2016年5月燃料與化工第47卷第3期Fuel & Chemieal Processes29HYGAS氣化技術及應用分析李保順孟洪君(甘肅宏匯能源化工有限公司,嘉峪關735100)摘要: 介紹了HYGAS氣化技術的工藝流程、技術特點和性能指標等,并對其工業(yè)應用領域進行分析。分析表明，其煤種適應性寬,碳轉(zhuǎn)化效率高，物耗能耗低，較適用于以煤制合成氣和IGCC的方式,可對包括褐煤在內(nèi)的低階煤進行處理利用。關鍵詞: HYGAS; 氣化;低階煤;應用分析中圖分類號: TQ522.6文獻標識碼: A文章編號: 1001-3709 (2016) 03-0029-04HYGAS gasification technology and application analysisLi Baoshun Meng Hongjun ( Gansu Honghui Energy Chemical Co ., Ltd, Jiayuguan 735100 ,China )Abstract: This paper introduces the process flow ,technical features and performance indexes of HYGAS gasification technology and analyzes its industrial application . Analysis shows that this technolo-gy is suitable for a broad range of coals ,and it has the advantages of high efficiency in carbon conver -sion and low material and energy consumption.It is suitable to treat low rank coal including lignitecoal in the way of coal gasification and IGCC.Key words: HYGAS; Gasification; Low rank coal ; Application analysisHYCAS氣化技術是由美國燃氣技術研究院向如圖1所示，與常規(guī)氣化技術基本相似，主要不同(GTI)研發(fā)的針對于煤及生物質(zhì)對象的氣化技術,之處如下。被列為高收率高玉煤制天然氣和合成氣的美國國家褐煤、煙煤、次煙煤、半焦儲備技術。HYGAS氣化技術屬高壓流化床煤制合f 煤粉/煤漿制備一備煤系統(tǒng)液化+液化天然氣成氣技術,采用煤粉/煤漿或其他含碳物質(zhì)為氣化原料,以純氧和水蒸汽為氣化劑,通過專有的HYGAS合成氣.+加壓天然氣空分系統(tǒng)多級高效氣化爐,對含碳物質(zhì)進行部分氧化反應,生粉↑|凈化系統(tǒng)I PSA制氫+工業(yè)氫氣產(chǎn)以CO、H2、CO2和CH為主要成分的粗合成氣。煤HYGAS氣化技術于20世紀60年代初完成實驗室HYGAS- 一分離冷卻一F-T合成 柴油”(化系統(tǒng)石腦油研發(fā),1971年建成半工業(yè)性示范裝置，80 年代初完HYGAS氣化系統(tǒng)流程HYGAS氣化產(chǎn)品氣延續(xù)加工方向成商業(yè)化裝置基礎設計。2012年，GTI授權上海堯興投資管理有限公司,在全球?qū)ζ鋼碛械腍YCAS圖1 HYGAS 氣化系統(tǒng)流程及產(chǎn)品氣延續(xù)加工方向多級流化床氣化技術和中國高壓多級流化床反應器1)煤種適應性強，可處理褐煤、煙煤、次煙煤、(HYGAS氣化爐)專利技術，進行技術轉(zhuǎn)讓、授權使半焦等多種原料,包括高硫/高灰/高內(nèi)水/高灰熔點用許可和技術推廣。的劣質(zhì)煤和低階煤。2)可采用煤粉、碎煤、水煤漿、油煤漿等多種原1 HYGAS 氣化技術流程料進料方式。1.1 HYGAS 氣化系統(tǒng)流程及產(chǎn)品氣延續(xù)加工方向3)根據(jù)不同建設和工藝條件，模塊式氣化工藝HYCAS技術的系統(tǒng)流程及產(chǎn)品氣延續(xù)加工方可進行靈活組合。收稿日期: 2016-04-11燃料與化工_May. 201630Fuel & Chemical ProcessesVol.47 No.31.2 HYGAS 氣化爐工作流程，道進人氣化爐低溫加氫裂解段,在550~650C進行HYGAS氣化爐由干燥熱解低溫加氫裂解、高中低溫加氫裂解,生成熱解氣和芳烴產(chǎn)品。溫加氫裂解、純氧氣化4個功能段構(gòu)成，大體結(jié)構(gòu)及4)低溫加氫裂解段的半焦沿輸送管道進人氣各功能段的主要化學反應見圖2,其主要工作流程化爐高溫加氫裂解段,在800~950C進行中高溫加如下。氫裂解，同時發(fā)生部分甲烷化反應。1)褐煤、煙煤、次煙煤、半焦等原料煤破碎成5)高溫加氫裂解段生成的半焦沿輸送管道進<6mm碎煤(褐煤等低階煤需經(jīng)預處理脫除外水)人氣化爐純氧氣化段,在900~1050°C進行純氧氣后,配制成油煤漿?；磻?欠氧反應)。2)煤漿用泵送人氣化爐干燥熱解段,在260~6)純氧氣化段生成的合成氣為第2、3段反應360C左右進行低溫干燥熱解,脫除內(nèi)水,脫出的內(nèi)提供氫源和熱量,最后在第1段與粗煤氣- -起排出，水以水蒸汽形式隨粗煤氣排出。去往凈化工段。3)干燥熱解段的低溫干燥熱解半焦沿輸送管p合成氣出口煤漿入口分離干燥旋風濕煤-脫水.世洲熱處理。煤漿溶刻平發(fā)。氣態(tài)芳烴:器熱解段煤一一揮發(fā)分H、co, CH、CHH. NH, HS等)+芳烴(CH C且等)+半焦低溫加氫」+H裂解裂解段.“半焦-揮發(fā)分H，Co. CH、CHH NH. HLS等)+輕質(zhì)芳烴(C.H. CH、CH,OH等)+車.....+H.裂解半焦一+揮發(fā)分H. co, CH等)+輕質(zhì)芳烴(CH、CH等)+半焦高溫加氫裂解段C+HO∞∞+HCO+H,O一H+CO,C+2H,一CH,Co+ 3H一CH,+HO1 純氧化段純氧廠C+0,=CO2CO:+C≌c C+2H, 一CH,氣化劑入口一灰渣出口氣化段L C+HO∞C0+H,CO+H2O∞H+CO,*...液化氣入口一圖2 HYGAS 多級高壓氣化爐工作機理示意圖千標方有效氣人爐煤耗比魯奇、BGL. KBR氣化技術2 HYGAS 氣化技術主要性能指標低10%。氧氣消耗110~ 210m',比水煤漿氣化低HYGAS技術通常采用<6mm的碎煤配制成油50%,比干煤粉氣化低30%。采用固態(tài)排渣,水消煤漿作為入爐原料,用于煤制天然氣項目時，綜合碳耗比水煤漿和干煤粉激冷流程少60%。HYGAS 技轉(zhuǎn)化率可達98%以上,冷煤氣收率可達85%- 90%。術處理不同煤種時 氣化爐運行參數(shù)見表1。表1 HYGAS氣化爐處理不同煤種的運行參數(shù)煤種某褐煤某次煙煤某煙煤某無煙煤某山西無煙煤灰分/w1%7.319. 498.9526.7218.40水分/w1%33.9321.3S10.37.282.67揮發(fā)分/wI%27. 1632. 6436.7112. 9312.78灰熔點/C .1 390(DT)>1 350(DT)干基熱值/(k小kg')23 96026 83530 12626 92329 355碳轉(zhuǎn)換率/%97.07.04.894.7氧耗(折合C0 +H2)/(m'.1 000m3)119.9114.5117.5125.1煤耗(人爐)折合(C0+H2)/(1.1 00 )0. 8870.6730. 5450.4870. 465蒸汽消耗/(1.1 00m3 )折合(C0+H2)0. 4060. 3810.3740. 3680. 404:煤(入爐)當量甲烷產(chǎn)量/(m'. t282371459513372016年5月燃料與化工第47卷第3期Fuel & Chemical Processes31濟技術開發(fā)區(qū)建設224萬t/a褐煤綜合利用示范項3 HYGAS 技術工業(yè)化應用情況目的一期144萬t(干基)/a工程,該工程褐煤加工3.1國外工 業(yè)化應用情況所采用的工藝即為HYGAS多級高效流化床氣化技1971年,美國芝加哥建成半工業(yè)性HYGAS氣術。其氣化裝置為2臺7. 0MPa、投煤量2400t/d化試驗工廠，氣化爐內(nèi)徑1. 71m,投煤量72t/d,氣化(干基)的HYGAS褐煤氣化爐。該工程預計2017壓力7. 24MPa。1971- -1980 年，試驗工廠以不同的年4月投料試車。褐煤煙煤、次煙煤半無煙煤多個煤種的原煤和洗4在低階煤氣化項目中的應用分析;煤為原料,進行了長達10年(共約10 963h)、投煤量25 963t的運行試驗。隨后,完成了商業(yè)化裝置基目前,我國低階煤的利用主要有煤炭直接液化礎設計,但由于能源政策變更，國外至今尚無完全工和煤氣化方式。目前已推廣應用的氣化技術有魯業(yè)化運行裝置。奇BGL、水煤漿等。表2給出了HYGAS氣化技術3.2國內(nèi)工業(yè)化應用情況與上述氣化技術綜合比較。興安盟誠泰能源化工有限公司正在烏蘭浩特經(jīng)表2 HYGAS 氣化技術與其他氣化技術的綜合對比序號項目魯奇BGL .HYCAS水煤漿1床層形式固定床移動床或固定床流化床氣流床進料方式干法(塊煤)干法(碎煤)干法排渣形式固態(tài)排渣液態(tài)排渣干式排渣適用煤種次煙煤、褐煤、無煙煤、不黏煤褐煤、次煙煤褐煤、次煙煤、煙煤、半焦次煙煤、煙煤煤的粒度/mm25 ~505~ 50<6<0.5氣化壓力/MPa2.5~4.02. 5~4.03.0~8.02. 8~8.7氣化溫度/C1 000~ I 200I 400~1 700<1 1001 200~1 500氣化劑空氣/氧氣氧氣+蒸汽氧氣對環(huán)境影響中低10千標方有效氣氧耗/m3180~ 220190~ 250.110~210380 ~ 430碳轉(zhuǎn)化率)6998冷煤氣效率785-9070~78單爐投煤能力/( d-I)9501 2003 0002 000氣化爐結(jié)構(gòu)水夾套耐火襯里耐火襯里.耐火襯里或水冷璧國產(chǎn)化水平關鍵設備引進國產(chǎn)化率較高6制造安裝工程實施難度小對比而言，HYGAS氣化技術在應用于低階煤氣既避免了魯奇法對塊煤的限制,也無需設置水煤漿化時,具有如下特點和優(yōu)勢。法中的煤粉磨細系統(tǒng),可節(jié)省相應設備投資。1)煤種適應性廣。HYCAS氣化技術為相對低3)氣化效率高,單爐產(chǎn)氣量大,粗合成氣中甲烷溫( <1 050C)氣化和固態(tài)排渣的技術,對煤灰熔點含量高。由于HYGAS氣化壓力可以高達8.5MPa,氣的高低沒有任何限制。同時通過設置除黏裝置,可化爐單爐投煤量可達2000~7 000v/d,單爐產(chǎn)氣量以完全消除各類煤不同程度的黏結(jié)性以保證人爐煤可達到15萬m'/h(干氣)以上,碳的轉(zhuǎn)化率可達到不會在蒸汽氧氣化過程中熔結(jié)灰渣。因此,同樣處95%以上。用于煤制天然氣項目時，根據(jù)終端產(chǎn)品理低階煤, HYGAS氣化在處理高水、高硫、高灰熔點的需要以及煤種、操作工況的不同,干煤氣中的甲烷和具有一定黏結(jié)性的煤時,更具優(yōu)勢。含量可達到23%~ 39% ,使得后續(xù)變換、凈化、甲烷2)進料方式獨特。與其他干煤粉或水煤漿氣化裝置配置小，能大幅節(jié)省后續(xù)裝置投資,與其他氣化爐不同，HYGAS原料煤粉采用與其副產(chǎn)的輕質(zhì)化技術同類裝置相比,全系統(tǒng)建設投資約低15%。油品混合成油煤漿的方式，通過高壓煤漿泵將煤粉4)副產(chǎn)焦油質(zhì)量好。由于HYGAS多級流化床(光僅三....、左金￥不與/化心的工品批zEL1而與化且左宣工氣化久生下:;壯行立片的列輕丘六小燃料與化工_May. 201632Fuel & Chemieal ProcessesVol.47 No.3且在熱解過程中伴隨有部分中低溫加氫反應,相比表3 HYGAS 與干粉氣流床廢鍋流程IGCC項目指標對比于高溫干餾焦油和半焦副產(chǎn)焦油, HYGAS氣化副產(chǎn)兩段干粉氣流床氣化爐:HYGAS焦油的比重較輕,輕質(zhì)芳烴的含量高瀝青質(zhì)少，后氣化壓力/MPaG2.94.2續(xù)焦油加工處理相對便利。收到基進煤量(含水14.0% )/TPD2 246氧耗/(m.時)40 97920 3715在IGCC項目中的應用分析.蒸汽耗/(kg hr')50 244碳轉(zhuǎn)化率/%>9997.0與傳統(tǒng)的干粉氣流床氣化技術相比, HYCAS技燃氣透平發(fā)電/MW171.1蒸汽透平發(fā)電/MW110.6 !96.9術在應用于IGCC項目時具有如下優(yōu)勢。總發(fā)電/MW281.7268.01)可突破煤種限制。干粉氣流床氣化技術通空分耗電/MW6.2氮壓機耗電/MW24.1常以煙煤為原料,對煤的灰分含量、灰熔點及黏結(jié)性其他耗電/MW16.5有要求。采用HYGAS氣化技術時，可用價格較低總耗電/MW53.046.8凈發(fā)電/MW228.7221.2的高灰劣質(zhì)煤、褐煤等低階煤。廢鍋產(chǎn)飽和蒸汽/(1 h-l)7(02)運行更穩(wěn)定。用氣流床氣化技術的IGCC芳烴副產(chǎn)/(kg h')6363比氧耗[折合(C0 + H2)]/(m'. km~3 )292發(fā)電項目,進人燃燒室的合成氣熱值低,存在著透平比蒸汽耗[折合[C0+ H2)]/(kg. km-3 ;N/A336葉片冷卻不足,單個葉片承擔載荷易超過允許值及比煤耗[干基折合(C0 + H2)]/(kg km3 )52938壓氣機喘振等危險,對燃氣輪機系統(tǒng)的改造難度較能源轉(zhuǎn)換效率/%41.947.0大,并且運行不穩(wěn)定。而用HYGAS氣化技術的蒸汽發(fā)電鍋爐C蒸汽輪機IGCC發(fā)電項目,進燃燒室的合成氣熱值高(甲烷含蒸汽|量高) ,燃氣輪機的壓氣機、透平及燃燒室的通流部汽廢熱鍋炒門期氣。分構(gòu)造簡單,并且運行可靠。HYGAS氣化奶 冷卻洗澤一+MDEA- +燃氣輪機- 發(fā)電3)環(huán)境友好。HYGAS氣化爐能消耗有機廢空分[芳烴回收硫回收水，實現(xiàn)有機廢水的零排放,對環(huán)境更友好。4)效率高，綜合經(jīng)濟效益好。用HYGAS氣化圖3 HYGAS 氣化技術IGCC項目流程簡圖技術的IGCC發(fā)電項目，發(fā)電(能源轉(zhuǎn)化)效率可達結(jié)語47%,比氣流床高約5%以上。并且可以聯(lián)產(chǎn)高附加值的輕質(zhì)芳烴,綜合經(jīng)濟效益較高。1) HYGAS 高壓多級流化床氣化技術,與魯奇、5)投資省,運行經(jīng)濟性優(yōu)。采用HYGAS氣化BGL、水煤漿等技術相比,理論上具有煤種適應廣、技術的IGCC發(fā)電項目,由于氣化裝置投資低氣化效率高、投資省、收益高.環(huán)境友好等優(yōu)勢,但目前尚用氧量低、空分裝置規(guī)模小。使用富氫燃機技術、變?nèi)狈Υ笮凸I(yè)化項目運行業(yè)績驗證和支撐。換單元規(guī)模小等優(yōu)勢,相對與氣流床氣化技術的2) HYGAS高壓多級流化床氣化技術應用于低IGCC發(fā)電項目,能大幅降低項目投資。再考慮二氧階煤氣化和IGCC項目時,理論技術經(jīng)濟指標優(yōu)于化碳減排,以及氣化聯(lián)產(chǎn)芳烴收益,項目運行的經(jīng)濟傳統(tǒng)氣化技術和氣流床廢鍋流程。性優(yōu)于超超臨界火力發(fā)電項目。3)基于資源結(jié)構(gòu)和能源政策,HYGAS高壓多采用HYGAS氣化技術的IGCC項目流程見級流化床氣化技術在低階煤清潔高效利用方面,具圖3 ,其與干粉氣流床廢鍋流程IGCC項目主要指標有應用前景。對比見表3。張曉林編輯