第6卷第17期中國化工貿(mào)易2014年6月中旬刊China Chemical Trade科研國內(nèi)外典型氣流床煤氣化技術概述溫博王少杰楊政黃晶(陜西煤化工技術工程中心有限公司，陜西西安710075)摘要:本文主要對TCGP、scGP、GSP、多噴嘴水煤漿技術(OMB)、兩段加壓技術(TPRI)、航天爐(HT-L)、非熔渣-熔渣分級氣化技術、多元料漿(MCSG) 8種典型、先進的氣流床煤氣化技術、關鍵設備以及國內(nèi)工業(yè)化應用情況進行介紹。關鍵詞:氣流床煤氣化所謂氣流床煤氣化是將氣化劑夾帶的煤粉或煤漿，通過特殊噴嘴送燒室 下部側壁對置，可快速快速調節(jié)負荷范圍( 40%~ 100%) 。但是燒人氣化爐內(nèi)，在高溫下，煤氧等混合物迅速分解、燃燒、氣化反應，產(chǎn)嘴隔焰罩和開工燒嘴容易產(chǎn)生過氧腐蝕損壞。激冷氣壓縮機主要是將冷生CO和H2為主的煤氣化技術。國外TCGP、SCGP、 GSP 技術均發(fā)展成煤氣送 到氣化爐頂部進行換熱。熟，國內(nèi)的多噴嘴、兩段技術、HT-L、非熔渣-熔渣分級技術、多元料SHell技術已在國內(nèi)的湖北雙環(huán)、神華集團、中原大化、河南永煤等漿技術正快速發(fā)展應用。煤氣化作為煤化工的龍頭，它的好壞決定著后單位實現(xiàn)應用，全國共有19個項目，27臺氣化爐用于合成氨、甲醇生產(chǎn)。續(xù)工藝以及長遠的經(jīng)濟效益。1.3加壓氣流床( GSP)技術B1國外氣流床煤氣化技術合格煤粉經(jīng)干燥后通過N2輸送系統(tǒng)送至燒嘴,煤粉與其他氣化劑(氧1.1 TexaCO 煤氣化技術(TCGP )"氣、水蒸氣)經(jīng)燒嘴同時噴人氣化爐內(nèi)的反應室，然后在高溫、高壓下德士古煤氣化技術主要包括煤漿制備、灰渣排出、水煤氣化等技術。發(fā)生裂解、燃燒、氣化反應，生成粗煤氣。氣化產(chǎn)生的熔渣以及粗煤氣原料經(jīng)磨機制成濃度為60%- 65%的水煤漿,然后由高壓煤漿泵送人燒嘴。-起進入氣化爐下部的激冷室。冷卻后的粗煤氣去洗滌系統(tǒng)，熔渣通過同時來自空分氧氣( 99.6%)穩(wěn)壓后進入燒嘴。水煤漿和氧氣在高溫下發(fā)鎖 斗系統(tǒng)排出，激冷水送至污水處理系統(tǒng)。GSP 技術適用煤種廣泛，輸生煤的裂解和燃燒以及氣化反應，生成的以CO和H2為主的粗合成氣。送安全性高，運行周期長不需備爐，碳轉化率高，合成氣質量好。采用粗合成氣經(jīng)激冷后降溫飽和后出氣化爐。氣體經(jīng)文丘里洗滌器、碳洗塔，激冷流程，工藝緊湊，流程簡單，環(huán)境效益好。氣化爐操作彈性大，負洗滌除塵冷卻后送至變換工段。反應生成的熔渣進入激冷室激冷后被分荷調節(jié)靈活。點火升溫迅速，設備及運行費用較低。開、停車操作方便,離出來，通過渣斗，定時排入渣池。黑水- - 部分循環(huán)回氣化爐，一-部分時間短， 從冷態(tài)達到滿負荷僅需1H。但是GSP技術存在工業(yè)化業(yè)績少,經(jīng)四級閃蒸后送往澄清槽進行處理。該技術具有原料適應性廣，合成氣操作經(jīng)驗缺乏， 加料計量過程復雜、投資較高，無獨立灰水處理技術等質量高，環(huán)境效益好，后續(xù)工段功耗小，控制系統(tǒng)先進，操作安全性高問題。等特點。但是TexaCo氣化技術也存在氣化爐耐火材料、爐膛熱電偶壽命該技術設備主要包括磨煤機、給料鎖斗、加料器、組合噴嘴、氣化短，燒嘴容易損壞(一般約50天左右)，黑水管線容易堵塞、磨蝕等現(xiàn)爐、 渣鎖斗、破渣機、撈渣機、文丘里洗滌器、沉降槽、激冷水泵等。階段難以完全解決的工程技術問題。氣化爐_上部為冷壁氣化室，由水冷壁，水夾套組成。水冷壁是由特殊耐磨機、煤漿泵、德士古燒嘴、氣化爐、碳洗塔、激冷環(huán)、破渣機等熱材料碳化硅為屏蔽涂層的盤管和翅片焊接組成的圓簡形內(nèi)腔，采用以是此技術必不可少的設備。德士古燒嘴采用外混式三流道設計，中心管渣抗渣的技術防止高溫溶渣腐蝕及開停車產(chǎn)生應力對耐火材料的破壞。和外環(huán)隙走氧氣，內(nèi)環(huán)隙走煤漿。燒嘴頭部有冷卻水夾套及冷卻水盤管，下部為激冷室，內(nèi)有激冷噴頭和內(nèi)襯筒，內(nèi)襯筒與承壓外殼環(huán)隙有激冷以保護燒嘴不被燒壞。氣化爐采用兩相并流型，上 部為燃燒室，下部為水 自下向上流動，在頂端環(huán)隱間徑向流出，激冷室承壓殼體的壁溫不超激冷室?，F(xiàn)工程應用有三種規(guī)格: 12.74m、 16.98m2、 25.47m' 三種氣化過 200C。噴嘴由配有火焰檢測器的點火噴嘴和生產(chǎn)噴嘴所組成，中心向室容積，其中12.74m2在國內(nèi)外應用廣泛,操作經(jīng)驗豐富。激冷環(huán)主要作外環(huán)隙依次為燃料氣、 冷卻水、氧/蒸汽、冷卻水、煤粉通道、冷卻水6用是分布激冷水，保護下降管不受高溫氣體及熔渣的損壞。個通道。20世紀80年至今我國先后在魯南化肥廠、上海焦化廠、渭河化肥廠、GSP技術雖然進人國內(nèi)較晚，但是憑借其自身優(yōu)勢已經(jīng)在我國的山華魯恒升、兗礦集團等單位的30多個項目引進該技術，用于生產(chǎn)甲醇、西蘭花煤化工有限責任公司醇、氨( 30100tla)項目、神華寧煤集團有合成氨、CO、氫氣等。限責任公司( 1670KU/a)甲醇項目、貴州開陽化工有限公司( 500K/a)1.2 sHell 煤氣化技術(SCGP)四合成氨項目、淮南集團合成氨項目開始應用實施。90%以上粒徑5~90μm的合格煤粉，干燥后由高壓氮氣或二氧化碳2國內(nèi)氣流床煤氣化技術將煤粉送至氣化爐煤燒嘴，高壓純氧經(jīng)預熱后與300C中壓過熱蒸汽混2.1多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(OMB )1“合后導人燒嘴。煤粉、氧氣及蒸汽在氣化爐高溫加壓條件下發(fā)生碳的裂多噴嘴對置式水煤漿氣化技術是在TexaCO技術的基礎上發(fā)展起來解、燃燒、氣化反應。氣化爐頂部的高溫煤氣經(jīng)冷煤氣激冷至900C左 的， 其反應機理與TexaCO技術相同，流程相似。該技術采用多噴嘴對置右進入合成氣冷卻器。經(jīng)合成氣冷卻器回收熱量后的煤氣進入干式除塵技術， 霧化效果好。負荷可調節(jié)范圍大，速度快，裝置適應能力強，氣及濕法洗滌系統(tǒng)，處理后的煤氣塵含量小于1mg/m2送后續(xù)工序。高溫熔化效率高。洗滌冷卻室采用噴淋鼓泡復合床，熱質傳遞效果好，液位穩(wěn)渣自流入氣化爐下部的渣池進行激冷，定時排放，爐渣經(jīng)后續(xù)工序加工氣體 初步凈化系統(tǒng)采用分級凈化，系統(tǒng)壓降低，高效節(jié)能， 合成氣中灰成商品出售。濕洗排出的廢水大部分循環(huán)利用，小部分送污水處理T段。含量低。采用蒸發(fā)熱水塔的渣水處理系統(tǒng)，熱傳遞效率高，水循環(huán)流程SHell技術具有原料適應性廣，碳轉化率、熱效率高，調節(jié)容易，“三廢"簡單，耐結垢。但是也存在爐體拱頂處耐火材料燒損快的技術問題。易處理等優(yōu)點。但是同時存在工藝流程、控制系統(tǒng)、設備結構復雜，引OMB技術的關鍵設備有:磨煤機、高壓煤漿泵、氣化爐、工藝噴嘴、進設備和儀表多、布置結構復雜、項目建設周期長、投資大，高壓氮氣煤氣初步凈化設備、 蒸發(fā)熱水塔、滾筒篩、渣鎖斗、撈渣機、激冷水泵。和超高壓氮氣用量大的缺點。氣化爐上部為氣化室，內(nèi)襯耐火磚，氣化室中上部布置工藝噴嘴，噴嘴SHell技術的關鍵設備主要有:氣化爐、噴嘴、廢熱鍋爐、激冷氣壓在同一 水平面。氣化爐下部為激冷室，采用復合床結構形式消除了帶水、縮機、高溫高壓飛灰過濾器、破渣機、撈渣機、磨煤機、強制循環(huán)泵等。帶灰問題。工藝噴中國煤化工噴嘴流道介質由內(nèi)氣化爐上部為燃燒室，下部為激冷室。爐體包括膜式水冷壁，環(huán)形空間、向外依次為氧氣、采用盤管冷卻來防NMH(高壓容器外殼。水冷壁采用以渣抗渣，以渣護壁的原理防止溫度過高或止噴嘴損壞， 由1套Ho,該系統(tǒng)設置了復雜者腐蝕等損壞氣化爐內(nèi)襯。噴嘴采用5環(huán)道共環(huán)式設計，4- 6個燒嘴在燃的安 全聯(lián)鎖。一般使用3個月后需更換噴嘴頭部或在噴嘴頭部堆焊的耐www .chinachemicaltrade.comChina Chemical Trade|中國化工貿(mào)易|157中國化工貿(mào)易第6卷第17期科研China Chemical Trade2014年6月中旬刊磨材料。煤氣初步凈化設備由混合器、旋風分離器、水洗塔三部分組成。水激冷與德士古工藝相同，下部激冷，上部排氣。 氣化燒嘴采用三通道多噴嘴水煤漿技術已在兗礦國泰、兗礦魯化、神華寧煤集團、華魯?shù)耐饫涫浇Y構， 中心走氧氣，內(nèi)環(huán)走煤粉，外環(huán)走冷卻水。恒升等多家單位實現(xiàn)應用，正逐步推廣。航天爐技術在我國推廣很快,現(xiàn)已在河南濮陽龍宇( 150K/a )甲醇、2.2兩段式干煤粉加壓氣化技術(TPRI)同安徽靈泉( 150K/a )合成氨投產(chǎn)成功，并且在設計及在建后續(xù)項目13個,合格煤粉經(jīng)干燥后，采用N2輸送至氣化爐_ -- 段噴嘴。一段處與氧共有氣化爐23個，主要用于甲醇、氨，CH, 的生產(chǎn)氣、燕汽混合噴入氣化爐，發(fā)生裂解以及氧化反應，產(chǎn)生濕煤氣。二段2.4非熔渣-熔渣分級氣化氣化技術5粉煤:與蒸汽(不加氧)利用來自一段的煤氣顯熱進行煤的裂解、揮發(fā)物分級氣化技術的反應過程包括:脫水和揮發(fā)、燃燒、氣化、再燃燒、的氣化和碳的氣化反應，產(chǎn)生額外的煤氣。粗煤氣從氣化爐頂部排出進再氣化5 個階段，與其他技術的3步反應不同。第-段氣化劑采用純氧入冷卻系統(tǒng)煤氣冷卻器(廢熱鍋爐流程) 1(激冷罐激冷流程)等回收熱與CO、N、水蒸氣等的混合物，保持一段的溫度 在灰熔點以下。二段量降溫，后經(jīng)洗滌系統(tǒng)除塵，降溫凈化，送后續(xù)工段。兩段式氣化技術補 充部分氧氣使未燃的物料氧化反應，使第二段的溫度達到煤的灰熔點原料適應廣，碳轉化率高，有效氣含量高、質量好，環(huán)境效益好。氣化以 上并完成全部氣化。該技術適合煤種廣泛，在采用CO2作為噴嘴中心爐運轉周期長，無需備爐。氣體后，兩段式氣化在較低的氧煤比下，即可達到連續(xù)氣化下同樣的碳該技術關鍵設備有磨機、氣化爐、噴嘴、廢熱1激冷鍋爐、文丘里轉化率和冷煤 氣效率，可以減少氧耗,節(jié)約生產(chǎn)成本，并且有效氣含量高。洗滌器、洗滌塔等。氣化爐由膜式水冷器，環(huán)形空間和高壓容器組成。關鍵設備主要有氣化爐、燒嘴、洗滌塔、棒磨機、煤漿泵等。氣化氣化爐與sHell氣化爐不同，是對四噴嘴對置下噴式一-段氣化爐的改進。爐 采用水冷壁結構，其軸向溫度均衡，呈低-高-低趨勢，長徑比相對采用水冷壁結構，分為2個反應區(qū)，第- -反應區(qū)布置2支油點噴火嘴和2較大。 分級給氧使氣化爐頂區(qū)域發(fā)生氣化反應，促使氣化流場更合理，支煤粉噴嘴，四支噴嘴同平面對稱布置。油點火噴嘴用于氣化爐點火過襯里 壽命增長。主燒嘴采用三級流道形式，分級給氧溫度較其他水煤漿程中的氣化爐的升溫。在第二反應區(qū)內(nèi)布置了兩支噴嘴，分別噴人粉煤技 術低200C，經(jīng)驗證燒嘴的壽命可達到106天。和過熱蒸汽。氣化爐上段的作用:一是代替循環(huán)合成氣，使高溫煤氣降分級氣化技術已在豐喜肥業(yè)集團實現(xiàn)投產(chǎn)，在建項目有5個,分別溫，以達到凝渣目的，二是利用下段爐煤氣顯熱進行熱裂解和部分氣化，為內(nèi)蒙 古鄂爾多斯金誠泰、內(nèi)蒙古鄂爾多斯上海惠生、內(nèi)蒙古呼倫貝爾提高總的冷煤氣效率和熱效率。燒嘴采用兩流式外混結構干煤粉加壓氣大唐電力、 山西焦化、山西豐喜肥業(yè)二期。化燒嘴，干煤粉與載氣從中心管出，氧、蒸汽混合氣由環(huán)管進人噴嘴，.5 多元料漿氣化技術(MCSG )四在噴嘴外部霧化混合。噴嘴伸人氣化爐部分采用水冷夾套冷卻保護。多元料漿氣化技術采用多種原料制漿:固相包括煤、石油焦、瀝青、兩段技術已在內(nèi)蒙古世林化工項目、華能滿洲里煤化工項目、華能由、 煤液化殘渣，液相可以是水、廢液、廢水，通過添加一定的添加劑綠色煤電IGCC項目等5家單位開建，部分已投產(chǎn)，主要用于生產(chǎn)甲醇、制成合格漿料。 此項技術工藝流程與水煤漿氣化技術相同。但是該技術發(fā)電等。原料適應性更廣泛，操作安全易控，碳轉化率高，環(huán)境效益好。設備國2.3航天爐氣化技術(HT-L) 10-1產(chǎn)化程度高，灰水處理工藝流程簡單,配套新型技術跟進快,裝置投資少,航天爐煤氣化技術與GSP技術相似均采用下噴式氣流床激冷流程，可在煤化工、石油化工生產(chǎn)中應用。但是知識產(chǎn)權獨立。該技術對煤種要求低，熱效率和碳轉化率高。采用磨機(棒磨機)、氣化爐、嗩嘴、洗滌塔、高溫熱水器、空冷器等激冷流程及灰渣水循環(huán)技術，對環(huán)境保護好。設備在這個技術中占有重要地位。尤其氣化爐爐膛結構和三通道噴嘴霧HT-L氣化爐、燒嘴、破渣機、熱風爐、激冷水循環(huán)泵等是此技術化流場的良好匹配以及激冷結構的改進強化了此技術的優(yōu)越性。的核心設備。氣化爐采用盤管式水冷壁，四組管繞制而成，盤管外徑蘭溪豐登化肥廠、浙江巨化股份公司、山東華魯恒升大化肥、陜西89mm,壁厚8mm徑向熱膨脹6mm。自上而下單噴嘴噴射與GSP爐相同，興平化 I廠在裝置改造中采用多元料漿氣化技術取得良好效果。表1各種氣流床氣化爐的技術參數(shù)| 煤氣化 操作操作壓CO+H2碳轉| 冷煤氣 有效 (CO+H2)|進料爐型溫度/C| 力 /Mpa適應煤種含量/%|化率1%效率1%比氧耗m/Km2|方式噴嘴數(shù)量|排渣方式鍋爐形式 專 利商灰分小于8%,內(nèi)水德士古1250-1600 | 4.0/6.5/8.7小于4 -5%，灰熔點| > 809870-7620濕法|單噴嘴 液態(tài)排渣 激冷、廢熱|美國GE氣化爐- -般小于1350C?；胰埸c一般小于sHell氣1400-1600 4.01450C，硫含量小> 9099| 80- -8537法| 4-6個| 液態(tài)排渣廢熱荷蘭殼牌化爐于2%，灰分小于15%。| 所有煤種，包括高灰GSP氣北京杰斯1350-17504.煤、高硫煤，灰熔點| >80| 96-98| 7360干法|單噴嘴| 液 態(tài)排渣一般小于1500C多噴嘴灰分小于8%，內(nèi)水華東理工水煤漿1250-1600 4.0/6.5 小于4-5%， 灰熔點| 83-86980330-380|濕法| 多噴嘴| 液 態(tài)排渣一般小于1350C。大學多元料漿氣化14001.3- 6.5|料漿灰分小于 8%。80-86 95-98| 76336-410|濕法| 單噴嘴| 液態(tài)排渣|西北化工爐“研究院北京航天hT-L煤粒度20- _90μm,80-83330-360干法|單噴嘴| 液態(tài)排渣激冷循性化1400-1600 2.04.0萬源煤化航天爐灰分小于25%。二段干煤的灰熔點小于煤粉加1400-17003.0/4.01350C， 揮發(fā)分部大99|83300- -320|干法| 多噴嘴| 液 態(tài)排渣|廢熱激冷| 西安熱工壓氣化1000-1200于25%，內(nèi)水小于院爐非熔渣-熔中國煤化工北京達立渣分級1000-1500 4.0/6.5 灰熔點小于 1450C。> 83 .98 | 71-76350- -370YHCNMH G科l 氣化爐(下轉第160頁)158|中國化工貿(mào)易China Chemical Trade 中國化工貿(mào)易第6卷第17期科研China Chemical Trade2014年6月中旬刊四、CaWO,納米顆粒的熒光光譜表征制備得到了具有良好結晶性能的CaWO,納米顆粒。圖4為在120 C下反應時間分別為5min (a)，10min (b)，15min對一定溫度下，不同反應時間制備的CaWO,納米顆粒的結晶性與形(c)條件下制備CaWO,的室溫熒光光譜圖。如圖所示，在相同的反應貌進行了研究，實驗結果表明:隨著反應時間的延長，納米顆粒的結晶溫度下，不同的反應時間所得產(chǎn)物CaWO,的發(fā)射峰具有相似的波形，在性越來越好， 且納米顆粒粒徑隨著反應時間的延長而增大。激發(fā)波長為250 nm時，可以觀察到波長為420 nm的發(fā)射峰。由圖可見，該方法制備的CaWO,納米顆粒有良好的發(fā)光性能，在激發(fā)波長為隨著反應時間的延長，激發(fā)峰的峰值越來越高，這與樣品的形貌變化和250 nm處得到發(fā)射波長為420 nm的發(fā)射峰,研究結果表明:隨著時間的結晶度變化情況是一致的，隨著反應時間的延長,所得樣品顆粒越來越大，延長， 顆粒越來越大，納米顆粒的結晶度增加，熒光強度增強。納米顆粒的形貌對其熒光性能有一-定的影響， 顆粒越來越大，結晶性越來越好，發(fā)光性能越來越好，而且CaWO,的熒光主要是由wo,-中的電參考文獻荷轉移引起的因。姜泰勒效應引起四面體晶格變形，不同的反應時間引起tHe scHeelite type stuelJRare EartHs, 2009. 27 (4) : 569-573.了產(chǎn)物晶格對稱性的變化，從而對其發(fā)光性能產(chǎn)生了影響"。[21 Niklm. 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Sakaida TIntestinal vllus Hitologcal alerations in pigletspulication-aictung dstict Agricuturad improvement stanin1943(35) : 81-820fed dietary cCHarC0al powder induding wood vinegar Compound liuidlAnatomical HistologyII YosHimura H, WasHio H, YosHida s, et alPromoting efect of wood vinegar 00mpoundson Embryology. 2004, 33(1) : 6-11fruit- body formation of pleurous ostrealus, Myoxeciel195,5 36(2): 173-17[181王文杰，穆淑琴，張敬等.木醋酸對雞產(chǎn)蛋性能及蛋品質影響研究Il中國飼料，2004, 9:1121 OHa S, ZHang Liun, Accelration olmycelia growH and fuiting body production32-33of ediblemusHrooms by wood vinegar frclonslJ,Journal of tHe Japan Wood ResearcH(上接第158頁)3.技術指標對比以上8種不同的煤氣化技術工藝相似但指標并不相同，如表1。川謝書勝鄒佩良史琉燕德士古水煤漿氣化SHell氣化和GSP氣化工藝對比，當代化工，2008,4.結束語總的來說氣流床技術均由備煤、氣化、除渣系統(tǒng)構成。具有煤種適21李亞東SHe I粉煤氣化技術應用綜述大氨肥，2012. 3(1): 46-49[31 王德山GSP煤化技術設備概況，煤化工, 2007，(3): 38-40.應性強，氣化溫度高，合成氣質量高，環(huán)境效益好等優(yōu)點。氣化爐均采|4] 張玉亭.周宏偉.新型多噴嘴對置水煤漿氣化技術.河北化工. 2010. 33(6): 32-34.用上部氣化室，下部激冷室結構，但噴嘴形式各異,原理相同。在現(xiàn)階(51 許世森.王保民兩段式干煤粉加壓氣化技術及工程應用化工進展. 200. 29 (增刊):段國內(nèi)外技術均已實現(xiàn)工業(yè)化,氣化爐、噴嘴技術已經(jīng)不是發(fā)展的瓶頸。292-294國內(nèi)氣化技術在借鑒國外經(jīng)驗，結合自身優(yōu)勢的基礎上蓬勃開展。近年161 萬保健.魯奇爐與常壓固定床、航天爐的比較河北化工，2012. 35(3) : 7-9.來國內(nèi)技術快速推廣,使我國的煤氣化技術走向世界前沿,取得矚目成績。171唐宏青現(xiàn)代煤化工新技術,中國煤化工但是無論哪種技術，都將在生產(chǎn)中不斷改進優(yōu)化，爐型、噴嘴的優(yōu)化組作者簡介: 溫博，男. 1873本HCNMH G工沒備管用工作。合將是氣流床技術改革的重點方向。160中國化工貿(mào)易| China Chemical Trade