煤气化工艺技术的分类与选择

煤气化工艺技术的分类与选择一、我国能源状况的分析

能源是人类赖以生存和推动社会可持续发展的重要物质基础,在世界矿物能源储量中,煤占相当大的比例。我国是以煤为主要能源的国家,煤炭在能源结构中占70%左右,实现煤炭洁净、高效、经济和合理的利用,尤其是煤化工利用具有重大的现实和战略意义。煤化工涉及领域广泛,可生产几乎所有种类的石油化工产品,目前我国油品短缺与原油储量及开采不足的矛盾已突现出来,二十一世纪前期我国煤化工的发展直接关系着国家能源战略安全和基本化工产品的供给。可见，煤的有效利用对于我们来说是多么重要的一件事情。那么，怎样进行煤的有效利用？有哪些加工方式？从煤的加工过程区分，进行如下分类：

气化1直接液化2炼焦3低温干馏4

其他加工5煤气化技术

煤气化工艺以煤炭(块煤、焦炭或粉煤)为原料,采用空气、氧气、二氧化碳和水蒸气为气化剂,在气化炉内高温环境下进行热化学反应。其主要气化反应是煤与气体介质之间的反应,即气、固两相之间的非均相反应,同时也有气体反应物之间的均相反应。这些反应进行的程度决定于气化炉的操作条件,即温度、压力、气化剂与煤炭的接触时间及煤炭的化学反应活性、表面情况等。其产品可作为燃料气、原料气或合成气,与气化炉炉型有关。气化炉的分类按煤与气化剂的相对流动方式可分为逆流、并逆流和并流,与其相对应的则是固定床、流化床和气流床气化炉。煤气化工艺技术的分类与选择1、移动床气化（固定床气化）2、流化床气化3、气流床气化1、移动床气化（固定床气化）

移动床气化又称固定床气化,属于逆流操作。可分为常压与加压两种。常压法比较简单,但要求用块煤,低灰熔点的煤难以使用。加压法是常压法的改进和提高,常用O2与水蒸气为气化剂,对煤种适应性大大提高。移动床气化常用方法是Lurgi加压气化法,生产的煤气中甲烷含量高,适合处理灰分高、水分高的块粒状褐煤。

常见的固定床(慢移动床)气化炉有间歇式气化(UGI)和连续式气化炉(鲁奇Lurgi)两种,目前都是已淘汰或落后的气化技术。其中固定床间歇式气化炉国外已于20世纪60年代初废弃。

连续式气化炉应用碎煤加压气化技术,20纪30年代由德国鲁奇(Lurgi)公司开发成功,是逆向气化,煤在炉内停留时间长达1h,反应炉的操作温度和炉出口煤气温度低,碳转化率高,气化效率高,可以使用劣质煤气化,在世界各国得到广泛应用。但气化炉结构复杂,炉内设有破粘和煤分布器、炉篦等转动设备,制造和维修费用大;入炉煤必须是不粘块煤,原料采购成本较高;出炉煤气中含焦油、酚等,污水处理和煤气净化工艺复杂、流程长、设备多,增加了投资和成本。

鲁奇炉的产品气适合做城市煤气。据悉我国云南解化集团和山西天脊集团采用该技术生产合成氨。鲁奇气化炉生产合成气时,气体成分中甲烷含量高(8%~10%),且生产流程长,投资大;因此,鲁奇气化炉不适宜生产合成气。2、流化床气化

流化床气化炉的气化剂由炉下部吹入,使细粒煤(小于6mm)在炉内呈并逆流反应,煤粒(粉煤)和气化剂在炉底锥形部分呈并流运动,在炉上筒体部分呈并流和逆流运动,使炉内的煤粒在流化状态下气化,在燃烧产生的高温条件下,气固两相充分混合接触,发生煤的还原反应,最终实现煤的气化。

常见的流化床气化炉有温克勒(Winkler)、灰团聚(U-Gas)、循环流化床(CFB)、加压流化床(PFB是PFBC的气化部分)以及中国科学院山西煤炭化学研究所研发的灰熔聚气化炉等。目前较成功的流化床气化炉有鲁奇公司开发的循环流化床(CFB)和中国科学院山西煤炭化学研究所研发的灰熔聚气化炉。

随着灰熔聚技术的研究成功,美国煤气技术研究所(IGT)和美国凯洛格公司分别开发出了U-GAS和KRW两种流化床气化工艺,这两种工艺弥补了传统工艺排灰含碳过高的不足。3、气流床气化

气流床是在固体燃料气化过程中,气化剂将煤粉夹带进入气化炉,进行并流气化。粉煤气化具有较大的反应表面积。气流床气化的特点在于煤粒各自被气流隔开,燃料的粘结性对气化过程没有影响。燃料在气流床气化炉的反应区停留时间极短,即燃料与气化剂的反应很快。为了维持较高的反应温度,采用O2和少量的水作为气化剂。

气流床气化炉从原料形态分为水煤浆、干煤粉两类。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,其清洁、高效代表着当今煤气化技术发展潮流。

水煤浆气流床气化技术

水煤浆气流床气化又称湿法进料气流床气Texaco（德士古）炉是一种率先实现工业化的气化技术,由于其进料方式简单,工程问题较少,又有重油气化经验,近十几年来得到长足的发展,具有大的气化能力,Texaco气化炉使用的典型煤浆浓度是60%~70%,由于煤浆具有液体的特性,加压进料容易,所以可以实现更高压力(8MPa~10MPa)操作。但存在主要的问题是氧耗较高。目前水煤浆气化技术还有一些关键技术需改进,如:(1)喷嘴寿命短,进口可使用约60d(25万$/台),国产可使用约52d;(2)激冷环使用寿命仅一年;(3)耗氧量大,有效气产率不够高。为了降低过程氧耗,提高冷煤气效率,在Texaco气化技术基础上发展了两段进煤煤气化工艺,干粉进料气流床气化技术

干粉进料气流床气化技术相对湿法进料具有氧耗低、煤种适应广、冷煤气效率高等优点。其代表技术有Shell（壳牌）、Prenflo、日立气流床等。

Shell粉煤制气工艺(SCGP)是一个洁净的煤气化工艺技术,对原料具有广泛的适应性,高级烟煤至褐煤、石油焦均可作为原料。该工艺不但适于联合发电,制取的合成气还作为化工原料。SCGP采用干粉煤进料,避免了湿法因水气化升温带来的能量损失,提高了冷煤气效率,加压气流床吹入纯氧,使设备紧凑,高效气化,降低了非有效成分。气化炉维持在1300~1700e温度范围之内,采用膜式水冷壁,炉渣呈熔融状态,起到隔热保护炉壁的作用(所谓/以渣抗渣0)。原料中的碳在炉内的高温下99%以上已经转化,这一高温也防止了高分子有机物和焦油类物质的生成。对称式烧嘴保证了良好的混合性,高转化率,并且易于放大。相比较而言,Shell技术有以下明显优势:(1)煤种的广泛适用性,原料选择范围更宽,因此合成气成本更低;(2)任何煤种的完全转化(碳的转化率>99%);(3)O2和煤的消耗低。Shell技术与Dexaco工艺相比,每吨煤可多产10%的合成气,消耗氧量可省15%~25%;(4)工艺炉内壁采用水冷壁技术,熔态排渣,利用熔渣在炉壁上冷却硬化结成的渣层保护炉壁不受磨损,且烧嘴寿命长(保证1年),使得气化炉坚固耐用;(5)Dexaco炉的优点,诸如有效气体成分高、无三废污染等优点,Shell炉也具备;(6)Shell气化炉及废热锅炉较庞大,需大的高框架,但材质要求较低,一次投资与Dexaco大致相当。相比较而言,Shell技术有以下明显优势:(1)煤种的广泛适用性,原料选择范围更宽,因此合成气成本更低;(2)任何煤种的完全转化(碳的转化率>99%);(3)O2和煤的消耗低。Shell技术与Dexaco工艺相比,每吨煤可多产10%的合成气,消耗氧量可省15%~25%;(4)工艺炉内壁采用水冷壁技术,熔态排渣,利用熔渣在炉壁上冷却硬化结成的渣层保护炉壁不受磨损,且烧嘴寿命长(保证1年),使得气化炉坚固耐用;(5)Dexaco炉的优点,诸如有效气体成分高、无三废污染等优点,Shell炉也具备;(6)Shell气化炉及废热锅炉较庞大,需大的高框架,但材质要求较低,一次投资与Dexaco大致相当。煤气化工艺的选择

在具体选用煤气化工艺时,必须以科学的态度,既要根据技术发展水平考虑工艺的先进性,又要根据实际情况考虑工艺的合理性。以自身或附近的原料煤源为基础,以产品煤气的用途为目标,同时考虑煤气工程的生产规模与气化设备的生产能力相配套。鉴于国际煤气化工艺的现状,结合我国的国情,有如下建议:1、小氮肥改造可采用灰熔聚流化床气化炉,整套装置与国外引进技术相比,减少投资60%左右,改造投资小;吨氨制气成本可大幅降低,经济效益明显2、中氮肥改造可采用华东理工大学等开发的四喷嘴对置式水煤浆气化炉,该技术已通过工业化试验,对煤种(特别是高硫煤)、粒度有较大兼容性,具有单系列、大容量、加压、高效、洁净的技术优势,与我国的能源资源国情相适应,具有与国际先进技术竞争的能力。3、建设大型煤化工或IGCC发电项目,首选Shell气化炉。我国的干粉气化工艺虽已通过中试,但工业化之前必须引进大型干粉气化炉,这是国内大型煤化工必须面对的现实。国内科研设计单位也应抓住时机,加紧消化吸收引进技术,为我所用,增强自主创新能力,形成有自主知识产权的新技术。小结：(1)煤气化是煤化工发展的先导和关键技术,需大力开发对煤种适应性强、单炉生产能力高、煤气成本低、气体成分可调的各种先进加压气化技术。(2)Texco气化技术在国内已有