第40卷第1期.廣州化工Vol. 40 No. I2012年1月，Guangzhou Chemical IndusturyJanuary. 2012煤氣化方法的研究王濤玉(河南化工技?；瘜W(xué)化工系，河南開(kāi)封475000)摘要:中國(guó)是資源和能源相對(duì)匱乏的國(guó)家,缺油、少氣,煤炭資源相對(duì)豐富,而人口眾多,人均能源消費(fèi)增長(zhǎng)較快,既是能源消費(fèi)大國(guó)，同時(shí)又是能源進(jìn)口大國(guó),但國(guó)家的經(jīng)濟(jì)力量有限，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須建立在以煤為主要原料的基礎(chǔ)之上。本文對(duì)煤氣化的幾種典型方法進(jìn)行了比較,特別對(duì)德士古水煤漿加壓氣化的特點(diǎn)進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞:煤氣化;方法;選擇中圖分類(lèi)號(hào):TQ536文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001 -9677(2012)01 -0030 -03Research on Coal Gasification MethodWANG Tao -yu( Department of Chemistry and Chemical Engineering, Henan Chemical Engineering School,Henan Kaifeng 475000, China)Abstract: China was relatively resource and energy poor country, lacking of oil and gas , coal resources relatively abundant, but the large population, the per capita energy consumption growth was rapidder, who was a big energy consu-ming and energy import country, but the limited economic strength, China' s economic development must be establishedon the basis of coal as main raw material. The gasification of several typical methods were compared , especially the Tex-aco water coal slurry pressurized gasification characteristics were analyzed.Key words: coal gasification; method; selection面對(duì)能源日益匱乏的世界,能源利用問(wèn)題成為世界政治、經(jīng)氣。經(jīng)過(guò)十年的刻苦攻關(guān),水煤漿加壓氣化技術(shù)逐漸成熟，單爐濟(jì)關(guān)注的焦點(diǎn)。我國(guó)有1萬(wàn)億噸的煤炭?jī)?chǔ)量,占全國(guó)能源資源產(chǎn)量達(dá)到設(shè)計(jì)能力的138% ,運(yùn)行周期逐步提高,創(chuàng)造了許多運(yùn)探明總儲(chǔ)量的87.4%，這對(duì)于煤化工的發(fā)展有著深厚的基礎(chǔ)。行紀(jì)錄,單爐連續(xù)運(yùn)行紀(jì)錄106天噴嘴我廠可以自己制造,噴當(dāng)前大力發(fā)展煤化工,合理開(kāi)發(fā)利用煤資源已成為有識(shí)之士的嘴的使用壽命達(dá)到一百多天,且修復(fù)后可以重復(fù)利用,耐火磚全共識(shí)。部國(guó)產(chǎn)化,使用壽命達(dá)到了12000 h,大大提高了其裝置的可靠縱觀我國(guó)的各種煤氣化的方法,無(wú)論是20世紀(jì)初的間歇式性、經(jīng)濟(jì)性。固定層煤氣爐,還是在20世紀(jì)70年代引進(jìn)的以塊煤為原料的魯工藝原理及流程簡(jiǎn)介:水煤漿加壓氣化工藝屬氣流床氣化,奇公司的Lurgi氣化爐,80年代引進(jìn)的德士古公司Texaco水煤水煤漿進(jìn)料,以純氧為氣化劑。氣化壓力可在2.0-8.5 MPa范漿氣化技術(shù)，以及90年代引進(jìn)的殼牌公司的Shell冷壁爐，都存在圍選擇,氣化溫度約1300-1500 C,濕煤氣主要含有CO、H、著先進(jìn)技術(shù)的掌握以及創(chuàng)新問(wèn)題。本文重點(diǎn)對(duì)Lurgi氣化爐、Tex-CO2、H20、N2、H2S、CH,等。在氣化爐中進(jìn)行的主要反應(yīng)有:aco水煤漿氣化爐.Shell 冷壁爐恩德氣化爐進(jìn)行分析比較。"1(1)煤的熱裂解與揮發(fā)物的燃燒氣化;(2)固定碳與氣化劑(氧氣蒸汽)間的反應(yīng);(3)反應(yīng)生成氣體彼此間進(jìn)行的反應(yīng);4)生1 Texaco氣化成的氣體與氣化劑、固定碳之間的反應(yīng)。為改變煤氣化的原料路線,我國(guó)八十年代引進(jìn)美國(guó)德士古本裝置有以下特點(diǎn):公司水煤漿加壓氣化技術(shù),并在魯南化肥廠建設(shè)工業(yè)性示范裝(1)原料適應(yīng)性廣:各種煙煤、氣煤肥煤,都可以用來(lái)制氣,置。氣化爐設(shè)計(jì)為- -開(kāi)一備,其配套設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為年產(chǎn)8萬(wàn)t對(duì)煤的水分、灰分、可燃物含量、灰熔點(diǎn)等沒(méi)有苛刻的要求，這有利于廠家就近選煤,可大大節(jié)約成本。合成氨、13萬(wàn)t尿素。(2)氣體有效成份高:有效氣成分(CO + H2)80% ~ 82% ,魯該裝置是世界第五套、國(guó)內(nèi)第-套水煤漿加壓氣化裝置,國(guó)奇氣化工藝的有效氣成分(CO+H2)只有50% ~70%。見(jiàn)表1。產(chǎn)率達(dá)90%以上。1989 年4月正式動(dòng)工,1993年4月建成并順排渣無(wú)污染。污水污染小易處理。因高溫氣化,氣體中含甲烷利投人試生產(chǎn),同年6月份通過(guò)國(guó)家技術(shù)鑒定,1995年全面達(dá)很低(CH,≤0.1%),無(wú)焦油,廢渣可以綜合利用。產(chǎn)。(3)氣化壓力范圍大:從2.5-6.5 MPa皆有工業(yè)化裝置,以該裝置設(shè)計(jì)單爐日投煤量450 t,由原料煤制得水煤漿,經(jīng)煤4.0 MPa較為普遍，氣化壓力高可節(jié)省合成氣壓縮功。漿泵送人氣化爐內(nèi)，與氧氣混合燃燒,通過(guò)激冷、洗滌,制得水煤(4)碳的轉(zhuǎn)化率高:炭的轉(zhuǎn)化率高達(dá)98%。作者簡(jiǎn)介:王濤玉( 1981-) ,男,講師,本科畢業(yè)于山東理工大學(xué)材料學(xué)院?，F(xiàn)為河南化工技師學(xué)院專(zhuān)職教師,從事化工工藝的教學(xué)研究工作。31第40卷第1期王濤玉:煤氣化方法的研究(5)氣化爐熱量利用:氣化爐有激冷、廢鍋、激冷和廢鍋結(jié)合(6)熱效率高,煤中約83%的熱能轉(zhuǎn)化為合成氣,約15%的的三種流程?？梢愿鶕?jù)產(chǎn)品進(jìn)行選擇氣化流程。由激冷工藝制熱能被回收為高壓或中壓蒸汽，總的熱效率為98%左右。得合成氣,汽氣比達(dá)到1.4,特別適合作為生產(chǎn)合成氨和甲醇的3 LURGI(魯奇)氣化氣頭(見(jiàn)表2),也可作為制氫、羰基合成氣等,途廣泛。廢鍋流程適合用作燃?xì)馔钙窖h(huán)聯(lián)合發(fā)電工程，副產(chǎn)的高壓蒸汽用于魯奇爐和固定層煤氣爐類(lèi)似,爐體是立式園筒。設(shè)有夾套鍋爐。蒸汽透平發(fā)電機(jī)組,實(shí)現(xiàn)多聯(lián)供。爐內(nèi)煤層高度在4 m左右,操作壓力3 MPa ,最高溫度1 500 C,爐上(6)氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單生產(chǎn)能力大:氣化爐內(nèi)無(wú)傳動(dòng)裝置,結(jié)部設(shè)有煤分布器及攪拌器,下部設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)爐篦及相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。構(gòu)比較簡(jiǎn)單，一一臺(tái)e3200的氣化爐氣化壓力4.0 MPa生產(chǎn)的合魯奇碎煤加壓氣化的特點(diǎn):成氣可以日產(chǎn)合成氨7601以上。(1)魯奇爐采用碎煤入爐，入爐煤的處理費(fèi)用較低,可以使另外水煤漿是一種有水煤、添加劑混合制備而成的新型煤用高水分高灰融點(diǎn)和高灰含量的非強(qiáng)粘結(jié)性煤,尤其是對(duì)劣質(zhì)基流體潔凈環(huán)保燃料,水煤漿既保留了煤的燃燒特性,又具備了的貧煤能穩(wěn)定可靠和高效的氣化。類(lèi)似重油的液態(tài)燃燒應(yīng)用特點(diǎn),其外觀像油,流動(dòng)性好、儲(chǔ)存穩(wěn)(2)凈煤氣成分中含有10% ~ 15%的甲烷成分,不僅可以降定、運(yùn)輸方便、燃燒效率高、污染物排放低，重油有時(shí)含硫高達(dá)低煤氣化的耗氧量,而且特別適宜于聯(lián)產(chǎn)城市煤氣。4% ,而水煤漿的含硫可控制在1%以下,約2 t水煤漿可以替代(3)凈煤氣中 H/CO比為1.6-1.7,不用變換即可直接利用1t燃油。若將我國(guó)每年燒掉的300萬(wàn)!重油全改為水煤漿,其F-T或改良F-T工藝合成各種液體燃料,聯(lián)產(chǎn)甲醉,調(diào)節(jié)城市煤意義深遠(yuǎn)。據(jù)有關(guān)資料表明我國(guó)每年的原油產(chǎn)量在1.6億t左氣季節(jié)性時(shí)段性平衡和發(fā)展甲醇化學(xué),提高整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。右,2001年進(jìn)口原油6492萬(wàn)t,預(yù)測(cè)2004年中國(guó)石油進(jìn)口將達(dá)(4)盡管其煤氣成分復(fù)雜,處理費(fèi)用高,但其中含有高附加1億t,因此發(fā)展水煤漿氣化技術(shù)將成為緩解我國(guó)石油供需矛盾值的焦油、輕油、石腦油及酚等化工產(chǎn)品,這是否是優(yōu)勢(shì),關(guān)鍵取和減少常規(guī)污染的主要途徑,采用潔凈煤技術(shù)以煤代油已成為決于產(chǎn)品的規(guī)模。我國(guó)能源戰(zhàn)略的一一個(gè)重要趨勢(shì)。因此當(dāng)前大力發(fā)展煤化工,要(5)國(guó)產(chǎn)化的實(shí)現(xiàn)和投資費(fèi)用的大幅度的下降,將使其多聯(lián)合理開(kāi)發(fā)利用能源，而大力發(fā)展德士古加壓氣化技術(shù)非常適合產(chǎn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性大大提高。我國(guó)的國(guó)情和能源的發(fā)展戰(zhàn)略。4恩德氣化爐2 SHELL( 謝爾)氣化恩德氣化技術(shù)是在溫克勒氣化爐基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)改進(jìn)逐步形成目前,hell煤氣化裝置從示范裝置到大型工業(yè)化裝置均采用的，恩德氣化爐為常壓循環(huán)硫化床技術(shù),設(shè)備較龐大，占地面積廢鍋流程。其流程為:原料煤經(jīng)破碎由運(yùn)輸設(shè)施送至磨煤機(jī),在磨較大 間主要設(shè)備有:氣化爐.分離器.廢熱鍋爐、省煤器、激冷煤機(jī)內(nèi)將原料煤磨成煤粉(按質(zhì)量計(jì),其中90%粒度< 100 pμm)并塔 、洗滌塔、文丘里洗滌器。運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備有:鼓風(fēng)機(jī)、螺旋進(jìn)料機(jī)四干燥,煤粉經(jīng)常壓煤粉倉(cāng)、加壓煤粉倉(cāng)及給料倉(cāng),由高壓氮?dú)鈱⑴_(tái) 螺旋排灰機(jī)二臺(tái)、開(kāi)工引風(fēng)機(jī)一臺(tái)。運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備較簡(jiǎn)單,維修煤粉送至氣化爐噴嘴。來(lái)自的氧氣經(jīng)氧壓機(jī)加壓并預(yù)熱后與中工作量較小。壓過(guò)熱蒸汽混合后導(dǎo)人噴嘴。21粉煤、氧氣及蒸汽在氣化爐高溫恩德氣化爐的特點(diǎn):加壓條件下發(fā)生碳的氧化及各種轉(zhuǎn)化反應(yīng)，氣化爐頂部約1500 C(1)煤種適應(yīng)性較寬:適用于褐煤、長(zhǎng)焰煤、不粘或弱粘煤，的高溫煤氣由除塵冷卻后的冷煤氣激冷至900 C左右進(jìn)入廢熱鍋對(duì)煤的活性 和灰熔點(diǎn)有一定的要求,活性>65%,T,>1250 C,爐。經(jīng)廢鍋回收熱量后的煤氣進(jìn)入干式除塵及濕法除塵洗滌系與固定層 造氣爐比較煤的適應(yīng)性較寬。統(tǒng),處理后的煤氣含塵量小于1 mg/m'送至后工序。(2)氣化效率高:氣化效率高達(dá)76% ,但比德土古和殼牌低，裝置的技術(shù)特點(diǎn): .高于固定層氣化爐,與魯奇爐相當(dāng)。(1)干煤粉進(jìn)料，氣化溫度高,煤種適用廣,從無(wú)煙煤、煙煤、(3)技術(shù)成熟可靠,可用于較大規(guī)格生產(chǎn)。褐煤到石油焦均可氣化，對(duì)煤的灰融點(diǎn)范圍比其它氣化工藝更恩德粉煤氣化技術(shù)是在溫克勒氣化技術(shù)上經(jīng)過(guò)改造逐步完寬。對(duì)于高灰分高水分高含硫量的煤種也同樣適用。善形成的,在朝鮮的t.七化工廠已運(yùn)行30多年,某些方面有所(2) 氣化溫度約1400 ~ 1600 C ,碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%以上，產(chǎn)突破:品氣體相對(duì)潔凈,不含重?zé)N,甲烷含量極低，.煤氣中有效氣體(CO①去掉爐蓖子,改為仰角流化。+H2)高達(dá)90%以上。②千式旋流除塵器的改造及回收人爐。(3)氧耗低，與水煤漿氣化相比,氧氣消耗低20%左右。③廢熱人口的改造。(4)單爐生產(chǎn)能力大，目前已投入運(yùn)轉(zhuǎn)的單爐氣化壓力(4)環(huán)境影響小:恩德氣化爐由于是連續(xù)氣化,無(wú)焦油粉塵3.0 MPa,日處理煤2000 t。但目前國(guó)內(nèi)無(wú)投運(yùn)裝置。等,與固定層造氣爐相比,消除了吹風(fēng)氣的污染。(5) 氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu),無(wú)耐火磚襯里,維護(hù)量少,運(yùn)轉(zhuǎn)(5)投資省,約為德士古、殼牌的40%。周期長(zhǎng),無(wú)需備用爐。表1四種典型煤氣化水煤氣干氣的成分:H2CCH,H2S+COSN有效氣體成分/%TEXACO35.145.417.10.11.10.680~82SHELL26.763.31.51.380~90LURGI38.725.324.8.71.250~70恩德37.9630.3519.5681.70.99.2766-7032廣州化工2012年1月表2四種典型煤氣化方 法比較項(xiàng)目TEXACO(德士古)SHELL(謝爾)LURGI(魯奇)恩德粉煤氣化灰熔點(diǎn)<1300 C灰熔點(diǎn)<1500 C水分<8%水分:褐煤<8%自由膨脹指數(shù)<7% ,灰熔點(diǎn)可以使用高灰分的 劣質(zhì)褐粒度<200目65%煤漿煙煤<2%> 1400 C ,水分<20%煤、不粘煤、弱粘煤和長(zhǎng)焰原料煤灰分<13%6~50 mm碎煤灰分無(wú)限制煤, 使煤源得到很大的拓展。可磨性、成漿性好及活性相可磨性好千分原料適用廣,成本低粒度0~ 10 mm,灰分<40%對(duì)高<100 μum占80%恩德氣化爐為常壓循環(huán)硫化基本結(jié)構(gòu)耐火襯里相對(duì)燒嘴水夾套布煤攪拌器旋轉(zhuǎn)爐床技術(shù),在溫克勤氣化爐基燒嘴水冷壁.礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)改進(jìn)逐步形成的操作壓力/MPa2.65-6.52.0-3.0 :2.0-3.1常壓氣化操作溫度/C1350 ~ 14001400~ 17001100~ 1300900 ~ 1000.固態(tài)，灰渣和飛灰含碳量排灰方式液態(tài)固態(tài)小于10%碳的轉(zhuǎn)化率/%98~99 .>9985 ~96生產(chǎn)強(qiáng)度單爐每小時(shí)產(chǎn)氣量5000> 80003000 -4500/(m’.m-2.h-')達(dá)到4萬(wàn)m2/h氧耗/(m' .m-3) 0.30.225 -0.2550.33有效成份(CO+H2)/% 80~82>9062-6566 ~70CH2/%<0.05煤氣水處理較簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單量大、復(fù)雜原料準(zhǔn)備復(fù)雜、費(fèi)用高簡(jiǎn)單、費(fèi)用低維護(hù)工作量較大工程經(jīng)驗(yàn)多單爐最大生產(chǎn)能力1500200000投煤量/(Vd)國(guó)產(chǎn)化基本國(guó)產(chǎn)化不具備條件已國(guó)產(chǎn)化投資/萬(wàn)元8000 ~ 1200003000 ~ 50003000魯奇碎煤加壓氣化和德士古水煤漿加壓氣化法同屬第二代進(jìn)消 化吸收需要大量投資、時(shí)間和過(guò)程。中國(guó)石化集團(tuán)公司和煤氣化技術(shù),而謝爾干粉煤氣化則屬于第三代煤氣化技術(shù),均廣殼牌公 司合作投資1. 36億美元,采用殼牌粉煤氣化技術(shù)在岳陽(yáng)泛應(yīng)用于城市煤氣、代用天然氣代用燃料.IGCC發(fā)電、合成氨、洞庭化肥廠 建設(shè)8耗煤2000 t的煤氣化廠,實(shí)現(xiàn)以煤代油頂替醇及含氧有機(jī)化合物。由上表還可以看出SHELL工藝有明顯的石腦油原料生產(chǎn)合成氨(30萬(wàn)V年),但消化吸收該技術(shù)需要有技術(shù)發(fā)展前景,但設(shè)備投資較大,在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有成熟的應(yīng)用技術(shù)個(gè)過(guò)程。經(jīng)驗(yàn)，而TEXACO工藝在我國(guó)應(yīng)用有近10年的成功經(jīng)驗(yàn)。LURGI因此德士古水煤漿加壓氣化在我國(guó)目前的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下工藝.TEXACO工藝現(xiàn)已在合成氨生產(chǎn)中找到使用場(chǎng)合,在國(guó)內(nèi)為優(yōu)選的氣化方法。使用恩德氣化爐改造固定層造氣爐,改變也有工業(yè)化裝置,技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠,國(guó)產(chǎn)化率高。但LURGI原料路線,是也可作為選用的氣化技術(shù),但水資源應(yīng)豐富價(jià)廉。魯奇煤氣化工藝明顯存在許多缺陷,導(dǎo)致合成工藝流程復(fù)雜,廢水處理困難,環(huán)境污染嚴(yán)重。相比之下TEXACO工藝具有明顯參考文獻(xiàn)的優(yōu)勢(shì),而且水冷激流程特別適用于合成氨、甲醇生產(chǎn)工藝相匹[1] 錢(qián)伯章.加快發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)[J].煤化工,2002(4):3-5.配，是目前合成氨、甲醇生產(chǎn)廠家優(yōu)選工藝。SHELL煤氣化工藝2]武晉強(qiáng). 利用魯奇技術(shù)發(fā)展煤化工多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)[J].煤化工,2002在運(yùn)行周期單爐產(chǎn)能、變負(fù)荷能力、碳的轉(zhuǎn)化率和有效氣體成(4) :6-8.份等方面優(yōu)點(diǎn)明顯,而且在環(huán)保和資源綜合利用方面具有優(yōu)勢(shì)，[3]高晉生 ,張德祥,王錦平.21世紀(jì)煤化工技術(shù)展望[J].煤化工,2002(5):3 -8.粉煤氣化將在煤氣化技術(shù)應(yīng)用中占有一席之地。但該技術(shù)的引