煤的气化新技术

1、 浙江大学能源工程设计研究院资料 煤碳气化新技术 煤碳气化新技术浙江大学能源工程设计研究院煤碳气化与气化新技术简介一. 煤的气化过程：煤的气化是将煤炭在高温下通过与气化剂（空气/氧气和蒸汽或CO2，H2）发生的一系列化学反应转化成煤气的过程。通过煤炭气化，将煤中的炭和氢转化成CO，H2，CO2和CH4等有效气体，即煤气在用做燃料，化工合成和发电等，不仅可以提高煤炭整体的转化效率，而且可大幅度减少对环境的污染。在实际气化过程中，同时还伴随着煤的部分燃烧过程。因此，在气化产物中也常会含有CO2和水蒸气等非可燃气体。煤的气化过程通常包括下列10种基本化学反应： C+O2CO2+94.1kcal/mo

2、l 2C+O22CO+26.4kcal/mol C+CO22CO-41.0kcal/mol C+H2OCO+H2-42.0kcal/mol C+2H2OCO+2H2-42.8kcal/mol CO+H2OCO2+H2+0.8kcal/mol C+2H2CH4+17.9kcal/mol CO+3H2CH4+H2O+59.8kcal/mol 2CO+2H2CH4+CO2+59.1kcal/mol CO2+4H2CH4+2H2O+60.6kcal/mol上述式和式是燃烧放热反应，式是CO2还原反应，式是水煤气反应，也是较大的吸热反应。式是伴随式而产生的副反应。式是变换反应，式是甲烷生成反应，其中式是

3、主反应，式是催化合成甲烷的主要反应。二 煤的气化分类；目前煤的气化方法已达60多种，其分类方法也是多种多样的，常用的一些煤的气化分类方法分述如下：1. 按入炉煤粒度划分的有粉煤（100200目）气化，小粒度煤（010mm气化），块煤（6100mm）气化。2.按煤在炉内状况划分的有固定床（或移动床）气化，流化床（沸腾床）气化，气流床气化，熔渣（熔盐）床气化。3. 按气化介质划分的有空气，空气-水蒸气，富氧空气-水蒸气，蒸气和氧气等。4. 按煤气用途划分的有燃料煤气，城市煤气，高热值煤气（代用天然气），还原气。5. 按煤气热值划分的有低热值煤气10001500kcal/m3（标准下同），中热值煤气

4、（28004000kcal/m3），高热值煤气（4000kcal/m3）以上。6. 按排灰方式划分，有固态排渣，液态排渣，灰团聚排渣气化。7.按操作方式划分，有常压气化，加压气化。目前较常用的分类方法是按煤在气化炉内状况划分，再配以排灰方式即可概括出各种汽化方法。8. 以煤和汽化介质的相对运动方向进行分类，可分为并流气化，逆流气化。9. 以气化反应的类型为主进行分类，分为热力学过程和催化过程等气化。10. 以气化的阶段性为主进行分类，可分为单段气化，双段或多段气化等。11. 以气化的操作方法为主进行分类，有连续式，间歇式和循环式气化等。三以往常用的煤的固定床气化及其特点； 煤的固定床汽化是指在

5、水煤气炉，发生炉煤气炉，两段气化炉和加压气化炉中对煤进行气化的方法。在这些煤气炉内煤块由上而下运动，而气化剂则由下而上，煤在炉内仅停留1h左右，排出炉外的煤气和炉渣经过热交换，可使其温度较其它方法低。他的优缺点如下： 优点； 工艺简单，操作方便：投资少，建设快：热效率高，炭转化率高：耗氧量低。 缺点； 对煤种有一定要求，煤的粘结性不能太强，要求使用块煤：复产焦油，酚水难于处理，造成污染：单炉产气量较低。四. 以往常用的煤的流化床气化和气流床气化及其特点；流化床又称沸腾床，运行过程中气化剂以一定的速度由下而上通过煤粒床层，使煤料浮动并互相分离。典型的流化床气化炉如温克勒Winkler炉，前苏联的

6、盖依阿帕4，朝鲜的恩德炉等。气流床气化可比流化床更快、气化量更大。 优点;气化量大，气化速度快，煤种适应性广。污染较低。 缺点;投资大，结构及工艺复杂，建设期长。热效率低。五. 新型环保节能型煤碳气化炉及其特点；1. 构造和原理： 新型环保节能型煤气发生炉是一种最新的、具有专利的炉型。该炉型集成了上述炉型的优点，克服（避开）了上述炉型的缺陷；该炉对煤种适应性强，经炉内气化生产的煤气中焦油含量低，气化效率高，灰渣含碳量少，操作安全和清洁卫生。除煤渣和灰之外，无任何排放。本炉采用下吸式固定床反火型煤气发生的工艺流程，使炉内处于微负压状态下气化运行生产煤气，运行时炉内所需要的空气（气化剂）是从设置在

7、炉顶上部的可控炉口进入炉内，与炉内上层煤料发生剧烈的氧化反应生成高温二氧化碳CO2，再被吸入到下面的还原层中被还原成一氧化碳CO等可燃气体，从炉底部抽吸出炉外的（下吸式）反火气化生产煤气的工艺流程，在以上炉内反火气化过程中由于空气（气化剂）是从炉顶上部的炉口进入炉内与煤料发生剧烈的氧化反应，故使煤料中焦油受到氧化层产生1000左右的高温裂解，所以出炉煤气中的焦油含量较低，不但有利于煤气净化处理，而且又能提高和增加煤气中的发热量。该炉特点是在原固定床（下吸式）反火型煤气发生炉的底部增设正火（向上）气化煤气的生产工艺，炉内所生产的煤气从设置在炉中部煤气抽气圈的外围，同时抽吸炉内上层反火气化煤气和炉

8、内下层正火气化煤气，该炉运行时使炉内形成上、下两层共同气化的优势生产煤气，在气化运行时使炉内形成上、下热，中间冷的煤气生产工艺流程，用这种方法生产煤气的工艺是将进炉煤料首先经炉内上层反火气化时在氧化层产生1000左右的高温将煤料中的焦油先行裂解，同时对经炉内反火气化后且含碳量高达20%的煤渣，再经炉底部正火气化工艺进行氧化和还原生成一氧化碳CO等可燃气体，与从炉上部反火气化生产的煤气共同被抽吸出炉外的双层气化煤气发生炉生产煤气的工艺流程。2工艺上有以下四大特点：特点之一；是该炉将能敞开上炉口气化运行，在气化运行中可直接观察到炉内在气化反应时所出现的穿孔、偏流等现象能得到及时处理，确保炉内气化反

9、应层次稳定，且操作方便，安全卫生。是炉内煤料经上部反火气化后，将使含碳量高的煤渣再次经炉底部正火气化工艺进行氧化和还原生成一氧化碳，将能有效地克服单一反火气化煤气工艺中存在煤渣含碳量高的缺陷，对充分利用和节约能源减少环境污染具有显著效果。经用新型环保节能型煤气发生炉生产的可燃气体中的焦油含量较低，有利于净化处理，经净化处理后的煤气中焦油含量可控制在20mg/m3以内为清洁气体能源，可供燃气内燃机作为动力气源发电，并能替代各种燃油工业所需烧用的油料，来减少我国对石油资源的消耗。将是我国现阶段以煤代油的重要技术措施。 新型环保节能型煤气发生炉采用反火气化原理，自上而下地进行连续气化反应。气化剂（高

10、温空气和高温蒸气）在水环真空泵的抽吸作用下，由敞开的炉口吸入炉内，经干燥、干馏层进入氧化层，在剧烈的氧化反应下，生成大量的高温二氧化碳（CO2），进入还原层被还原为一氧化碳（CO），水蒸气被分解出氢（H2）等可燃气体，当进入下面灰渣层时，受灰渣层氧化物催化剂的影响，又促进一部分一氧化碳和氢气被聚合生成部分甲烷（CH4），煤气被炉外水环真空泵抽送入洗涤塔及气水分离装置，使煤气达到冷却和净化。 特点之二； 新型环保节能型煤气发生炉在气化贫煤、无烟煤时，由于干馏层煤料受其下部氧化高温作用而释放出的焦油、苯、萘、硫等有害可燃物质，在经过氧化层（火层）时被裂解燃烧，并释放大量的热能。这不但消除了有害气体

11、，也提高了炉温，为吸热反应的CO2还原成CO创造了条件。 经检测，冷却后的煤气中和洗涤冷却煤气废水中的有害物质和杂质，优于国家环保部门的排放标准。对于含焦油和含硫量较高的煤，在反火过程中，烧掉80%的焦油和硫，可以大大减少处理装置。 特点之三；独特的气化及净化原理，决定其工艺流程短，主体设备少的特性。现将正、反型煤气发生炉工艺流程相比较： 新型环保节能型煤气发生炉的工艺流程： 煤场新型反火型煤气发生炉热管换热器1、热管换热器2带纳米滤网膜的洗涤塔精净化器罗茨吸气机水封稳压控制柜用户。传统的气化和净化工艺远比上述复杂得多。 从两者比较可以看出新型环保节能型煤气发生炉制气工艺流程环节少，几乎完全省

12、掉煤气净化及污水处理设施。故制气系统的设备大为减少，厂房面积相对缩减，因此工程造价低，占地面积小，操作简单，运行费用低。 新型环保节能型煤气发生炉在气化过程中使用的原料可以是褐煤、烟煤、无烟煤和焦炭等，气化剂为氧气或富氧和空气、蒸汽。进行气化操作的设备叫双层气化煤气发生炉。其工艺流程如下： 在从炉下部进入气化剂（空气）时，首先进入炉底部的灰渣层，当它经过灼热的灰渣层时将被预热，以减少燃料的消耗，并且可以冷却灰渣使其安全排出。 在从炉上部进入气化剂（空气）时，首先进入炉内上部氧化层上的干燥干馏层而后再进入氧化层(燃烧层)和氧化层下面的还原层。进入炉内的气化剂中氧与高温的碳作用，进行如下反应：C+

13、O2=CO2+408177 kJ2C+O2=2CO+246035 kJ2CO+O2=2CO2+57031 9 kJ在上述3个反应中，第一个反应是主反应。由于氧化过程中放出大量的热量，氧化层的温度可以高达1000以上。氧化反应的速度很快，气化剂中的氧很快消耗尽，因此氧化层很薄，一般为进入炉内煤料粒度的8至10倍。 还原层 在氧化层生成的CO2、CO上升和下吸使它进一步的与上部和下部的碳及气化剂中的水蒸气作用，进行如下反应：CO2+C=2CO-1 62142 kJC+H2O=CO+H2-118628 kJC+2H2O=CO2+2H2-75115 kJCO+H2O=CO2+H2+43472kJ还原层

14、中的反应为吸热反应，它们所需的热量是由氧化层上升或下降的气体带入的，随着反应的进行，还原层的温度逐渐降低，一般约为8001000。还原反应的速度也逐渐减慢，其温度将逐渐降低至600700因此还原层的厚度远远超过氧化层。干馏层由炉上部氧化层生成的高温气体，使其氧化层上部煤料受热干馏，温度约为500700。干燥层由氧化层、干馏层生成的温度上升，使上部的煤层干燥和预热，温度约为350400 ，生成的煤气被吸入氧化层下部的还原层由炉中部抽气管口抽吸出炉外。制造煤气的主要反应是在氧化层和还原层中进行，称这个区域为气化区，干燥层和干馏层称为预处理区域。在发生炉中上述区域并不是截然分开的，实际上各层会出现交

15、错、局部渗透现象。本炉采用先进的控制手段进行实时控制和调整。特点之四；混合煤气的技术指标是企业综合经济效益中的一项重要指标，主要包括煤气发生炉的气化强度、生产能力、煤气质量、灰渣残碳量、气化效率及热效率等。气化强度气化强度是煤气发生炉的重要指标。所谓气化强度，即为每小时每平方米发生炉截面积处理的原料煤重量或产生的煤气量。根据气化强度能算出该煤气发生炉的小时、天、月、年的耗煤量。新型环保节能型煤气发生炉的生产能力煤气发生炉的产量是企业综合经济效益中的一项重要考核指标、煤气产量大小主要表现煤气发生炉的开工率和产气率上，开工率是指煤气发生炉的利用率。指该炉子一年中有效生产运行时间与全年时间之比的百分

16、数。 产气率是指每公斤燃料(煤、焦等)在气化后转为气体的量，以m3/kg计。它是重要的技术经济指标，产气率大小决定于很多因素，它主要与煤的性质、煤的发热量和煤灰熔点、操作工艺条件及设备结构有关。煤气质量不同类型煤气发生炉生产的煤气质量都有所不同，作为燃料气应用，对煤气的组成也有相应的要求。煤气组成对燃烧速度有较大影响，因此保持煤气成分的相对稳定，对提高燃具的燃烧效率和安全具有重要的意义。 煤气组成主要与原料粒度、气化强度、饱和温度等因素有关。当使用煤料粒度增大时，碳反应表面积减少，炉内上升气流中二氧化碳、水蒸气与碳的接触面积减少，还原层中还原作用不能充分进行。此时，炉出煤气质量差。只有适当减小

17、入炉煤粒度时，才能改善煤气质量。当气化炉气化强度增加时，由于炉体表面积固定不变，散热损失也变化不大，因此使炉内气化温度增加，有利于水蒸气分解反应，增加水蒸气分解率，并能改善煤气质量。灰渣残碳量及气化效率煤气发生炉在气化过程中产生灰渣中的残碳量，炉出煤气的含尘量及计算所得气化效率既是主要工艺技术指标，也是重要的经济考核指标。炉内的排渣量与煤的灰分产率、气化强度及排灰速度等因素有关，而灰渣中残碳量则与原料粒度、灰分性质、操作工艺条件、气化强度及气化工艺方法等因素有关。气化效率是指原料煤在炉内气化后转化成气体燃料，该气体燃料的低热值与入炉煤的低热值之比的百分数。因此，加强操作工艺管理降低排出灰渣中残

18、碳含量是提高发生炉气化效率有效的方法之一。6. 目前国内外的煤气发生炉通常存在的4个问题与本技术的解决方法：气化的效率问题，灰渣的含炭量过高，大都在10%以上。有些甚至超过20%，这样就不够节能。新型环保节能型煤气发生炉解决方案是炉内设两个氧化层，煤进炉时先在上层气化，未气化完的煤渣在下层继续用300以上的蒸汽进行再反复的气化。下层用温度仪表进行在线检测。根据温度的参数来控制炉渣的排出。让煤在上下两个氧化层中充分气化，未降到一定含炭量的渣有充足的时间在炉内停留并继续气化。直至渣的含炭量降到排渣标准时才被排出炉外。这里采用的300以上的蒸汽是用重力热管从气化后的高温煤气中的余热回收得到。这时煤的

19、气化效率高达97%以上。这就达到了节能之目的。气化后煤气中含二氧化硫高的问题，目前还没有发现气化炉有炉内脱硫的，这样就不够环保。新型环保节能型煤气发生炉解决方案是：炉子采用微负压运行。炉顶是敞开的，便于在上煤时均匀地加上石灰石，在炉内进行脱硫。目前有锅炉采用炉内脱硫的，还没有气化炉采用炉内脱硫的先例。但经实践证明是可行的，加上净化时的湿法脱硫总效率达96%以上。并且由于采用了纳米除尘捕焦网和重力热管吸热，这样这个过程就变成了非常环保。自耗电问题，目前的气化炉多数是高压电捕焦油和除尘。自身耗电大又造价高，这样就不够经济。以往采用的高压电场的除尘、电捕焦，以及干法、湿法脱硫均是高耗电设备。故自耗电

20、高。现采用炉内脱硫和纳米材料的新式高效除尘捕焦油，不耗电。新型纳米材料的过滤网能将5u以上的尘粒和焦油滴都档在网前，并且不粘，尘粒和焦油滴自动落在网下便于收集。网可连续使用两年以上不用清洗。并不耗能。这样就节省了许多的设备投入，既经济又节能。安全问题，目前的气化炉大多都采用鼓风式，炉子虽经严密的封闭，但还有漏煤气的可能。也有反火式的炉型，但除尘和除焦油还是用高压电除尘捕焦油。这样就不够安全。本技术采用上述的方式，不但节能，而且安全。新型环保节能型煤气发生炉采用微负压运行，炉内压力比炉外低，煤气绝无外泄之可能。从根本上解决了煤气泄漏问题。以确保安全。采用这种煤气化工艺建成的整体煤气化联合循环（I

21、GCC-Integrated Gasification Combined Cycle）发电系统，造价可节约70%以上。而且环保效益、节能效益都优于以往。燃油锅炉改用燃气锅炉的7大优点：从原则上讲，任何的燃油（无论重油或轻油）都可以改燃清洁燃气。而且改动极少，非常方便，造价也不高；周期也不长。在当前国家大力倡导节能减排的大背景下，别特是油价又高，选择改造能为企业大幅降低能耗支出，能为国家、为社会节能减排。1节能锅炉热效率在宾馆使用均不到70%，通常只有百分之六十几，采用本技术热利用的综合效率可高达96%以上。煤在转化为气的时候发生的热，正好把常温的水加热到65供客房用。2环保它在制气过程中不是直

22、接燃烧，当然就不需要烟囱。也没有排放。煤在干馏、热解的过程中产生的是煤气。绝不会、也不可以向外排放的。煤在气化过程中的硫转化为硫化氢，在煤气净化过程中可燃硫转化为热能，不可燃硫与过滤器中的活性氧化铁反应，生成硫化铁和硫化亚铁，含有这种铁的硫化物的脱硫剂与空气中的氧接触，在水分存在的条件下，铁的硫化物又转化成为了氧化铁和单体硫。这种活性氧化铁脱硫剂可以重复使用。效率可达90%以上。用这种方式脱除煤气中的硫比烟气脱硫简单、造价低、效果好。并且由于采用了纳米除尘捕焦网和重力热管吸热，这样这个过程就变成了非常环保。本项目在制气过程中除煤渣和灰之外，没有任何污染。3省事因为整套设备的环节少，运行的稳定性

23、和可靠性好。所以设备维护量少，运行成本低。操作方便。操作难度低。操作人员可减少百分之五十。4灵活负荷大小任意变化均可适应。特别适合孤网运行。负荷在百分之一到百分之一百十之间变化，均可完全满足。而且不会出现因负荷的大幅度变化而效率也随之变化的情况。而且反应速度特别快。5经济用它来对燃油锅炉改造十分地方便。锅炉无需改动，只对燃烧器作些调整即可。新型发生炉体积小，占地少，安装周期短，操作安全和方便。用1.9吨标煤替代1吨油。年用1000吨为例：用重油需460万元，用煤气仅需152万元，是3比1，经济效益十分明显。6安全本系统所有压力容器的体积都比较小，而且压力又都很低，很少有压力在0.1公斤以上的。

24、几乎是常压。新型的发生炉又是在负压下运行。因此非常之安全和非常之可靠。7国家对煤气化是一贯支持与倡导的，有政策支持和可能得到的资助： l 国家863， “十一五”攻关项目指南上都明确支持发展煤碳气化等多联供技术。l 国家发展改革委、建设部关于印发热电联产和煤矸石综合利用发电项目建设管理暂行规定的通知（发改能源2007141号）第二十一条： 国家采取多种措施，大力发展煤炭清洁高效利用技术，积极探索应用高效清洁热电联产技术，重点开发整体煤气化联合循环发电等煤炭气化、供热（制冷）、发电多联产技术。l 国家发展改革委、科技部联合发布中国节能技术政策大纲（2006）中第5.2.3指出：“杜绝燃烧散煤，推

25、广烟煤无烟燃烧技术”。煤通过气化后再燃烧是煤的无烟燃烧的主要方式。附一、小锅炉改造经济分析表；1、10吨、6吨、4吨、宾馆饭店用小燃油炉改造的技术经济分析表：10吨蒸汽锅炉燃重油与改烧新型发生炉煤气时的经济比较：名称重油（吨）气化用煤（吨）5.4h/天8h/天备注耗燃料/小时0.6901.380一年可省下：410万元一年可省下：615万元总热利用效率96%燃料单价/吨4600元800元耗燃料总价3170元/h1120元/h备注：改造总费用约在460万元，具体根据现场情况而定。6吨蒸汽锅炉燃重油与改烧新型发生炉煤气时的经济比较：名称重油（吨）气化用煤（吨）5.4h/天8h/天备注耗燃料/小时0.

26、4140.828一年可省下：248.4万元一年可省下：372.6万元总热利用效率96%燃料单价/吨4600元800元耗燃料总价1904元/h662元/h备注：改造总费用约在350万元，具体根据现场情况而定。4吨及以下蒸汽锅炉燃重油与改烧新型发生炉煤气时的经济比较：名称重油（吨）气化用煤（吨）5.4h/天8h/天备注耗燃料/小时0.2760.552一年可省下：165.6万元一年可省下：248.4万元总热利用效率96%燃料单价/吨4600元800元耗燃料总价1269.6元/h414.6元/h备注：改造总费用约在290万元，具体根据现场情况而定。本技术适用于对煤还末实行禁运的城市和郊区。附二：大锅炉

27、改造经济分析表；150t锅炉改燃煤气方案的技术经济分析一、技术的可行性：1本次锅炉改造的几个特点：A 大家知道任何的燃油锅炉都是可以改成燃气或油气两用锅炉的。150t锅炉由原来的燃重油改为燃新型发生炉煤气，锅炉的出力基本不变。还可有所上升。B 锅炉的送引风机也不用换。因为燃煤气所需的风量相对比燃重要小一些。原送引风机完全可以满足，还有余量。C 锅炉的其他配套也可以完全不动。这和改燃水煤浆不一样；改水煤浆锅炉出力会下降到7580%左右。锅炉尾部都必须有脱硫装置和庞大的高压静电除尘器。炉底还须出渣装置。燃煤气比重油更清洁更环保、效率更高。D 燃重油改为燃新型发生炉煤气后，锅炉的负荷调整范围，调整速率等指标都将优于原来。由于重油含硫高腐蚀严重、而煤气在进炉前己脱硫为洁净燃料，所以还能延长锅炉的使用寿命，减少锅炉的维护工作量。锅炉的稳定性和可靠性都会有所提高。E 除燃烧器需要拆下来到专用的设备上去进行调整外