有H2)為65% ~72%。U.G. I爐雖然技術(shù)成熟可靠、荷蘭的殼牌(sel)爐、美國的德士古(Texao)爐和投資省,但對煤質(zhì)要求高,需用無(wú)煙塊煤,資源利用德國的魯奇(Lurgj)爐等。按照氣化爐內料流形式，率低,且該爐的動(dòng)力消耗大，過(guò)程不連續,間歇制氣氣化技術(shù)大致分為固定床流化床和氣流床三大類(lèi)。中有吹風(fēng)氣排空,釋放的00、H2S和粉塵對環(huán)境有典型的固定床氣化爐有U.G. I、Lurgi等;流化床有-定污染,因此目前正逐步被新?tīng)t型所替代。U-Gas、HTW、Winkler、恩德?tīng)t以及我國自主研發(fā)的1.2 富氧連續氣化爐灰熔聚粉煤氣化爐等;氣流床有Texaco、Destec、利用U.G. I爐進(jìn)行富氧-蒸汽連續上吹制取Shell、Gsp等。合成氨原料氣,是我國對U. G. I爐的改進(jìn)和提高，目前已在福建三明化工廠(chǎng)、河南平頂山化肥廠(chǎng)和開(kāi)收稿日期:008-06.16時(shí)化中國煤化工計院擬在山西靜作者簡(jiǎn)介:程林生,男,1963年出生.1983年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，樂(lè )天F0項目、晉城礦務(wù)高級工程師、國家注冊化工工程師、注冊咨詢(xún)工程師,山西省化工設局20YHCN M !H G已開(kāi)展了工程設計院院長(cháng)，主要從事化工工藝的研究和開(kāi)發(fā)工作。2008年8月程林生,國內外煤氣化爐的特點(diǎn)及在煤化工領(lǐng)域的應用， 27●表1富氧氣化與空氣氣化指標的比較表2灰熔聚氣化爐主要氣化指標項目空氣氣化富氧氣化指標煤塊粒度/mm25~758~25中(OO+ H2)/%68.6碳轉化率/%90.6氣化強度/m'.(m~2.h-)1 5002 290w(灰渣含C)/%7.81 000 m'(00+ H)的氧耗/m3214煤氣產(chǎn)率/m3.kg~2.171 000 m2(00+ H)的煤耗/kg600542(00+ H)產(chǎn)率/m2.kg-11.49計工作。富氧氣化和空氣氣化的指標對比見(jiàn)表1。1 000 m3(0O+ H)300由表1可知，富氧氣化較空氣氣化煤的粒度降的氧耗/m31 000 m?(0O+ H)至8 mm~25 mm,氣化強度提高了50%，比煤耗下的煤耗(干)/kg673降了10% ,比氧耗增加了214 m'?；胰廴谛詼囟?C1 320(T),1 380(T2),1 430(T3)1.3 加壓魯奇固定床氣化爐(Lurgi爐)嘴切線(xiàn)方向往爐內送風(fēng),采取熱回流方式降低帶出Lurgi 爐是目前世界上建廠(chǎng)數量較多的煤氣爐，物。- -般在近常壓(1.4 kPa)、950 C下用富氧空氣運行中的氣化爐達數百臺。Lurgi 爐生產(chǎn)能力大,碳(或氧)與蒸汽進(jìn)行煤的氣化,適用的煤種有褐煤長(cháng)轉化率高達99. 9% ,冷煤氣效率高(約89%),且由焰煤、不黏或弱黏結煤。國內景德鎮焦化煤氣總廠(chǎng)于氣化爐煤氣出口溫度低,煤氣冷卻及凈化系統的用恩德?tīng)t生產(chǎn)燃料氣,黑化焦團、吉林長(cháng)化集團和淮材料要求也低。魯奇爐以8 mm~50 mm粒度活性化集團則是在原固定床氣化爐和重油制氣的基礎上好不黏結的煙煤或褐煤為原料，在固定床中用氧與改造后用于制氨。.蒸汽連續氣化生產(chǎn)煤氣,氣化壓力3.0 MPa,氣化溫恩德?tīng)t的主要技術(shù)特點(diǎn)是投資省,煤種適應性度900C~1 050 C ,單爐投煤量一般為1 000 t/d(最較寬,操作彈性大,開(kāi)停爐方便,氣化效率較高和氣大可達1 920 t/d) ,采用固態(tài)排渣方式運行。20世紀化強度較大，煤氣中不含焦油及油渣,凈化系統簡(jiǎn)70年代，單爐產(chǎn)氣量35 000 m2/h~ 65 000 m/h;單、污染少。該爐已經(jīng)系列化,單爐生產(chǎn)能力有20世紀80年代,單爐產(chǎn)氣量達到90 000 m3/h。我5 000、10 000、20 000、40000 m3/h。國山西的天脊化肥集團公司、云南解放軍化肥廠(chǎng)用恩德?tīng)t對煤的活性(950 C時(shí), > 65% )和灰熔該爐生產(chǎn)合成氣。Lungi 爐生產(chǎn)的煤氣中含有較多甲點(diǎn)(T2=1 250 C以上)有一定要求,但對灰分(≤烷,且含焦油、酚等物質(zhì),因此氣化爐需設置龐大的污40% )和煤的粒度(≤10 mm)等要求不高。水處理裝置和甲烷分離裝置,生產(chǎn)流程長(cháng),投資大。1.6 德士古爐(Texaco爐)1.4 灰熔聚流化床氣化爐德士古(Texaco)水煤漿氣化爐是在1978年推流化床氣化技術(shù)反應動(dòng)力學(xué)條件好,氣固兩相出的。其技術(shù)特點(diǎn)是水煤漿帶來(lái)的,它較容易將氣間擾動(dòng)強烈,傳熱過(guò)程加強,氣化強度較大?；胰劬刍瘔毫ι?上去,節省了合成需要的壓縮能耗,對煤的氣化是對普通流化床的發(fā)展,其原理是部分氧氣從活性沒(méi)有嚴格的限制,但對煤的灰熔點(diǎn)有一定的要爐底通人,煤灰在爐中心射流區形成局部高溫,操作求。一般灰熔點(diǎn)溫度T3值低于1 350 C時(shí)才有利溫度在T2左右,煤灰相互黏結團聚,碳粒和灰球因于氣化。此外,煤的灰分、成漿性、黏溫特性也是影重度差異而得到有效分離,渣中含碳較少,加上爐內響德士古爐運行的幾個(gè)重要指標。實(shí)踐表明,低灰回流,總碳轉化率可達90%左右,氣化爐操作壓力為分(13%~15%)、成漿性能好、灰熔點(diǎn)低、黏溫特性0.03 MPa~ 1.0 MPa,操作溫度為1000 C~1150 C[2。好的煤比較適合于德士古氣化。有關(guān)氣化指標見(jiàn)表2。德士古爐氣化壓力較高,工業(yè)裝置使用氣化壓流化床煤氣化爐內必須維持~定的含碳量,且力在 2.7 MPa~6. 5 MPa,個(gè)別項目達到8. 4 MPa,在流化狀態(tài)下渣與料層的分離很困難,70%的灰及，氣化溫度維持在 1 350C~1 400 C ,合成氣質(zhì)量較部分碳粒被煤氣夾帶離開(kāi)氣化爐,熱損大;另外好,氣化指標站為先進(jìn)其有的氣體φ(CO+ H2)為30%的灰粒由于黏結而重量增大,進(jìn)人出灰系統,灰80%YH中國煤化工%~98%,冷煤氣渣與飛灰的含碳量均較高。效率CNMHG有35%~40%的1.5 恩德?tīng)t水分,因而氧氣用量較大。恩德粉煤氣化爐是由Winkler爐改型而來(lái),噴自引進(jìn)水煤漿氣化爐以來(lái),我國已有山東魯南、●28●山西化工2008年8月上海焦化、陜西渭化安徽淮化、金陵石化、南化公司煤氣中甲烷含量極少,不含重烴,有效氣體φ(0O+等近30臺(套)裝置投運,有些已具有10多年的操H2)可達90%以上;與水煤漿氣化爐相比,氧耗可降作經(jīng)驗,到目前為止運行基本良好，顯示了水煤漿氣低15% ~20% ,從而降低了配套空分裝置的投資和運化的先進(jìn)性。但是,德士古爐氣化的主要不足也與.行費用;單爐生產(chǎn)能力大,日投煤量達2 000 t;采用水水煤漿有關(guān)。由于水煤漿中含有40%的水,使其熱冷壁結構,無(wú)需耐火磚襯里,維護工作量很小,爐體值降低,因而對煤質(zhì)的限制比較嚴格,成漿性差、灰壽命長(cháng);氣化過(guò)程無(wú)廢氣排放,系統排出的融渣和飛分較高、灰熔點(diǎn)高的煤,經(jīng)濟性較差。魯南和渭河兩灰含碳低,氣化污水也不含焦油、酚等污染物,易于處廠(chǎng)原來(lái)都使用灰熔點(diǎn)較高、灰量偏大的煤種,添加助理,環(huán)境治理費用低。shell 爐最大缺點(diǎn)是投資高,設熔劑后頻受某些設備及管道堵塞結垢的困擾,操作備造價(jià)過(guò)高,配套的干燥、磨煤、高壓氮氣及回爐激冷受到影響,魯南因此將五七煤改為北宿煤,渭河也由用合成氣加壓所需的功耗較大。省內黃陵煤改用甘肅華亭煤,目前仍在尋找如何提.9 GSPTM煤氣化爐高煤漿濃度、發(fā)揮裝置能力的辦法。此外,水煤漿氣GSPTM爐主要結構是單噴嘴下噴式干煤粉加壓化爐還存在耐火磚成本高(每爐50萬(wàn)美元~ 100萬(wàn)氣流床氣化,并采用水冷壁的氣化爐。由于該爐采美元)、壽命短,煤燒嘴易受磨損(平均使用壽命僅為用了干煤粉進(jìn)料、水冷膜壁,因此既擴大了煤種范1 400h~1 500 h,運行2個(gè)月左右就需要拆下修圍,又避開(kāi)了耐火磚的麻煩,國內高灰分(25%~理)等問(wèn)題。32% )、高灰熔點(diǎn)(1610 C )的淮南煤已用該爐進(jìn)行德士古水煤漿氣化爐單爐投煤量一般為試燒,并取得成功。神華寧夏煤業(yè)、安徽淮化、江蘇1 000 t/d,最大可達2000 t/do .靈谷化工等公司也已簽約使用該氣化技術(shù)。該爐目1.7 多噴嘴水煤漿氣化爐前還缺乏長(cháng)期生產(chǎn)運行方面的考驗,已運行過(guò)的裝與Texac爐單噴嘴下噴式進(jìn)煤漿方式不同,我置其單爐能力只有日投褐煤720 t的規模,運行時(shí)間國自主開(kāi)發(fā)了多噴嘴對置式水煤漿氣化爐,經(jīng)袞礦的記錄也不是很長(cháng)，爐子在放大到1000t.1 500 t.國泰化工有限公司運行實(shí)踐,表現出良好的運行性2 000 t.4 000 t的日投煤量時(shí),一般單噴嘴容易受到能和先進(jìn)工藝指標,有效氣體φ(0O+ H2)高達限制。.82%~85% ,碳轉化率≥98%,1000 m3(CO+ H2) .1.10 多元料漿新型氣化爐(技術(shù))的氧耗和煤耗分別為309 m3和535 kg,比單噴嘴分采用濕法氣流床氣化概念,以煤石油焦、石油別降低約7.9%和2.2%。繼國泰化工使用后,相繼瀝青等含碳物質(zhì)和油(原油.重油、渣油等)、水等經(jīng)有山西豐喜集團臨猗分公司、山東騰州鳳凰化肥有優(yōu)化混配形成多元料漿,與氧通過(guò)爐內噴嘴混合后限公司、江蘇靈谷化工有限公司、江蘇索普(集團)有瞬間氣化。該技術(shù)具有原料適用性廣、氣化指標先限公司等應用該氣化技術(shù)作為合成甲醇和合成氨的進(jìn)技術(shù)成熟可靠、投資費用低等特點(diǎn)。采用該技術(shù)氣頭。的工藝裝置, w(料漿)60% ~ 68%,單爐日投煤量.1.8 殼牌(shell)粉謀氣化爐750t~1 800 t,氣化壓力1.3 MPa~6.8 MPa,有效Shell氣化工藝于1972 年開(kāi)始研究, 1978年在氣體q(0O+ H2)80% ~ 86%,1 000 m3(00+ H2)德國漢堡建成中試裝置, 1987年在美國建成投煤量的氧耗400 m'。2004年11月采用該技術(shù)建設的山250 t/d~400 t/d的示范裝置, 1996年在荷蘭建成東華魯恒升30萬(wàn)t/a合成氨已開(kāi)車(chē)并實(shí)現了穩定大型煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置(IGCC)，氣化爐為單運行。目前,多套20萬(wàn)t/a~60萬(wàn)t/a甲醇、系統操作,日處理煤量2000t。國內從2006年開(kāi)16萬(wàn)t/a 煤制油都采用該氣化技術(shù),并即將投人生產(chǎn)。.始先后有岳陽(yáng)洞氮湖北雙環(huán)和廣西柳州等10余家2幾種常用煤氣化爐工藝性能比較企業(yè)引進(jìn)了16臺該氣化爐。Shell 爐采用干煤粉進(jìn)料,氣化溫度高達1400 C~1 600 C ,對所用煤種幾種常用煤氣化爐的主要氣化工藝性能和指標適應性廣,不僅可使用較差的褐煤、次煙煤、煙煤和比較風(fēng)箅29頁(yè)專(zhuān)中國煤化工石油焦,而且可將兩種煤摻混運行。對煤的灰熔點(diǎn)適應范圍比其他氣化工藝更寬,即使是高灰分、高水MHCNMHG分、高硫的煤種也能使用。我國自20世紀80年代開(kāi)始引進(jìn)國外煤氣化Shell爐氣化溫度高,碳轉化率可達98%以上;爐,本文介紹的爐型在我國均得以應用或試驗,但2008年8月程林生,國內外煤氣化爐的特點(diǎn)及在煤化工領(lǐng)域的應用●29●表3幾種常用煤氣化爐的工藝性能比較爐型shellTexacoLungi恩德灰熔聚U.G.1氣流床固定床流化床氣化工藝液態(tài)排渣固態(tài)排渣褐煤煙煤、褐煤、褐煤、長(cháng)焰煤、無(wú)煙煤、適用煤種石油焦煙煤弱黏或不黏煤焦炭氣化壓力MPa2.0~4.02.7~8.42.0~3.0常壓0.03-1.0氣化溫度心1 400~1600 1 300~1 400950~1 050~1 0501 000~1 150~1 000空氣或富氧或氣化劑氧氣氧氣+蒸汽純氧+蒸汽氧氣+蒸汽/空氣+ 蒸汽進(jìn)料方式150目~ <200 目60%~ 6 mm~50 mm<10mm粉煤0mm~6mm25mm~75mm200目干煤粉65%水煤漿塊煤干煤?jiǎn)螤t最大2 0001 920500100投煤量/td-11 000 m'(C0+ H)330~360380~430140 ~ 240220~30000的氧耗/m3q(00+ H)/%~90.~8065~7368~6970~72q(CH)/%<0.19-120.6~2.01.9~2.10.6~1.585~89冷效率/%80~8370~7669~76~41(包括副產(chǎn)品)碳轉化率/%9995~98>99~91>90%59~62系列配置單系列多系列無(wú)備用有備用爐壁冷卻水冷壁熱爐壁多層一般耐特種耐火磚耐火磚火材料在引進(jìn)的同時(shí)也付出了昂貴的代價(jià)。魯奇爐以褐造價(jià)以及雙高煤(高灰分、高熔點(diǎn))和三高煤(高硫煤、長(cháng)焰煤為原料制氣在國際上是- -種成功的工藝,分高灰分、高熔點(diǎn))的利用已成為煤化工發(fā)展的制特別是在城市煤氣和合成油等領(lǐng)域具有優(yōu)勢,該技約因素,因此充分利用項目所在地的原料優(yōu)勢,選擇術(shù)用于我國山西天脊集團生產(chǎn)大規模合成氨在當時(shí)合適的爐型,提高自主創(chuàng )新和引進(jìn)消化吸收的能力，尚屬世界首例,天脊集團的這套裝置從投產(chǎn)到最終提高煤炭資源綜合利用及能源轉化效率是我國今后穩定運行歷經(jīng)10余年,期間對原工藝先后進(jìn)行了一段時(shí)期需要慎重對待的問(wèn)題。.400多項的改進(jìn)。近年來(lái),在我國又引進(jìn)了不少殼參考文獻:牌爐,這種爐型雖然先進(jìn),在國外也有成功的經(jīng)驗,但它用在發(fā)電上居多,而用于生產(chǎn)氫氣、合成氨、甲.[1] 唐宏青.雙高煤的氣化問(wèn)題研討[J].氮肥與甲醇,醇也是世界首例。根據以往經(jīng)驗,該技術(shù)在國內必2007,2(3):1-5.然要經(jīng)歷一段摸索磨合的過(guò)程,因為無(wú)論何種爐型[2]房倚天,黃戒介 ,馬小云,等.加壓灰熔聚流化床粉煤氣都有它的適應范圍,特別是在對煤種和煤源的適應化技術(shù)研發(fā)及半工業(yè)示范裝置1.0 MPa下運行情況.[J].氮肥與甲醇,2008,3(1):15-18.性上?？傊?在煤化工領(lǐng)域,產(chǎn)品成本、設備材質(zhì)和.The characters of major coal gasifiers and their application in the coal chemical fieldCHENG Ling-sheng(Shanxi Provincial Chemiceal Design Institute, Taiyuan Shanxi 03001, China)中國煤化工Abstract:The gasification is the key technology of∞al chemical industry;Dost crucial equipmentlor the development of coal chemical.In this paper, the technical paramete|YHC N M H Gopes of apliation areintroduced. It is clear that the selection of gasifier depends on the type of cal.1he mportant pounts aout tne selection of gasifier andthe related problems which should be paid attention to are pointed out in this paper.Key words:coal gasifiers; gasifier type; gasification parameter; coel chemnical industry