山東化工SHANDONC CHEMICAL INDUSTRY2009年第38卷l生產(chǎn)與應(yīng)用粉煤氣化技術(shù)及應(yīng)用開發(fā)王亞(山東魯南化工科技有限公司,山東滕州,277527)摘要:介紹s國內(nèi)外粉煤氣化技術(shù),以及由我國自主開發(fā)的粉煤加壓氣化工藝。關(guān)鍵詞:氣化I藝;粉媒氣化;應(yīng)用中圖分類號:T0511.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1008 -021X(2009)10 -0022 -04Reviewon on Pulverized Coad Gaification Technology and Application DevelopmentWANG Ya .(Sandong Lunan Chemical Industry Technology Co. , Ld. ,Tenghou 277527 ,China)Abstract :This text introduced the technology of entrained - flow pressured pulverized coal gasification onthe world, as well as by our self - developed pressurized coal gasification process.Key words :gasification technology ; pulverized coal gasification; application煤氣化是煤經(jīng)過不完全燃燒轉(zhuǎn)化為合成氣、燃Shell是荷蘭的一家國際石油公司,上世紀(jì)50料氣的技術(shù)。氣化爐內(nèi),煤與水、蒸汽或CO2作用年代就開始從事氣化技術(shù)的開發(fā),當(dāng)時是以重油為轉(zhuǎn)化為合成氣燃料氣。煤中所含礦物質(zhì)(灰)轉(zhuǎn)化原料,該公司在這方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),如今已有成灰渣,硫轉(zhuǎn)化為硫化氫,經(jīng)凈化脫除生成硫或進(jìn)一140多套裝置散布在世界各地。70年代的時候，它步轉(zhuǎn)化成硫酸，氮(包括氯)轉(zhuǎn)化為N2、NH,(HCl)，與原西 德Krupp - Koppers公司著手聯(lián)合開發(fā)Shell經(jīng)凈化脫除。清潔氣體可以作為城市煤氣、發(fā)電用- Koppers氣化工藝。該工藝在K-T爐的基礎(chǔ)上，燃料氣,也可以用來生產(chǎn)化工產(chǎn)品(如合成氨、甲醇采用密封斗法加料裝置,密相氣力輸送,水冷壁結(jié)等)和清潔發(fā)動機(jī)用燃料(如氫、汽油、柴油、醚、醇構(gòu),中試取得了良好的效果。后來又在此基礎(chǔ)上分燃料等)。別開發(fā)了SCGP兩項(xiàng)工藝。煤氣化技術(shù)按發(fā)展的進(jìn)程又分為第- - 代爐和第1.2 Shell 氣化爐結(jié)構(gòu)二代爐,第- -代爐中,今天仍然具有較大生命力的是SCGP煤氣化爐主要由內(nèi)筒和外筒兩部分構(gòu)Lurgi固定床加壓煤氣化技術(shù), Winker流化床粉煤技成,氣化爐內(nèi)簡上部為燃燒室,下部為激冷室,煤粉術(shù),以及基于此的恩德粉煤氣化技術(shù)。而以粉煤干及氧氣、水蒸汽在燃燒室內(nèi)反應(yīng),氣化溫度為1400法進(jìn)料為特點(diǎn)的Shell、Prenflo、GSP是第二代工藝中~1700C ,氣化壓力為2. 0~4.0MPa。為了避免高.最為優(yōu)秀的代表,這類工藝具有高溫、加壓、純氧氣溫氣體 熔渣的腐蝕、沖刷以及開停車產(chǎn)生應(yīng)力對材化,密相氣力輸送粉煤,液態(tài)排渣的特點(diǎn),冷煤氣效料的破壞而導(dǎo)致氣化爐無法長周期運(yùn)行,Shell 氣化率高,煤種適應(yīng)性廣,碳轉(zhuǎn)化率高,操作的自動化程爐內(nèi)簡采用水冷壁結(jié)構(gòu),僅在向火面有一層薄的耐度高,生產(chǎn)能力大,煤氣品質(zhì)好,環(huán)境污染小;具有很火材料(SiC)涂層,正常操作時依靠掛在水冷壁上強(qiáng)的優(yōu)勢,估計是今后煤氣化發(fā)展的主要方向。的熔中國煤化工抗渣)。氣化爐內(nèi)1SCGP工藝.筒0HCN M HC)氮?dú)?內(nèi)筒僅承.1 Shell - Koppers 氣化工藝受微小壓左。與一般的氣化爐個同，Shell 氣化爐采收稿日期:2009-07-21作者簡介:王亞( 1971-) ,山東棗莊人,大學(xué)本科畢業(yè),副總經(jīng)理,工程師,從事煤化工技術(shù)研究開發(fā)。.第10期王亞: 粉煤氣化技術(shù)及應(yīng)用開發(fā)●23.用側(cè)壁燒嘴,由4~8個燒嘴呈對稱分布,并且可根比,千粉加料的Prenflo冷煤氣效率要高3 ~ 10% ,而據(jù)氣化爐能力進(jìn)行調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)的范圍很大。煤氣中的有效成分Co + H2也要高出約10% ,另外1.3 Shell工藝流程Prenflo氣化法的氧耗相對也較低,顯示了該氣化方原煤經(jīng)過粉碎,研磨,75%的粒徑小于100μm,法的優(yōu)越性用熱的惰性氣體干燥至水含量小于2% ,經(jīng)常壓煤2.2 Prenflo 氣化爐倉和加壓煤倉,通過加壓的惰性氣體(氮?dú)?密相氣Prenfo氣化爐本質(zhì)上與Shell氣化爐是- -致的，力輸送(100~500kg/m')到氣化爐,以95%以上的Prenfo也是使用的水冷壁結(jié)構(gòu),但其水冷壁為盤純氧為氣化劑，煤粉、氧氣、水蒸汽在燃燒室內(nèi)反應(yīng)。管,Shell為立管管排。獨(dú)特的地方是Prenflo 集氣化氣化爐設(shè)置(4 ~8)個燒嘴，因此負(fù)荷具有極大的可室和合成氣的冷卻室于一身,氣化爐內(nèi)含氮?dú)廨^調(diào)節(jié)性,加強(qiáng)了混合,煤粉、氧氣和水蒸汽充分接觸,Shell多。煤粉,富氧,蒸汽從氣化爐子下半部的地延長了煤粉在爐內(nèi)的停留時間,碳轉(zhuǎn)化率高。根據(jù)方分兩個噴嘴噴進(jìn)去,在氣化室內(nèi)完成氣化過程,氣.煤的性質(zhì)(反應(yīng)活性,灰熔融性,粘結(jié)性,機(jī)械強(qiáng)度,化溫度在1600C以上,在氣化爐出口用已凈化好的結(jié)渣性)-般把氣化溫度定為1400 ~ 1700C。在如合成氣來激冷粗煤氣,將煤氣溫度降至800C左右。此高的溫度下,灰份迅速熔化，粗煤氣中含少量的碳合成氣的熱能在表面蒸發(fā)器中得到回收,表面蒸發(fā)和相當(dāng)量的熔融灰,在冷煤氣的激冷作用下，飛灰冷器面積較大處于爐子上部,爐底用激冷水來激冷。卻下沉爐底,部分飛灰沿水冷壁的耐火襯里下流,通Prenflo 氣化與Shell氣化的主要差異是用純度過鎖斗而排出。這種初次凈化的粗煤氣,進(jìn)人廢熱為85%的氧氣代替Shell氣化中純度為95%的氧氣鍋爐系統(tǒng),使煤氣中的顯熱進(jìn)- -步 得到利用,最后煤作為氣化劑,借以減少制O2系統(tǒng)用電的消耗。但是氣進(jìn)入除塵，脫硫,脫鹽和水洗系統(tǒng),進(jìn)行相關(guān)的凈它也帶來了三個副作用,即:①冷煤氣效率低,為76化處理。~78%;②02的消耗量由Shell 氣化的0. 95kg/1.4 Shell 技術(shù)國內(nèi)動態(tài)1kgMAF增加到1. 15kg/lkgMAF ;③蒸汽耗量略有增鑒于Shell技術(shù)的優(yōu)越性，國內(nèi)湖南洞庭，湖北加。雙環(huán),廣西柳化、,安徽安慶等地共計19家企業(yè)引進(jìn)2.3 Prenflo 氣化流程了Shell煤粉氣化技術(shù),用于化工合成或氮肥的生原料煤經(jīng)過破碎和磨煤機(jī)磨過后,用高溫惰性產(chǎn)。但其巨額的專利費(fèi)令許多中小企業(yè)無法承受。氣體干燥,控制煙煤的含水量小于2% ,90%的煤粉另外由于Shell煤粉氣化技術(shù)是廢熱鍋爐流程不是粒度小于100um ;褐煤的含水量小于6% ,75%的煤激冷流程,同時由于合成氣中含有3~5%的氮?dú)?，粉粒度小?00um。合格的煤粉用純氮?dú)膺M(jìn)行輸適合用來發(fā)電,用來生產(chǎn)甲醇不太適合,Shell 煤粉送,由自動閘門儲料器系統(tǒng)將粉煤自旋風(fēng)過濾器送氣化技術(shù)沒有生產(chǎn)化工產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)。因此國內(nèi)不應(yīng)至常壓進(jìn)料斗,再把煤粉導(dǎo)人加壓罐,從加壓罐引出盲目引進(jìn)Shell煤粉氣化技術(shù)。兩根輸煤管分別送至氣化爐兩端對稱的噴嘴中,這2 Prenflo 工藝是對Shell - Koppers的- -大改進(jìn)。2. 1Prenflo氣化工藝從氣化爐爐底排出的熔融態(tài)渣在水槽中冷卻使Krupp - Uhde 公司于1986年在德國之成為固體顆粒,然后經(jīng)碎渣機(jī)破碎后經(jīng)鎖斗排出。Furstenhausen建設(shè)了一套48t/d 的示范裝置,定名粗煤氣在氣化室出口要經(jīng)過冷煤氣激冷,使粗煤氣為Prenflo氣化法,1986年8月投入運(yùn)行,同年12月中的熔融顆粒變成固態(tài)顆粒。用旋風(fēng)分離器分離粗生產(chǎn)出首批煤氣。建立該試驗(yàn)裝置是為了評價煤氣中90%的飛灰，分離出來的飛灰經(jīng)鎖斗排出。Prenfo氣化爐的運(yùn)轉(zhuǎn)性能并研究不同煤種的氣化冷卻至約250C的粗煤氣進(jìn)入陶瓷過濾器進(jìn)- -步除特性,1986 ~ 1987年期間累計運(yùn)行1920h,最長連續(xù)塵后,再進(jìn)文丘里洗滌器冷卻除塵,粗煤氣含塵量保運(yùn)行247h。其后繼續(xù)試驗(yàn),至1988年底,運(yùn)行了證在1mg/m'以下,然后進(jìn)人脫硫系統(tǒng),先對有機(jī)硫7000多小時。碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%以上,熱效率達(dá)COS中國煤化工月MEDA法吸收煤95%左右。通過多次試驗(yàn),證明該型氣化爐幾乎可氣中|YHCN MH C人克勞斯工藝處以氣化任何煤種。與濕法加料的Texaco 氣化法相理并得到硫磺。其中的部分冷煤氣作冷卻之用。當(dāng)山東化工●24●SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2009年第38卷然也可以不設(shè)置廢熱鍋爐,以節(jié)約投資。擔(dān)了國家"十五"科技攻關(guān)課題"粉煤加壓氣化制備3 GSP工藝合成氣新技術(shù)研究與開發(fā)" .成功建設(shè)并運(yùn)行了具3.1 GSP 氣化工藝有自主知識產(chǎn)權(quán)的粉煤加壓氣化中試裝置,工藝指原民主德國- -直致力于煤炭綜合利用的研究開標(biāo)達(dá)到了世界先進(jìn)水平,在我國煤氣化技術(shù)發(fā)展史發(fā)工作,為進(jìn)一步開發(fā)褐煤及其它煤種的氣化工藝，上也具有重大而深遠(yuǎn)的意義。黑水泵煤氣聯(lián)合企業(yè)在1983 年建成- -套大型試驗(yàn)粉煤加壓氣化工藝包含5個子系統(tǒng),即磨煤千裝置,取名為GSP工藝.氣化裝置投煤量為30/d。燥、粉煤給料與超濃相輸送、氣化及初步凈化、渣水當(dāng)年完成了灰熔點(diǎn)1485C的褐煤的氣化試驗(yàn)。90處理和公用工程。年代早期,試驗(yàn)了許多煤種和其它進(jìn)料方式。開發(fā)中試裝置經(jīng)過設(shè)備完善與流程改造,成功制備GSP氣化工藝的BBP ( Babcock Borsig Power) 的出合格煤粉,成功進(jìn)行了粉煤低壓高位輸送、高料位Freiberg研發(fā)中心擁有2套氣流床氣化爐試驗(yàn)裝置高壓下卸料輸送、高壓下粉煤循環(huán)輸送等系統(tǒng)的試(3~ 5MW,煤100 ~ 300kg/h,建于1979年;6 ~驗(yàn),成功進(jìn)行了中試裝置化工投料。摸索出了適合10MW,煤300 ~ 600kg/h,建于1994~ 1998年),已本裝置特點(diǎn)的給料罐和氣化爐壓差,實(shí)現(xiàn)了計算機(jī)氣化80多種有代表性的氣化原料:30多種不同的聯(lián)鎖控制系統(tǒng)升壓和降壓操作,實(shí)現(xiàn)了任意開停一煤.25種污泥和20種殘液等。對燒嘴以滿足不同的工況要求,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在運(yùn)行3.2 GSP 氣化流程壓力下的連投。原料煤經(jīng)過破碎和磨煤機(jī)磨過后,用高溫惰性粉煤加壓氣化工藝是以粉煤和純氧為原料,采用氣體干燥,兩個粉煤加鎖斗交替裝人粉煤,并使工作氣流床反應(yīng)器,在高溫( > 1000C)、高壓( > 3.壓力升到4MPa進(jìn)入稱重給料器,粉煤以密相狀態(tài)0MPa)、非催化條件下進(jìn)行部分氧化反應(yīng),生成以一輸人氣化爐。液態(tài)或污泥狀氣化原料則可用泵送至氧化碳和氫氣為有效成分的粗合成氣。該工藝采用噴嘴。氣化原料與氣化劑經(jīng)噴嘴同時噴入氣化爐內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)。進(jìn)行反應(yīng)。然后在高溫( 1200 ~ 1700C)、高壓(2.54.2 粉煤加壓氣化中試工藝流程~ 3.0MPa)下發(fā)生氣化反應(yīng)。熱的粗煤氣和熔渣一原煤除雜后經(jīng)磨煤機(jī)粉碎,用高溫低壓氮?dú)馇鹜ㄟ^反應(yīng)室底部的排渣口進(jìn)人激冷室。激冷后的燥,制備出合格的煤粉。用低壓氮?dú)鈱⒚悍圯斔椭链置簹馊ハ礈煜到y(tǒng),固化成玻璃狀的渣粒通過鎖斗加壓料倉中,然后用高壓氮?dú)廨斔?通過噴嘴與純系統(tǒng)排出,溢流出的激冷水送至污水處理系統(tǒng)。氧蒸汽-起進(jìn)入氣化爐。在高溫高壓下進(jìn)行氣化GSP氣化技術(shù)作為--種新的干粉煤氣化技術(shù)，反應(yīng)。出氣化爐的高溫合成氣經(jīng)激冷、洗滌后并人兼有shell氣化和德士古氣化的許多優(yōu)點(diǎn),投資幾乎造氣半水煤氣管線。熔融灰渣在氣化爐激冷室中被是shell氣化的-半,不用備爐,年檢修費(fèi)用少(主要激冷固化,經(jīng)鎖斗系統(tǒng)排出。洗滌塔出來的黑水經(jīng)是沒有耐火材料的更換費(fèi)用及燒嘴的使用時間大于過二級閃蒸,水蒸汽及一部分溶解的酸性氣CO2、8000h),可以適應(yīng)灰熔融性溫度更高的煤。H2S等被迅速閃蒸出來,經(jīng)冷凝分離后與氣化分廠3.3 GSP 氣化在國內(nèi)的應(yīng)用的酸性氣一并處理,閃蒸黑水經(jīng)冷卻后排人氣化分兗礦集團(tuán)貴州能化集團(tuán)已經(jīng)跟GSP公司達(dá)成廠的污水處理系統(tǒng)。合作意向,準(zhǔn)備采用GSP爐制氣,結(jié)合國內(nèi)自主研4.3中試試驗(yàn)結(jié)果發(fā)的最先進(jìn)的煤粉研磨干燥系統(tǒng)及水煤漿粗煤氣凈冷煤氣效率83%，比氧耗約293Nm'O2/化和黑水處理技術(shù),既降低投資又降低了引進(jìn)消化1000Nm'(CO +H2),比煤耗約523kg/1000Nm* ( CO技術(shù)的風(fēng)險，目前,該裝置正在建設(shè)中。+ H2) ,有效氣(CO + H)成分約90% (水煤漿氣化4國 內(nèi)粉煤加壓氣化技術(shù)研究為約81%),碳轉(zhuǎn)化率約99% (水煤漿氣化為約4.1粉煤加壓氣化工藝 .95%) ;與水煤漿氣化相比,比氧耗下降約15%,比依托多噴嘴對置式水煤漿中試氣化爐,華東理煤耗i中國煤化工上先進(jìn)的氣流床工大學(xué)、水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心氣化CHCNMHG(兗礦魯南化肥廠)、中國天辰化學(xué)工程公司共同承4.4 2004 年，我國目主研發(fā)的粉煤加壓氣化技術(shù)第10期王亞: 粉煤氣化技術(shù)及應(yīng)用開發(fā).25.中試裝置順利通過專家驗(yàn)收,得到了專家們的高度噴嘴的設(shè)計壽命可保證達(dá)到兩年,氣化裝置可以長評價。主要結(jié)論如下:周期運(yùn)行。(I)煤種適應(yīng)范圍較水煤漿氣化更寬,避開了(6)工藝操作采用先進(jìn)的控制系統(tǒng),自動化程制漿方面的限制;度高。利用專有的計算機(jī)控制技術(shù)可使工藝操作處(2)氣化爐負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大,調(diào)節(jié)方便;于最佳狀態(tài)下運(yùn)行。(3)工藝技術(shù)指標(biāo)先進(jìn),有效氣成分89~5.2存在的問題93% ,碳轉(zhuǎn)化率98 ~99% ,比氧耗300 ~ 320Nm202/粉煤氣化技術(shù)有它的優(yōu)勢,但也存在劣勢,實(shí)際1000Nm'(CO + H2),比煤耗530 ~ 540kg煤/應(yīng)用少,大規(guī)模用于化學(xué)合成較少，導(dǎo)致經(jīng)驗(yàn)不足;1000Nm'(CO + H2),冷煤氣效率≥84% ,達(dá)到國際同時由于制粉系統(tǒng)復(fù)雜,煤粉粒度小，規(guī)模較大致使先進(jìn)水平。設(shè)備投資也大。由于煤粉粒度小、干燥,安全性差，(4)工程技術(shù)上易于放大,操作安全,適用于大氣化壓力受輸送過程的壓力限制,很難 和某些化學(xué)規(guī)模煤氣化裝置。工藝直接銜接。.4.5中科院山西煤化所多年來- 直致力于開發(fā)粉6結(jié)論煤氣化技術(shù)。該中心開發(fā)的常壓和加壓灰熔聚流化粉煤加壓氣化技術(shù)符合國家的產(chǎn)業(yè)政策和長遠(yuǎn)床粉煤氣化制合成氣工業(yè)示范裝置已成功運(yùn)行和應(yīng)規(guī)劃,是國家大力發(fā)展的潔凈煤技術(shù)之- ,符合"三用,形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的適合我國煤炭特點(diǎn)法"(《環(huán)境保護(hù)法》,<節(jié)能法》,《煤炭法》) ,凈化環(huán).的系列煤氣化技術(shù),可滿足我國高效、潔凈煤炭利用境,節(jié)約能源,提高能源利用率,使我國的煤炭轉(zhuǎn)化的需求,標(biāo)志著灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)在大型技術(shù)達(dá)到一個新的水平?；?、工程化方面取得的又一重大進(jìn)展。據(jù)悉,天津堿(1)可以節(jié)約大量的能源。用于整體氣化聯(lián)合廠、平煤集團(tuán)飛行化工公司、太化股份公司合成氨分循環(huán)發(fā)電( ICCC)使熱效率在45%左右,使煤炭利.公司山西潞化公司等企業(yè)已經(jīng)采用該技術(shù)用于生用率大大提高。產(chǎn)合成氨和甲醇原料氣。(2)符合越來越苛刻的環(huán)保要求。國家對環(huán)境5粉煤氣化的特 點(diǎn)及普遍存在的問題保護(hù)非常重視，既要用煤,又要減少污染,這是當(dāng)前5.1粉煤加壓 氣化技術(shù)特點(diǎn)如下所要解決的一大課題。但由于我國煤氣化生產(chǎn)工藝(1)對原料煤的適應(yīng)性廣。可氣化褐煤、煙煤、相對落后,每年排放到大氣中的粉塵、氮化物硫化無煙煤及石油焦。對煤的反應(yīng)活性幾乎沒有要求,物分別達(dá)550萬t.150萬t、500萬t。為了走可持續(xù)對高灰熔點(diǎn)高灰分、高水分、高含硫量的煤種同樣發(fā)展的道路避免重復(fù)發(fā)達(dá)國家的先污染后治理的也適應(yīng)。惡性循環(huán),國家制定法規(guī)加大環(huán)保力度,并從1999(2)氧耗和煤耗低。與濕法進(jìn)料的水煤漿氣化年1月1日起對硫化物、氮化物的排放嚴(yán)格限制,嚴(yán)工藝相比較，氧氣消耗降低16 ~25% ,單位重量的厲處罰超標(biāo)準(zhǔn)排放,并逐步限制高硫煤的開采。因原料煤可以多產(chǎn)生6~ 10%的合成氣,有效氣體成此應(yīng)用新的煤氣化技術(shù),對于提高我國環(huán)保整體水份(CO + H2)高達(dá)90%。平非常必要和急迫(3)碳轉(zhuǎn)化率高,可達(dá)99% ,氣化爐排出的熔渣我國煤氣化的技術(shù)改造已是刻不容緩,煤氣化為玻璃狀的顆粒,對環(huán)境沒有污染。氣化污水中不技術(shù)需要得到一個跨越式的發(fā)展。技術(shù)的引進(jìn),消含酚、氰、焦油等有害物質(zhì),容易處理,可做到零排化，吸收,推廣有個過程。不能全面依靠引進(jìn)技術(shù)，放。脫離引進(jìn)、落后、再引進(jìn)、再落后的發(fā)展道路,發(fā)展具(4)安全可靠,運(yùn)行費(fèi)用低。殼牌氣化工藝的有自主知識產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)是必經(jīng)之路。煤粉氣氣化爐-般采用水冷璧結(jié)構(gòu),以渣抗渣,無昂貴的耐'化技術(shù)我們才起步不久，這項(xiàng)從無到有的新技術(shù)必火磚襯里,使運(yùn)行費(fèi)用降低，氣化爐運(yùn)行更加安全可定還有一-個探索與積累的過程。但是,作為煤炭大靠。國,我們必須立足自主產(chǎn)權(quán)的煤粉氣化技術(shù)。(5)單臺氣化爐生產(chǎn)能力大。目前已投入運(yùn)行的氣化爐操作壓力3. OMPa,日處理煤量2000殼中國煤化工比技術(shù)及應(yīng)用開發(fā)牌(Shel)氣化工藝可采用多噴嘴加料(4~8只)，[J].YHCNMHG25.)