浅谈煤气化技术进展及选择.docx

do i: 10. 3969 / j. issn. 1002 - 154 x. 2009. 07. 018浅谈煤气化技术进展及选择赵伟(晋煤集团天溪煤制油分公司 ,山西 晋城 048009 )摘 要 阐述了研究和开发煤气化技术的重要意义 ,详细介绍了目前国内外主流煤气化技术的进展及应用 ,比较了各种煤气化技术的优缺点 ,并对如何选择煤气化技术提出了自己的看法 。关键词 煤气化 进展 固定床 流化床 气流床the developm en t and selection of coa l ga sif ica tion technologyzhao w e i( tianxi coa l - conve rted - ga so line b ranch comp any of j incheng an th rac ite m in ing group , shanxi j incheng 048009 )a b stra c tthe sign ificance of re sea rch ing and deve lop ing coa l ga sifica tion techno logy we re e labo ra ted. the keytechno logys we re in troduced and the advan tage s of eve ry techno logy we re ana lyzed. som e op in ion we re given on choo2sing coa l ga sifica tion techno logy.keyword scoa l ga sifica tiondeve lopm en tfixed bedflu id ized beden tra ined - bed我国 煤 炭 的 特 点 是 高 硫 、高 灰 煤 相 对 密 度 大 。“三高煤 ”(灰分高 ,硫含量高 、灰熔点高 )在晋城矿区 就占到占总可开采储量的 40 % ,但“三高煤 ”直接燃烧污染严重 ,属于国家限制开采的煤炭资源 ,因此研 究开发适合“三高煤 ”的气化技术 ,对于保护环境 、充 分利用现有廉价 、丰富的劣质煤资源 、促进社会的可 持续发展具有重要的意义 。固定床气化工艺需要使 用无烟块煤 ,而机械化采煤使块煤率下降 ,导致块煤资源紧张 ,原料成本上升 ,因此需要研究和开发粉煤 气化技术 ,以提高煤炭资源的利用率 。国外没有大规模发展煤气化技术 ,只是在 igcc 中采用了 4种成熟的大型煤气化技术 ,在合成烃类中使用 鲁奇炉 (南非和美国 ) ,其他技术 (如 gsp ) 还谈不上规模发展 。上世纪 80年代 ,我国引进了鲁奇固定床 、 u - ga s流化床 、德士古气流床 、恩德炉 , 近年来又引 进壳牌炉 、gsp 炉等 ,世界上主要类型的煤气化技术 在我国几乎都有引进 。在国家科技部的立项支持下 ,大型煤炭集团投入大量资金 ,国内煤气化技术研究也取得很大进展 。这 些技术正在从工业化试验装置阶段稳步进入示范厂 建设阶段 ,有的已经投产 。目前正在研究的技术有 6 种 ,包括 :灰融聚流化床气化技术 、干煤粉气流床气化 技术 (航天炉 ) 、两段式干煤粉加压气化技术 、多元料浆气化技术 、四喷嘴水煤浆气化技术 、非熔渣 - 熔渣 分级气水煤浆化技术 (清华炉 )等 。2 固定床 (或移动床 )1 煤气化技术概述煤气化工艺的分类方法很多 ,其优劣在学术上和工程上各执其词 ,按煤在气化炉内移动方式分成固定 床 (或移动床 ) 、流化床 、气流床 3 大类 。由于煤种 、 产品和建厂条件不同 ,以及技术比较复杂等 ,煤气化 工艺的多样化是必然的 ,世界上不存在能够适应任何 情况的煤气化技术 ,由于石油和天然气的广泛应用 ,包括常压固定床间歇式气化技术 、常压固定床富收稿日期 : 2009 - 06 - 10作者简介 :赵伟 ( 1980 ) ,男 ,本科 ,助工 ,在晋煤集团天溪煤制油分公司从事煤气化技术管理工作 61 20 091vo l12 3 , n o. 7化工时刊工艺 试验te c h no lo gy & exp e rim e n t氧连续气化技术 、鲁奇固定床加压气化技术 ,这类技术的共同特点是应用广泛 、技术成熟 、工艺可靠 、容易 操作 ,但是对原料煤品种及粒度大小要求苛刻 ,随着技术革新的进步 ,固定床气化的环保和效率也得到了很大提高 ,因此对间歇固定床气化技术也不宜“一刀 切 ”,应制定严格的环保标准 , 使现有的固定床气化 技术的水平逐步提高 ,允许符合新环保标准的固定床气化技术发展 。对鲁奇炉而言 ,其目前仍是一个先进 适用的气化技术 。 1 , 2 3 流化床料 (水煤浆 )气流床和干法进料 (煤粉 )气流床 ,前者以德士古 ( texaco)水煤浆炉为代表 ,还有国内开发的多 元料浆加压气化炉 、多喷嘴 (四烧嘴 )水煤浆加压气化炉 。后者以壳牌 ( she ll)炉为代表 ,还有 gsp炉以及国内开发的航天炉 、两段炉 、清华炉 、四喷嘴干粉煤炉 。4. 1 水煤浆气流床与干粉煤气流床的比较总体来讲 ,水煤浆气流床要比干粉煤气流床技术 成熟 ,运行稳定 ,设备国产化率高 、投资省 ,有备用炉的水煤浆加压气化与不设备用炉的干煤粉加压气化装置建设费用的比例大致为 she ll法 gsp法 多喷嘴( 2 - 2. 5 ) ( 1. 4水煤浆加压气化法 ge 水煤浆法包括灰熔聚流化床粉煤气化技术和恩德粉煤气化技术 ,灰熔聚流化床粉煤气化技术早在上世纪 80 年代 ,就由中国科学院山西煤炭 化学 研 究所 开始 研 究 , 2001年单炉配套 20 k t合成氨 / a工业性示范装置 在陕西城固化肥厂成功运行 ,实现了工业化 ; 2005 年4月 ,由山西晋城煤业集团公司与中科院山西煤化所联合组建成立山西天和煤气化科技有限公司 ,负责灰 熔聚气化技术的工程化 、产业化研发 ; 2007 年 12 月 在中试装置完成了 1. 0 m pa 压力下的长周期运行试 验 ,取得了较好的数据并积累了运行经验 ; 2008 年 9 月 5日由山西晋城煤业集团投资 ,石家庄金石化肥有限公司建设的加压灰熔聚气化工业示范装置投料试 车成功 ;在晋煤集团天溪煤制油 分公 司 建设 的 6 套0. 6 m pa,日处理煤 300 t的加压灰熔聚气化工业示 范装置目前也正处在紧张的调试阶段 。恩德炉实际上属于改进后的温克勒沸腾层煤气化炉 ,适用于气化褐煤和长焰煤 ,要求原料煤属不粘 结或弱粘结性 、灰分小于 25 % 30 % ,灰熔点高 ( st 大于 1 250 ) 、低 温化 学活 性好 (在 950 时 , 应 85 % ; 1 000 时 ,应 95 % ) 。 流化床气化炉反应条件相对比较温和 ,国产设备和材料可以满足要求 ,同时灰熔聚气化炉还适合烧晋 城矿区的“三高 ”煤 ,但是气化压力和气化效率偏低 , 期待着这一技术在大型加压气化 ( 3. 0 m pa ) 和工程 化方面取得更大的突破 。- 1. 6 ) 1. 2 1 , 原料煤运输 、制浆 、泵送入炉系统比she ll和 gsp等干粉煤加压气化要简单 ,安全可靠 ,建 设投产周期短 ,这些都是业主所期望的 ,但缺点是气 化用原料煤受气化炉耐火砖衬里的限制 ,只适宜于气 化低灰熔点的煤 。碳转化率较低 。比氧耗和比煤耗 较高 。气化炉耐火砖使用寿命较短 ,一般为 1 2 a,国产砖寿命为一年左右 ,有待改进 。气化炉烧嘴使用 寿命较短 ,一般使用 2 30 d后 ,需停车进行检查 、维 修或更换喷嘴头部 ,有待改进提高 。 3 , 4 干粉煤气流床与水煤浆气流床相比 , 反应温度 高 、碳砖化率高 、有效气体成分比例高 ,氧耗 、煤耗低 ,炉衬一般为水冷壁 ,寿命较耐火砖要长得多 ,适应煤 种宽 ,一次性投资虽大 ,但维护运行费用较低 。4. 2 各种气流床气化技术介绍多元料浆加压气化技术是西北化工研究院提出 的 ,具有自主知识产权 。其基本生产装置与水煤浆加压气化技术相仿 ,属气流床单烧嘴下行制气 。但是笔 者认为在制备多元料浆时掺入油类的办法与当前我 国氮肥工业以煤代油改变原料路线的方针不符合 ,是 不可取的 ,有待改进 。多喷嘴 (四烧嘴 )水煤浆加压气化技术在“九五 ”期间由华东理工大学 、兖矿鲁南化肥厂 、中国天辰化 学工程公司开发成功 ,但目前暴露出来的问题是气化 炉顶部耐火砖磨蚀较快的问题 ;以及同样直径同生产 能力的气化 炉 , 其 高 度 比 ge 德 士 古 单 烧 嘴 气 化 炉 高 ,又多了 3套烧嘴和其相应的高压煤浆泵 、煤浆阀 、 氧气阀 、止回阀 、切断阀及连锁控制仪表 ,一套投煤量1 000 t / d的气化炉投资比单烧嘴气化炉系统的投资 约多 2 0003 000 万元 ,还要多增加每年的维护检修 费用 , 。但该技术属我国独有的自主知识产权技术 ,4 气流床气流床气化是目前煤气化技术的主流 ,代表着今后煤气化技术的发展方向 ,在这方面开展研究的机构 和企业比较多 ,气流床按照进料方式又可分为湿法进 62 2009 1vo l123 , n o. 7赵伟浅谈煤气化技术进展及选择化工时刊在技术转让费方面比引进 ge 水煤浆气化技术要少得多 ,还是很有竞争力的 。航天炉 ( h t - l 粉煤加压气化炉 )由北京航天万 源煤化工工程公司设计制造 ,运用航天火箭发动机的 技术和热力场计算原理 ,借鉴了德士古 、壳牌气化装 置设计理念 ,采用喷嘴及水冷壁结构 。气化压力设计 为 4 m pa,目前正在进行锁斗阀及输煤技术提升压力研究 ,气化压力有望提高到 6 m pa。航天炉未经过中 试 ,直接工业化 ,现已在河南永煤集团濮阳龙宇化工 公司和安徽临泉化肥厂投入运行 , 目 前 运行 情况 良 好 ,各指标基本能够达到设计要求 ,需要关注的是烧 嘴及整个气化装置的长周期的运行情况 。两段式干煤粉加压气化技术是西安热工研究院开 发成功的 ,具有自主知识产权 ,二段炉下部与 she ll炉 一样 ,炉温高达 1 6001 700,上部通过辅助烧嘴喷 入一定量的蒸气 +粉煤 ,在高温下热裂解降温至 900 左右 ,与 she ll用循环激冷气效果相似 ,出气化炉的粗合成气与 she ll组分分类相似 。废热锅炉型气化装置 适用于联合循环发电 ,其示范装置投煤量 2 000 t / d 级 两段炉 (废热锅炉流程 )已用于华能集团“绿色煤电 ” 项目 ,另一套激冷流程示范装置投煤量 1 000 t / d级两 段式炉已用于内蒙古世林化工有限公司年产 300k t甲醇项目 ,希望这两套示范装置能预期顺利投产 。 5 清华炉就是熔渣 - 非熔渣气化技术是由清华大 学与丰喜集团合作研发的 , 在气 化炉 上 采用 分级 给 氧 ,改变炉内流场 ,使气化反应更充分 ,最主要的优点 就是烧嘴使用寿命长 ,一般连续运行在 100 d以上 ,进料可采用干粉煤或水煤浆 , 2006年 1月 ,在丰喜肥业集 团临猗分公司顺利投产 , 2009年 4月 8日 ,该技术应用 于惠生公司在内蒙投资于煤化工领域的第三个项目 , 而此前该公司的前两期煤化工项目均引进国外先进技 术 。该项目气化炉为 6. 5 m pa,3 200 mm ,日单炉投煤量可达 1 800 t的大容量气化炉 。清华炉的研发人 员下一步将开展水冷壁气化炉 、干粉泵 、新废热锅炉流 程以及系统优化的研究 ,以保持技术的持续创新 。四喷嘴对置式干粉煤加压气化技术是在华东理 工大学 、兖矿鲁南化肥厂 (水煤浆气化及煤化工国家 工程研究中心 ) 、中国天辰化学工程公司三家通力合作下开发的具有自主知识产权的煤气化技术 ,这种型 式的气化炉属热壁炉 ,适用于气化低灰熔点的煤 ,在 技术指标上 ,与多喷嘴水煤浆加压气化炉相差并不太大 ,但是增加了过热蒸汽的投资及消耗和加压氮气或二氧化碳载气的投资及能耗 。有待在冷壁炉上再做 些工作 ,以期取得完善的成果 。 6 5 气化技术的选择原则到现在为止 ,可以说还没有找到万能的煤气化炉型和技术 ,各种煤气化炉型和气化技术都有其特点 、 优点和不足之处 ,都有其对煤种的适应性和对煤气化 后的最终产品的适用性 。在工艺技术方案选择上必 须选择经过大量试验 、工业性示范和工业生产实践的工艺 。要择优选用节能 、投资省 、成本低 、效率高 、对环境无污染或轻度污染但能很好处理的洁净煤气化 技术 。在评价时要从全厂总流程的观点上作技术经 济分析评价 ,切不可只从某一种煤气化工艺技术的角度作局部和不客观的评价 。此外 ,还要注意知识产权安全原则 ,应了解工艺 技术的来源和所有者权益 。对于专利技术 ,应研究工业产权问题 ,包括它的使用范围和有效期限 。6 结论就目前的气化技术而言 , 干法 气 流床 气化 指 标好 ,代表着今后煤气化技术研发的主流方向 ,但是工 业化经验还比较缺乏 ,仍有许多工程问题未解决甚至 未暴露 ,同时 ,这种技术对于气化高灰熔点煤还有很大的局限性 。选择气化时应根据本地煤种的特点选 择成熟稳定的技术 ,不能片面追求技术先进 ,给所谓 先进的技术充当实验基地 。参考文献 1 何正兆等 . 煤气化技术方案比较及选择 j . 化工设计 ,2006 , 16 ( 3 ) : 36周孟仁. 固定层富氧连续气化的现状与发展 c . 2002年全 国中氮情报协作组第 20次技术交流会论文集.