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

2、。中国一次能源 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、-3.7441204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流化床气化工艺的反应动力学条件好，气固两相扰

4、动强烈，气化强度大。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900C，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。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

5、生 成较多的二氧化碳。这就意味着要消耗较多的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。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。1、高温温克勒气化炉（HTW）（图五）HTW早已应用于甲醇等化工产品的生产过程中，其操作压力只有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

6、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。2、U-Gas气化炉U-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。U-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。

7、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。3、KRW气化炉三气流床气化设备用气化剂将粒度100um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

8、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

9、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48个烧嘴并 呈中心对称分布.优点干煤粉进料，加压气体输送煤粉，连续性好，气化炉操作稳定，(2)气化 温度约14001600C，碳转化率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

10、长，无需备用炉气化炉有多个烧嘴，采用成双对称布置，调节负荷容易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 有影响缺点(1)结构庞大、复杂。(2)投资大。(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

11、化技术流程图粗煤施，石油有安全性好、投资少、见效快、污染少、效益高等显著优点。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流化床气化技术流化床制气静电除尘器 气柜罗茨机脱硫 预脱碳 一压缩机1.2段一变换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（

12、PFB是PFBC的气化部分）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13501500C；后者是气化剂将煤粉夹带入气化炉，在15001900C 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煤焦

13、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（2）壳牌Shell气化技术冷激废热锅炉湿洗COS水解氮气氧气脱硫壳牌干煤粉加压气化技术硫特点如下。(1)干煤粉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。为防止高温气体排出时夹带的熔融态飞灰

14、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+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/m3330-360380-430140-240170

15、0 （空气）9碳转化率体积分数/%N9995-9888-9659-6210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、CO2-14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代排污节点图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、氤化物和金属化合物；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

16、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。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，废水的水质相当恶劣，含有大量的酚、焦油和氨等。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1500-55002010甲酸化合物无无100-1200氨3500-900090001300-2700氤化物1-4

17、0510-30COD3500-23000200-300200-760（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、氤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

18、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

19、/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816.6氨氮克/万立方米-产品1,473环利用 直排1,473组合生物处理442组合生物处理+循265.2石油类克/万立方米-产品727环，利用 直排727组合生物处理94.5组合生物处理+循 环利用56.7挥发酚克/万立方米45.6直排45.6-产品（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

20、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

21、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炭一生物铁法：4缺氧一好氧（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解的有机物或用一 般氧化法难以氧化的溶解性有机物，包括木质素、氯或硝基取代的芳烃化合物、 杂环化合物、洗涤剂、合成燃料、除萎剂、DDT等。当用活性炭吸附处理时，不 但能够吸附这