第40卷第1期廣州化工Vol 40 No. I2012年1月Guangzhou Chemical IndustryJanuary. 2012煤氣化方法的研究王濤玉(河南化工技?；瘜W(xué)化工系,河南開封475000)摘要:中國(guó)是資源和能源相對(duì)匱乏的國(guó)家,缺油、少氣,煤炭資源相對(duì)豐富,而人口眾多,人均能源消費(fèi)增長(zhǎng)較快既是能源消費(fèi)大國(guó),同時(shí)又是能源進(jìn)口大國(guó),但國(guó)家的經(jīng)濟(jì)力量有限我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須建立在以煤為主要原料的基礎(chǔ)之上。本文對(duì)煤氣化的幾種典型方法進(jìn)行了比較,特別對(duì)德士古水煤漿加壓氣化的特點(diǎn)進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞:煤氣化;方法;選擇中圖分類號(hào):TQ536文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-9677(2012)01-0030-03Research on coal gasification methodWANG Tao-yuDepartment of Chemistry and Chemical Engineering, Henan Chemical Engineering SchoolHenan Kaifeng 475000, China)Abstract: China was relatively resource and energy poor country, lacking of oil and gas, coal resources relatively a-bundant, but the large population, the per capita energy consumption growth was rapidder, who was a big energy consu-ming and energy import country, but the limited economic strength, Chinas economic development must be establishedon the basis of coal as main raw material. The gasification of several typical methods were compared, especially the Texaco water coal slurry pressurized gasification characteristics were analyzedKey words: coal gasification; method; selection面對(duì)能源日益匱乏的世界,能源利用問題成為世界政治、經(jīng)氣。經(jīng)過十年的刻苦攻關(guān),水煤漿加壓氣化技術(shù)逐漸成熟,單穴濟(jì)關(guān)注的焦點(diǎn)。我國(guó)有1萬億噸的煤炭?jī)?chǔ)量,占全國(guó)能源資源產(chǎn)量達(dá)到設(shè)計(jì)能力的138%,運(yùn)行周期逐步提高創(chuàng)造了許多運(yùn)探明總儲(chǔ)量的87.4%,這對(duì)于煤化工的發(fā)展有著深厚的基礎(chǔ)。行紀(jì)錄,單爐連續(xù)運(yùn)行紀(jì)錄106天,噴嘴我廠可以自己制造,噴當(dāng)前大力發(fā)展煤化工,合理開發(fā)利用煤資源已成為有識(shí)之士的嘴的使用壽命達(dá)到一百多天,且修復(fù)后可以重復(fù)利用,耐火磚全共識(shí)。部國(guó)產(chǎn)化,使用壽命達(dá)到了12000h,大大提高了其裝置的可靠縱觀我國(guó)的各種煤氣化的方法,無論是20世紀(jì)初的間歇式性、經(jīng)濟(jì)性。固定層煤氣爐,還是在20世紀(jì)70年代引進(jìn)的以塊煤為原料的魯工藝原理及流程簡(jiǎn)介:水煤漿加壓氣化工藝屬氣流床氣化奇公司的 Lurgi氣化爐,80年代引進(jìn)的德士古公司Tea水煤水煤漿進(jìn)料以純氧為氣化劑。氣化壓力可在2.0~8.5MPa范漿氣化技術(shù)以及90年代引進(jìn)的殼牌公司的Sh冷壁爐都存在圍選擇氣化溫度約1300-1500℃,濕煤氣主要含有CO、H2、著先進(jìn)技術(shù)的掌握以及創(chuàng)新問題。本文重點(diǎn)對(duì) Lurgi氣化爐、Tex-CO2、H2O、N2、H2S、CH等。在氣化爐中進(jìn)行的主要反應(yīng)有:ao水煤漿氣化爐、She冷壁爐恩德氣化爐進(jìn)行分析比較。(1)煤的熱裂解與揮發(fā)物的燃燒氣化;(2)固定碳與氣化劑(氧氣、蒸汽)間的反應(yīng);(3)反應(yīng)生成氣體彼此間進(jìn)行的反應(yīng);4)生1 Texaco氣化成的氣體與氣化劑、固定碳之間的反應(yīng)。本裝置有以下特點(diǎn)為改變煤氣化的原料路線,我國(guó)八十年代引進(jìn)美國(guó)德士古(1)原料適應(yīng)性廣:各種煙煤、氣煤、肥煤,都可以用來制氣公司水煤漿加壓氣化技術(shù),并在魯南化肥廠建設(shè)工業(yè)性示范裝對(duì)煤的水分、灰分、可燃物含量灰熔點(diǎn)等沒有苛刻的要求這有置。氣化爐設(shè)計(jì)為一開一備其配套設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為年產(chǎn)8萬t利于廠家就近選煤,可大大節(jié)約成本合成氨、13萬t尿素。(2)氣體有效成份高:有效氣成分(CO+H2)80%-82%,魯該裝置是世界第五套、國(guó)內(nèi)第一套水煤漿加壓氣化裝置國(guó)奇氣化工藝的有效氣成分(CO+H2)只有50%-70%。見表1產(chǎn)率達(dá)90%以上。1989年4月正式動(dòng)工,1993年4月建成并順排渣無污染。污水污染小易處理。因高溫氣化,氣體中含甲烷利投入試生產(chǎn),同年6月份通過國(guó)家技術(shù)鑒定,1995年全面達(dá)很低(C干油唐可以綜合利用。中國(guó)煤化工sMPa皆有工業(yè)化裝置,以該裝置設(shè)計(jì)單爐日投煤量450t,由原料煤制得水煤漿,經(jīng)煤4.0MPaCNMHG合成氣壓縮功。漿泵送入氣化爐內(nèi),與氧氣混合燃燒,通過激冷、洗滌,制得水煤4)碳的轉(zhuǎn)化率高:炭的轉(zhuǎn)化率高達(dá)98%。作者筒介:王濤玉(1981-),男,講師,本科畢業(yè)于山東理工大學(xué)材料學(xué)院?，F(xiàn)為河南化工技師學(xué)院專職教師,從事化工工藝的教學(xué)研究工作第40卷第1期王濤玉:煤氣化方法的研究(5)氣化爐熱量利用:氣化爐有激冷廢鍋、激冷和廢鍋結(jié)合(6)熱效率高,煤中約83%的熱能轉(zhuǎn)化為合成氣,約15%的的三種流程?？梢愿鶕?jù)產(chǎn)品進(jìn)行選擇氣化流程。由激冷工藝制熱能被回收為高壓或中壓蒸汽,總的熱效率為98%左右得合成氣,汽氣比達(dá)到1.4,特別適合作為生產(chǎn)合成氨和甲醇的氣頭(見表2),也可作為制氫羰基合成氣等,途廣泛。廢鍋流3 LURGI(魯奇)氣化程適合用作燃?xì)馔钙窖h(huán)聯(lián)合發(fā)電工程,副產(chǎn)的高壓蒸汽用于魯奇爐和固定層煤氣爐類似,爐體是立式園筒,設(shè)有夾套鍋爐。蒸汽透平發(fā)電機(jī)組,實(shí)現(xiàn)多聯(lián)供℃,爐上(6)氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單生產(chǎn)能力大:氣化爐內(nèi)無傳動(dòng)裝置結(jié)部設(shè)有煤分布器及攪拌器,下部設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)爐篦及相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。魯奇碎煤加壓氣化的特點(diǎn)成氣可以日產(chǎn)合成氨760t以上。(1)魯奇爐采用碎煤入爐,人爐煤的處理費(fèi)用較低,可以使另外水煤漿是一種有水、煤、添加劑混合制備而成的新型煤用高水分高灰融點(diǎn)和高灰含量的非強(qiáng)粘結(jié)性煤,尤其是對(duì)劣質(zhì)基流體潔凈環(huán)保燃料,水煤漿既保留了煤的燃燒特性,又具備了的貧煤能穩(wěn)定、可靠和高效的氣化類似重油的液態(tài)燃燒應(yīng)用特點(diǎn),其外觀像油,流動(dòng)性好、儲(chǔ)存穩(wěn)(2)凈煤氣成分中含有10%-15%的甲烷成分,不僅可以降定、運(yùn)輸方便燃燒效率高污染物排放低,重油有時(shí)含硫高達(dá)低煤氣化的耗氧量,而且特別適宜于聯(lián)產(chǎn)城市煤氣。4%,而水煤漿的含硫可控制在1%以下,約2t水煤漿可以替代(3)凈煤氣中H2/CO比為1.6-1.7,不用變換即可直接利用lt燃油。若將我國(guó)每年燒掉的3000萬t重油全改為水煤漿,其F-T或改良F-T工藝合成各種液體燃料,聯(lián)產(chǎn)甲醇,調(diào)節(jié)城市煤意義深遠(yuǎn)。據(jù)有關(guān)資料表明我國(guó)每年的原油產(chǎn)量在1.6億t左氣季節(jié)性、時(shí)段性平衡和發(fā)展甲醇化學(xué)提高整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。右,2001年進(jìn)口原油6492萬t,預(yù)測(cè)2004年中國(guó)石油進(jìn)口將達(dá)(4)盡管其煤氣成分復(fù)雜,處理費(fèi)用高,但其中含有高附加億t,因此發(fā)展水煤漿氣化技術(shù)將成為緩解我國(guó)石油供需矛盾值的焦油、輕油石腦油及酚等化工產(chǎn)品,這是否是優(yōu)勢(shì)關(guān)鍵取和減少常規(guī)污染的主要途徑,采用潔凈煤技術(shù)以煤代油已成為決于產(chǎn)品的規(guī)模。我國(guó)能源戰(zhàn)略的一個(gè)重要趨勢(shì)。因此當(dāng)前大力發(fā)展煤化工,要(5)國(guó)產(chǎn)化的實(shí)現(xiàn)和投資費(fèi)用的大幅度的下降,將使其多聯(lián)合理開發(fā)利用能源,而大力發(fā)展德士古加壓氣化技術(shù)非常適合產(chǎn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性大大提高。我國(guó)的國(guó)情和能源的發(fā)展戰(zhàn)略。2 SHELL(謝爾)氣化4恩德氣化爐恩德氣化技術(shù)是在溫克勒氣化爐基礎(chǔ)上經(jīng)過改進(jìn)逐步形成目前,出e煤媒氣化裝置從示范裝置到大型工業(yè)化裝置均采用的,恩德氣化爐為常壓循環(huán)硫化床技術(shù),設(shè)備較龐大,占地面積廢鍋流程。其流程為原料煤經(jīng)破碎由運(yùn)輸設(shè)施送至磨煤機(jī),在磨較大。1)主要設(shè)備有:氣化爐、分離器廢熱鍋爐、省煤器激冷煤機(jī)內(nèi)將原料煤磨成煤粉(按質(zhì)量計(jì),其中90%粒度65%,T,>1250℃,爐。經(jīng)廢鍋回收熱量后的煤氣進(jìn)入干式除塵及濕法除塵洗滌系與固定層造氣爐比較煤的適應(yīng)性較寬。統(tǒng)處理后的煤氣含塵量小于1mg/m送至后工序。2)氣化效率高:氣化效率高達(dá)76%,但比德士古和殼牌低裝置的技術(shù)特點(diǎn):高于固定層氣化爐,與魯奇爐相當(dāng)(1)干煤粉進(jìn)料,氣化溫度高,煤種適用廣,從無煙煤煙煤(3)技術(shù)成熟可靠,可用于較大規(guī)格生產(chǎn)。褐煤到石油焦均可氣化,對(duì)煤的灰融點(diǎn)范圍比其它氣化工藝更恩德粉煤氣化技術(shù)是在溫克勒氣化技術(shù)上經(jīng)過改造逐步完寬。對(duì)于高灰分、高水分、高含硫量的煤種也同樣適用。(2)氣化溫度約1400~1600℃,碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%以上,產(chǎn)善形成的,在朝鮮的七七化工廠已運(yùn)行30多年,某些方面有所突破品氣體相對(duì)潔凈,不含重?zé)N,甲烷含量極低,煤氣中有效氣體(CO①去掉爐蓖子,改為仰角流化。+H2)高達(dá)90%以上。②干式旋流除塵器的改造及回收入爐。(3)氧耗低,與水煤漿氣化相比,氧氣消耗低20%左右。③廢熱入口的改造。(4)單爐生產(chǎn)能力大,目前已投入運(yùn)轉(zhuǎn)的單爐氣化壓力4)環(huán)境影響小:恩德氣化爐由于是連續(xù)氣化,無焦油、粉塵3.0MPa,日處理煤2000t。但目前國(guó)內(nèi)無投運(yùn)裝置(5)氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu),無耐火磚襯里,維護(hù)量少,運(yùn)轉(zhuǎn)等,與固定層造氣爐相比消除了吹風(fēng)氣的污染。(5)投資省,約為德土古、殼牌的40%。周期長(zhǎng),無需備用爐。表1四種典型煤氣化水煤氣干氣的成分:項(xiàng)目20C0H,S+COs有效氣體成分/%TEXACO0.10.6SHELL中國(guó)煤化工80~90CNMHG50-70恩德37.919.5681.79.2766-702廣州化工2012年1月表2四種典型煤氣化方法比較項(xiàng)目TEXACO(德土古)SHELL(謝爾)LURG(魯奇)恩德粉煤氣化灰熔點(diǎn)<1300℃灰熔點(diǎn)<1500℃水分<8%水分:褐煤<8%自由膨脹指數(shù)<7%,灰熔點(diǎn)可以使用高灰分的劣質(zhì)褐粒度<200目65%煤漿煙煤<2%原料煤>1400℃,水分<20%煤、不粘煤、弱粘煤和長(zhǎng)焰灰分<13%灰分<13%6~50mm碎煤灰分無限制煤,使煤源得到很大的拓展?？赡バ?、成漿性好及活性相可磨性好干分原料適用廣,成本低粒度0~10mm,灰分<40%對(duì)高<100μm占80%恩德氣化爐為常壓循環(huán)硫化火襯里基本結(jié)構(gòu)相對(duì)燒嘴水夾套布煤、攪拌器旋轉(zhuǎn)爐技術(shù),在溫克勒氣化爐基燒嘴水冷壁礎(chǔ)上經(jīng)過改進(jìn)逐步形成的操作壓力/MPa2.65~6.52.0-3.02.0-3.1常壓氣化操作溫度/℃350-14001400~17001100~1300900~1000排灰方式液態(tài)液態(tài)固態(tài)固態(tài),灰渣和飛灰含碳量小于10%碳的轉(zhuǎn)化率/%生產(chǎn)強(qiáng)度單爐每小時(shí)產(chǎn)氣量5000>80003000-4500達(dá)到4萬m3/h氧耗/(m3·m-3)0.30.225~0.2550.18有效成份(CO+H2)/%80-820.058-9煤氣水處理較簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單量大、復(fù)雜量大、復(fù)雜原料準(zhǔn)備復(fù)雜、費(fèi)用高復(fù)雜、費(fèi)用高簡(jiǎn)單、費(fèi)用低簡(jiǎn)單、費(fèi)用低維護(hù)工作量較簡(jiǎn)單較大工程經(jīng)驗(yàn)多單爐最大生產(chǎn)能力2000投煤量/(vd)1500國(guó)產(chǎn)化基本國(guó)產(chǎn)化不具備條件已國(guó)產(chǎn)化已國(guó)產(chǎn)化投資/萬元80000-1200003000~5000魯奇碎煤加壓氣化和德士古水煤漿加壓氣化法同屬第二代進(jìn)消化吸收需要大量投資、時(shí)間和過程。中國(guó)石化集團(tuán)公司和煤氣化技術(shù),而謝爾干粉煤氣化則屬于第三代煤氣化技術(shù),均廣殼牌公司合作投資1.36億美元,采用殼牌粉煤氣化技術(shù)在岳陽(yáng)泛應(yīng)用于城市煤氣、代用天然氣、代用燃料、GCC發(fā)電、合成氨、洞庭化肥廠建設(shè)日耗煤2000t的煤氣化廠,實(shí)現(xiàn)以煤代油,頂替醇及含氧有機(jī)化合物。由上表還可以看出 SHELL工藝有明顯的石腦油原料生產(chǎn)合成氨(30萬t年),但消化吸收該技術(shù)需要有技術(shù)發(fā)展前景,但設(shè)備投資較大,在國(guó)內(nèi)還沒有成熟的應(yīng)用技術(shù)個(gè)過程。經(jīng)驗(yàn),而 TEXACO工藝在我國(guó)應(yīng)用有近10年的成功經(jīng)驗(yàn)。 LURGI因此德士古水煤漿加壓氣化在我國(guó)目前的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下工藝、 TEXACO工藝現(xiàn)已在合成氨生產(chǎn)中找到使用場(chǎng)合,在國(guó)內(nèi)為優(yōu)選的氣化方法。使用恩德氣化爐改造固定層造氣爐,改變也有工業(yè)化裝置,技術(shù)成熟,運(yùn)行可靠,國(guó)產(chǎn)化率高。但 LURGI原料路線,是也可作為選用的氣化技術(shù),但水資源應(yīng)豐富價(jià)廉。魯奇煤氣化工藝明顯存在許多缺陷,導(dǎo)致合成工藝流程復(fù)雜,廢水處理困難,環(huán)境污染嚴(yán)重。相比之下 TEXACO工藝具有明顯參考文獻(xiàn)的優(yōu)勢(shì),而且水冷激流程特別適用于合成氨、甲醇生產(chǎn)工藝相匹[1]錢伯章加快發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)[J].煤化工,2002(4):3-5.配,是目前合成氨、甲醇生產(chǎn)廠家優(yōu)選工藝。 SHELL煤氣化工藝[2]武晉強(qiáng)利用魯奇技術(shù)發(fā)展煤化工多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)[J]煤化工,2002在運(yùn)行周期、單爐產(chǎn)能、變負(fù)荷能力碳的轉(zhuǎn)化率和有效氣體成(4):6-8份等方面優(yōu)點(diǎn)明顯,而且在環(huán)保和資源綜合利用方面具有優(yōu)勢(shì),[3]髙晉生,張德祥,王錦平.21世紀(jì)煤化工技術(shù)展望[J].煤化工,200粉煤氣化將在煤氣化技術(shù)應(yīng)用中占有一席之地。但該技術(shù)的引(5):3-8中國(guó)煤化工CNMHG