幾種常用煤氣化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

1、幾種煤氣化技術(shù)介紹煤氣化技術(shù)發(fā)展迅猛，種類很多，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用的主要有：傳統(tǒng)的固定床間歇式煤氣化、德士古水煤漿氣化、多元料漿加壓氣化、四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化、殼牌粉煤氣化、GSP氣化、航天爐煤氣化、灰熔聚流化床煤氣化、恩德爐煤氣化等等，下別分別加以介紹。一 Texaco水煤漿加壓氣化技術(shù)德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)1983年投入商業(yè)運(yùn)行后，發(fā)展迅速，目前在山東魯南、上海三聯(lián)供、安徽淮南、山西渭河等廠家共計(jì)13臺(tái)設(shè)備成功運(yùn)行，在合成氨和甲醇領(lǐng)域有成功的使用經(jīng)驗(yàn)。Texaco水煤漿氣化過程包括煤漿制備、煤漿氣化、灰水處理等工序：將煤、石灰石（助熔劑）、添加劑和NaOH稱量后加入到磨煤機(jī)中，與一定量的水

2、混合后磨成一定粒度的水煤漿；煤漿同高壓給料泵與空分裝置來的氧氣一起進(jìn)入氣化爐，在13001400下送入氣化爐工藝噴嘴洗滌器進(jìn)入碳化塔，冷卻除塵后進(jìn)入CO變換工序，一部分灰水返回碳洗塔作洗滌水，經(jīng)泵進(jìn)入氣化爐，另一部分灰水作廢水處理。其優(yōu)點(diǎn)如下：（1）適用于加壓下（中、高壓）氣化，成功的工業(yè)化氣化壓力一般在4.0MPa 和6.5Mpa。在較高氣化壓力下，可以降低合成氣壓縮能耗。（2）氣化爐進(jìn)料穩(wěn)定，由于氣化爐的進(jìn)料由可以調(diào)速的高壓煤漿泵輸送，所以煤漿的流量和壓力容易得到保證。便于氣化爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)，使裝置具有較大的操作彈性。（3）工藝技術(shù)成熟可靠，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率高。同等生產(chǎn)規(guī)模，裝置投資少。該技術(shù)的

3、缺點(diǎn)是：（1）由于氣化爐采用的是熱壁，為延長(zhǎng)耐火襯里的使用壽命，煤的灰熔點(diǎn)盡可能的低，通常要求不大于1300。對(duì)于灰熔點(diǎn)較高的煤，為了降低煤的灰熔點(diǎn)，必須添加一定量的助熔劑，這樣就降低了煤漿的有效濃度，增加了煤耗和氧耗，降低了生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。而且，煤種的選擇面也受到了限制，不能實(shí)現(xiàn)原料采購(gòu)本地化。（2）燒嘴的使用壽命短，停車更換燒嘴頻繁（一般4560天更換一次），為穩(wěn)定后工序生產(chǎn)必須設(shè)置備用爐。無形中就增加了建設(shè)投資。（3）一般一年至一年半更換一次爐內(nèi)耐火磚。二 多噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化技術(shù)該技術(shù)由華東理工大學(xué)潔凈煤技術(shù)研究所于遵宏教授帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過20多年的研究，和兗礦集團(tuán)有限公司合

4、作，成功開發(fā)的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、國(guó)際首創(chuàng)的多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)，并成功地實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，擁有近20項(xiàng)發(fā)明專利和實(shí)用新型專利。目前在山東德州和魯南均有工業(yè)化裝置成功運(yùn)行。該技術(shù)的水煤漿氣化壓力為3.06.5MPa，溫度為1300。技術(shù)特點(diǎn)：多噴嘴對(duì)置的水煤漿氣流床氣化爐及復(fù)合床煤氣洗滌冷卻設(shè)備；分級(jí)凈化的煤氣初步凈化工藝；蒸發(fā)分離直接換熱式含渣水處理及熱回收工藝。（1）多噴嘴對(duì)置式氣化及煤氣初步凈化煤漿經(jīng)隔膜泵加熱，通過四個(gè)對(duì)稱布置在氣化爐氣化室中上部同一水平面的工藝噴嘴，與氧氣一起對(duì)噴進(jìn)入氣化爐，對(duì)置氣化爐的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)由射流區(qū)、撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)和管流區(qū)組成。煤漿顆粒在氣

5、化爐內(nèi)的氣化過程經(jīng)歷了以下步驟：顆粒的湍流彌散、顆粒的振蕩運(yùn)動(dòng)、顆粒的對(duì)流加熱、顆粒的輻射加熱、煤漿蒸發(fā)與顆粒中揮發(fā)份的析出、揮發(fā)產(chǎn)物的氣相反應(yīng)、煤焦的多相反應(yīng)、灰渣的形成等。氣化反應(yīng)是串并聯(lián)反應(yīng)同時(shí)存在的極為復(fù)雜的反應(yīng)體系，可分為一次反應(yīng)與二次反應(yīng)。出氣化室的夾帶熔融態(tài)灰渣的高溫合成氣，在復(fù)合床結(jié)構(gòu)的洗滌冷卻室內(nèi)完成合成氣的洗滌冷卻和熔渣的初步分離。采用混合器、旋風(fēng)分離器和水洗塔相結(jié)合的節(jié)能高效煤氣初步凈化系統(tǒng)，使煤氣中灰、渣的含量降到最低，并且減少壓力損失。（2）含渣水處理氣化爐及煤氣初步凈化系統(tǒng)來的含渣水分別減壓后導(dǎo)入含渣水處理系統(tǒng)，含渣水首長(zhǎng)進(jìn)入蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室，蒸發(fā)室內(nèi)含渣水大量汽化

6、，溶解在水中的酸性氣體一起解吸，蒸發(fā)室產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入熱水室與循環(huán)灰水直接接觸，使灰水得到最大程度升溫。蒸發(fā)室底部含固量得到增濃的液相產(chǎn)物再進(jìn)行真空閃蒸，進(jìn)一步降低含渣水溫度和濃縮含渣水的含固量，將酸性氣體完全解吸該技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)如下：（1）適用于加壓下（中、高壓）氣化，成功的工業(yè)化氣化壓力一般在4.0MPa和6.5MPa。在較高的氣化壓力下，可以降低合成氣壓縮的能耗。（2）氣化爐進(jìn)料穩(wěn)定，由于氣化爐的進(jìn)料由可以調(diào)速的高壓煤漿泵輸送，所以煤漿的流量和壓力容易得到保證。便于氣化爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)，使裝置具有較大的操作彈性。（3）工藝技術(shù)成熟可靠，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率高。同等生產(chǎn)規(guī)模下，裝置投資低于Texaco技

7、術(shù)。該技術(shù)的缺點(diǎn)是：（1）為延長(zhǎng)耐火襯里的使用壽命，煤的灰熔點(diǎn)盡可能的低，通常要求不大于1450。對(duì)于灰熔點(diǎn)較高的煤，為了降低煤的灰熔點(diǎn)，必須添加一定量的助熔劑，這樣就降低了煤漿的有效濃度，增加了煤耗和氧耗，降低了生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。（2）由于拱頂高度不夠，拱頂磚的使用壽命只有6500小時(shí)，還有待于進(jìn)一步改進(jìn)。三 多元料漿加壓氣化工藝多元料漿加壓氣化工藝（MCSG）是一種新型煤氣化技術(shù)，由西北化工研究院開發(fā)成功的，擁有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，獲得國(guó)家發(fā)明專利。該技術(shù)以其獨(dú)有的先進(jìn)性、適用性和成熟的工業(yè)應(yīng)用業(yè)績(jī)，打破了國(guó)外公司在大型煤氣化技術(shù)上的壟斷。該技術(shù)的工業(yè)化推廣，將為推動(dòng)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和相關(guān)產(chǎn)業(yè)

8、的發(fā)展發(fā)揮重要作用。多元料漿新型氣化技術(shù)屬濕法氣流床加壓氣化技術(shù)，是指對(duì)固體或液體含碳物質(zhì)（包括煤/石油焦/瀝青/油/煤液化殘?jiān)┡c流動(dòng)相（水、廢液、廢水）通過添加助劑（分散劑、穩(wěn)定劑、PH值調(diào)節(jié)劑、濕潤(rùn)劑、乳化劑）所制備的料漿，與氧氣進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，生產(chǎn)CO+H2為主的合成氣。水煤漿加壓氣化屬多元料漿氣化的特定型式。粗合成氣通過激冷、洗滌、凈化后，用于合成氨、合成甲醇、制氫、合成油品、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等。1.多元料氣化反應(yīng)原理C+O2 = CO2+409.4C+CO2 = 2CO 160.7C+H2O = CO+H2117.8CO+H2O = CO2+H292.5C+H2 = CH4+87.4

9、1/2S2+H2 = H2S+82.01/2S2+CO = COS+55.82.工藝過程 多元料漿氣化反應(yīng)的工藝過程包括料漿制備、加壓氣化、粗煤氣凈化、灰渣排放、灰水處理。工藝流程簡(jiǎn)圖如下：3.技術(shù)指標(biāo)料漿濃度/wt%6068.5料漿表觀粘度（D=15.89 s1）/mPa·s5001000料漿穩(wěn)定性(24 h 析水率)/%1.8碳轉(zhuǎn)化率/%9698有效氣體(CO+H2)含量/%80.686.2冷煤氣效率/%7075.8氧耗/m3/1000 m3(CO+H2)357420原料消耗/kg/1000 m3(CO+H2)4856204.技術(shù)特點(diǎn)（1）原料適應(yīng)性廣，包括煤、石油焦、石油瀝青、

10、渣油、煤液化殘?jiān)?、生物質(zhì)等含碳物質(zhì)以及紙漿廢液、有機(jī)廢水等液體廢棄物。（2）新型結(jié)構(gòu)的氣化爐及獨(dú)特的激冷器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作安全易控的特點(diǎn)，而且有利于熱量回收、耐火材料保護(hù)及固液分離。 （3）富有特色的固態(tài)排渣和液態(tài)排渣技術(shù)，不僅解決了高灰熔點(diǎn)原料的氣化難題，而且從技術(shù)角度拓寬了原料適用范圍。具體體現(xiàn)為：固態(tài)排渣工藝不存在堵爐、拉絲等現(xiàn)象，有利于實(shí)現(xiàn)氣化爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。固態(tài)排渣因灰渣未形成熔融狀態(tài)，不會(huì)對(duì)氣化爐耐火材料形成化學(xué)侵蝕，耐火材料壽命延長(zhǎng)2倍以上，大大降低操作和維護(hù)費(fèi)用。根據(jù)不同原料，同一氣化爐中，既可采用固態(tài)排渣，也可采用液態(tài)排渣，擴(kuò)大了原料范圍，提高了操作彈性，且無需增加投資

11、。（4）成熟完善的系統(tǒng)放大技術(shù)，解決了不同規(guī)模、不同壓力等級(jí)氣化裝置的工程化問題。已工業(yè)化裝置的壓力等級(jí)為1.37.0 MPa，生產(chǎn)規(guī)模從年產(chǎn)3萬噸合成氨到年產(chǎn)90萬噸甲醇，單爐日投料量為1502000 噸。（5）通過氣化原料的優(yōu)化組合，既解決了原料成漿性問題，又解決了灰熔點(diǎn)問題，特別是難成漿原料的制漿問題，大大提高料漿的有效組成，降低了氣化消耗。同時(shí)，解決了高濃度、高粘度料漿長(zhǎng)距離輸送的難題。（6）獨(dú)具特色的灰水處理技術(shù)（IIII級(jí)換熱閃蒸），減少了設(shè)備投資，簡(jiǎn)化了工藝流程。（7）設(shè)備完全立足于國(guó)內(nèi)，投資少，效益顯著。（8）三廢排放少，環(huán)境友好，屬于潔凈氣化技術(shù)。（9）通過40余年的開發(fā)和完

12、善，多元料漿氣化技術(shù)形成了完整、系統(tǒng)的專利體系。四 GSP煤氣化技術(shù)GSP是一種先進(jìn)成熟的煤氣化技術(shù)：干粉進(jìn)粒，水冷壁氣化反應(yīng)器，激冷流程，液態(tài)排渣。它的優(yōu)點(diǎn)是：原料適應(yīng)性廣，投資省、粗煤氣成本較低、工藝運(yùn)行可靠，兼有Shell與Texaco的優(yōu)點(diǎn)。下面就對(duì)GSP技術(shù)作一概要介紹。一、原料來源廣，適應(yīng)性強(qiáng)從年青的泥、褐煤到年老的無煙煤系列中的所有煤種，灰分>1的石油焦、油渣、工業(yè)污泥等均可作為氣化原料。它對(duì)入爐煤或其他原料必須滿足粒徑、水分、灰分的基本要求。粒徑主要影響碳轉(zhuǎn)化率，水分主要影響煤粉輸送，灰分要求1以上，否則水冷壁無法掛渣形成膜式壁。各種不同的入爐原料粒徑、水分、灰分要求見表

13、1。表1 各種入爐原料的料徑、水分及灰分要求名稱粒徑分布/%水分/%灰分/%泥煤100m 55121500m 99褐煤250m 9481煙煤250m 9421500m 100焦250m 9921500m 100無煙煤63m 509021石油焦200m 100二、GSP工藝過程（1）GSP工藝過程包括：合格粉煤制備及輸送，有低壓氮?dú)鉂庀噍斔秃透邏篊O2濃相輸送系統(tǒng)，通過煤鎖斗、壓力供料倉(cāng)、燒嘴噴入氣化爐。（2）粉煤、純氧、蒸汽（年青煤可以不加）在4MPa、14001500下煤轉(zhuǎn)化成煤氣和熔融的渣。由于原料煤年青，C02供料，水蒸氣加入較少，煤氣成分中有效氣(CO+H2)高達(dá)94.5，C02 4，

14、CH4 0.02，N2 0.7，其他0.78。（3）高溫煤氣在激冷室被噴灑的水冷卻到220，進(jìn)入文丘里洗滌器，將煤氣中塵體積濃度降至lmgm3 (干)，煤氣中飽和的水供變換用。（4）熔渣在激冷室降溫固化成粒狀落入激冷室下部的水浴中，通過灰鎖斗排人渣水槽，用撈渣機(jī)將渣撈上皮帶送入渣倉(cāng)，然后用汽車運(yùn)至處理場(chǎng)。（5）出冷激室含塵(渣、碳)約04的黑水送到固體物分離器，經(jīng)初步分離殘余碳?jí)m后的水再經(jīng)過濾器、貯槽用泵送回冷激室。分離器下部出來的含塵黑水經(jīng)減壓閃蒸后，在絮凝劑作用下混凝沉淀，再經(jīng)濃縮、過濾脫水，清水用泵返氣化冷激室過濾并送出界外處理。為保持冷激水中鹽類平衡，約占黑水總量15的廢水排出界外處理

15、。（6）煤粉鎖斗功能是將常壓下煤粉料供入加壓氣化系統(tǒng)。灰鎖斗的功能是將壓力氣化系統(tǒng)的渣水送入常壓排渣系統(tǒng)。它們時(shí)刻處在一個(gè)由常壓到加壓，又從加壓到常壓的周期性交變過程。煤鎖斗充壓用C02，灰鎖斗充壓用水，此過程用可編程序控制器來實(shí)現(xiàn)。（7）通過鎖斗將粉煤供入加壓料倉(cāng)，在此通入的C02與煤粉處于一種密相流化狀態(tài)，然后通過供料管送至氣化爐燃燒噴嘴。（8）供料倉(cāng)到氣化爐燒嘴的供料管安有原料密度儀，質(zhì)量流量?jī)x測(cè)量煤粉供入量，并與供入的氧氣及氣化爐、氣化室與激冷室壓差組成一套控制氣化爐操作的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。三、GSP煤氣化爐結(jié)構(gòu)特征GSP氣化爐由一個(gè)主燒嘴和一個(gè)點(diǎn)火燒嘴、氣化室、冷激室及承壓外殼組成。氣化室內(nèi)

16、設(shè)有水冷壁，水冷壁主要作用是抵抗14501500高溫及熔渣的侵蝕，水冷壁系由水冷盤管及固定在盤管上的抓釘與SiC耐火材料共同組成的一個(gè)圓筒形膜式壁。膜壁與承壓外殼間有約50mm間隙，間隙間充一小股流動(dòng)的常溫合成氣（或C02、N2）。水冷壁水冷管內(nèi)的水采用強(qiáng)制密閉循環(huán)，在這循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)，有一個(gè)廢熱鍋爐生產(chǎn)0.5Mpa（g）低壓蒸汽，將其熱移走，使水冷壁水冷管內(nèi)水溫始終保持一恒定范圍。激冷室為一承壓空殼，外徑和氣化室一樣，上部設(shè)有若干冷激水噴頭。在此將煤氣驟冷至220。煤氣由冷激室中部引出。激冷室下部為一錐形，內(nèi)充滿水，熔渣遇冷固化成顆粒落入水浴中，排入灰鎖斗。GSP氣化爐除燒嘴為不銹鋼和少量特殊不

17、銹鋼外，其余全為碳鋼材料。氣化爐及其水冷壁壽命10年20年，燒嘴壽命10年(頂端部一年維修一次)。四、GSP氣化技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)性及原材料動(dòng)力消耗分析（1）技術(shù)指標(biāo)碳轉(zhuǎn)化率：99.5%；氣化效率：80%82%；氣化熱效率：90%（含飽和煤氣帶入變換的水蒸氣）。（2）原材料及動(dòng)力消耗（每1000m3（C0+H2）原料煤（收到基、熱值Qnet.ar=21351kJkg煤）：708kg；氧（99.6%）：320m3；蒸汽（4.5MPa，350）：17kg30kg（與煤質(zhì)有關(guān)）；C02（4.5MPa，40）：85m3；電：55kWh。五 灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)一、灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)的基本原理灰熔聚

18、流化床粉煤氣化以碎煤為原料(68mm)，以空氣或富氧或氧氣為氧化劑，水蒸氣或二氧化碳為氣化劑,在適當(dāng)?shù)拿毫６群蜌馑傧?，使床層中粉煤沸騰，床中物料強(qiáng)烈返混，氣固兩相充分混合，溫度到處均一，在部分燃燒產(chǎn)生的高溫（9501100）下進(jìn)行煤的氣化。煤在床內(nèi)一次實(shí)現(xiàn)破粘、脫揮發(fā)份、氣化、灰團(tuán)聚及分離、焦油及酚類的裂解等過程。流化床反應(yīng)器的混合特性有利于傳熱、傳質(zhì)及粉狀原料的使用，但當(dāng)應(yīng)用于煤的氣化過程時(shí)，受煤的氣化反應(yīng)速率和寬篩分物料氣固流態(tài)化特性等因素影響，爐內(nèi)的強(qiáng)烈混合狀態(tài)導(dǎo)致了爐頂帶出飛灰（上吐）和爐底排渣（下瀉）中的碳損失較高的缺點(diǎn)。常規(guī)流化床為降低排渣的碳含量，必須保持床層物料的低碳灰比；而在

19、這種高灰床料工況下，為維持穩(wěn)定的不結(jié)渣操作，不得不采用較低的操作溫度(950)，這又決定了傳統(tǒng)流化床氣化爐只適用于高活性的褐煤或次煙煤?；胰劬哿骰卜勖簹饣に嚫鶕?jù)射流原理，設(shè)計(jì)了獨(dú)特的氣體分布器和灰團(tuán)聚分離裝置，中心射流形成床內(nèi)局部高溫區(qū)（12001300），促使灰渣團(tuán)聚成球，借助重量的差異達(dá)到灰團(tuán)與半焦的分離，在非結(jié)渣情況下連續(xù)有選擇地排出低碳含量的灰渣，提高了床內(nèi)碳含量和操作溫度（達(dá)1100）,從而使其適用煤種拓寬到低活性的煙煤乃至無煙煤。二、灰熔聚流化床粉煤氣化工藝的特點(diǎn) （1） 煤種適應(yīng)性廣，可實(shí)現(xiàn)氣化原料本地化。（2） 操作溫度適中，無特殊材質(zhì)要求，操作穩(wěn)定，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性高。（3

20、） 工藝流程簡(jiǎn)單，氣化爐及配套設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，維護(hù)費(fèi)用低。（4） 灰團(tuán)聚成球，借助重量的差異與半焦有效分離，排灰碳含量低(<10%)。（5） 爐內(nèi)形成一局部高溫區(qū)（12001300），氣化強(qiáng)度高。（6） 飛灰經(jīng)旋風(fēng)除塵器捕集后返回氣化爐，循環(huán)轉(zhuǎn)化，碳利用率高。 （7） 產(chǎn)品氣中不含焦油，洗滌廢水含酚量低，凈化簡(jiǎn)單。（8） 設(shè)備投資低，氣化條件溫和，消耗指標(biāo)低，煤氣成本低。 （9） 中國(guó)自主專利,同等規(guī)模下，與引進(jìn)氣化技術(shù)相比，投資低50%。 三、灰熔聚流化床粉煤氣化工藝流程（圖略） （1）備煤系統(tǒng) 粒徑為030mm的原料煤(焦)，先篩分、破碎到08mm粒度，回轉(zhuǎn)干燥器烘干(煙煤水分

21、5%，褐煤<12% ) 待用。 （2) 進(jìn)料系統(tǒng)備好的入爐煤經(jīng)斗式提升機(jī)進(jìn)入煤鎖斗系統(tǒng)，由螺旋給料器計(jì)量，氣力輸送進(jìn)入氣化爐下部。 （3）供氣系統(tǒng) 氣化劑(空氣/蒸汽、氧氣/蒸汽)分三路計(jì)量調(diào)節(jié)，由分布板、環(huán)形管、中心射流管進(jìn)入氣化爐。 （4) 氣化系統(tǒng)煤在氣化爐中部分燃燒產(chǎn)生的高溫（9501100）下與氣化劑（氧氣、蒸汽）進(jìn)行反應(yīng)，一次實(shí)現(xiàn)破粘、脫揮發(fā)份、氣化、灰團(tuán)聚及分離、焦油及酚類的裂解等過程，生成煤氣。（5) 除塵系統(tǒng) 高溫煤氣帶出的飛灰，大部分經(jīng)一級(jí)旋風(fēng)分離器捕集，返回氣化爐進(jìn)一步 氣化，二級(jí)旋風(fēng)分離器捕集的少量飛灰排出系統(tǒng)。（6) 廢熱回收系統(tǒng)及煤氣凈化系統(tǒng) 除塵后的熱煤氣依

22、次進(jìn)入廢熱鍋爐、蒸汽過熱器和脫氧水預(yù)熱器回收熱量，再經(jīng)洗滌塔凈化冷卻，送至下一工序。（7) 操作控制系統(tǒng)采用集散型控制系統(tǒng)（DCS）實(shí)現(xiàn)控制室集中對(duì)整個(gè)氣化生產(chǎn)過程主要工藝參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制，由DCS系統(tǒng)完成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)指示、自動(dòng)調(diào)節(jié)、順序控制、安全連鎖、報(bào)警、趨勢(shì)記錄和報(bào)表生成。四、灰熔聚流化床粉煤氣化工藝的適用范圍 “灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)”工業(yè)示范成功標(biāo)志著我國(guó)煤氣化技術(shù)完全依賴進(jìn)口的時(shí)代即將結(jié)束，中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所目前已有能力設(shè)計(jì)單臺(tái)處理量100300噸煤/日的氣化爐(0.030.5MPa，2.4m，配套26萬噸合成氨/年)。經(jīng)大量煤種試驗(yàn)證明對(duì)絕大多數(shù)煤種的適應(yīng)性，使得實(shí)

23、現(xiàn)原料本地化成為可能，對(duì)我國(guó)中小氮肥廠改變?cè)下肪€，降低生產(chǎn)成本，提供了高效、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、適用的國(guó)產(chǎn)煤氣化技術(shù)。通過選擇不同的氣化劑及其配比可以制取適合工業(yè)燃燒和合成化學(xué)品等用戶不同需求的合成氣與工業(yè)燃料氣。 五、灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展方向灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)當(dāng)前亟待改進(jìn)的主要問題是：提高氣化爐操作壓力，從而提高單臺(tái)氣化爐（2400mm）的處理能力。此外，碳利用率、冷煤氣效率和煤氣有效成分也有待進(jìn)一步改善。六 殼牌煤氣化一、Shell煤氣化工藝Shell煤氣化工藝(SCGP)以干煤粉為原料、純氧作為氣化劑，液態(tài)排渣，屬加壓氣流床氣化。原煤先行破碎研磨成煤粉并經(jīng)干燥處理，再用氮

24、氣送進(jìn)入貯罐，貯罐內(nèi)的煤粉與氧氣和蒸汽一起，送進(jìn)氣化爐的燃燒器。上述過程所用的氧氣和氮?dú)猓梢惶椎蜏乜諝夥蛛x裝置產(chǎn)生。噴入的煤粉、氧氣和蒸汽的混合體在3.54.0MPa壓力下，1400-1700的溫度范圍內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。此操作溫度使煤所含的灰份熔化并滴到氣化爐底部，變成一種玻璃狀不可瀝濾的爐渣而排出。這個(gè)溫度亦防止形成不合需要的有毒熱解副產(chǎn)物，例如苯酚和多環(huán)芳香烴。出氣化爐的合成氣溫度1400-1500，用循環(huán)氣體激冷冷卻至900，然后進(jìn)入一個(gè)合成氣冷卻器作進(jìn)一步冷卻，同時(shí)產(chǎn)生高、中壓蒸汽。從氣化爐出來的合成氣中所攜帶的少量灰份顆粒，在一個(gè)旋風(fēng)分離器和陶瓷過濾器中分離除去，再部分循環(huán)返回氣化

25、爐，以確保碳轉(zhuǎn)化率達(dá)到99%以上。離開氣化工序的合成氣中含有80-83%的原煤能量，它被稱為冷煤氣效率。由氣化爐和合成冷卻器產(chǎn)生的蒸汽,含有另外的14-16%能量。相比之下，以水煤漿為原料的氣化工藝的冷煤氣效率大約為74-77%。煤炭中所含的硫、鹵素及氮化合物，在氣化過程中生成氣態(tài)的硫化物、鹵素、分子態(tài)氮、痕量氨及氰化氫。氰化氫及硫化羰(COS)被催化轉(zhuǎn)化為氨及硫化氫。鹵素和氨經(jīng)水洗去除。水洗過的合成氣送入后工序變換裝置。Shell氣化爐為水冷壁型式，內(nèi)壁布有水冷卻管，副產(chǎn)部分蒸汽。操作時(shí)壁內(nèi)形成一層渣，用“以渣抗渣”方式保護(hù)襯里不受侵蝕。由于不需要耐火磚絕熱層，運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)，單爐運(yùn)行，不需要備

26、用爐，可靠性高。Shell煤氣化裝置能力大，氣化壓力為3.5-4.0MPa，單爐處理煤量為20002600噸/日。二、Shell的煤氣化對(duì)煤質(zhì)的要求及用煤的處理"Shell 煤氣化工藝的原料是干煤粉，用高壓氮?dú)廨斔腿霘饣癄t，對(duì)煤種的適用范圍寬，能夠以當(dāng)?shù)孛悍N為原料，而且碳轉(zhuǎn)化率超過99。該工藝過程對(duì)煤的特性，例如煤的粒度、粘結(jié)性、含水量、含硫量、含氧量及灰分含量均不敏感，但對(duì)于灰熔點(diǎn)較高的煤如灰熔點(diǎn)1400須加入助熔劑(石灰石)，改變?nèi)茉阅?。在荷蘭Demkolec工廠工業(yè)化裝置上已使用過包括澳大利亞煤、哥倫比亞煤、印尼煤、南非煤、美國(guó)煤、波蘭煤等14個(gè)煤種進(jìn)行氣化，均能正常生產(chǎn)。只

27、要有煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)，不需進(jìn)行試燒、認(rèn)定，即可根據(jù)用戶提供煤種進(jìn)行裝置設(shè)計(jì)。另外，殼牌氣化是干法除塵，無灰水處理系統(tǒng)。干灰容易處理，對(duì)環(huán)境有利。三、Shell煤氣化技術(shù)特點(diǎn)1、氣化爐結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，內(nèi)部為膜式水冷壁，無任何耐火磚，燒嘴壽命長(zhǎng)，導(dǎo)致氣化爐堅(jiān)固耐用，故氣化爐操作可靠2、任何煤都可氣化，灰熔點(diǎn)高時(shí)只需加入助熔劑(石灰石)，干粉進(jìn)料，氣化效率高，氧氣消耗低Texaco氣化15-25%，原料制備系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，進(jìn)料靈活。3、高效率，原料煤所含能量之中，大約80-83%以合成氣形式回收，另外14-16%以蒸汽形式回收。蒸汽可以用于驅(qū)動(dòng)空氣分離裝置的空氣壓縮機(jī)，以及用來發(fā)電或作其它用途。4、對(duì)稱式多燒嘴

28、，混合效果好，轉(zhuǎn)化率高。5、熔渣氣化，熔渣可以保護(hù)渣膜水冷壁，并確保產(chǎn)生無毒的廢渣及灰。6、高溫氣化，碳轉(zhuǎn)化99%，有效氣體成份含量高，CO2含量低，幾乎無CH4及酚類、焦油等生成。7、有利于環(huán)保，SCGP工藝的硫氧化物及粉塵排放量實(shí)際上為零。煤的灰份則被轉(zhuǎn)變成一種惰性爐渣，可以用作道路建筑材料。SCGP裝置產(chǎn)生相當(dāng)少?gòu)U液排放，這種廢液不含有機(jī)污染物，工藝用水可循環(huán)利用，做到廢水的零排放。%六、Shell煤氣化爐特點(diǎn)通過大量的設(shè)備開發(fā)工作，殼牌確定了氣化爐的形狀，實(shí)際上是膜式水冷壁室的形狀。氣化爐包括：膜式水冷壁室、環(huán)形空間和壓力外殼容器。工程設(shè)計(jì)方面的主要問題是設(shè)計(jì)膜式水冷室和它在壓力殼體中

29、的懸掛問題。（1）膜式水冷壁Shell在阿姆斯特的實(shí)驗(yàn)氣化爐內(nèi)都有耐火襯里，但根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，Shell認(rèn)為既使對(duì)最先進(jìn)的耐火磚在高熱負(fù)荷和熔渣不斷侵蝕的環(huán)境下難以保證高和長(zhǎng)壽命運(yùn)行。所以，確定在氣化爐的高壓殼體中，安裝用沸水冷卻的膜式水冷壁(以下簡(jiǎn)稱“膜式壁”)。使工藝過程實(shí)際上在膜式壁圍成的空腔里發(fā)生。氣化壓力是由外部的高壓殼體隨。中試和示范裝置中都裝有膜式壁。在工業(yè)化的溶渣鍋爐中，膜式壁有廣泛的使用經(jīng)驗(yàn)。膜式壁一方面提高了SCGP的效率，不需額外加入蒸汽，并可副產(chǎn)中、高壓蒸汽，同時(shí)也增強(qiáng)了工藝操作強(qiáng)度(因?yàn)槟な奖谠O(shè)計(jì)時(shí)，考慮了超過設(shè)計(jì)條件的情況和操作干擾)，另一方面，膜式壁增加了工程設(shè)計(jì)的

30、難度、工業(yè)化的復(fù)雜程度和投資。工程設(shè)計(jì)還涉及高溫和還原性合成氣氣氛等因素，所以在設(shè)計(jì)過程中，膜式壁必須適應(yīng)這些條件。同時(shí)，還要滿足高負(fù)荷水/蒸汽系統(tǒng)的要求。（2）環(huán)形空間環(huán)形空間位于壓力容器和膜式壁之間，設(shè)計(jì)環(huán)形空間是為了容納水/蒸汽的輸出/輸入管和集管，另外，環(huán)形空間便于檢查和維修。為了上述的要求，在休斯敦的示范裝置中，Shell 采用裝置模型有效地確定了環(huán)形空間的尺寸大小。最終，完成了一個(gè)簡(jiǎn)單、有效且易于制造的膜壁懸掛系統(tǒng)。在Buggenum的工業(yè)化裝置中，設(shè)計(jì)并完成了此膜壁懸掛系統(tǒng)。（3）壓力殼體Shell氣化爐的壓力殼體是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，可按一般壓力容器標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制造。材料一般用低鉻鋼。（4

31、）材料SCGP的工程開發(fā)工作中，Shell在有限的范圍內(nèi)對(duì)材料做了試驗(yàn)。為了確保材料能承受實(shí)際的工藝條件，中試和示范裝置開發(fā)研究中重點(diǎn)對(duì)不同的材料做了試驗(yàn)，其中部分是在實(shí)際設(shè)備上完成的，部分在試驗(yàn)裝置付線上做的，測(cè)試基本指標(biāo)是材料必須滿足煤氣化的工藝條件，如材料要易于制造和維修，便于安裝和焊接，適于在當(dāng)?shù)鼐S修和保養(yǎng)，且價(jià)格比較低廉。測(cè)試的結(jié)果是：SCGP的材料主要是低合金鋼材料。（5）燒嘴燒嘴的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)和所產(chǎn)生的熱流量效果是SCGP多年研究開發(fā)后確定的。工程設(shè)計(jì)不僅要考慮噴嘴慮的基本機(jī)械設(shè)計(jì)要求(如滿足空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)和所得的熱流量數(shù)據(jù)的要求)還要考慮制造方面的要求。燒嘴的可行性和壽命連續(xù)

32、一年以上運(yùn)轉(zhuǎn)。Shell休斯敦的示裝置證實(shí)，燒嘴壽命可在9500小時(shí)以上。將此示范裝置的經(jīng)驗(yàn)用于Buggenum的工業(yè)化裝置中發(fā)現(xiàn)，燒嘴未發(fā)生操作故障，到1998年2月11日，這些燒嘴的使用時(shí)間分別達(dá)到為7607個(gè)小時(shí)(兩個(gè))和4467小時(shí)(另兩個(gè))。燒嘴有時(shí)因操作原因也需更換，如停車和安裝前的除氧過程，一般可用備用燒嘴來代替。七 航天爐煤氣化HT-L煤氣化工藝是航天十一所借鑒荷蘭SHELL、德國(guó)GSP、美國(guó)TEXACO煤氣化工藝中先進(jìn)技術(shù)，配置自己研發(fā)的盤管式水冷壁氣化爐而形成的一套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、有效實(shí)用的煤氣化工藝?，F(xiàn)將該工藝在煤化工項(xiàng)目中的應(yīng)用介紹如下：一、工藝介紹1、磨煤與干燥系統(tǒng)磨煤與干

33、燥系統(tǒng)的工藝流程、運(yùn)行原理、控制參數(shù)都與SHELL工藝相同，兩套系統(tǒng)一開一備，單套能力35噸/小時(shí)，目的是制造出粒度小于90微米的大于80%、水含量小于2%的煤粉。沒有單獨(dú)的石灰石加入系統(tǒng)，只是利用皮帶秤通過比值調(diào)節(jié)將粒狀石灰石加到輸煤皮帶上，一塊進(jìn)入磨煤機(jī)研磨。2、加壓輸送系統(tǒng)加壓輸送系統(tǒng)的工藝流程、運(yùn)行原理、控制參數(shù)都與SHELL工藝相同，目的是將制出的合格煤粉利用壓差輸送至氣化爐進(jìn)行燃燒氣化。不同是V1205下面是三條腿，三條線輸送，到燒嘴處匯合從燒嘴環(huán)隙呈螺旋狀噴入爐膛。3、氣化及凈化燒嘴設(shè)計(jì)同GSP，采用單燒嘴頂燒式氣化，氣化爐采用TEXACO激冷工藝，氣化爐升壓到1MPa時(shí)，煤粉及

34、氧、蒸汽混合以一定的氧煤比進(jìn)入氣化爐，穩(wěn)壓1小時(shí)掛渣，爐膛內(nèi)設(shè)置有8個(gè)溫度檢測(cè)點(diǎn)，可以作為氣化溫度的參考點(diǎn)，也可以判斷掛渣的狀態(tài)。設(shè)計(jì)氣化溫度1400-1600，氣化壓力4.0MPa。熱的粗煤氣和熔渣一起在氣化爐下部被激冷，也由此分離，激冷過程中，激冷水蒸發(fā)，煤氣被水蒸汽飽和，出氣化爐為199 ，經(jīng)文丘里洗滌器、洗滌塔洗滌后，194、固體含量小于0.2mg/m3的合成氣送去變換。 4、渣及灰水處理系統(tǒng)渣及灰水處理系統(tǒng)的工藝流程、運(yùn)行原理、控制參數(shù)都與TEXACO工藝相同。渣經(jīng)破渣機(jī)，高壓變低壓鎖斗，排到撈渣機(jī)，進(jìn)行渣水分離，水回收處理利用；灰水經(jīng)高壓閃蒸、真空閃蒸后到沉降池，清水作為激冷水回收

35、利用 ，漿水經(jīng)真空抽濾后制成濾餅。二、技術(shù)特點(diǎn)1、原料的適應(yīng)性據(jù)設(shè)計(jì)方介紹，該工藝煤種適應(yīng)性廣，從煙煤、無煙煤到褐煤均可氣化，對(duì)于高灰份、高水分、高硫的煤種同樣適用。龍宇生產(chǎn)用過兩種煤，神木炭廠和永煤新橋，工況穩(wěn)定，有效氣含量基本能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但由于神木炭廠的煤灰分含量低（10%），掛渣情況不是太好，爐膛上部還可以，下部基本掛不上渣。永煤新橋煤運(yùn)行時(shí)間較短，還不能完全反應(yīng)其結(jié)渣性。附神木炭廠和永煤新橋的煤質(zhì)分析： 內(nèi)水 硫份 灰分 揮發(fā)份 固定碳神木炭廠 5.72 0.83 8.73 35.88 50.37新橋礦 1.47 0.84 22.56 8.84 67.132、單系列能力現(xiàn)設(shè)計(jì)單臺(tái)

36、氣化爐生產(chǎn)能力為有效氣體（CO+H2）4.2萬NM3/H，可生產(chǎn)甲醇15-20萬噸/年，正在研發(fā)年產(chǎn)甲醇35萬噸的配套氣化技術(shù)和設(shè)備。3、設(shè)計(jì)碳轉(zhuǎn)化率高，達(dá)到98%，渣中殘?zhí)伎刂圃?-2%，實(shí)際殘?zhí)己浚?.74%，3.98%，1.59%；設(shè)計(jì)有效氣含量90%，其中CO70%，H220%，實(shí)際見下面合成氣分析：合成氣 氧氣 氮?dú)?一氧化碳 氫氣 二氧化碳神木炭廠 0.01 6.12 52.57 27.0 14.3新橋礦 0.02 2.53 54.92 27.13 15.4注:煤粉輸送介質(zhì)為二氧化碳，負(fù)荷為60%4、熱效率總的熱效率為95-96%，實(shí)際冷煤氣效率為80-83%，蒸汽產(chǎn)量只有3T/

37、H，大部分的熱量都由粗煤氣及熔渣帶入激冷水中，造成熱量損失。5、氧耗設(shè)計(jì)生產(chǎn)每千方有效氣耗氧330-360Nm3，實(shí)際生產(chǎn)中用新橋礦煤，60%的負(fù)荷時(shí)產(chǎn)的有效氣及耗氧數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，每千方有效氣耗氧為382.45 Nm3。6、煤耗原設(shè)計(jì)用固定碳為74%的鶴壁煤作為原料煤，煤耗為600Kg/KNm3有效氣，實(shí)際生產(chǎn)中用新橋礦煤，60%的負(fù)荷時(shí)產(chǎn)的有效氣及煤、氧數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，每千方有效氣耗煤為693 Kg。7、污水排放設(shè)計(jì)每小時(shí)有9.76噸污水排放到水處理裝置，實(shí)際運(yùn)行中最高排放量達(dá)到20噸/小時(shí)，但平均排放量小于10噸每小時(shí)，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。8、氣化爐水冷壁氣化爐水冷壁采用盤管式，水管內(nèi)徑為D

38、N40，保證水流量分配均勻，不會(huì)堵管使水流量過低造成爆管。但阻力較大，換熱效果差。三、關(guān)鍵設(shè)備及儀表1、磨煤機(jī)磨煤機(jī)采用沈重的G168型，運(yùn)行效果較好，70%以下負(fù)荷磨輥加壓到6.5MPa,70%以上負(fù)荷加壓到7.5 MPa；磨出的煤粉80%以上小于90um，其中40um的占3-27%，一般在10%左右。售后服務(wù)較差。2、燒嘴HT-L氣化爐的燒嘴是航天十一所自己制造，與德國(guó)GSP氣化燒嘴相似，只是煤粉噴入的方向有一些改變。采用點(diǎn)火燒嘴、開工燒嘴、煤燒嘴一體，點(diǎn)火燒嘴在中心，使用0.2 MPa的天然氣，開工燒嘴采用天然氣壓縮機(jī)出口的1.7 MPa的天然氣，爐膛升壓到1.0 MPa后，三條煤粉管線同時(shí)投煤（由于氧管線只有一條，氧煤比按總量控制），投煤后，開工點(diǎn)火燒嘴退出。設(shè)計(jì)方說，燒嘴一般損壞的都是燒嘴頭，燒嘴頭需半年到一年更換一次（價(jià)格說不清）。試車三個(gè)月來，已更換三個(gè)燒嘴，說是燒嘴本身沒有問題，只是為了試驗(yàn)減少燒嘴阻力。3、HT-L氣化爐氣化爐采用頂燒式，只要保證燒嘴壓差，一般不會(huì)燒壞燒嘴。水冷壁采用盤管式，循環(huán)水分配環(huán)管