第6期(總第121期)煤化工No.6(Total No.121)2005年12月Coal Chemical IndustryDec.2005未來能源公司的GSP氣化技術(shù)趙瑞同李磊張峰胡宇鋒(水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心,滕州277527)摘要主要介紹了GSP氣化工藝的原理、特點及商業(yè)應(yīng)用,并將GSP技術(shù)與殼牌SOGP技術(shù)、GE-TEXAC0煤氣化技術(shù)進行了比較，與這兩種技術(shù)比,CSP有自己獨特的優(yōu)勢。關(guān)鍵詞氣流床 氣化GSP技術(shù)文章編號:1005-9598 (2005) -06 0019-04中團分類號 :TQ54文獻標(biāo)識碼 :A1未來能源公司簡 介未來能源公司(FUTUREENERGYGmbH)的氣流床氣化技術(shù)是由前東德的德意志燃料研究所(Deulsches5Brennstoffinstitut Freiberg簡稱DBI)從1975年起開發(fā)的能源技術(shù),可用于處理固體燃料,尤其是低品位褐煤。該研究所位于德國弗菜倦，成立于19561-7|實6年，是前東德的煤轉(zhuǎn)化科研的最高研究機構(gòu),主要從事與煤有關(guān)的各種技術(shù)研發(fā),包括煤的洗選、煤氣化8工藝、煤氣的運輸與儲存、煤氣的綜合利用以及核技術(shù)。它以GSP (Gas Combine Schwarze Pumpe)工藝而馳名世界能源工業(yè)。兩德合并后,1991年,DBI負(fù)責(zé)煤氣1一激冷水人口2- 燃料、點火氣體、氧氣、蒸汽入口生產(chǎn)工藝的部門被德國另一家從事環(huán)境工程的公3-燒嘴4一冷卻水入口5一水冷壁 6- 冷卻水出口司一- 諾爾公司收購，并對它進行了系統(tǒng)性的改進，7-合成氣出口8- 溢流水出口9-爐渣 出口使該技術(shù)從整體上日臻完美。改進后的GSP技術(shù)除可適用于常規(guī)燃料例如煤和生物質(zhì),還可以用來在不同圍1典型的GSP氣流床氣化反應(yīng)器示意圖的壓力下處理各種城市或工業(yè)生產(chǎn)過程中的下腳料整個反應(yīng)器呈圓柱型,為水夾套包裹,分為反應(yīng)或廢弁物。1999 年，諾爾公司被巴高克博公司收購。室和激冷室上下兩個室。反應(yīng)室根據(jù)處理物料性質(zhì)不2002年瑞上的SustecHoldingAG收購巴高克博公司,同，有耐火材料和水冷壁兩種形式;在反應(yīng)室的最上成立未來能源有限責(zé)任公司(簡稱未來能源公司)。，部為燃燒燒嘴。反應(yīng)室和激冷室通過氣化器的特殊的排除口連接:激冷水在排除口處供給;合成氣在激冷2 GSP氣化工藝室的中部引出。在激冷室的下部為錐型集渣室,激冷2.1氣化爐結(jié)構(gòu)及原理水從渣室上部溢流出氣化爐。典型的GSP氣流床氣化反應(yīng)器示于圖1。粉煤氣化爐的燃燒室溫度- - 般為1 300C~1 500C,采用部分氧化的方式釋放出能量,維持反應(yīng)在大于灰收稿日期:2005-07-07熔融性溫度時進行,保證煤中的無機物灰分組分形成作者簡介:趙瑞同(1971-).男.1992年畢業(yè)于華東化工熔融狀態(tài)的濟。反應(yīng)非常迅速,隨壓力的不同而不同，學(xué)院能源化工系煤化工專業(yè)，工程師,主要從事煤氣化技-般在4s-20s之內(nèi)完成反應(yīng),基本反應(yīng)式為:術(shù)的開發(fā)工作。CH.+ n/202一- - nC0+m/2H21)煤化工2005年第6期反應(yīng)物粉煤通過氮氣攜帶加壓與高壓氧氣、蒸汽相當(dāng)高,甲烷含量很低,不產(chǎn)生焦油、酚及高級烴等復(fù)經(jīng)氣化爐反應(yīng)室上部工藝燒嘴噴人氣化爐。顆粒在高雜的副產(chǎn)物,所以所排放廢水少,對環(huán)境基本不產(chǎn)生溫中快速發(fā)生熱裂解反應(yīng)，裂解產(chǎn)物在高濃度的氧中污染,且處理起來亦相當(dāng)簡單。迅速燃燒,從而提供了維持高溫的反應(yīng)環(huán)境。顆粒夾合成氣可以用來合成氨、合成甲醇、羰基合成、發(fā)帶在氣流中，各個顆粒可以認(rèn)為是被氣體隔開獨立地電(IGCC)及作為燃料氣等。通過多年的研究、試驗與操進行燃燒和氣化反應(yīng)。粉煤氣化反應(yīng)大致可分為三個作運行,GSP技術(shù)已可以作為各種原料氣的提供者。區(qū)域:2.2氣化流程(1)裂解區(qū)和揮發(fā)分燃燒區(qū)氣化反應(yīng)是在反應(yīng)室中進行的。反應(yīng)物與氧氣、當(dāng)煤粒噴人爐內(nèi)高溫區(qū)域，煤顆粒將被迅速加蒸汽一同通過工藝燒嘴噴人氣化爐后,在反應(yīng)室內(nèi)進熱，釋放出揮發(fā)物。揮發(fā)物的數(shù)量與反應(yīng)物的性質(zhì)、行部分氧化反應(yīng),生成的粗合成氣、熔渣及未反應(yīng)完環(huán)境溫度、顆粒大小及升溫速度有關(guān)，裂解產(chǎn)生的全的碳并流向下進人激冷室。粗合成氣經(jīng)脫筑水噴淋揮發(fā)物迅速與氧氣發(fā)生反應(yīng)，因為這一區(qū)域的氧濃降溫送洗滌塔洗滌除塵，合格后送后系統(tǒng)進人調(diào)質(zhì)處度高，所以揮發(fā)物的燃燒是完全的，同時產(chǎn)生大量理系統(tǒng)。系統(tǒng)灰水處理采用減壓與冷凝、氨汽提、沉降的熱量。及壓濾工藝處理后循環(huán)使用。(2)燃燒-氣化區(qū)煤中的無機物形成的渣顆粒堆積在充滿水的敵在這一區(qū)域內(nèi),脫去揮發(fā)物的煤焦或其他碳顆粒，冷室底部,激冷固化后由鎖斗倉排出。由一聯(lián)鎖控制-方面與殘余的氧反應(yīng)(產(chǎn)物是CO和CO2的混合物)，系統(tǒng)控制鎖斗集渣與排渣。渣經(jīng)刮板撈渣機撈出后計另一方面與水蒸氣和CO2反應(yīng)生成CO和H2,CO和H2又量,取樣,裝人渣車外運。經(jīng)過冷卻和?；幚砗蟮玫娇稍跉庀嘀信c殘余的氧反應(yīng),產(chǎn)生更多的熱量。的碎石狀產(chǎn)品可以用作建筑行業(yè)混凝材料。(3)氣化區(qū).GSP的運行燒嘴與開工燒嘴為一組合結(jié)構(gòu),由于燃燒物進入氣化區(qū)后，發(fā)生下列反應(yīng):碳和CO2氣化爐燃燒室內(nèi)溫度高，燒嘴長期受到高溫侵蝕,為的反應(yīng)，碳和H2的反應(yīng),甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)和煤氣轉(zhuǎn)化反延長燒嘴的使用壽命,有專門針對燒嘴進行冷卻的燒應(yīng)。簡單的綜合反應(yīng)如下:嘴冷卻水循環(huán)保護系統(tǒng)。為了了解工藝燒嘴的狀況，CH. + n/202-一nC0 + m/2H2(2)要對燒嘴冷卻水的流量、溫度、壓力進行監(jiān)控。CJH + nH20一nC0+ (n + m/2)H2(3)另外,為保證系統(tǒng)安全運行,裝置帶有安全邏輯:C+2H,- + CH,(4)保護系統(tǒng),當(dāng)有危害生產(chǎn)過程安全、斷電、斷儀表空氣CH+ (n+m/4)02- 一nCO2 + m/2H0(5)等情況發(fā)生時,可立即觸發(fā)安全邏輯系統(tǒng)停車。C +C02-一2C0(6)2.3 合成氣成分CH↓+H20-一C0 + 3H2(7)在氣流床氣化反應(yīng)器中,進行操作的高溫環(huán)境能C0+H20-一CO2+H(8)夠確保幾乎所有的氣化原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品氣。多種不同上述反應(yīng)產(chǎn)物主要為C0+H2和少量的水蒸氣及燃料、下腳料以及廢棄物的氣化所產(chǎn)生的粗合成氣的C02等。由于在高溫(1 400C左右)下反應(yīng),碳轉(zhuǎn)化率成分都在表1典型的合成氣成分的范圈內(nèi)。表1不同燃料氣化合成 氣成分成分無煙煤石油焦褐煤油料生物質(zhì)家庭垃圾下水道污泥H2/%23145272932C0/%65l850l949381412CH/%<0.10<0. 10N2/%5.506.504. 302.906. 305. 606.70.HS/%0. 461. 300.200.100. 120.360.28COS/%0. 040.160.020. 010. 02HCN/mg.m'1, 000. 801. 000. 300.012. 00NH/mg.m90.400.300.24 :0. 400. 25熱值/MJ.m311.1010. 9010.3011.209.30:9.40.9. 702005年12月趙瑞同等:未來能源公司的GSP氣化技術(shù)一21GSP氣化工藝的試驗煤種包括德國、南非、西班.氣化工藝從而開拓了化工及其相關(guān)行業(yè)環(huán)保性加工牙,捷克、澳大利亞保加利亞、前蘇聯(lián)、波蘭以及中國的領(lǐng)域。的典型煤種,其中中國煤是黑龍江省伊蘭煤。-般情況下,非氣流床氣化工藝的煤氣中含較多3GSP氣流床氣化技術(shù)的特點的大分子碳?xì)浠衔?需要復(fù)雜的下游氣體處理配套系統(tǒng)和廢水處理系統(tǒng)。但使用氣流床氣化反應(yīng)器處理3.1 GSP 氣流床氣化技術(shù)具有氣流床氣化的突出優(yōu)廢料則不會產(chǎn)生這樣的問題。點:煤種適應(yīng)廣、處理能力大、氣化效率高、碳轉(zhuǎn)化率在氣化過程中產(chǎn)生的有毒成分,如硫化氫、硫醇、高、環(huán)境友好等。氰化物和氨氣等可以用常規(guī)的氣體處理工藝進行處3.2GSP氣化的給料有干法和濕法兩種,可以氣化原理。生礦物質(zhì)原料,也可以處理其他化工過程的廢棄物及.4 其他相關(guān)研究下腳料,把它們轉(zhuǎn)化為粗氣，再把這種粗氣加工為嚴(yán)從熱力學(xué)角度看，傳統(tǒng)燃料(例如煤炭)、工業(yè)格符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的可再利用原料與合成氣。在英國和廢物、生活和商業(yè)垃圾的氣化原理是相同的。通過.捷克的兩套商業(yè)運行裝置中,分別處理的是其他技術(shù)多年在煤氣化方面積累的經(jīng)驗，GPS氣化工藝不僅不易處理的化學(xué)廢液和煤焦油。能處理化工下腳料和廢棄物，還能在其他化學(xué)品生3.3 GSP 氣化爐的氣化室有耐火磚和水冷壁兩種結(jié)產(chǎn)和能源再生方面得到最大程度的利用。因此，根構(gòu)?？梢愿鶕?jù)原料的不同性質(zhì)選取不同的結(jié)構(gòu)。據(jù)具體原料的物理和化學(xué)特性的不同，就有了目前3.4 GSP氣化工 藝的整個氣化爐外殼為一水夾套結(jié)各種各樣的不同形式的氣化反應(yīng)器。通過加壓氣流構(gòu)，減少熱損,提高了整體熱效率。床產(chǎn)生的粗氣，再經(jīng)過不同過程的處理，就可以得到.5 GSP氣化技術(shù)的工藝運行燒嘴與開工烘爐燒嘴有價值的物質(zhì)如合成化學(xué)品和燃料。CSP氣化工藝是為組合結(jié)構(gòu),這樣可使整個開車過程簡單、迅速。從褐煤的處理開始的,拓展到石油焦氣化,特別是后3.6 GCSP 氣化爐同樣適應(yīng)于大規(guī)模，目前已設(shè)計出熱來更是延伸到大量的城市垃圾、其他化學(xué)工業(yè)的廢功率400M/h相當(dāng)于A處理煤2000t的氣化爐。油、廢料、工業(yè)有機及無機有害物、木頭甚至稍草等生3.7 GSP氣化技術(shù)與其他氣流床氣化技術(shù)的比較列物質(zhì)的氣化。由于掌握了大量的環(huán)保應(yīng)用技術(shù),GSP于表2。表2幾種氣流床氣化工藝 的比較FUTURE ENERGY GmbHGEShell / Krupp-UhdeGSP水冷壁GSP耐火材料TexacoShell / PrenflowShell給料煤、含灰物料油、無灰物料由煤油給料系統(tǒng)氣動，漿進料漿進料氣動灰分> 1%<1%爐渣熔渣壓力可達到8. 0MPa可達到8.0MPa可達到4. 0MPa處理能力可達到500 ww可達到500 MwW可達到500 MW反應(yīng)器璧水冷壁耐火材料(耐火磚)耐火磚局部水冷壁器璧更換間隔10年5年1年~2年反應(yīng)器熱損失1%-5%低中氐‘起動時間1h3d完全淬火綜合,放射型熱完 全或局部淬火淬火/氣冷完全或局部淬火放射型熱交換器交換器和合成放射型熱交換器放射型熱交換器.(視給料定)氣預(yù)冷卻碳轉(zhuǎn)化率>99 %>98%>99%冷氣效率78 %~83 %83.5%70. 5%83. 0%83. 5%2-煤化工2005年第6期生的液體廢物,包括含氫氰酸和硝酸鹽的副產(chǎn)物以及4GSP工藝的商業(yè)應(yīng)用含硫酸鉸的有機物)生產(chǎn)燃料氣。氣化爐的熱功率4.1 黑水泵(Schwarze Pumpe)廠為30 MW/h;氣化爐反應(yīng)室為水冷壁結(jié)構(gòu)，體積為3.51984年在德國SVZ建立了示范工廠,并進行了相m';反應(yīng)壓力為2.9 MPa。進料系統(tǒng)為液態(tài)供料;配套關(guān)試驗研究。氣化爐的熱功率為130 sW/b(相當(dāng)于日采用高、低壓蒸汽發(fā)生器進行氣體冷卻;合成氣凈化處理煤720t)。1984年-1986年使用普通的含鹽的褐采用過濾器及羰基硫(COS)水解;系統(tǒng)灰水處理采用煤試運行;1986年-1990年進行含鹽褐煤的工業(yè)化生減壓與冷凝、氨汽提、沉降及壓濾工藝。產(chǎn)(滿負(fù)荷) ;1990年-1992年使用天然氣進行工業(yè)生4.3 捷克共和國Vresova Sokolovska uhelna, a.s.廠產(chǎn)(滿負(fù)荷) ;1992年~1994年試驗油氣化;從1994年GSP氣化爐情況起對污泥與固態(tài)焦油的懸浮物進行氣化;1998年與2005年擬建,利用GSP氣化工藝處理煤焦油用于生產(chǎn)甲醇的裝置聯(lián)合運行并進行整體聯(lián)合循環(huán)發(fā)電.進行IGCC的原料氣。氣化爐的熱功率為140 MW/h;氣(IGCC)的試驗?；癄t的反應(yīng)室為水冷壁結(jié)構(gòu)、反應(yīng)室體積是15 w;氣4.2英國Middlesbrough BASF plc，Seal Sands廠化爐操作壓力為2.8MPa;氣化反應(yīng)溫度為1 400C;GSP運行情況該裝置的供料系統(tǒng)為液態(tài)供料;合成氣凈化采用噴霧200年在英國米德爾斯堡,BASF公司利用GSP洗滌器;裝置的灰水處理采用減壓與冷凝、氨汽提、沉.氣化工藝處理化工廠的液態(tài)廢物(尼龍合成過程中產(chǎn)降及壓濾工藝。.GSP Gasification Technology of the Future Energy CompanyZhao Ruitong , Li Lei, Zhang Feng and Hu Yufeng(National Research and Engineering Center for Coal Slurnry Gasifcationand Coal Chemical Industry, Tengzhou 277527)Abstract This paper introduces the philosophy, features and commercial application of the GSP gasification tech-nology, and compares it with SCGP and GE-TEXAC0 technologies. GSP teebnology has evident advantages of entrained-flow gasifieation of wide flexibility of feedstock, large capacity, high gasfication efficiency and environmentally friendly.Key words entrained -flow, gasification, GSP process業(yè)業(yè)業(yè)*業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)必業(yè)施業(yè)業(yè)全省業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)*當(dāng)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)*業(yè)辛***業(yè)業(yè)業(yè)*業(yè)當(dāng)業(yè)《低溫與特氣》2006年征訂啟事《低溫與特氣》創(chuàng)刊于1983年,是由光明化工研究設(shè)計院、全國特種氣體信息站共同主辦的國內(nèi)外公開發(fā)行的科技期刊,國內(nèi)統(tǒng)一刊號CN 21- 1278/TQ,國際標(biāo)準(zhǔn)刊號ISSN 1007-7804。木刊是我國特種氣體行業(yè)中唯- -- .家E式期刊,它所選取的特氣與低溫兩大報道角度，既具有相互的獨立性,又具有其內(nèi)在的有機聯(lián)系,將二者很好地融匯于一刊之中,對本附讀者余面地把握科研、開發(fā)、生產(chǎn)與管理的新發(fā)展、新動向提供了. 條捷徑?！兜蜏嘏c特氣》竭誠為航天、電子、光纖、化工、機械、石油、環(huán)保等領(lǐng)域的科研、設(shè)計、生產(chǎn)、使用、教學(xué)及管理等部門1服務(wù)。我刊曾狀1998 年度化工系統(tǒng)優(yōu)秀信息成果三等獎、2002年度全國石化行業(yè)優(yōu)秀期刊三等獎、首屆《CAJ-CD規(guī)范》執(zhí)行優(yōu)秀獎,并被《中國期刊網(wǎng)》及《網(wǎng)》全文收錄,也是《中國化學(xué)化工文摘》錄用期刊、《中國學(xué)術(shù)期刊綜合評價數(shù)據(jù)庫》米源期刊?！兜蜏嘏c特氣》為雙月刊,采用國際期界通行的大16開本膠印。2006年國內(nèi)每期定價12元,全年72元(含郵費),國.內(nèi)讀者可在全國各地郵局訂閱,也可直接從編輯部訂閱,國內(nèi)郵發(fā)代號8-261。國外讀者可通過中國出版對外貿(mào)易總公司(北京782信箱,郵編10011)訂閱,國外發(fā)行代號DK21015。本編輯部尚有1984年-2005年《低溫與特氣》過刊,每套1200元,有需要的單位及個人請真接與編輯部聯(lián)系。地址;大連市甘井子區(qū)甘北路34號《低溫 與特氣》編輥部郵編:116031聯(lián)系人:田波電話:0411-8596102285961021傳真:0411-85961021網(wǎng)址:http://DWTQ. chinajournal. net. cnhttp://dwytq. periodicals. net. cnE-mail :DWTQSchinajournal. ne1. cn;dwytq@per iodicals. net. cn