煤气化的行业现状

1、第一节 煤气化的行业现状目前全球的化石燃料（煤炭、石油、天然气）面临枯竭，而全球一次能源消费以化石燃料为主，一次能源消费总量的85%都来自化石燃料，可再生能源（太阳能、风力、地热、潮汐、垃圾和生物能等）虽然具备环保、可再生等优点，但由于技术开发限制，短期内无法生产飞跃，因此仅占全球能源供应量的0.3%。从现在的能源可探明储量以及已存在的能源开发利用技术水平来看，我们在“能其决定了煤气化技术将大有用武之地。我国人均石油、天然气和煤炭的可采储量分别为世界平均水平的11.10%、4.30%和55.40%，石油资源仅占世界总储量的3.00%。因此相对而言，我国的煤炭资源远比石油和天然气丰富。中国一次能

2、源消费历来以煤为主，电力的95%由燃煤提供，因此采用煤炭作为主要的一次能源消费方式，提高其燃烧转换效率、减少排污成为我国政府应对“能源过渡”阶段的优先选择。三 煤气化的能耗与物耗煤气化是以煤炭为原料，采用空气、氧气、CO2和水蒸气为气化剂，在气化炉内进行煤的气化反应，可以生产出不同组分不同热值的煤气。由于使用的设备和方法不同，其煤气产气率也不相同。所消耗的能源也不相同。综合能耗和原材料单价表序号项目消耗单位折能/MJ能耗/CJ单价/元1原料煤t/1.47130.95045.5315702燃气煤/t1.01321.52021.8004803蒸汽/t-1.2093121.259-3.7441204

3、电力/KW.H-13.92711.840-0.1650.475一次水/t18.7422.5120.04711.06燃料气/m3-40.9316.025-0.2470.507化学品43.778耐火砖更换21.67总能耗63.192操作成本1236.80第三节 煤气化的生产设备每种气化炉都有其适宜气化的煤种要求，而这些要求又是因为炉型的特点而产生的。根据煤的性质和对煤气的不同要求有多种气化方法，相应的气化设备有固定床气化炉，流化床气化炉，气流床煤气化炉。各种炉型的气化条件和生成气特征均不相同。一 常压固定床煤气发生炉二 流化床气化设备 e流化床气化工艺的反应动力学条件好，气固两相扰动强烈，气化强度

4、大。适合于活性较高的年轻煤及褐煤半焦的气化。对原料的粒度一般要求为0.56mm，还适合于含灰较高的劣质煤，炉内温度不高，煤气出口为900，材料的选择容易。可用空气、氧或富氧气化，煤气热值较低，煤气中的焦油和酚类含量少，净化系统简单，污染少。可以进行炉内脱硫，环保性能好，总的造价较低。4 B除U-Gas和KRW两种气化炉外，流化床汽化炉的运行温度一般不应超过煤灰的软化温度。与其他类型的气化炉相比，流化床气化炉的运行温度最低，其氧耗比液态排渣气化炉小，但它的碳转化率也最低。与气流床气化炉相比流化床气化炉的有点在于可以省去空分及磨煤系统，使用电减少。若气化反应的温度较低，会生成较多的二氧化碳。这就意

5、味着要消耗较多的C和O2来生成不可燃气体二氧化碳。而煤气中CO2的存在，会影响湿法脱硫工艺中脱硫剂对H2S的吸收。此外，煤气中的NH3和CO2形成碳酸氢铵，当温度降低时会在管线上沉积而阻塞管路。但是，当高温净化技术投入商业化时，这些问题就不是很重要了。  y- O; 1 与气流床相比，流化床气化炉的负荷跟踪性能较好。与移动床相比，流化床气化炉的煤气中不含焦油、酚等杂质。6 M5 t4 J! Y% u9 D1、高温温克勒气化炉（HTW） （图五）9 p" M& c3 j! N0 n( E0 8 M+ 2 gHTW早已应用于甲醇等化工产品的生产过程中，其操作压

6、力只有1.0MPa。HTW气化炉是8种典型煤气化工艺中惟一采用干法排灰的气化工艺。从HTW排出的灰渣含碳量较高，一般可以送到锅炉里再燃烧产生蒸汽。其它几种气化炉的灰渣含碳量相对较少，不需要设置这套附加的装置。虽然目前在研究如何滤掉HTW排出的灰渣中的有用成分，但这项技术远没有过关。HTW炉目前尚无在2.5MPa压力下运行的经历，它是否适合于IGCC系统，目前尚不能下定论。/ O$ a5 2、U-Gas气化炉. ?2 g: l8 & y5 xU-Gas气化炉是应用灰团聚的原理，来进行反应和排灰的。在这种气化炉允许灰成分中熔点较低的部分先熔化，黏结其他未融熔化的灰，并形成团聚。这种工艺的优

7、点是不需要熔化所有的灰，对灰渣的流动性要求不高。这种气化炉的灰渣比纯干式排灰的灰渣对环境的污染小。$ ' . x8 l" q" w4 pU-Gas气化炉允许床层高度的波动，也允许床层中炭灰比有波动。但是，它的运行温度的灵活性很小，特别是床层的最高温度要进行严格控制，以免过多的灰渣熔化。若灰熔化的部分过大。会导致灰团聚较多而阻塞排灰管，也有可能使床层不能流态化。因此，保持床层均匀的流动，是控制团聚正常化的重要手段。与其他几种气化炉相比，U-Gas气化炉对操作的要求较高。9 N+ r% E' B: W' z2 F, w3、KRW气化炉三气流床气化设备用气

8、化剂将粒度100m以下的煤粉带入气化炉，也可将煤粉现制成水煤浆，再用泵打入，煤粉在高于熔融温度状态下与气化剂燃烧、气化，形成了气流床，灰渣以液态排出。当然，真正的气流床气化炉煤粉或水煤浆是和气化介质一起从烧嘴中喷涌而出，所以，气流床又可以叫做射流床。典型工艺设备有德士古水煤浆加压气化设备、壳牌干煤粉加压气化设备、GSP干煤粉加压气化设备、多原料浆加压气化设备、多喷嘴对置式水煤浆气化设备、两段式干煤粉加压气化设备。1 德士古气化炉德士古气化炉是一种以水煤浆进料的加压气流床气化装置，水煤浆由气化剂夹带由专门的喷嘴喷入炉内，瞬间气化。1.1优点：l 甲烷含量低，利于甲醇与氨的合成2 设备结构简单，内

9、件很少；理论上可以用于任何煤种3 具有较长的实际运行经验，操作危险性小，可用率达80%-85%4 利用水煤浆便于高压泵送的特点，可以制备压力很高的粗煤气5 能充分利用一切污水源制作水煤浆6气化炉的运行费用较低7后续的除灰系统比较简化2 壳牌气化炉壳牌气化炉主要由内筒和外筒组成内筒上部为燃烧室，下部为熔渣激冷室为了避免高温熔渣<a href="" target="_blank">腐蚀</a>及开停车时因温度和压力突变对耐火材料的应力破坏，故内筒采用水冷壁结构，在向火表面上涂有一层薄的耐火材料涂层，正常操作时依靠挂在水冷壁上的熔渣层保

10、护金属水冷壁在气化炉内筒外壁和内筒之间有一层缓冲两筒压差的间隙，因而内筒仅承受微小压差气化炉采用独特烧嘴，以气化炉生产能力大小，用个烧嘴并呈中心对称分布优点（1）干煤粉进料，加压气体输送煤粉，连续性好，气化炉操作稳定，4 8 ) z' p; T. d（2）气化温度约14001600，碳转化率5 ! _# $ S, s: + u3 B) j （3）气化炉采用水冷壁结构，无耐火砖衬里，维护量较少，气化炉内无传动部件，运转周期长，无需备用炉4 C) 5 R+ n1 z3 o( O$ k  h+ G4 p4 d)  （4）气化炉有多个烧嘴，采用成双对称布

11、置，调节负荷容易; & e5 p. g( Z& v$ P+ P7  （5）气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状颗粒，性质稳定，对环境几乎没有影响. p) P3 G8 d( Q6 V: w9 Q) h( R2 N: H! I7 v' q9 |3 p$ U. t缺点  （1）结构庞大、复杂。5 e7 _  ?) B$ R: s （2）投资大。 ( . , J* z, G0 A% Z2 q8 A+ M6 r （3）气化压力较低， 第四节 煤气化的生产工艺及排污节点三 煤气化工艺煤气化技术总的分为地面气化技术

12、和地下气化技术。地面气化技术是将煤从地下挖掘出来后再经过各种气化技术获得煤气的方法；地下气化就是将埋藏在地下的煤炭进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用及化学反应而产生可燃气体的过程，其过程集建井、采煤、气化工艺合二为一，将传统的物理采煤方法转变为无人无设备的化学采煤方法，省去了传统的采煤机械设备和地面气化炉笨重复杂设。煤气化技术流程图施，具有安全性好、投资少、见效快、污染少、效益高等显著优点。粗煤、石油焦 煤灰再循环 骤冷气 磨粉烘干选煤干法去尘煤灰处理系统湿法洗涤水净化值清洁合成气高闪蒸汽中压蒸汽气化炉气化器硫盐煤烘干段炉渣1、 地面气化技术 地面煤气化技术可按压力、气化剂、气化过程供热方式等

13、分类，常用的是按气化炉内煤料与气化剂的接触方式区分，主要有固定床气化技术、流化床气化技1固定床气化技术（1）常压固定床间歇煤气化技术（2）加压固定床煤气化技术2 流化床气化技术罗茨机气柜静电除尘器流化床制气变换压缩机1.2段预脱碳脱硫二次脱碳精炼压缩机4.5段压缩机3段氨气氨的合成压缩机6 流化床气化又称为沸腾床气化。其以小颗粒煤为气化原料，这些细颗粒在自下而上的气化剂的作用下，保持着连续不断和无秩序的沸腾和悬浮状态运动，迅速地进行着混合和热交换，从而使整个床层温度和组成均一。常见的流化床，有温克勒（Winkler）、灰团聚（U-Gas）、循环流化床（CFB）、加压流化床（PFB是PFBC的气

14、化部分）等。（1）循环流化床气化技术CFB （2）灰熔聚流化床粉煤气化技术  3 气流床气化技术 气流床气化是一种并流式气化。从原料形态分有水煤浆、干煤粉2类；从专利上分，Texaco、Shell最具代表性。前者是先将煤粉制成煤浆，用泵送入气化炉，气化温度13501500；后者是气化剂将煤粉夹带入气化炉，在15001900高温下气化，残渣以熔渣形式排出。在气化炉内，煤炭细粉粒经特殊喷嘴进入反应室，会在瞬间着火，直接发生火焰反应，同时处于不充分的氧化条件下，因此，其热解、燃烧以吸热的气化反应，几乎是同时发生的。随气流的运动，未反应的气化剂、热解挥发物及燃烧产物裹夹着

15、煤焦粒子高速运动，运动过程中进行着煤焦颗粒的气化反应。这种运动状态，相当于流化技术领域里对固体颗粒的“气流输送”，习惯上称为气流床气化。 气流床对煤种（烟煤、褐煤）、粒度、含硫、含灰都具有较大的兼容性，国际上已有多家单系列、大容量、加压厂在运作，其清洁、高效代表着当今技术发展潮流。（1）德士古（Texaco）气化技术   合成气去甲醇系统冷凝液洗 涤 塔气化炉煤浆 氧气文丘里洗液塔循环系统去闪蒸系统 高压灰水去闪蒸系统。（2）壳牌 Shell 气化技术 氮气氧气水蒸气冷激气化炉废热锅炉流分湿洗COS水解冷却脱硫硫回收循环压缩机壳牌干煤粉加压气化技术的特点如下。 (1)干煤粉

16、进料用高压氮气气动输送入炉,对煤粉输送系统的防爆要求严格。(2)气化炉烧嘴为多喷嘴,由4个(或6个)喷嘴对称式布置,调节负荷比较灵活。 (3)为防止高温气体排出时夹带的熔融态飞灰黏附在气化炉后的输气导管换热 2、地下煤气化技术 煤气化工艺性能比较图序号项目Shell工艺Texaco工艺Lurgi工艺间歇制气工艺1气化工艺气流床液态排渣气流床液态排渣固定床固态排渣固定床固态排渣2适用煤种褐煤、烟煤、石油焦各种烟煤、石油焦褐煤、烟煤无烟煤、焦炭3气化压力/MPa2.04.04.06.52.03.0常压4气化温度/C1400-16001300-1400950-105010005气化剂氧氧氧+蒸汽空气

17、+蒸汽6进料方式干煤粉60%水煤浆6-50mm块煤25-75mm块煤7单炉最大投煤量/t2000200019201008氧气量/m3330-360380-430140-2401700（空气）9碳转化率体积分数/%9995-9888-9659-6210冷煤气效率体积分数/%80-8570-7665-754111煤气中CO+H2体积分数/%99806570-7212煤气中CH4体积分数/%0.10.19-120.6-313对环境影响较低较低污水含焦油酚处理复杂吹风气含硫化物、CO214技术成熟性高高高高15气化技术第2代第2代第1代第1代四 排污节点图固废 废渣废气粉尘标准煤块煤气发生炉储煤仓提煤

18、机标准旋风除尘器旋风除焦器煤粉固碳焦油菜）废热锅炉静电除焦器用气车间煤气脱硫塔煤气加压器间接冷却器静电除尘器噪声冷凝废水固废第五节 煤气化工业的污染核算（一）气化废水的来源及特性在煤的气化过程中，煤中含有的一些氮、硫、氯和金属，在气化时部分转化为氨、氰化物和金属化合物；一氧化碳和水蒸气反应生成少量的甲酸，甲酸和氨又反应生成甲酸氨。这些有害物质大部分溶解在气化过程的洗涤水、洗气水、蒸汽分流后的分离水和贮罐排水中，一部分在设备管道清扫过程中放空等。1煤气发生站废水。煤气发生站废水主要来自发生炉中煤气的洗涤和冷却过程，这一废水的量和组成随原料煤、操作条件和废水系统的不同而变化，在用烟煤和褐煤做原料时

19、，废水的水质相当恶劣，含有大量的酚、焦油和氨等。2气化工艺废水。固定床、流化床和气流床三种气化工艺的废水情气化工艺废水水质污染种类污染物浓度/(mg/L)固定床（鲁奇床）流化床（温克勒炉）气流床（德士古炉）焦油<50010-20无苯酚1500-550020<10甲酸化合物无无100-1200氨3500-900090001300-2700氰化物1-40510-30COD3500-23000200-300200-760（二）气化废气的来源及特性：在煤气化过程中，主要的废气来源于以下几个部分：粉尘污染，主要是煤场仓库、煤堆表面粉尘颗粒的飘散和气化原料准备工艺煤破碎、筛分现场飞扬的粉尘。有

20、害气体的污染，主要是煤气的泄漏及放散。煤气炉加煤装置的煤气泄漏造成的污染较为突出。其次，煤气炉开炉启动、热备鼓风、设备检修、放空以及事故时的放散操作都直接向大气放散不少的煤气。在冷却净化处理过程中，有害物质飘逸在循环冷却水沉淀池和凉水塔周围，随着水分蒸发而逸出到大气。有害物质酚、氰化物是此类废气中的主要成分。（三）气化废渣的来源及特性：煤的燃烧会产生大量的废渣，目前仅有20%左右得到利用，其余大部分贮入堆灰场，不仅占用农田，还会污染水源和大气环境。同样，煤在气化过程中，在高温条件下与气化剂反应，煤中的有机物转化成气体燃料，而煤中的矿物质形成灰渣。灰渣是一种不均匀的金属氧化物的混合物（一）排污系

21、数表产品名称原料名称工艺名称规模等级污染物指标单位产污系数末端治理技术名称排污系数煤制气煤炭煤炭气化所有规模工业废水量吨/万立方米-产品18.9直排/组合生物处理18.9组合生物处理+循环利用11.34化学需氧量克/万立方米-产品30,240直排30,240组合生物处理4,536组合生物处理+循环利用2,721.6五日生化需氧量克/万立方米-产品9,073直排9,073组合生物处理1,361组合生物处理+循环利用816.6氨氮克/万立方米-产品1,473直排1,473组合生物处理442组合生物处理+循环利用265.2石油类克/万立方米-产品727直排727组合生物处理94.5组合生物处理+循环

22、利用56.7挥发酚克/万立方米-产品45.6直排45.6（一）废水治理措施一级处理包括沉淀、过滤、萃取、汽提等单元，以除去部分灰渣、油类等。一级处理中主要重视有价物质的回收，如用溶剂萃取、汽提、吸附和离子交换等脱酚并进行回收。这不仅避免了资源的流失浪费，而且对废水处理有利。煤气化废水通常萃取脱酚和蒸汽提a氨后，废水中挥发酚和挥发氨分别能去除99%和98%以上，COD也相应去除90%左右。二级处理主要是生化法，一般经二级处理后，废水可接近排放标准，生化法主要有活性污泥法和生物过滤法等。煤气化废水普遍应用的深度处理方法是臭氧氧化法和活性炭吸附。1煤气化废水有价物质的回收：煤气化废水中有机物质的回收

23、一般指的是对酚和氨的回收，常用方法有溶剂萃取脱酚、蒸氨等。1）酚的回收：回收废水中酚的方法很多，有溶剂萃取法、蒸汽脱酚法和吸附脱酚法等。新建焦化厂大都采用溶剂萃取法。对于高浓度含酚废水的处理技术趋势是液膜技术、离子交换法等。2）氨的回收：目前对氨的回收主要采用水蒸气汽提-蒸氨的方法。污水经汽提，析出可溶性气体，再通过吸收器，氨被磷酸氨吸收，从而使氨与其他气体分离，再将此富氨液送入汽提器，使磷酸氨溶液再生，并回收氨。 煤气化废水在进行出处理前根据不同的水质特点设置调节池以调节水质水量，设置隔油池或气浮池进行除油，经以上的与处理后可采用下面的方法进一步进行处理。1活性污泥法： 2生物铁法： 3炭生物铁法： 4缺氧好氧（AO）法： 高新技术处理煤气化废水的研究 煤气化废水深度处理1活性炭吸附法；煤气化废水经以上步骤处理后COD的去除率效果不是很理想，出水浓度较大，有时高达601mg/L左右，很难达标排放，为使废水达标排放，可使用活性炭降低废水中COD的浓度。废水处理中活性炭吸附主要对象是废水中用生化法难以降