煤炭气化技术评价分析

1、煤炭气化技术评价及分析一、煤气化技术概况11固定床12流化床13气流床1二、ge-texaco水煤浆加压气化2三、shell干粉煤加压气化3四、喷嘴对置式煤气化炉4五、三种气化技术比较6六、关于釆用国产炉的可行性11七、关于不同气化工艺对甲醇成木的影响问题12煤炭气化技术评价及分析一、煤气化技术概况煤的气化是煤化工生产的基础。由于煤的品质、目标产品、建设及生产条件 的变化不同，决定了煤气化工艺的多样性和复杂性。至今尚未开发出能适应各种 不同情况的十全十美的煤气化技术。气化的核心装置是气化炉，国内外工业上使 用过的气化炉型非常繁多，各有其特点和优缺点，适用范圉各不相同。按照物质 在气化过程屮的状

2、态一般将炉型按固定床（也称移动床）、流化床（也称沸腾床）、 气流床三类划分，现将有代表性的炉型分别简介如下：1固定床ugi炉以块状无烟煤或焦炭为原料，煤块52-75m/m,常压操作，空气 与蒸汽底吹间歇制气。此法古老，为我国屮小氮肥厂普遍采用，原料利用率低、 单耗高、操作繁杂、污染严重、属落后技术未來会被淘汰。lurgi加压气化炉主要用于褐煤、弱粘结性煤，要求煤热稳定性高，化 学活性好，灰熔点高，机械强度高。因气化温度较低，煤气中含焦油、酚及高碳 氢化物，甲烷含量高，一般适用于作城市煤气。2. 流化床恩德炉原型为winkler沸腾炉，经朝鲜改进适用于气化褐煤和长焰煤， 要求煤种灰分小于25%3

3、0%,灰熔点st>1250°c，低温活性好，弱粘接性， 床层温度1000-1050°c,富氧常压气化。该炉尚存在飞灰量大、污染重、单炉 气化能力低等缺点，一般可用于屮小型氮肥厂改变原料路线。灰熔聚粉煤气化炉为屮科院山西煤化所开发研制技术，煤种适应性强， 可用褐煤、低化学活性烟煤及无烟煤<6m/m的碎煤作原料，床温1100°c,煤 灰不熔融而只使之熔聚成球状或块状排出。此工艺用于2007年完成了 1mpa f 的工业试验，此技术仅适用于屮小氮肥厂就地利用资源的改造。3. 气流床以煤浆为原料有ge texaco炉、dow二段炉（texaco炉改进）、des

4、tec气化炉、四喷嘴对置气化炉（国内首创）、多元料浆炉之分。以粉煤为原料有shell炉（scgp）、西门子gsp气化炉（原东德黑水 泵厂工艺）、二段进料式炉以及科林炉、航天炉等等。近年我国大型煤化工工程的气化技术大都选择优点较多的texaco水煤浆气 化炉、shell干粉煤气化炉及国内自主研发的四喷嘴对置气化炉。这些技术效率 高、污染小、规模大、对煤种适应性强，本报告仅对这几种气化技术作介绍和比 较其优缺点。二、ge-texaco水煤浆加压气化原料煤适应性较广，气煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、高硫煤及低灰熔点劣质 煤皆可用，但要含灰量低、灰熔点小于1300°c,灰渣粘温特性耍好、原料煤经

5、 棒磨机磨制成粉（25m/m以下），制成60%65%的水煤浆，泵送至气化炉顶 部单烧嘴，与氧气混合同时下行进气化炉，气化压力从2.5、4.0、6.5至8.5mpa 皆有工业生产装置在运行，稳定可靠。气化炉结构简单，制造方便，造价较低。 texaco炉由喷嘴、气化室、激冷室（或废热锅炉）组成，炉体用耐火材料衬里, 炉内无转动装置，单喷嘴设计水煤浆及气化剂氧气并流下行。喷嘴为三通道，工 艺氧走一、三通道，水煤浆走二通道，介于两股氧射流之间，开停车和正常生产 中不需连续燃烧部分液化气（lpg）或合成气（co+hq，煤气除尘较简单，无 需飞灰过滤器等设施。碳转化率可达96%98%,有效气成分co+h2

6、约为 80%83%,有效气比氧耗336-410m3/km3,比煤耗550-620kg/km3,投煤量 气化炉衬里耐火砖寿命较短，仅1-2年（国产耐火砖寿命1年），烧嘴寿命更短, 一般使用2-3个月即需停车检查维修或更换，为不影响连续开车生产，最好设 置备用炉。国外已建成投产的texaco气化装置6套共15台炉，产品有电力、合成氨、 甲醇、二氧化碳等。至2004年国内引进投产的有7套21台炉，具体见表1。从上世纪九十年代开始，国内各企业对texaco气化炉不断探索和熟悉，目 前己充分掌握了气化工艺特性，积累了丰富的工程技术经验，培养出一批从设计、 设备制造、安装、开车到正常运营的技术骨干力量。表

7、1至2004年我国引进的texaco气化炉一览序号企业规模产品引进时间1鲁南化肥厂（原属兖矿集团）i 期 2 台 750t/a合成氨1990 年2上海焦化厂城市co、甲醇、煤气1995 年3陕西渭河化肥厂合成氨1996 年4女徽淮南合成氨2000 年5黑龙江浩良河化肥厂合成氨2000 年6中石化金陵石化公司合成氨2000 年7神木丨2004 年2004年至今又有十余家企业引进texaco炉，它们是中石化齐鲁分公司丁 辛醇装置，南京惠生煤制甲醇及co,渭河ii、iii期合成氨、甲醇，山东兖矿国 宏甲醇，上海焦化ii、iii期，神木ii期，榆林炼油厂、吉林长山化肥厂“油改煤” 寺寺。由此可见，te

8、xaco气化技术在我国有广阔市场。三、shell干粉煤加压气化最早的干粉煤气化炉为k-t炉(kopperstotzek),在此领域shell公司开 发出了全新的scgp工艺流程。早在1976年shell公司对30余种煤炭进行了 试验，随后在美国houston的peer park建立fl处理250吨高硫烟煤和r处理 400吨高灰分高水分褐煤的工业试验装置。1990年才在荷兰布根努姆 (buggenum)电厂建设单炉h处理煤2000吨的气化装置，1993年开车。该装 置用于 igcc 发电(integrated gasification combined cycle)而不是用于化工生 产。shel

9、l炉壳体直径4.5m,总质量约500吨，设四个进料喷嘴于底部同一水 平面上，沿圆周对置，借助撞击以强化传热传质过程，喷嘴寿命为1年。炉壁为 水冷壁，不衬耐火砖，据称寿命在20年以上，炉壳与水冷管排之间有0.5m的 间隙，用于安装检修空间。气化系统中，装置有废热锅炉以回收热能。shell炉一般不用设备用炉。煤粉由氮气携带送入喷嘴，同时送入气化剂： 95%的氧气及蒸汽，工作压力为3.5mpa,气化温度1500°c左右。为了防止高 温气体排岀时夹带熔融态和粘结性飞灰在输气导管换热器及废热锅炉管壁上沉 积，采用将高温除灰后的部分300350°c气体与部分水洗后的160165

10、6;c气体 混合，用返回气循环泵加压送至气化炉顶部，将气化炉排出的合成气降温至 900°c再进入废热锅炉系统回收热量，返回的气量相当于产气量的80%85%, 对返回气循环压缩机的操作条件要求十分严格。出废锅炉的合成气，用高温中压 陶瓷过滤器除去夹带的飞灰。据资料介绍，shell炉可气化褐煤、烟煤、无烟煤、石油焦等，适用煤种范 围较宽。碳转化率高达99%,冷煤气效率高达80%83%,合成气有效成分 （c0+h2）高达 90%,有效气比煤耗 550-600kg/km3,比氧耗 330360 kg/km3o值得注意的是，国外至今只有一套shell炉装置用于联合循环发电（同时设 有备用调峰电

11、厂），尚没有化工生产的经验。近年我国许多化工企业对shell炉 的功能看好，认为该炉对煤种适应性强，单台能力大、效率高，代表了煤转化发 展的方向，故纷纷引进，截至目前，有16家引进了 20台炉，详见表2。表2近年国内引进的shell炉装置序号企业产品类型煤处理量（t/d）炉数冶）1湖北双环化工集团合成氨90012广西柳州化工股份公司合成氨110013屮石化岳阳壳牌煤气化公司合成氨、氢气200014屮石化湖北化肥分公司合成氨200015中石化安庆分公司合成氨、氢气200016云南天安化工有限公司合成氨270017云南沾化有限责任公司合成氨270018人连人化集团甲醇110019神华煤制油公司氢气

12、4400210河南永城煤电集团公司甲醇2100111河南屮原人化公司甲醇2100112河南义马开祥化工甲醇1100113人唐国际发电公司（内蒙多伦）甲醇8400314天津渤海化工集团天津碱厂甲醇、合成氨4400215贵州天福化工甲醇、合成氨2000116河南鹤壁煤电股份公司甲醇27001以上可见，shell气化技术的引进，在我国大有后来居上之势。四、喷嘴对置式煤气化炉华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂及中国天辰化学工程公司共同开发研制了有 自主知识产权的水煤浆气化技术,2000年10月由原国家石油和化工局对投煤量 22t/d的中试炉进行了鉴定，认为已达到水煤浆气化领域的国际先进水平。此项 技术取得发

13、明专利和实用新型专利共15项，获得国内各等级的科技进步奖11 项。国内开发的水煤浆气化技术特点在于以下几个方面。1. 全新设计的四喷嘴对置式气化炉及新型预膜式喷嘴的气化效率高，与采 用国外引进技术的兖矿鲁南化肥厂同期运行结果相比，有效气成份提高2-3个 百分点，co?含量降低了 23个百分点，碳转化率提高了 23个百分点，比氧 耗降低7.9%,比煤耗降低2.2%o2. 气化炉喷嘴之间有协同作用，可大幅度调节气化负荷，如关闭一对喷嘴, 负荷即降低50%,负荷调节速度快，适应能力强，有利于灵活操作。3煤气洗涤冷却用的复合床传质传热效果好，液位平移，避免了带水带灰 等问题。4. 分级式合成气初净化工

14、艺节能高效，表现为系统压降低，分离效果好， 合成气中细灰含量低于img/nms5. 渣水处理系统采用直接换热，热回收效率高，克服了设备易结垢和堵塞 等难题。“十五”期间，这一国产化技术已成功应用于工业生产装置中。2004年12月山东华鲁恒升化工股份有限公司建成了 750t/a投煤量、 6.5mpa的气化装置，该装置开车以来，气化炉运转正常，稳定可靠，工艺指标 达到先进。2005年7月兖矿国泰化工有限公司（山东鲁南）建成1150t/d投煤量、 4.0mpa的气化装置，生产24万t/a甲醇，联产71.8mw的发电。气化压力40mpa, 气化温度1300°c，该装置由天辰化学工程公司设计，

15、气化炉由哈尔滨锅炉厂制 造，中国化学工程第三建设公司施工建设（包括空分工程），从2005年10月正 式运行以来，至今a号和b号炉累积运行超过3.5万小时，2006年甲醇产量己 达30万吨。经考核，该装置主要技术指标达到：比氧耗 309nm3/km3 （co+h2）比煤耗535kg/km3合成气有效成分co+h2 84.9%碳转化率98%由于国产化四喷嘴水煤浆气化技术已经受了长周期工业运行的考验，在稳定 性、可靠性方面表现良好，工艺技术指标较先进，因此国内多家企业的煤气化项 目纷纷选择该技术。目前已签约专利实施许可合同12项，合计拟建气化炉31 台，见表3。据测算，这些装置h处理总煤量约4000

16、吨，可生产甲醇、合成氨、 co、氢气、二甲醛及发电等，年产值约200亿元。表3四喷嘴气化炉国内用户情况单位压力(mpa)台数规模（单台日投煤量，t/d）产品所处阶段华鲁恒升6.51750甲醇、合成氨2004年12月投产兖矿国泰4.031150甲醇、发电2005年10月投产2台，2007年9月投产1台兖矿鲁南4.011150甲醇、合成氨2008年7月投产凤凰化肥6.531500甲醇、合成氨2008年投产江苏灵谷4.021800合成氨在建，2009年投产索普集团6.531500甲醇、co在建，2009年投产神华宁煤4.032000甲醇在建，2009年投产宁波万华6.531200甲醇co、h2在建，

17、2009年投产杭州半山4.012200发电在建，2009年投产山东久泰6.562000甲醇、二甲醛设计安徽华谊6.531500甲醇设计山东盛大6.522000甲醇、二甲瞇设计近年国产化技术迅速被推广运用，其业绩堪与引进技术媲美。五'三种气化技术比较两种引进气化技术及一种国产化技术各有自己的用户群，由于各地煤的品质千差万别，气化目的各有不同，气化规模差异很大，如何在同等条件下进行定量的比较并非易事。文献中公布的数据都是在特定工况条件下取得的，遇到不同情 况时会有变化。对于一个恒定的煤种，最好是经过模拟炉的试烧来获取工艺参数 进行比较，可能获取更确切的信息。根据现有资料，对三种炉型按炉体结

18、构特点 及气化工艺参数、建设投资、合成气生产消耗指标、合成气生产成本测算、操作 及运行经验等五个方面进行比较评价，现分别的表列方式介绍如表4。表4三种气化炉结构及工艺参数比较项目she 1 1技术texaco技术国产四喷嘴水煤浆气化适应煤种褐煤、烟煤、无烟煤、高灰熔点煤气煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、高硫煤，要求碳熔点1300°c同texaco技术进料方式干粉，占 90%,用氮气或co2输送入炉水煤浆60%70%,泵送入炉同texaco技术喷嘴四喷嘴，对置于炉底，寿命长单喷嘴，置于炉顶，寿命短，约36个月需维修或更换四个喷嘴对置于炉顶部炉壁水冷壁、水膜保护、不需耐火砖，寿命据称20年以上

19、热炉壁，炉膛衬耐火砖，寿命1年同texaco技术热回收方式废锅回收热激冷式，也可装废锅同texaco技术排渣液态液态同texaco技术单炉投煤量2000-3000900-2000250-2200气化温度，°c1400-17001350-1500-1300气化压力，mpa3.54.02.58.54-6.5碳转化率>99%96%98%>98%在采取同等规模条件下，三种工艺的建设投资比较见表5o表5三种工艺建设投资比较表（可比部分）单位：万元序号项目shelltexaco国产四喷嘴1煤贮运单位4200420042002干粉煤制备及输送系统12500-3水煤浆制备及输送系统-50

20、0050004气化炉硬件费8540041000500005气化炉软件费6520277213866气化装置投资合计（含煤贮运）10862052972605867空分装置3000032000300008可比项目合计14622090172957869投资比10.620.66由表5可见，采用texaco炉及四喷嘴炉比采用shell炉投资可省约 34%38%,但这里没考虑年运转吋间。shell炉占优势，不需备用炉，而水煤浆 炉可能需备用炉，增加大量投资。表6三种气化工艺（可比部分）消耗指标比较（按牛产合成气量160km3/h规模测算）序号项目单位shelltexaco国产四喷嘴1原料煤消耗kg/km3合

21、成气5155475352需投煤量vd1998210020673耗纯氧量m3/km3合成气3053363144需供氧量m3/h4880053760502405耗电kw103704000400065mpa过热蒸汽t/h20-7副产4.5mpa蒸汽vh130-22-228副产0.5mpa蒸汽t/h-20-10-109脱盐脱氧水t/h2003636表7三种工艺合成气（co+出）的成本比较（可比部分）（按年开车7200小时，产气量160km3/h测算）序号项目单价shelltexaco国产四喷嘴年耗量价值（万元）年耗量价值（万元）年耗量价值（万元）1原料煤（干基）250 元/t60万t1500063万t

22、1575062万t155002氧气0.25 7c/m33.514x108m387853.87x108m396753.617x108m390433电0.48 te7466.4x104kwh35842880x104kwh13822880x104 kwh138245mpa蒸汽100 元/t14.4万吨14405副产蒸汽80 元/t23x104吨-184023x104吨-18406脱盐脱氧水10%/t151万吨151026万吨26026万吨2607水煤浆添加剂及耐火砖230023008过滤器内件10009折旧及维修（按投资额13%计）190081172212452101 9合计503273924939

23、09711(co+h成本，in/m30.4360.3410.339表8三种工艺操作及运行经验比较序号项目shelltexaco国产四喷嘴1原料制备磨粉磨粉、制浆，有时需加入助熔剂1-6项基本与texaco气化技术类似2进料氮气带入，需精心控制，防爆直接泵送3热利用装废热锅炉，回收高压蒸汽，利于发电水激冷式回收热，适于化工生产也可装废锅4除尘需装高温变压飞灰陶瓷过滤器，操作复杂无需飞灰过滤5炉体保护炉膛装有膜式水冷壁，可长期运行炉膛衬耐火砖，1-2年需更换6排渣熔渣激冷后排出，另有飞灰排出熔渣激冷后排出7国外投产情况1台炉用于发电（荷兰布根努姆电厂）6套15台炉用于发 电及化工生产（合成 氨、甲

24、醇、co、希ij出等）尚待开发国外市场8国内引进情况16套20台炉，从数套投 产装置情况看，可达设备 的高效转化、需继续积累 长期稳定生产经验11套34台炉，已有7套21台建成投产开车，正常稳定已投产或在建的有9家20台炉，设计拟建的有10台炉，开车稳定从上述比较表中可以看出，shell技术在碳转化率、比煤耗、比氧耗等指标 上确实具有一定优势，在生产规模上，单炉投煤量也可以最大，但由于炉体结构 较复杂，设备投资较高，操作运行上也有耍求更苛刻更复杂之处，所以测算出的 产品合成气（c0+h2）生产成本高于两种水煤浆造气方法。至于texaco技术与 国产四喷嘴技术，基本上同屈一个类型，差别不大。除喷

25、嘴数量制造工艺不同外, 国产技术在换热、合成气净化等方面也作了一些改进，在一些关键的工艺参数上 也有所提高，如碳转化率提高了 23个百分点，比氧耗降低7.9%，比煤耗降低2.2%等，受到企业欢迎，虽然国产技术在专利费上有优势，但由于四喷嘴需4 套泵送系统较单喷嘴复杂，因而在同是在国内加工制造的前提下，国产技术的设 备费用要高于单喷嘴的texaco技术设备费用，最终结果是两者合成气生产成本 相差无几。总体上看，两种水煤浆气化技术在化工应用上胜于干煤粉气化技术，在运行 经验上也有更多的积累。近年我国一些以油为原料的化肥企业开展“油改煤”工程 项目，纷纷引进shell的干煤粉气化装置，有些已经开车运转。shell技术在煤 的高效利用和清洁生产方面已得到业内的肯定，但也存在一些问题，如飞灰的处 理等，鉴于在化工利用上经验积累尚显不足,2009年1月国家发改委提出对shell 炉运转情况进行综合调查评估，对于短期内大规模引进shell气化技术，己有专 家持不同看法，认为要谨慎从事，避免不当投资。六、关于采用国产炉的可行性由于发展煤化工在我国受到极大