第40卷第10期化工技術(shù)與開發(fā)Vol.40 No.102011年10月Technology & Development of Chemical IndustryOct.2011氣流床煤氣化工藝技術(shù)分析朱玉芹',耿勝楚',李彥2,谷政權(quán) 1(1.河南煤業(yè)化工集團(tuán)鶴煤公司,河南鶴壁458000;2. 河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司,河南濮陽457000)摘要:氣流床煤氣化 是我國煤高效潔凈利用的關(guān)鍵技術(shù)。簡(jiǎn)要總結(jié)了氣流床煤氣化技術(shù)的基本特點(diǎn)和主要影響因素,著重介紹了具有代表性的氣流床煤氣化技術(shù);殼牌(shell)煤氣化技術(shù)、德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)、CSP氣流床氣化技術(shù)、多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)以及航天爐(HT-L)粉煤加壓氣化技術(shù),討論了各種技術(shù)各自的優(yōu)勢(shì)及存在的問題。關(guān)鍵詞:煤氣化;氣流床;干煤粉氣化;水煤漿氣化中圖分類號(hào):TQ 546文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-9905(2011)10-0079-04煤炭氣化在煤化工產(chǎn)業(yè)鏈中處于基礎(chǔ)地位,分,又有熱爐壁和水冷壁兩種;以進(jìn)料方式來分，氣化所生產(chǎn)的氣體可以作為燃料(作為工業(yè)燃又有一段和兩段兩種。氣、民用煤氣、冶金還原氣),化學(xué)合成的原料(合典型的氣流床煤氣化工藝有:殼牌(Shell)煤成氣),聯(lián)合循環(huán)發(fā)電燃?xì)?、煤炭氣化制氫、煤炭氣化技術(shù)、德士古水煤漿加壓氣化技術(shù).GSP氣流氣化燃料電池、煤炭液化的氣源，是兼顧煤能源床氣化技術(shù)、多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)、航與資源價(jià)值的利用途徑。在煤炭氣化的諸多技術(shù)天爐(HT-L)粉煤加壓氣化技術(shù)等。中,氣流床煤氣化技術(shù)具有生產(chǎn)能力大、較大的2.1殼牌(shell )煤氣化技術(shù)煤種與粒度適應(yīng)性以及較高的碳轉(zhuǎn)換效率等技?xì)づ泼簹饣夹g(shù)川",工藝流程主要包括原料術(shù)優(yōu)越性,因而被諸多廠家所選用。煤的預(yù)處理、煤的加壓和投料、煤的氣化、除灰、1氣流床煤氣化技術(shù)的主要特點(diǎn)煤氣凈化、脫硫以及配套的水處理、空分、氮?dú)庀到y(tǒng)等。裝置的造氣壓力為2.0~4.0MPa,操作溫度氣流床氣化是煤炭氣化的一種重要形式。原1400~16009C，采用液態(tài)排渣技術(shù)，渣中含碳量<料煤以粉狀人爐,粉煤和氣化劑經(jīng)由燒嘴或燃燒1%,干煤粉進(jìn)料,碳轉(zhuǎn)化率達(dá)99% ,煤氣中有效氣器一起夾帶、并流送入氣化爐,在氣化爐內(nèi)進(jìn)行含量約90%，有效氣比氧耗約340m3.km-3 (CO+充分的混合燃燒和氣化反應(yīng)。由于在氣化爐內(nèi)H2),比煤耗約590kg*km-3 (CO+H2 )2。氣固相對(duì)速度很低,氣體夾帶固體幾乎是以相同綜合目前多家已投產(chǎn)裝置的運(yùn)行情況,Shell的方向運(yùn)動(dòng),因此成為氣流床氣化或者夾帶床氣粉煤氣化工藝特點(diǎn)如下:化。氣流床煤氣化技術(shù)主要有以下特點(diǎn):煤種適(1)對(duì)煤種適應(yīng)性強(qiáng),從褐煤、次煙煤、煙煤到應(yīng)性強(qiáng)、氣化溫度高以及液態(tài)排渣。無煙煤、石油焦均可使用,對(duì)煤的灰熔點(diǎn)、灰分、硫2氣流床煤氣化技術(shù)分類及典型工藝含量等煤種適應(yīng)范圍比其他氣化工藝相對(duì)寬。，(2)單系列氣化爐生產(chǎn)能力大，投煤量可達(dá)現(xiàn)有的氣流床氣化技術(shù)按進(jìn)料形式不同,可2000t.d-+以上,單臺(tái)氣化爐投煤量最大的達(dá)2800分成干煤粉進(jìn)料和水煤漿進(jìn)料兩大類;以爐內(nèi)氣td-,為正在建設(shè)中的鶴壁60萬t甲醇項(xiàng)目煤氣流方向分,可分為上行和下行兩類;以工藝流程化裝置。可分為廢鍋型和直接水激冷型兩類;按噴嘴的數(shù)(3)碳轉(zhuǎn)化率高,產(chǎn)品氣體質(zhì)量好。氣化溫度量和布置來分,又可分為單噴嘴直噴和多噴嘴對(duì)高，一般在1400~1600C,碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%以噴兩類;以氣化爐內(nèi)是否襯有耐火保溫材料來上。產(chǎn)品氣體中國煤化工煤氣中甲烷作者簡(jiǎn)介:朱玉芹(1983-),女,河南濮陽人.助理工.程師,從事煤化工生產(chǎn)相關(guān)工作YHc N M H Gchuxgyq@163.com,地址:河南省鶴壁市山城區(qū)西環(huán)路涼水井村南.鶴壁煤電股份有限公司煤化工籌建處空分廠.郵政編碼:458000收稿日期:2011-06-30.8化工技術(shù)與開發(fā)第40卷含量極少,不含重?zé)N。(5)相對(duì)來講, ,殼牌煤氣化項(xiàng)目的建設(shè)周期較(4)氣化氧耗低,熱效率高。與水煤漿氣化工其他煤氣化工藝長，投資也較高。藝相比,氧耗低15%~25%,可降低配套空分裝置2.2德士古 (Texaco)水煤漿加壓氣化技術(shù)投資和運(yùn)行費(fèi)用。殼牌煤氣化技術(shù)顯熱利用率德士古(Texaco)水煤漿[)加壓氣化技術(shù),工藝高,煤氣化的冷煤氣熱效率達(dá)到80%~83% ,其余流程主要包括煤的研磨和煤漿制備、煤漿儲(chǔ)運(yùn)、約15%副產(chǎn)高壓或中壓蒸汽，總熱效率高達(dá)煤氣化及合成氣洗滌、渣水處理系統(tǒng)以及配套的98%?？辗值炔糠?。氣化爐熱量利用有激冷、廢鍋、激冷(5)殼牌煤氣化技術(shù)控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高,和廢鍋結(jié)合3種流程,可以根據(jù)產(chǎn)品選擇合適的聯(lián)鎖控制保護(hù)系統(tǒng)完善。流程。生產(chǎn)合成氨和甲醇的生產(chǎn)裝置一般采用激(6)運(yùn)轉(zhuǎn)周期長。氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu),牢冷流程,所得煤氣的汽氣比和氫碳比均較高。氣固可靠，無耐火磚襯里。正常使用維護(hù)量小,運(yùn)行化爐采用濕法進(jìn)料,液體排渣技術(shù)，煤漿含水量周期長,無需設(shè)置備用爐。煤燒嘴設(shè)計(jì)壽命長達(dá)約30%~40%14。8000h。Texaco水煤漿氣化工藝具有如下特點(diǎn):(7)環(huán)境效益好。系統(tǒng)排出的爐渣和飛灰含碳(1)對(duì)煤種有一定適應(yīng)性,常選用灰熔點(diǎn)溫度低,可作為水泥添加劑或其他建筑材料,堆放時(shí)低于1350C、灰分含量不超過15%、煤的熱值高也無污染物滲出。氣化污水量小且不含焦油、酚于26000kJ●kg-1，并有較好的成漿性,能制成60%等,容易處理。~65%濃度水煤漿的煤種。Shell煤氣化技術(shù)也存在著一些不足:(2)可根據(jù)使用煤氣的需要來選擇氣化壓力。(1)流程及控制系統(tǒng)復(fù)雜。煤氣化裝置流程復(fù)工業(yè)裝置使用壓力在2.8~6.5MPa之間。雜,包括磨煤及干燥、煤粉加壓及進(jìn)料、煤氣化、(3)熱回收可根據(jù)煤氣用途選擇激冷和廢鍋除渣、除灰濕洗、初步水處理7大工序和公用系兩種類型。氣化爐燃燒室內(nèi)壁由多層特種耐火磚統(tǒng)。煤氣化裝置的控制系統(tǒng)比較復(fù)雜,1/0點(diǎn)多達(dá)砌筑,氣化爐操作溫度為1300~14009,比原料煤3000多個(gè),通過分散型控制系統(tǒng)(DCS)、緊急停車的灰熔點(diǎn)高50~100C。系統(tǒng)(ESD)、可編程邏輯控制(PLC)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程(4)合成氣質(zhì)量較好,有效組分(CO+H2)含量的集中監(jiān)控和管理,無論從規(guī)模還是復(fù)雜程度方占80% ,甲烷量<0.1%。碳轉(zhuǎn)化率95%~98%。冷煤面在國內(nèi)化工行業(yè)單套裝置中均為少見，因此對(duì)氣效率70%-76%。生產(chǎn)控制人員素質(zhì)要求較高。(5)由于水煤漿中含有35%~40%水分,因而(2)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜和受力情況復(fù)雜,對(duì)材料氧氣用量較大。要求高,內(nèi)件組裝對(duì)外殼接管標(biāo)高及方位要求極(6)氣化過程不產(chǎn)生焦油、萘、酚等污染物,故為嚴(yán)格,設(shè)計(jì)、制造組裝、運(yùn)輸和吊裝難度大。疲廢水治理簡(jiǎn)單,易達(dá)到排放指標(biāo)。高溫排出的融勞設(shè)備多,煤氣化裝置共有13臺(tái)疲勞設(shè)備,對(duì)設(shè)渣,冷卻固化后可用于建筑材料,填埋時(shí)對(duì)環(huán)境備制造也提出了更高的要求。也無影響。(3)國產(chǎn)化程度低。煤氣化關(guān)鍵設(shè)備中氣化爐、(7)國內(nèi)已經(jīng)完全掌握了Texaco 氣化工藝,主輸氣管、合成氣冷卻器的內(nèi)件,飛灰過濾器的內(nèi)要設(shè)備都可以國產(chǎn)化,只引進(jìn)燒嘴、煤漿泵等少件,以及點(diǎn)火燒嘴、開工燒嘴、煤燒嘴、煤流量控量設(shè)備,可節(jié)省大量投資。國內(nèi)已經(jīng)積累了大量制閥煤三通閥煤粉流量測(cè)量儀表、煤粉閥、煤的Texaco氣化工藝建設(shè)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),因此設(shè)備制灰渣閥、硬密封儀表球閥、鍋爐給水循環(huán)泵(大流造、安裝和工程實(shí)施周期短,開車運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富。量)、恒力吊、激冷氣壓縮機(jī)等大多需要進(jìn)口。目.目前影響德士古氣化裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行前,其中部分設(shè)備如煤燒嘴等可以實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。的關(guān)鍵因素是氣化爐燒嘴運(yùn)行周期短。氣化爐燒(4)施工復(fù)雜。煤氣化框架高超過90 m,為鋼嘴運(yùn)行周期中國煤化工即因?yàn)閲婎^磨筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu),其中安裝設(shè)備不僅損、裂紋等YHCN MH(造成德士古氣數(shù)量多,且質(zhì)量大,與框架的連接形式復(fù)雜。結(jié)構(gòu)化裝置必須有金爐的王安尿囚，從而導(dǎo)致裝置投施工和安裝工作量較大。資增加,運(yùn)行費(fèi)用增加。當(dāng)前，國外向火面耐火磚第10期朱玉芹等:氣流床煤氣化工藝技術(shù)分析81使用壽命達(dá)2年,國內(nèi)耐火磚使用壽命約1年,耐效氣(CO+H2)≥80% ,比氧耗≤380m3.km-,比煤火磚更換費(fèi)用占整個(gè)裝置維修費(fèi)用的1/2以上，耗 ≤550kg.km-318]。更換時(shí)間超過1個(gè)月。該工藝存在黑水系統(tǒng)結(jié)四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)具有如下優(yōu)垢、氣化爐帶水等問題,影響了裝置的連續(xù)穩(wěn)定點(diǎn):比煤耗低、產(chǎn)氣量大、渣中含碳量低、運(yùn)行周運(yùn)行。而且該技術(shù)的煤氣化爐僅有1個(gè)燒嘴,因期長、負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活,并且擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。但此操作彈性相對(duì)較低。是,由于采用四噴嘴技術(shù),煤氣化裝置投資較高，2.3 GSP氣流床氣化技術(shù)超過德士古技術(shù)的20%~30%。裝置運(yùn)行過程中出GSP氣流床氣化技術(shù)是由原民主德國的德意現(xiàn)的氣化爐拱頂磚沖刷嚴(yán)重和拱項(xiàng)超溫等向題,志燃料研究所(DBI)于1975 年開發(fā)的煤氣化技影響了裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性。術(shù)，可用于處理固體燃料，尤其是低品位褐煤。2.5航天爐(HT-L)粉煤加壓氣化技術(shù)1991年,該技術(shù)被德國的諾爾公司獲得,并對(duì)其航天爐(HT-L)粉煤加壓氣化技術(shù)(以下簡(jiǎn)稱進(jìn)行了系統(tǒng)性的改進(jìn)。該技術(shù)屬于氣流床加壓氣航天爐技術(shù))屬于加壓氣流床工藝,是在借鑒殼化技術(shù),以干煤粉為原料，采用單燒嘴下行制氣，牌、德士古及GSP加壓氣化工藝設(shè)計(jì)理念的基礎(chǔ)氣化爐內(nèi)有水冷壁內(nèi)件,操作壓力2.8MPa,操作上,由北京航天萬源煤化工工程技術(shù)有限公司自溫度1450~1600C。碳轉(zhuǎn)化率達(dá)99%以上,煤氣中主開發(fā)、 具有獨(dú)特創(chuàng)新的新型粉煤加壓氣化技甲烷含量極少(<0.1%)。不含重?zé)N,CO+H2達(dá)90%術(shù)。2008年先后在安徽臨泉河南龍宇建成2套以上51。單爐日投煤量720t的示范裝置。從目前運(yùn)行情反應(yīng)器呈圓柱型,為水夾套包裹,分為反應(yīng)況看,基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求,最長連續(xù)運(yùn)行時(shí)間已室和激冷室上下2個(gè)室。在反應(yīng)室的最上部為燃達(dá)到128d9。燒燒嘴,GSP氣流床氣化技術(shù)的運(yùn)行燒嘴與開工航天爐由燒嘴、氣化爐燃燒室、激冷室及承燒嘴為一組合結(jié)構(gòu)，反應(yīng)物粉煤通過氮?dú)鈹y帶加壓外殼組成,其中燒嘴為點(diǎn)火燒嘴、開工燒嘴和壓與高壓氧氣、蒸汽經(jīng)氣化爐反應(yīng)室上部工藝燒粉煤燒嘴組成的組合式燒嘴，設(shè)計(jì)氣化溫度嘴噴入氣化爐。顆粒在高溫中快速發(fā)生熱裂解反1400~1600C,氣化壓力4.0MPa。激冷室為一承壓應(yīng),裂解產(chǎn)物在高濃度的氧中迅速燃燒。反應(yīng)室空殼,外徑與氣化爐燃燒室的直徑相同,上部設(shè)和激冷室通過氣化器的特殊的排除口連接:激冷有激冷環(huán)，激冷水由此噴入氣化爐內(nèi)。下降管將水在排除口處供給;合成氣在激冷室的中部引合成氣導(dǎo)入激冷水中進(jìn)行水浴,并設(shè)有破泡條及出。在激冷室的下部為錐型集渣室,激冷水從渣旋風(fēng)分離裝置,這種結(jié)構(gòu)可有效解決氣化爐帶水室上部溢流出氣化爐6]。問題。激冷過程中,激冷水蒸發(fā),煤氣被水蒸汽飽GSP氣流床氣化技術(shù)具有氣流床氣化的突和,出氣化爐為199C經(jīng)文丘里洗滌器、洗滌塔出優(yōu)點(diǎn):煤種適應(yīng)廣、處理能力大、氣化效率高、洗滌后 , 194C、固體含量小于0.2mg.m3的合成氣碳轉(zhuǎn)化率高環(huán)境友好等。氣化爐的結(jié)構(gòu)較為復(fù)送去變換。雜，國產(chǎn)化程度較低,需引進(jìn)，因而投資較高,而航天爐技術(shù)有著諸多優(yōu)點(diǎn):煤種適應(yīng)范圍且GSP技術(shù)工業(yè)化運(yùn)行裝置太少，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)淺廣,煤的灰熔點(diǎn)可選范圍寬(1250~1650C),氣化薄。原料可選范圍廣;碳轉(zhuǎn)化率高，粗合成氣品質(zhì)好，2.4四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)CH4含量低碳轉(zhuǎn)化率設(shè)計(jì)值≥99.5%,出口合成氣由華東理工大學(xué)、兗礦集團(tuán)等合作開發(fā)的四有效氣體(CO+H2) 體積≥90% ,CH,體積≤130x噴嘴對(duì)置式)水煤漿氣化技術(shù)屬氣流床加壓氣化10%?？刂葡到y(tǒng)自動(dòng)化程度高,有完善的安保聯(lián)鎖裝置,濕法進(jìn)料,液態(tài)排渣。煤氣化系統(tǒng)主要由水系統(tǒng);環(huán)保性能好,排放的污染物少;具有自主知煤漿制備裝置、四噴嘴對(duì)置煤氣化裝置、煤氣初識(shí)產(chǎn)權(quán),工藝成熟可靠,主要設(shè)備完全國產(chǎn)化,投步凈化裝置、含渣水處理裝置及配套空分裝置等資少 ,比同中國煤化工1/3。由于工部分組成。對(duì)置式四噴嘴氣化裝置氣化壓力為藝原因 ,大DHCN M H G及熔渣帶人激3.0~6.5MPa，操作溫度1200~1300C，殘?jiān)祭渌?造成熱重?fù)p失。量≤5% ,有效氣含量≥83%,碳轉(zhuǎn)化率≥97% ,有82化工技術(shù)與開發(fā)第40卷.參考文獻(xiàn):3結(jié)語[1] 汪家銘.殼牌煤氣化技術(shù)在我國的應(yīng)用[J]. 化肥設(shè)氣流床煤氣化技術(shù)具有較大的煤種與粒度計(jì),2007 ,45(4): 19-22.適應(yīng)性以及較高的碳轉(zhuǎn)換效率等技術(shù)優(yōu)越性,[2]李亞東. 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Representative entrained-bedcoal gasification technologies , such as Shell of dry pulverized coal gasification, Texaco of coal water slurry gasi-fication, GSP gasification technology , multi nzzle opposing coal water slury gasification and pulverized coalgasification of Hangtian Gasifier were focused , and their advantages and existed problems were also discussed.Key words: coal gasification; entrained-bed; dry pulverized coal gasification; coal water slurry gasification2012年《合成技術(shù)及應(yīng)用》期刊征訂啟事《合成技術(shù)及應(yīng)用》期刊為面向合成纖維、塑國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)出版物號(hào)為CN32-1414/TQ,國際料等合成材料及其原料的生產(chǎn)、科研與應(yīng)用領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為ISN1006- -334X, 郵發(fā)代號(hào):28-182。每的專業(yè)性期刊,主要報(bào)道國內(nèi)外高分子材料(合期定 價(jià)6.00元,全年24.00元(含郵費(fèi))。讀者可在成纖維、薄膜、塑料等)及其單體的合成技術(shù)及科當(dāng)?shù)剜]局訂閱。研進(jìn)展,新產(chǎn)品、新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用,化纖及相本刊為高、中級(jí)技術(shù)職稱資格評(píng)審認(rèn)定期關(guān)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)與發(fā)展預(yù)測(cè)等。本刊創(chuàng)刊于1986刊,歡迎各地作者投稿。年,深受有關(guān)從事生產(chǎn)、科研、教學(xué)、管理等人員編輯部地址:江蘇省儀征市儀征化纖股份公及部門的歡迎,主要設(shè)“專家論壇”、“研究論文”司研究院《合中國煤化工“專題論述”、“應(yīng)用技術(shù)”、“分析測(cè)試"、“設(shè)備改郵政編83233547造”、“國內(nèi)外消息"、“最新專利”等欄目。JTYHCNMHG《合成技術(shù)及應(yīng)用》為大16開,季刊,64頁。E-mail:ycsta@sina.com;ycsta@126.com