第4卷第1期西北煤炭2006年3月VOL.4 N0.1Northwest CoalMarch . 2006不同床層煤炭氣化方法的比較及氣化工藝的選擇張玉柱'吳春來(lái)2(1.神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)綜合公司，寧夏銀川750004; 2. 煤科總院北京煤化工分院，北京100083)摘要:闡述了三種床層煤氣化方法的基本原理,并對(duì)不同床層氣化工藝的原料要求、操作參數(shù)、工藝指標(biāo)等進(jìn)行了對(duì)比分析,總結(jié)了不同氣化工藝的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞:床層.煤氣化氣化爐中圖分類號(hào):TQ54文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1672 - 3880(2006)01 - 0027 -031概述口溫度低,灰渣預(yù)熱自底部人爐的氣化劑,灰渣中的我國(guó)是一個(gè)“缺氣、少油、多煤”的國(guó)家，煤炭在顯熱得以充分回收，因此，移動(dòng)床氣化是一-種 理想的能源結(jié)構(gòu)中的比重占70%以上，煤炭的合理利用對(duì)氣化方式。移動(dòng)床氣化以塊煤(型煤/焦炭等)為原國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的影響。19 世紀(jì)末上海建料,以空氣、水蒸汽、或空氣/水蒸汽氧氣/水蒸汽為成了國(guó)內(nèi)第一座煤制氣工廠，開(kāi)始了中國(guó)的煤氣化氣化劑，生產(chǎn)中低熱值煤氣作為燃料氣或合成氣,有工業(yè);新中國(guó)成立后，煤制氣工業(yè)得到了迅速發(fā)展,常壓和加壓兩種氣化方式。常壓移動(dòng)床氣化爐在國(guó)外已逐步淘汰，但在我僅是作為合成氨的原料氣，就建成4000余臺(tái)氣化國(guó)是應(yīng)用最多的一種爐型，有發(fā)生爐、水煤氣爐和兩爐;20世紀(jì)80年代以來(lái),城市煤氣工業(yè)也迅速發(fā)展，段爐，主要用在工業(yè)煤氣站、城市煤氣及氮肥生產(chǎn)目前我國(guó)擁有各種類型的煤氣化爐9000余臺(tái)。近年上。三種移動(dòng)床氣化爐的基本性能參數(shù)比較見(jiàn)表1:來(lái)，隨著石油價(jià)格的不斷上漲，以煤為原料的化學(xué)合表1移動(dòng)床氣化爐基 本性能參數(shù)比較成工業(yè)發(fā)展迅速，因此,針對(duì)不同的用途選擇合適的移動(dòng)床氣化爐爐型氣化工藝將有助于煤化工項(xiàng)目的順利實(shí)施，對(duì)煤化項(xiàng)目M型爐U,GJ1型爐WD/GI 兩段妒工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展具有重要作用。氣化爐參數(shù)爐膛內(nèi)徑/m1.8-3.0 1.98-3.0 1.6-3.62不同床層 的煤炭氣化方法適用原料無(wú)煙煤、煙煤無(wú)煙煤、焦埃褐煤、煙煤原料粒度/mm13- 8013-7515~ 75煤氣化分類的方法很多,根據(jù)原料粒度、氣化劑氣化條件氣化壓力/kpa4-618-2015-20及種類、操作參數(shù)、煤在爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等有多種氣氣化溫度/T870~1000 900-1000 1200- 1250氣化強(qiáng)度(kg(煤)/m2.h) 200-250 350-560 340化方法，本文以煤在爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分類比有耗定額原料消耗{(煤)/d(臺(tái))} 15~6050-120 15-100較。根據(jù)煤在爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，煤氣化工藝可分為移空氣消耗(m'(標(biāo))/kg(煤) 2.8-2.9 2.8~3.1 2.3動(dòng)床(固定床)氣化、流化床氣化、氣流床氣化和熔融蒸汽消耗{kg/kg(煤))0.3-0.5 1.4-1.6 0.25床氣化，由于熔融床氣化還處于試驗(yàn)階段,因此只對(duì)粗煤氣產(chǎn)率(m'(標(biāo)態(tài))/(煤)13000 - 36001600 - 1870 300(空氣氣化劑)前三種方法進(jìn)行比較。煤氣成分(C0+H)/% 38-4167-7145-760.4-0.51.0-1.2 2.7-3.52.1移動(dòng)床氣化煤氣低熱值(標(biāo)態(tài))(MJ/m'} 5.2-5.48.3-8.5 6.5在氣化爐中當(dāng)氣化劑以較低的速度自下而上穿加壓移動(dòng)床氣化是為了提高單爐生產(chǎn)能力、擴(kuò)大過(guò)煤層時(shí)，它自煤粒間的空隙穿過(guò)，煤粒相對(duì)靜止，原料適用范圍而發(fā)展的一種移動(dòng)床氣化方法，它也是不受氣化劑速度的影響，只是隨著灰層的下移而移逆流式反應(yīng)床，但采用水蒸汽-氧氣或水蒸汽-空氣動(dòng)，這種反應(yīng)方式稱為移動(dòng)床，由于煤粒相對(duì)靜止，為氣化劑，氣化壓力為2~ 3MPa,氣化溫度為900~也稱作固定床。移動(dòng)床氣化反應(yīng)過(guò)程中,氣化劑與煤1100C。移動(dòng)床加壓氣化最成熟的爐型是魯奇爐, 1930逆流接觸，氣化過(guò)程進(jìn)行的比較完全，灰渣中殘?zhí)寄甑聡?guó)魯奇公司建立第一套加壓氣化試驗(yàn)裝置，經(jīng)過(guò)少,出口煤氣對(duì)上部原料煤進(jìn)行干燥和干餾,煤氣出數(shù)十年的發(fā)展完善，目前已開(kāi)發(fā)出第四代爐型,氣化技收稿白期:2005-11-24●28●張玉柱吳春來(lái):不同床層煤炭氣化方法的比較及氣化工藝的選擇第1期術(shù)已非常完善,在現(xiàn)代大型化工廠、城市煤氣供應(yīng)及聯(lián)轉(zhuǎn)化率較低，為80% ~ 83%,但灰團(tuán)聚氣化爐如U-合循環(huán)發(fā)電等行業(yè)獲得廣泛的應(yīng)用。自20世紀(jì)50年gas爐達(dá)96%以上;循環(huán)流化床爐達(dá)到98%，灰中含代起，我國(guó)云南解放軍化肥廠、 蘭州煤氣廠、哈爾濱煤碳小于2%。④產(chǎn)品煤氣中無(wú)焦油、酚等物質(zhì),凈化簡(jiǎn)氣廠、山西天脊集團(tuán)等單位引進(jìn)魯奇爐及PKM爐二十單。流化床氣化可進(jìn)行爐內(nèi)脫硫,其效率可達(dá)80% ~余臺(tái),用于生產(chǎn)城市煤氣或生產(chǎn)合成氨、甲醇等化工產(chǎn)90%。⑤氧耗量低。⑥設(shè)備簡(jiǎn)易,操作靈活穩(wěn)定,負(fù)荷品。經(jīng)過(guò)多年的使用,已積累了豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。設(shè)調(diào)節(jié)范圍大。⑦氣化溫度、壓力較低。備的國(guó)產(chǎn)化程度不斷提高，目前所有設(shè)備可以在國(guó)內(nèi)表3幾種典型流化床氣化爐技術(shù)指 標(biāo)對(duì)比制造。加壓魯奇爐各發(fā)展階段技術(shù)特性如表2所示:移動(dòng)康氣化爐爐型TWTB恩德?tīng)t表2魯奇爐各階 段技術(shù)特性比較氣化爐參數(shù)發(fā)展階段爐腺內(nèi)徑/m中2.2-43.7 1.2-中26 02.8-3.5 中3.6-中6.0i目第一代第二代第三代第四代適用原褐煤、次煙煤揭煤、低變質(zhì)煤，焦炭、次煙煤褐煤、長(zhǎng)焰煤、甘蔗語(yǔ)、木屑樹(shù)皮、木用不粘煤、弱粘煤年代1930-1954 1954 - 19651969原料粒度/mm0-100-60- 10適用煤種不粘站想型就制煤除強(qiáng)獻(xiàn)結(jié)輸強(qiáng)粘結(jié)不粘結(jié)褐煤外所有煤種外所有煤種1.0-3.0 0.2-2.7 :0.05-0.20.04氣化護(hù)內(nèi)徑/田42.6中2.6。中3.7中3.8氣化溫度/心950-1050 950- 1050 850- 1100 950- 1050產(chǎn)氣量(m'(標(biāo)干氣)/h.臺(tái)15000- 8000 14000- 17000 3000 - 650000 750000 - 10000氣化強(qiáng)度Im'(標(biāo))/m' .hl7000- 770026002500-2700 1600320000 - 45000氣化強(qiáng)度(m'(標(biāo))/m' . b15001400- 19003500- 4500約4000原料消耗(煤)/d(臺(tái))168- 2840120 = 2060500-2000 140-3503100- 3900空氣消耗ln2(標(biāo))/kg(煤))0.6-0.70. 504蒸汽消耗(lkg/bg(煤)0.520.45-0.720.59.0.62-0.69 .魯奇爐加壓氣化法的特點(diǎn)是:①可使用劣質(zhì)煤造相煤氣產(chǎn)事In(標(biāo)態(tài))/(煤)) 1600-1850 4680-4970 1700-1850 .100/3500氣?；胰埸c(diǎn)略低、粒度較小、水分灰分較高及機(jī)械強(qiáng)度、煤氣有效成分(CO+ H)/%2.0-25 1-1.2熱穩(wěn)定性較差的煤均可作為原料。②單爐生產(chǎn)能力、氣煤氣低熱值(標(biāo)態(tài))|MU/m"l 8.8-9.2 4.6-4.810.3-10.6 9.0/4.6化強(qiáng)度提高。加壓氣化爐的氣化強(qiáng)度比常壓爐高5倍左.3 氣流床氣化右。③碳轉(zhuǎn)化率和氣化效率高。④煤氣無(wú)需再加壓即可氣流床就是在固體燃料氣化過(guò)程中,氣化劑(蒸輸送到下一工序或遠(yuǎn)距離用戶。⑤蒸汽分解率低,僅為汽與氧)將煤粉夾帶人氣化爐,煤粉與氣化劑均勻混32% ~ 38%。⑥工藝流程長(zhǎng),煤氣凈化和廢水處理復(fù)雜。合,通過(guò)特殊的噴嘴進(jìn)人反應(yīng)室,瞬間著火,直接發(fā)生2.2 流化床氣化火焰反應(yīng),溫度可達(dá)1600C以上。氣流床氣化是并流流化床煤氣化技術(shù)就是將氣化劑自氣化爐底部氣化 ,煤粉急速通過(guò)高溫區(qū),來(lái)不及熔結(jié)而迅速氣化，鼓入爐內(nèi)，爐內(nèi)煤的細(xì)小顆粒被氣化劑吹起呈流態(tài)化反應(yīng)時(shí)間約數(shù)秒鐘,在高溫下,煤中碳幾乎全部轉(zhuǎn)化，狀態(tài),在一定溫度下發(fā)生燃燒和氣化反應(yīng)生成煤氣。流所有干餾產(chǎn)物都迅速分解,轉(zhuǎn)變?yōu)榫嗨簹夥磻?yīng)的化床氣化以小于10 mm的煤為原料，干燥至水分小于組分,生成煤氣中甲烷含量很少。氣流床技術(shù)又分為8% ,以氧氣或空氣與水蒸汽混合作為氣化劑。干法進(jìn)料氣流床氣化和濕法進(jìn)料氣流床氣化。流化床氣化技術(shù)經(jīng)多年發(fā)展,形成很多爐型。有K -T爐是最早的氣流床爐，是常壓干法氣流床最早工業(yè)化的溫克勒(Winkler) 及高溫溫克勒爐氣化。隨著氣化技術(shù)的不斷發(fā)展,在K -T爐的基礎(chǔ)上(HTW)、美國(guó)的U- gas. KRW灰團(tuán)聚流化床氣化爐、又 研發(fā)出多種加壓干法氣流床氣化爐，典型爐型有:德國(guó)魯奇公司的循環(huán)流化床(CFB)爐、中科院山西煤Shell氣化爐、Prenflo 氣化爐、GSP氣化爐等。干法氣流化所的ICC灰熔聚氣化爐及恩德?tīng)t等，對(duì)幾種典型床氣化工藝的特點(diǎn)是:①原料范圍廣,可以使用各種煤爐型的技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表3。種。②反應(yīng)溫度高,可達(dá)1600C以上,原料反應(yīng)完全，溫克勒煤氣化方法是流化床技術(shù)發(fā)展過(guò)程中最早碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)98%以上。③產(chǎn)品氣中有效成分高，用于工業(yè)生產(chǎn)的，自1926年第一套工業(yè)裝置投人使用，(CO+H2)含量達(dá)90%以上,適宜作合成氣;CO2含量世界各國(guó)建有70多臺(tái)溫克勒氣化爐，為克服常溫溫克少,大大減少酸性氣體處理費(fèi)用。④單爐生產(chǎn)能力大。勒爐反應(yīng)溫度低、碳轉(zhuǎn)化率低等不足，又發(fā)展了高溫溫在商業(yè)化裝置中, Shell氣化爐單爐生產(chǎn)能力已達(dá)2000克勒爐、灰團(tuán)聚氣化及循環(huán)流化床氣化等技術(shù)。流化床t/d, Prenflo氣化爐達(dá)到2600t/d。⑤對(duì)環(huán)境友好,粗煤氣化工藝在燃料氣生產(chǎn)、合成氨生產(chǎn)、甲醇生產(chǎn)、 ICCC氣中氨 、硫容易被除去,灰、水易于處理。等方面獲得了廣泛應(yīng)用。流化床氣化的特點(diǎn)如下:以水煤漿或油煤漿為原料的氣流床稱為濕法進(jìn)①可以使用粒度小于10 mm的原料，但要求煤料氣流床氣化。 德士古(Texaco)煤氣化爐是典型的濕活性和灰熔點(diǎn)高,不能使用活性低的低灰熔點(diǎn)煤。②法氣流床氣化爐，目前，德士古煤氣化工藝已十分成單爐產(chǎn)氣能力高于移動(dòng)床爐。③常溫溫克勒爐的碳熟,在第二代氣化爐中商業(yè)化裝置最多,廣泛地應(yīng)用