第31卷第3期山西化工Vol.31 No.32011年6月SHANXI CHEMICAL INDUSTRYJun.2011。專題討論.現(xiàn)代煤氣化技術(shù)及其煤種的適應(yīng)性分析原小靜(山煤國際能源集團(tuán)華遠(yuǎn)有限公司,山西太原030001)摘要:結(jié)合國內(nèi)外煤氣化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢,討論了煤質(zhì)特性對氣化過程的影響及其在不同氣化爐型中的適應(yīng)性。分析表明,煤種的多樣性及氣化工藝的選擇促進(jìn)了煤氣化技術(shù)的快速發(fā)展，氣流床和流化床代替固定床是煤氣化技術(shù)發(fā)展的必然所趨。在充分認(rèn)識各類煤氣化技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,應(yīng)發(fā)揮優(yōu)勢,針對煤種選用爐型,開發(fā)具有單爐生產(chǎn)能力高、煤種適應(yīng)性強(qiáng)、氣體成分可調(diào)等優(yōu)勢的加壓氣化技術(shù)以及可有效利用煤氣高溫顯熱的兩段或多段式氣化技術(shù)。關(guān)鍵詞:煤;氣化;固定床;流化床;氣流床中圖分類號:TQ54文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1004-7050(2011 )03-0035-04包括:1)固定床煤氣化:間歇式常壓(UCI)氣化、魯引言奇(Lurgi)加壓氣化、液態(tài)排渣Lurgi( BCL)氣化等;煤氣化是以煤(塊煤、焦炭或粉煤)為原料,空2)流化床煤氣化:溫克勒(Winkler)及高溫溫克勒氣、氧氣、二氧化碳或水蒸氣為氣化劑，在- -定的溫(HTW)氣化、灰團(tuán)聚流化床( U-Gas, KRW, ICC)氣度、壓力等條件下發(fā)生反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為煤氣的工藝過化、Lurgi循環(huán)流化床(CFB)氣化等;3)氣流床煤氣程。在氣化爐內(nèi)高溫環(huán)境下進(jìn)行的熱化學(xué)反應(yīng)主要化:常壓粉煤(K-T)氣化、德士古( Texaco)和包括氣、固兩相的非均相反應(yīng)與氣體反應(yīng)物間的均(Destec)水煤漿加壓氣化、殼牌( Shell)、Prenflo和相反應(yīng)。反應(yīng)進(jìn)行的程度取決于氣化爐的操作條GSP粉煤加壓氣化等。本文對典型的氣化技術(shù)及其件,即溫度、壓力、煤的化學(xué)反應(yīng)活性及氣化劑與煤對煤質(zhì)的要求進(jìn)行歸納總結(jié),以期為我國煤氣化技的接觸時(shí)間等。煤氣化技術(shù)是煤化工的先導(dǎo)技術(shù)，術(shù)的發(fā)展 提供- -定的參考。氣化技術(shù)的選擇,需要充分考慮原料煤的特性、煤氣1 煤質(zhì)特性及其對氣化性能的影響的用途和規(guī)模、氣化技術(shù)的成熟度與可靠性、粗煤氣構(gòu)成及經(jīng)濟(jì)性等[。我國煤炭資源豐富,包含了褐煤到無煙煤的不目前,按煤在氣化爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)方式的不同,煤氣化同變質(zhì)程度的各類煤種。但各煤種的儲量不均衡、技術(shù)可分為固定床(移動(dòng)床)、流化床(沸騰床)和氣區(qū)域分布差別較大,不同煤種的組成和性質(zhì)相差也流床等形式;按氣化操作壓力的不同，可分為常壓煤非常大。并且,即使是同- -變質(zhì)程度的煤種,因其成氣化和加壓煤氣化;按進(jìn)料方式的不同,可分為固體煤環(huán)境不同,性質(zhì)差異也較大。氣化反應(yīng)過程與煤進(jìn)料和漿液進(jìn)料;按排渣方式的不同,可分為固體排的性質(zhì)密切相關(guān),直接影響著煤氣化的產(chǎn)物組成與渣和熔融排渣等。煤氣化技術(shù)及其代表性爐型主要?dú)饣に嚨呐渲?。不同的氣化工藝對原料煤的性質(zhì)要求不同，在選擇煤氣化工藝時(shí)，考慮氣化用煤的特性及其影響極為重要。影響煤氣化工藝煤質(zhì)特性收稿日期:201103-22作者簡介:甌小靜,女,1965年出生，1988年畢業(yè)于太原理工大學(xué)化的因素主要中國煤化工工系煤化工專業(yè),工程師,主要從事煤炭貿(mào)易工作。1)水分MHCNMH G變質(zhì)程度的加●36.山西化工2011年6月深呈規(guī)律性的變化,從泥炭褐煤、煙煤到年輕無煙原料,適用于生產(chǎn)燃料煤氣或間接液化制油的原料煤,水分含量逐漸減少。不同的爐型對氣化用煤的氣;單爐生產(chǎn)能力大,爐型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，出爐煤氣中含水分含量要求不同:固定床要求水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在焦油、酚類及氰化物,后續(xù)污水處理和煤氣凈化工藝8% ~ 10% ;流化床和氣流床則規(guī)定煤的含水質(zhì)量分復(fù)雜 、設(shè)備多,固態(tài)排渣、爐渣含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%左數(shù)小于5% ,過高的含水量會降低顆粒的流動(dòng)性;粉右.4。BGL液態(tài)排渣Lurgi爐結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的Lurgi煤氣流床氣化使用的煙煤中,要求原料煤的水分質(zhì)爐簡單,煤種適應(yīng)性強(qiáng)，氣化強(qiáng)度高,生產(chǎn)能力大，量分?jǐn)?shù)小于2%。煤氣中可燃組分提高,碳轉(zhuǎn)化率、氣化效率和熱效2)灰熔點(diǎn)?；胰埸c(diǎn)是煤灰分熔融時(shí)的溫度。率均較高,對環(huán)境的污染小。但其高溫、高壓的操用于固態(tài)排渣氣化爐的煤,在氣化時(shí)不能出現(xiàn)結(jié)渣,作條件限定了其應(yīng)用,在今后的發(fā)展中有待進(jìn)- -其灰熔點(diǎn)應(yīng)較高;液態(tài)排渣時(shí),灰熔點(diǎn)越低越好,但步改進(jìn)。要保證- -定的流動(dòng)性,其黏度應(yīng)小于25 Pa.s,黏度2.2流化床煤氣化 ,太大,液渣的流動(dòng)性變差,有可能出現(xiàn)結(jié)渣現(xiàn)象。流化床(沸騰床)氣化采用氣化劑使粉煤在反3)灰組成。灰組成影響著灰熔點(diǎn)的高低?；覒?yīng)器內(nèi)呈流態(tài)化狀態(tài),在- -定溫度、壓力條件下與氣中SiO2和AI203的含量越大,其熔化溫度范圍越化劑反應(yīng)生成煤氣。溫克勒煤氣化技術(shù)最早用于工高,灰分越難結(jié)渣;而Fe203 和MgO等堿性成分含業(yè)生產(chǎn),適用于褐煤、不黏煤、弱黏煤、中等黏結(jié)性的量越高,熔化溫度越低,灰分越易結(jié)渣。煙煤,煤粒的允許粒度范圍較寬,氣化爐的結(jié)構(gòu)簡4)成漿性。濕法氣化技術(shù)對原料煤的成漿性單、造價(jià)低,氣化劑消耗也較低。但溫克勒爐為常壓有一定的要求,成漿性好的煤種所制得的煤漿濃度操作,生產(chǎn)能力低,氣化溫度低,灰渣和帶出物碳損高氣化指標(biāo)好。失大,氧耗高,碳利用率低,煤耗高[2.5]。針對溫克5)發(fā)熱量。發(fā)熱量即熱值,是煤的主要性能指勒煤氣化技術(shù)的缺點(diǎn),開發(fā)了新的流化床氣化技術(shù),標(biāo)之- -。熱值越高,單位煤氣化有效氣量越大。如高溫溫克勒和灰團(tuán)聚氣化技術(shù)。通過提高氣化溫6)煤化程度。不同煤化程度的煤在組成、結(jié)構(gòu)度和操作壓力而開發(fā)的高溫溫克勒( HTW)氣化技和性質(zhì)方面有明顯的不同。隨煤變質(zhì)程度的加深,術(shù)中,氣化溫度由900 C ~950 C提高到950 C ~煤中碳元素含量逐漸增加,氧元素、內(nèi)在水分和揮發(fā)1100 C ,粗煤氣帶出物經(jīng)分離后返回氣化爐,灰渣分含量逐漸降低。煤的反應(yīng)活性與煤化程度直接相中含碳量降低,提高了碳轉(zhuǎn)化率,增加了煤氣產(chǎn)率,關(guān), - -般隨煤的變質(zhì)程度的降低而增強(qiáng)。各煤種反操作壓力由常壓提高到1.0 MPa,提高了氣化爐的應(yīng)活性高低的順序?yàn)?褐煤>煙煤>無煙。生產(chǎn)能力。流化床氣化技術(shù)生產(chǎn)強(qiáng)度較固定床大，2不同煤氣化技術(shù)及 其對煤種的適應(yīng)性直接利用碎粉煤(0 mm ~ 10 mm) ,適應(yīng)于采煤技術(shù)的發(fā)展,避開了塊煤供求矛盾。2.1固定床煤氣化灰熔聚流化床氣化工藝中,床層內(nèi)局部區(qū)域的常壓固定床煤氣化工藝是開發(fā)最早、工業(yè)化應(yīng)溫度被提高,使煤中的灰分在軟化而未熔融的狀態(tài)用時(shí)間最長的氣化法。固定床(移動(dòng)床)氣化是逆下相互團(tuán)聚,黏結(jié)成含碳量較低的球狀灰渣,且有選流氣化,床層間存在明顯的溫度梯度分布,依次形成擇性地被排出爐外。其特點(diǎn)是增加了灰熔聚顆粒預(yù)熱干燥、干餾、氣化和燃燒幾個(gè)不同的區(qū)域。以塊物,容易與半焦分離,使排灰碳含量降低，提高碳轉(zhuǎn)煤(焦)為原料,根據(jù)氣化爐型和煤種的不同,所用化率,灰渣中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于10% ,煤氣化效率塊煤的粒度范圍在5 mm ~80 mm。該類氣化技術(shù)高于70%,適應(yīng)于黏結(jié)煤、高灰煤在內(nèi)的各類等級對煤性質(zhì)要求嚴(yán)格,適應(yīng)于反應(yīng)性好、灰熔點(diǎn)高、熱的煤種[5)。應(yīng)用此原理的氣化技術(shù)主要有U_Gas、穩(wěn)定性好的弱低黏結(jié)性煤。對黏結(jié)性、膨脹性高和KRW和中科院山西煤炭化學(xué)研究所的灰融聚粉狀煤處理困難。氣化。間歇式常壓固定床( UGI)煤氣化的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡循環(huán)流化床一般在大于顆粒終端速度下操作,單、易于操作、技術(shù)成熟投資少,但其效率低、原料床中氣體返溫少于氣泊龍東旨因相接觸好,生產(chǎn)煤種單一能耗高,在現(xiàn)代工業(yè)中勢必被淘汰。Lur~能 力大大提中國煤化工化床大3倍~gi加壓氣化是典型的加壓固定床氣化技術(shù),可以使4倍。但煤. CNMHC不到完全氣化，用高灰分煤,但不能氣化粉煤;以弱黏結(jié)性貧瘦煤為此過程要求更高效的粉塵分離系統(tǒng)。，38●山西化工2011年6月.甚至稻草等生物質(zhì)的氣化[9.01 ,在中國具有較廣闊雖然某種煤氣化工藝適應(yīng)的煤種范圍較寬,但最適的應(yīng)用前景。宜和最經(jīng)濟(jì)的適宜煤種不多。因此,一方面,應(yīng)充分現(xiàn)有的千法進(jìn)料氣流床氣化中,為了讓高溫煤認(rèn)識氣化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),發(fā)揮優(yōu)勢,針對煤種選用爐氣中的熔融態(tài)灰渣凝固,避免堵塞煤氣冷卻器,需采型;另-方面,需大力開發(fā)具有單爐生產(chǎn)能力高、煤用后續(xù)工藝中的大量冷煤氣對高溫煤氣進(jìn)行激冷，種適應(yīng)性強(qiáng)、氣體成分可調(diào)等優(yōu)勢的加壓氣化技術(shù)。因此熱量損失較大,造成氣化爐出口煤氣高溫顯熱氣流床和流化床代替固定床應(yīng)該是煤氣化技術(shù)發(fā)展無法很好地利用，限制了現(xiàn)有氣化技術(shù)總體熱效率的必然趨勢。的提高。其典型代表是Shell爐和Texaco 爐, Shell參考文獻(xiàn):爐煤氣帶走的顯熱約占人爐煤氣熱值的13% ,Tex-aco爐約占20% (不含潛熱)。鑒于此,開發(fā)了兩段[1]步學(xué)朋 ,任相坤,崔永君.煤炭氣化技術(shù)對煤質(zhì)的選擇及適應(yīng)性分析[J].神華科技,2009,7(5):73-80. .或多段干粉進(jìn)料氣流床氣化技術(shù)。西安熱工研究院[2] 許世森,張東亮,任永強(qiáng),等.大規(guī)模煤氣化技術(shù)[M].的兩段式干煤粉氣化爐(TRPI氣化爐)采用上置式北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.加煤,在第2反應(yīng)區(qū)加煤和蒸汽代替激冷,比一-段爐[3] 許祥靜,劉 軍.煤炭氣化工藝[M].北京:化學(xué)工業(yè)降低約10%左右氧耗,廢鍋的體積和價(jià)格可降低出版社,2008.1/2[5。華東理工大學(xué)潔凈煤技術(shù)研究所開發(fā)了采[4] 沙興中,楊南星.煤的氣化與應(yīng)用[M].上海:華東理用化學(xué)反應(yīng)方法回收煤氣顯熱的煤基兩段組合式煤工大學(xué)出版社,1995.氣化工藝,提出將煤氣化工藝由多噴嘴對置式氣化[5]黃戒介 ,房倚天,王洋. 現(xiàn)代煤氣化技術(shù)的開發(fā)與進(jìn)爐和塊煤固定床氣化爐2個(gè)不同形式的氣化爐組合展[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào),2002 ,30(5) :385-391.協(xié)同完成,- -段氣流床氣化爐出口高溫煤氣中CO2[6]張繼臻 ,種學(xué)峰.煤質(zhì)對Texaco氣化裝置運(yùn)行的影響和H20可以與二段固定床氣化爐內(nèi)的塊煤發(fā)生氣及其選擇[J].中氮肥,2002(3) :16-20.化反應(yīng),轉(zhuǎn)化為CO及H2有效成分,同時(shí)有效地回7] 章榮林.基于煤氣化工藝技術(shù)的選擇與評述[J].化肥設(shè)計(jì),2008 ,4(2) :38.收-段氣流床氣化爐出口煤氣的高溫顯熱,提高了[8] 趙瑞同,李磊,張蜂.未來能源公司的GSP氣化技煤氣熱值和氣化工藝的整體熱效率。術(shù)[J].煤化工,2005 ,6(11):19-22.3結(jié)語9] 徐振剛,官月華,蔣曉林. CSP加壓氣流床氣化技術(shù)及其在中國的應(yīng)用前景[J].潔凈煤技術(shù),1998 ,4(3) :9-11.煤氣化是現(xiàn)代煤化工的先導(dǎo)與關(guān)鍵技術(shù),也是[10]田大林,李強(qiáng),夏 迎,等.煤種對化學(xué)熱回收兩段組實(shí)現(xiàn)煤清潔高效利用的基礎(chǔ)。煤種的多樣性及氣化合式煤氣化工藝的影響[J].上海煤氣2008(3):48.工藝的選擇促進(jìn)了煤氣化技術(shù)的快速發(fā)展。目前，Analysis of coal gasification technology and its adaptability for coalYUAN Xia-jing( Shanxi Coal International Energy Group Huayuan Co. , Lld. , Talyuan Shanxi 030001, China)Abstract:Coal gification is the key and precursor of the modem coal chemical industry, and also be the bases of achiering to the utilization of clean and efective coal. The efcet of coal qualties on its gasification behavior and the adaptability of diferent coal type inthe dfferent gasification tchnique had been discussed based on the development status and trend of coal gasification technology in thispaper. The results show that the diversity of coal type and the choice of gasification techniceal conditions had promoted the rapid devel-opment of coal gaifcation technology. It was the ineritable trend that tbe entrained-low and fluidized bed would instead of the fixedbed. So, the coal gasifcation technology was sected on the basis of the properies of coal and the advantages of fumace. Strenghs andweaknesses of coal gasification technology should be fully awared during seleting the ftting gasifer for the coal quality. The pressur-ized gasifers with the advantages of the high production capacity of single furnace, the strong adaptability of coal type and the adjusta-ble gas composition and the two-stage or multi - stage gasifiers needed to be resea中國煤化工Key words :coal; gasifcation; fixed-bed; fluidized-bed; entrained-Alow bedMYHCNMHG