直接还原讲课材料煤制气

一、当前煤制气技术发展现状由于我国煤炭资源丰富，且开采量巨大，但是油品资源却尤为短缺。而国内传统的煤制气技术十分落后，已经不能满足于现状。我国的煤炭其化工艺仍然停留在过渡期，对各类粉煤气化技术需求极强，目前，世界上已普遍使用现代化的煤制气方法有德士古煤气化技术，其次是壳牌煤气化技术，还有喷嘴对置式气化技术、鲁奇气化技术以及灰熔聚煤气化技术。这些技术的成熟运用则是对资源利用率等方面综合提高的有效保障。德士古煤气化技术这种技术在生产过程中的气化炉结果主要是由水煤浆构成的单喷嘴下喷式，工艺流程大都为水激冷工艺，某些也采用废锅流程。其单炉容量可达到两千吨，压力通常为4-6.5MPa，只有极少数项目能够达到8.4MPa，山东鲁南化肥厂是我国最早引进该项技术的工厂，发展到目前已有十几家工厂使用该工艺。而德士技术历经三十年，已经趋于成熟，在我国也有十多年的应用历史，在技术上有着非常熟练的技巧，在设备材料商也有着很大的优势，而其主要优势是源自于水煤浆，这样较为容易的将压力提升上去。由于水煤浆中含水量达到40%，这样大大降低了其热值，从而严格限制了煤的质量。

这种技术的特点主要体现在其生产能力大、可操作温度高、

煤气质量能够得到保证、含甲烷量较低、无焦油等污染物、处理起来较为简单，简便可持续发展。当然这种技术对于煤的品种要求也尤为严格：其要求煤内在含水量极低，如若含水量过高则会造成成浆性差的后果；含氧量不得超过百分之十五，因为含氧量高也回造成成浆性差；该技术对于灰渣的要求也即为苛刻，要求灰渣的粘度低且流动性好。而对于德士古煤气化技术来说也有缺点：由于受到气化温度的影响，其炉内的耐火砖使用寿命得到限制；耐火砖长期遭受冲刷侵蚀，使得生产运行成本大大增加；喷嘴使用周期过短，进而影响了生产的持续性运行，进而增加了建设性投资；其次在生产过程中对于管道设备也有严格的要求，因此增加了一次性投资成本。

Texaco水煤浆气化过程包括磨煤、煤浆制备、气化、灰水处理等工序。经初步粉碎的碎煤与一定量的水混合进入磨煤机，磨成一定粒度分布、浓度约为65％一70%的水煤浆，然后进入煤浆槽。煤浆槽中煤浆由高压煤浆给料泵送往气化炉工艺喷嘴，与空分装置来的氧气一起进入气化炉．在1350--1400"C温度下进行部分氧化生成粗煤气。通过辐射冷却器和对流冷却器，粗煤气的温度从1370℃降低到400℃左右，此过程中释放的热量用来产生蒸汽供底循环蒸汽轮机使用。

Shell煤气化工艺(SCGP)以干煤粉为气化原料，纯氧作为气化剂，液态排渣，属加压喷流床气化。进料中基本上无液态水，而通过向气化炉注入高压饱和蒸汽满足气化反应的要求。干煤粉由少量氮气吹入气化炉．对煤粉粒度的要求比较灵活，一般不需要过分细磨，但对含水量较高的煤种需要热风干燥。气化中心温度随煤种不同介于1400一1700℃之间，出炉煤气温度为1300一1500℃。被高温气流带出的细粒灰渣尚有粘结性．所以出炉煤气需与一部分冷却后的循环气混合，将其激冷至900℃左右再导入煤气冷却器(废热锅炉)，产生高压过热蒸汽送往底循环作功。BGL气化技术简介

BGL熔渣气化技术是20世纪70-90年代由英国天然气公司和德国鲁奇公司为生产SNG耗资3.5亿英镑，开发出来的新一代先进的煤气化技术。BGL块煤/碎煤熔渣气化技术结合了熔渣气化和移动床加压气化技术的优点并克服了二者的不足，具有显著优势。

BGL熔渣气化技术利用各种煤炭及固体垃圾为原料，可用于工业燃气、发电、替代天然气（SNG）生产、化学品（合成氨、甲醇等）生产等领域。

BGL熔渣气化技术是一种高效先进的煤气化技术，可气化石油焦、无烟煤、烟煤、次烟煤、褐煤，以及这些煤种的混合投料，冷煤气效率高（>89％）、碳转化率高（>99.5%）、热效率高、氧耗低、系统运行可靠性高、维护费用低。BGL熔渣气化技术可用于工业燃气、发电、替代天然气（SNG）生产、化学品生产等领域。99.5％以上的碳转化为气体后，煤中剩余的矿物质在高温下熔化，经循环水激冷形成无渗滤性的玻璃质固体碎渣粒由炉底部排出，排出的熔渣无污染，可作为副产品在建筑和筑路中使用，或安全地回填或深埋。气化废水主要来自投料煤经炉内干燥后排出的冷凝蒸汽，水量小，有机含量的浓度高，有利于在较低生产成本下分离处理，回收的苯酚作为副产品具有较高商业价值。一、BGL熔渣气化技术优点1.综合优势强

结合了熔渣气化技术高气化率、高气化强度的优点和移动床加压气化技术氧耗低和炉体结构廉价的优点。克服了熔渣气化技术能耗高、建设成本高的缺点和移动床加压气化技术气化强度低、蒸汽消耗大利用率低以及大量的气化污水造成净化成本高的缺点。具有建设投资少、周期短、生产率高、运行成本低、维护成本低的综合优势，图1为传统鲁奇炉和BGL气化炉的对比。鲁奇和BGL气化炉的比较2.

有效气（H2+CO）产气率高

无烟煤和优质烟煤气化有效气88-90%；褐煤气化有效气>84%。3.气化强度高

BGL块(碎)煤熔渣气化炉内壁加入耐火砖衬，形成水夹套保护层，在炉下部沿周向装置了一组喷嘴，将混合氧气/水蒸气高压喷入炉内，形成炉内局部高温（2000℃左右）燃烧区，气化区温度在1400~1600℃范围，较大幅度提高了气化率和气化强度。喷入炉内的水蒸气绝大部分参与气化，蒸汽分解率超过90%，蒸汽使用量大幅度减少，与传统鲁奇炉相比有明显优势，其结构区别见图1。4.氧耗低

由于兼具现代高温熔渣气化和移动床的逆流气化的整体流程原理，提高了气化热效率，使气化过程的氧耗较其他熔渣气化技术的氧耗大幅度降低，显著节省了对空分等设备的投资。

5.废热回收成本低

粗气的出口温度仅为300～550℃，提高了气化过程的热效率，节省了氧气消耗，大幅度降低了废热回收的需求和设备成本。6.设备制造、运输、安装成本低

由于BGL气化技术的设计特点，炉内靠近炉壁处温度和粗气出口处温度较低，气化炉炉体和附属设备可采用常规压力容器钢材，在中国就近加工制造，大幅度降低了制造，运输和安装的成本，大大缩短了建设周期。

7.煤种的选择范围宽

可气化石油焦、无烟煤、烟煤、次烟煤、褐煤，以及这些煤种的混合投料；对高灰熔点煤种，仅需添加石灰石助熔剂。

8.煤种的适用性强

对操作过程中煤质的变化不敏感，可以在线切换不同气化原料。

9.操作弹性大、开停车迅速负荷范围从50%到110%，运行稳定，可以以每分钟5%速度增加负荷，以每分钟20%速度降低负荷，见图2，对改变煤质反应良好。可迅速开车和停车，气化炉在冷备用状态下8小时后开始制气，气化炉在热备用状态下10分钟后开始制气。10.资源利用率高，不带来污染

99.5％以上的碳转化为气体后，煤中剩余的矿物质在高温下熔化，经循环水激冷形成无渗滤性的玻璃质固体碎渣粒由炉底部排出。排出的熔渣无污染，可作为副产品在建筑和筑路中使用，或安全地回填或深埋。

气化废水主要来自投料煤经炉内干燥后排出的冷凝蒸汽，水量小，有机含量的浓度高，有利于在较低生产成本下分离处理，回收的苯酚作为副产品具有较高商业价值。在采用恰当的深度水处理技术后，可使净化后的水质达到中国河流的一级排放标准要求，或全部回收做为工艺或冷却用水循环使用。

11.与其他国外气化技术技术相比优势大

BGL熔渣气化技术的冷煤气效率高（>89％）、碳转化率高（>99.5%）、热效率高、氧耗低、系统运行可靠性高、维护费用低。二、

BGL熔渣气化原料要求1.原料要求

BGL气化工艺要求投入气化炉内的碎块煤在干燥和干馏阶段保持一定的颗粒度和热稳定性，从而控制气化区料层的正常工作状态、炉内气流运动的均匀和流畅、降低粉尘的带出量。此外，要求投料煤的水份不超过20%。

BGL熔渣气化技术在气化投料煤的选择上有以下要求，气化用煤以尺寸在6mm-60mm的块/碎煤（粉煤量10%左右）为主直接投入气化炉。2.粉煤和褐煤解决方案大量粉煤的解决方案：粉煤可制成型煤（无粘结剂冲压型煤或采用沥青挤压制成的型煤）。特别是对高含水、易破碎的劣质褐煤，可通过制型煤，成为高效气化的原料。位于德国的黑水泵厂利用发电厂废热蒸汽将含水量在55%～60%左右的褐煤粉碎、干燥和冲压（无粘结剂）后制成含水量介于12%～18%的块状型煤，实现高效气化。BGL气化工艺推荐使用无粘接剂成型的型煤，图为云南某项目的褐煤型煤样品。收到基褐煤的含水量通常较高，煤质疏松易碎，热稳定型差，需要部分干燥和制成满足要求的型煤块煤。德国黑水泵气化厂（SchwarzePumpe）的BGL气化炉使用了当地褐煤制成的型煤，成功稳定运行了7年。BGL气化工艺对褐煤型煤的要求概要如下：

尺寸要求：应在6-50mm之间，无棱角（保证较好的堆流动性）含水量要求：≤20%热稳定性要求：根据MT/T924-2004检测标准，>6mm的残焦比例应超过85%抗破碎性要求：根据BS1016-1089.1:1996标准，将型煤块从2米高自由跌落到钢板上，重复试验4次后，粉煤（即破碎后尺寸≤6mm的碎煤）不超过5%。3.BGL熔渣气化的主要技术指标不同压力下BGL气化炉的处理量BGL气化炉典型气体成分BGL气化炉典型气体成分shell煤气化技术特点及国内应用概况一、shell煤气化技术的发展历史She]]煤气化属于第二代煤气化技术，前后经历了30多年的技术开发历程。1972年开始在Shell阿姆斯特丹研究院进行研究开发，1976年煤气化技术达到一定水平并建成了一座处理煤量为6t／d的试验厂。1978年在德国汉堡建成日处理煤150t的气化装置．进行操作程序的优化工作。1987年在美国休斯顿DeerPark石化中心建成SCGP一1示范厂。日处理高硫烟煤250t或日处理高灰分褐煤400t。对18种原料煤进行试验工作。1988年在荷兰Buggenun进行装置建设．装置设计能力为单炉日处理煤2000t。于1998年完成3年示范期，到2001年，气化装置运转率达到95％以上，自此Shell公司开始向市场推出壳牌气化工艺。2001年6月湖北双环与Shell最先签约．开始了sheⅡ煤气化技术在我国的发展之路。二、shell煤气化工艺简介目前，Shell煤气化大型工业化装置均采用废热锅炉流程，简略流程见图1。原煤从煤场送至磨煤系统。在微负压环境下的磨煤机进行碾磨，并被热风炉送过来的热风所干燥。粉煤和热气一起被送至粉煤袋式过滤器，在此煤粉被收集下来，经螺旋被送至低压粉煤贮仓。

煤粉通过煤锁斗的承上启下被送至煤进料罐，在煤进料罐出来的煤粉被煤加速器加速，通过煤烧嘴被送至气化炉，氧蒸混合气通过烧嘴环隙进入气化炉。气化温度为1400~17000C，气化压力为3.5～4.0MPa．三种物料在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程。气化反应产生的渣以液态的形式经气化炉壁向下流入渣池，通过除渣系统送至渣场。产生的合成气从顶部出气化炉，在激冷El被激冷至9000C以下。然后分别经过水汽系统的激冷段、输气管、气体返回室、蒸汽过热器、合成气冷却器进行冷却。被冷却的合成气被送至除灰系统，通过高温高压陶瓷过滤器除去里面的飞灰．洁净的合成气从过滤器顶部出来。分两路送出，一路送往湿洗系统，另外少量的合成气被送至激冷压缩机。飞灰经过气提和冷却被送至灰库。经过湿洗系统的合成气被迸一步的湿洗和冷却后，分两路送出，一路被送往变换，一路被送往激冷压缩机。第三路被送至合成气缓冲罐作为燃料气使用。气流床气化过程是煤炭在高温下的多相热力学反应，它所涉及的的化学反应和传递过程很多，反应过程十分复杂。三、Shell煤气化技术特点1、干粉进科Shell煤气化技术采用干煤粉进料，利用加压N2输送，连续性好，便于操作。2、煤种的适应性广由于Shell气化炉采用于煤粉进料和气流床气化．因而煤种的适应范围较宽，在添加合适的助熔剂或严格的配煤比的条件下，对于较高水分、灰熔点、灰分和含硫量的煤种适应性较强。3、热效率高Shell煤气化工艺的热效率很高，其中原煤中77％．83％的热能被转化为合成气，约15％的热能被废热锅炉回收．产出高压或中压蒸汽，总的热效率能够达到98％左右。4、气化度高Shell煤气化温度为1400-1600℃，在这样的高温下碳转化率高达99％以上，所产气体相对洁净，不污染环境，并且所产粗合成气中的有效气体(CO+H2)可以达到85％以上。5、单炉生产能力大目前已投入运行的气化炉日处理煤量高达1000～4000t．运行时气化炉的压力控制在3．0--4．0MPa。6、氧耗低Shell煤气化技术与水煤浆气化相比，02消耗低15％～25％，因而与之配套的空分装置可以降低投资。7、采用水冷壁结构Shell气化炉采用水冷壁结构．利用以渣抗渣原理．通过开车前的挂渣对炉壁进行保护，无需昂贵的耐火砖衬里，运转周期长，维护量少，使用寿命一般都在lO年以上，无需备炉。8、先进的控嗣系统气化操作采用了先进的工艺计算机控制技术，输入输出点多达3000多个，采用分程、串级、前馈、比值调节以及顺序控制和逻辑控制，通过DCS、ESD、PLC实现生产中的监控和管理，自动化程度高，保障系统能够在最佳状态下运行。9、烧畴运转周期长Shell煤气化烧嘴的设计使用寿命为8000h，保证了气化装置长周期运行。并且维护量小。10、粗合成气激冷冷却Shell煤气化技术通过粗合成气循环冷却系统将气化炉出口温度激冷至900oC左右，气体中夹带的灰渣液漓被固化并冷却。从而形成一种非粘性的飞灰颗粒，避免了飞灰在膜式壁上的凝固堆积。同时也避免了废热锅炉的高温材料限制。11、开车灵活Shell气化炉为水冷壁结构，开车时先建立锅炉给水循环系统．通过开工蒸汽对气化炉进行预热升温，然后经开工烧嘴点火达到煤气化的温度要求。投入煤烧嘴，一般仅需要3-4小时就可以投入正常运行，灵活便捷。12、环境效益好Shell煤气化在整个生产过程中对污染物都实行了全过程控制，高温气化不产生焦油、酚等凝聚物，排出的熔渣经水幕激冷后成玻璃状颗粒，性质稳定，可用作道路建设等材料。产生的飞灰被飞灰过滤器除尘回收，可用作水泥渗合剂等。气化产生的污水中含氰化物少，易于处理，必要时可以做到零排放。1．热力学机理气化反应温度很高，煤粉受热速度极快，粉煤中的残余水分能瞬间快速蒸发。同时快速脱除其中的挥发分。生成半焦和气体产物，在富氧的环境下，气体产物中的可燃成分与02迅速发生燃烧反应，并放出大量的热维持反应[2]的进行。反应过程大致可分为三步，第一步；裂解及挥发分燃烧。当粉煤和02喷人气化炉内后，被迅速加热到较高的温度，粉煤在此时发生干馏和裂解，释放出焦油、甲醇、甲烷、酚、树脂等挥发分，水分变成水蒸气，粉煤变成煤焦。第二步；燃烧及气化。煤焦一方面与剩余的O2发生燃烧反应，生成CO和CO2等气体，放出热量。另一方面与水蒸气和CO2发生气化反应，生成H2和CO。第三步；气化。煤焦和CH4等与水蒸气发生气化反应生成H2和CO。四、Shell煤气化技术的反应机理2．动力学机理气化反应是气化剂与焦渣接触而发生的．它的反应历程为气化剂分子自气流向焦渣外壳扩散\渗透过焦油的外壳灰层而达到未反应的焦油表面一渗透到焦渣的毛细孔而到达焦渣的内表面一与焦渣发生气化反应一生成的产物循上述相反进行而扩散到气流中去。五、应用情况

自湖北双环公司。于2001年6月签订第一份技术转让协议至2012年6月，国内已有15家企业与shell公司签订了19份合同，引进了23台气化炉。其中9套装置10台气化炉用于生产合成氨，9套装置11台气化炉用于生产甲醇，l套装置2台气化炉用于生产氢气，基本情况见表1鲁奇煤气化技术一、鲁奇气化技术的发展历史

固定床加压气化炉最早为德国鲁奇公司开发，鲁奇气化技术由此得名。鲁奇气化技术的发展是以鲁奇气化炉的改进为核心，鲁奇炉的发展主要经历了3个阶段。第1阶段(1930—1954年)，第一代气化炉直径2.6m，主要用于生产城市煤气，气化炉的结构特点是有内衬和边置灰斗，不设膨胀冷凝器，气化剂通过炉篦的主动轴送入，该炉型只能气化非粘结性煤，且气化强度较低，产气量5000～8000Nm3／h·台。第2阶段(1954—1969年)，第二代鲁奇炉扩大了用煤范围，可气化弱粘结性烟煤，取消了内衬，改进了布气方式和增加了破粘装置，边置灰斗调为中置灰斗，气化炉直径扩大到2.8m、3.7m2种，单炉生产能力得到提高，产气量分别达14000—17000m3／h·台、32000—45000m3／h·台。第3阶段(1969年～至今)，为了进一步扩大用煤范围，使之达到气化一般粘结性煤的目的，推出了Mark—IV型气化炉，改进了布煤器和破粘装置，可气化除焦煤外的所有煤种，气化强度进一步得到提高，气化炉直径3.8m，产气量35000～65000m3／h·台。此后，南非萨索尔(Sas01)在1980年开发了Mark—V型气化炉，气化炉内径4.7m，产气量达10万m3／h·台。二、奇气化工艺流程及特点5—50mm块煤经煤溜槽、煤锁进入气化炉。水蒸气和氧气混合后从气化炉底部经炉篦进入气化炉，在3.0MPa、1000℃的条件下，与煤发生气化反应。从气化炉出来的粗煤气，温度高达220—600℃，经喷冷器后温度降至200～210℃左右，进入废热锅炉回收余热，温度降至180。C左右，粗煤气经气液分离后进人下游工序。废热锅炉可产生0.5MPa～0.6MPa的低压蒸汽。从喷冷器洗涤下来的含焦油和伞的煤气水随煤气一起进入废热锅炉的底部的分离器，初步分离油水。一部分含尘煤气水由循环泵返回到洗涤冷却器，其余送煤气水分离单元。气化炉气化产生的灰渣周期性通过灰锁斗排出。三、鲁奇气化工艺主要有以下特点：(1)一般采用5～50ram的块煤进料，且下限率不能过高。一般要求煤的反应性好、无粘结性和弱粘结性、机械强度较高、灰熔融性温度较高。因此适宜的煤种为褐煤、次烟煤、贫煤和无烟煤，对一些水分较高(20％～30％)和灰分较高(如30％)的劣质煤也适用。与气流床工艺相比，鲁奇炉采用碎煤为原料，人炉煤的处理费用低。(2)气化为干法排灰，使用纯氧气化，为防止结渣，采用较高汽氧比，因此氧耗较低，约为气流床氧耗的70％，可在空分制氧设备上节省大量投资。(3)气化产生的煤气中CH。含量较高，达10％左右，适合于生产城市煤气和代用天然气(SNG)，将CH。转化为CO和H：后也可以用于生产化工产品，比如甲醇和氨。(4)粗煤气中H2／CO为2.0，不经变换或少量变换即可用于F—T合成、甲醇合成、天然气合成等产品生产，对比气流床气化减少了CO变换工序。(5)该工艺最晕要