2016年5月燃料與化工第47卷第3期Fuel & Chemieal Processes29HYGAS氣化技術(shù)及應(yīng)用分析李保順孟洪君(甘肅宏匯能源化工有限公司,嘉峪關(guān)735100)摘要: 介紹了HYGAS氣化技術(shù)的工藝流程、技術(shù)特點(diǎn)和性能指標(biāo)等,并對(duì)其工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行分析。分析表明，其煤種適應(yīng)性寬,碳轉(zhuǎn)化效率高，物耗能耗低，較適用于以煤制合成氣和IGCC的方式,可對(duì)包括褐煤在內(nèi)的低階煤進(jìn)行處理利用。關(guān)鍵詞: HYGAS; 氣化;低階煤;應(yīng)用分析中圖分類號(hào): TQ522.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào): 1001-3709 (2016) 03-0029-04HYGAS gasification technology and application analysisLi Baoshun Meng Hongjun ( Gansu Honghui Energy Chemical Co ., Ltd, Jiayuguan 735100 ,China )Abstract: This paper introduces the process flow ,technical features and performance indexes of HYGAS gasification technology and analyzes its industrial application . Analysis shows that this technolo-gy is suitable for a broad range of coals ,and it has the advantages of high efficiency in carbon conver -sion and low material and energy consumption.It is suitable to treat low rank coal including lignitecoal in the way of coal gasification and IGCC.Key words: HYGAS; Gasification; Low rank coal ; Application analysisHYCAS氣化技術(shù)是由美國燃?xì)饧夹g(shù)研究院向如圖1所示，與常規(guī)氣化技術(shù)基本相似，主要不同(GTI)研發(fā)的針對(duì)于煤及生物質(zhì)對(duì)象的氣化技術(shù),之處如下。被列為高收率高玉煤制天然氣和合成氣的美國國家褐煤、煙煤、次煙煤、半焦儲(chǔ)備技術(shù)。HYGAS氣化技術(shù)屬高壓流化床煤制合f 煤粉/煤漿制備一備煤系統(tǒng)液化+液化天然氣成氣技術(shù),采用煤粉/煤漿或其他含碳物質(zhì)為氣化原料,以純氧和水蒸汽為氣化劑,通過專有的HYGAS合成氣.+加壓天然氣空分系統(tǒng)多級(jí)高效氣化爐,對(duì)含碳物質(zhì)進(jìn)行部分氧化反應(yīng),生粉↑|凈化系統(tǒng)I PSA制氫+工業(yè)氫氣產(chǎn)以CO、H2、CO2和CH為主要成分的粗合成氣。煤HYGAS氣化技術(shù)于20世紀(jì)60年代初完成實(shí)驗(yàn)室HYGAS- 一分離冷卻一F-T合成 柴油”(化系統(tǒng)石腦油研發(fā),1971年建成半工業(yè)性示范裝置，80 年代初完HYGAS氣化系統(tǒng)流程HYGAS氣化產(chǎn)品氣延續(xù)加工方向成商業(yè)化裝置基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。2012年，GTI授權(quán)上海堯興投資管理有限公司,在全球?qū)ζ鋼碛械腍YCAS圖1 HYGAS 氣化系統(tǒng)流程及產(chǎn)品氣延續(xù)加工方向多級(jí)流化床氣化技術(shù)和中國高壓多級(jí)流化床反應(yīng)器1)煤種適應(yīng)性強(qiáng)，可處理褐煤、煙煤、次煙煤、(HYGAS氣化爐)專利技術(shù)，進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓、授權(quán)使半焦等多種原料,包括高硫/高灰/高內(nèi)水/高灰熔點(diǎn)用許可和技術(shù)推廣。的劣質(zhì)煤和低階煤。2)可采用煤粉、碎煤、水煤漿、油煤漿等多種原1 HYGAS 氣化技術(shù)流程料進(jìn)料方式。1.1 HYGAS 氣化系統(tǒng)流程及產(chǎn)品氣延續(xù)加工方向3)根據(jù)不同建設(shè)和工藝條件，模塊式氣化工藝HYCAS技術(shù)的系統(tǒng)流程及產(chǎn)品氣延續(xù)加工方可進(jìn)行靈活組合。收稿日期: 2016-04-11燃料與化工_May. 201630Fuel & Chemical ProcessesVol.47 No.31.2 HYGAS 氣化爐工作流程，道進(jìn)人氣化爐低溫加氫裂解段,在550~650C進(jìn)行HYGAS氣化爐由干燥熱解低溫加氫裂解、高中低溫加氫裂解,生成熱解氣和芳烴產(chǎn)品。溫加氫裂解、純氧氣化4個(gè)功能段構(gòu)成，大體結(jié)構(gòu)及4)低溫加氫裂解段的半焦沿輸送管道進(jìn)人氣各功能段的主要化學(xué)反應(yīng)見圖2,其主要工作流程化爐高溫加氫裂解段,在800~950C進(jìn)行中高溫加如下。氫裂解，同時(shí)發(fā)生部分甲烷化反應(yīng)。1)褐煤、煙煤、次煙煤、半焦等原料煤破碎成5)高溫加氫裂解段生成的半焦沿輸送管道進(jìn)<6mm碎煤(褐煤等低階煤需經(jīng)預(yù)處理脫除外水)人氣化爐純氧氣化段,在900~1050°C進(jìn)行純氧氣后,配制成油煤漿。化反應(yīng)(欠氧反應(yīng))。2)煤漿用泵送人氣化爐干燥熱解段,在260~6)純氧氣化段生成的合成氣為第2、3段反應(yīng)360C左右進(jìn)行低溫干燥熱解,脫除內(nèi)水,脫出的內(nèi)提供氫源和熱量,最后在第1段與粗煤氣- -起排出，水以水蒸汽形式隨粗煤氣排出。去往凈化工段。3)干燥熱解段的低溫干燥熱解半焦沿輸送管p合成氣出口煤漿入口分離干燥旋風(fēng)濕煤-脫水.世洲熱處理。煤漿溶刻平發(fā)。氣態(tài)芳烴:器熱解段煤一一揮發(fā)分H、co, CH、CHH. NH, HS等)+芳烴(CH C且等)+半焦低溫加氫」+H裂解裂解段.“半焦-揮發(fā)分H，Co. CH、CHH NH. HLS等)+輕質(zhì)芳烴(C.H. CH、CH,OH等)+車.....+H.裂解半焦一+揮發(fā)分H. co, CH等)+輕質(zhì)芳烴(CH、CH等)+半焦高溫加氫裂解段C+HO∞∞+HCO+H,O一H+CO,C+2H,一CH,Co+ 3H一CH,+HO1 純氧化段純氧廠C+0,=CO2CO:+C≌c C+2H, 一CH,氣化劑入口一灰渣出口氣化段L C+HO∞C0+H,CO+H2O∞H+CO,*...液化氣入口一圖2 HYGAS 多級(jí)高壓氣化爐工作機(jī)理示意圖千標(biāo)方有效氣人爐煤耗比魯奇、BGL. KBR氣化技術(shù)2 HYGAS 氣化技術(shù)主要性能指標(biāo)低10%。氧氣消耗110~ 210m',比水煤漿氣化低HYGAS技術(shù)通常采用<6mm的碎煤配制成油50%,比干煤粉氣化低30%。采用固態(tài)排渣,水消煤漿作為入爐原料,用于煤制天然氣項(xiàng)目時(shí)，綜合碳耗比水煤漿和干煤粉激冷流程少60%。HYGAS 技轉(zhuǎn)化率可達(dá)98%以上,冷煤氣收率可達(dá)85%- 90%。術(shù)處理不同煤種時(shí) 氣化爐運(yùn)行參數(shù)見表1。表1 HYGAS氣化爐處理不同煤種的運(yùn)行參數(shù)煤種某褐煤某次煙煤某煙煤某無煙煤某山西無煙煤灰分/w1%7.319. 498.9526.7218.40水分/w1%33.9321.3S10.37.282.67揮發(fā)分/wI%27. 1632. 6436.7112. 9312.78灰熔點(diǎn)/C .1 390(DT)>1 350(DT)干基熱值/(k小kg')23 96026 83530 12626 92329 355碳轉(zhuǎn)換率/%97.07.04.894.7氧耗(折合C0 +H2)/(m'.1 000m3)119.9114.5117.5125.1煤耗(人爐)折合(C0+H2)/(1.1 00 )0. 8870.6730. 5450.4870. 465蒸汽消耗/(1.1 00m3 )折合(C0+H2)0. 4060. 3810.3740. 3680. 404:煤(入爐)當(dāng)量甲烷產(chǎn)量/(m'. t282371459513372016年5月燃料與化工第47卷第3期Fuel & Chemical Processes31濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)建設(shè)224萬t/a褐煤綜合利用示范項(xiàng)3 HYGAS 技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用情況目的一期144萬t(干基)/a工程,該工程褐煤加工3.1國外工 業(yè)化應(yīng)用情況所采用的工藝即為HYGAS多級(jí)高效流化床氣化技1971年,美國芝加哥建成半工業(yè)性HYGAS氣術(shù)。其氣化裝置為2臺(tái)7. 0MPa、投煤量2400t/d化試驗(yàn)工廠，氣化爐內(nèi)徑1. 71m,投煤量72t/d,氣化(干基)的HYGAS褐煤氣化爐。該工程預(yù)計(jì)2017壓力7. 24MPa。1971- -1980 年，試驗(yàn)工廠以不同的年4月投料試車。褐煤煙煤、次煙煤半無煙煤多個(gè)煤種的原煤和洗4在低階煤氣化項(xiàng)目中的應(yīng)用分析;煤為原料,進(jìn)行了長達(dá)10年(共約10 963h)、投煤量25 963t的運(yùn)行試驗(yàn)。隨后,完成了商業(yè)化裝置基目前,我國低階煤的利用主要有煤炭直接液化礎(chǔ)設(shè)計(jì),但由于能源政策變更，國外至今尚無完全工和煤氣化方式。目前已推廣應(yīng)用的氣化技術(shù)有魯業(yè)化運(yùn)行裝置。奇BGL、水煤漿等。表2給出了HYGAS氣化技術(shù)3.2國內(nèi)工業(yè)化應(yīng)用情況與上述氣化技術(shù)綜合比較。興安盟誠泰能源化工有限公司正在烏蘭浩特經(jīng)表2 HYGAS 氣化技術(shù)與其他氣化技術(shù)的綜合對(duì)比序號(hào)項(xiàng)目魯奇BGL .HYCAS水煤漿1床層形式固定床移動(dòng)床或固定床流化床氣流床進(jìn)料方式干法(塊煤)干法(碎煤)干法排渣形式固態(tài)排渣液態(tài)排渣干式排渣適用煤種次煙煤、褐煤、無煙煤、不黏煤褐煤、次煙煤褐煤、次煙煤、煙煤、半焦次煙煤、煙煤煤的粒度/mm25 ~505~ 50<6<0.5氣化壓力/MPa2.5~4.02. 5~4.03.0~8.02. 8~8.7氣化溫度/C1 000~ I 200I 400~1 700<1 1001 200~1 500氣化劑空氣/氧氣氧氣+蒸汽氧氣對(duì)環(huán)境影響中低10千標(biāo)方有效氣氧耗/m3180~ 220190~ 250.110~210380 ~ 430碳轉(zhuǎn)化率)6998冷煤氣效率785-9070~78單爐投煤能力/( d-I)9501 2003 0002 000氣化爐結(jié)構(gòu)水夾套耐火襯里耐火襯里.耐火襯里或水冷璧國產(chǎn)化水平關(guān)鍵設(shè)備引進(jìn)國產(chǎn)化率較高6制造安裝工程實(shí)施難度小對(duì)比而言，HYGAS氣化技術(shù)在應(yīng)用于低階煤氣既避免了魯奇法對(duì)塊煤的限制,也無需設(shè)置水煤漿化時(shí),具有如下特點(diǎn)和優(yōu)勢。法中的煤粉磨細(xì)系統(tǒng),可節(jié)省相應(yīng)設(shè)備投資。1)煤種適應(yīng)性廣。HYCAS氣化技術(shù)為相對(duì)低3)氣化效率高,單爐產(chǎn)氣量大,粗合成氣中甲烷溫( <1 050C)氣化和固態(tài)排渣的技術(shù),對(duì)煤灰熔點(diǎn)含量高。由于HYGAS氣化壓力可以高達(dá)8.5MPa,氣的高低沒有任何限制。同時(shí)通過設(shè)置除黏裝置,可化爐單爐投煤量可達(dá)2000~7 000v/d,單爐產(chǎn)氣量以完全消除各類煤不同程度的黏結(jié)性以保證人爐煤可達(dá)到15萬m'/h(干氣)以上,碳的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到不會(huì)在蒸汽氧氣化過程中熔結(jié)灰渣。因此,同樣處95%以上。用于煤制天然氣項(xiàng)目時(shí)，根據(jù)終端產(chǎn)品理低階煤, HYGAS氣化在處理高水、高硫、高灰熔點(diǎn)的需要以及煤種、操作工況的不同,干煤氣中的甲烷和具有一定黏結(jié)性的煤時(shí),更具優(yōu)勢。含量可達(dá)到23%~ 39% ,使得后續(xù)變換、凈化、甲烷2)進(jìn)料方式獨(dú)特。與其他干煤粉或水煤漿氣化裝置配置小，能大幅節(jié)省后續(xù)裝置投資,與其他氣化爐不同，HYGAS原料煤粉采用與其副產(chǎn)的輕質(zhì)化技術(shù)同類裝置相比,全系統(tǒng)建設(shè)投資約低15%。油品混合成油煤漿的方式，通過高壓煤漿泵將煤粉4)副產(chǎn)焦油質(zhì)量好。由于HYGAS多級(jí)流化床(光僅三....、左金￥不與/化心的工品批zEL1而與化且左宣工氣化久生下:;壯行立片的列輕丘六小燃料與化工_May. 201632Fuel & Chemieal ProcessesVol.47 No.3且在熱解過程中伴隨有部分中低溫加氫反應(yīng),相比表3 HYGAS 與干粉氣流床廢鍋流程IGCC項(xiàng)目指標(biāo)對(duì)比于高溫干餾焦油和半焦副產(chǎn)焦油, HYGAS氣化副產(chǎn)兩段干粉氣流床氣化爐:HYGAS焦油的比重較輕,輕質(zhì)芳烴的含量高瀝青質(zhì)少，后氣化壓力/MPaG2.94.2續(xù)焦油加工處理相對(duì)便利。收到基進(jìn)煤量(含水14.0% )/TPD2 246氧耗/(m.時(shí))40 97920 3715在IGCC項(xiàng)目中的應(yīng)用分析.蒸汽耗/(kg hr')50 244碳轉(zhuǎn)化率/%>9997.0與傳統(tǒng)的干粉氣流床氣化技術(shù)相比, HYCAS技燃?xì)馔钙桨l(fā)電/MW171.1蒸汽透平發(fā)電/MW110.6 !96.9術(shù)在應(yīng)用于IGCC項(xiàng)目時(shí)具有如下優(yōu)勢?？偘l(fā)電/MW281.7268.01)可突破煤種限制。干粉氣流床氣化技術(shù)通空分耗電/MW6.2氮壓機(jī)耗電/MW24.1常以煙煤為原料,對(duì)煤的灰分含量、灰熔點(diǎn)及黏結(jié)性其他耗電/MW16.5有要求。采用HYGAS氣化技術(shù)時(shí)，可用價(jià)格較低總耗電/MW53.046.8凈發(fā)電/MW228.7221.2的高灰劣質(zhì)煤、褐煤等低階煤。廢鍋產(chǎn)飽和蒸汽/(1 h-l)7(02)運(yùn)行更穩(wěn)定。用氣流床氣化技術(shù)的IGCC芳烴副產(chǎn)/(kg h')6363比氧耗[折合(C0 + H2)]/(m'. km~3 )292發(fā)電項(xiàng)目,進(jìn)人燃燒室的合成氣熱值低,存在著透平比蒸汽耗[折合[C0+ H2)]/(kg. km-3 ;N/A336葉片冷卻不足,單個(gè)葉片承擔(dān)載荷易超過允許值及比煤耗[干基折合(C0 + H2)]/(kg km3 )52938壓氣機(jī)喘振等危險(xiǎn),對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的改造難度較能源轉(zhuǎn)換效率/%41.947.0大,并且運(yùn)行不穩(wěn)定。而用HYGAS氣化技術(shù)的蒸汽發(fā)電鍋爐C蒸汽輪機(jī)IGCC發(fā)電項(xiàng)目,進(jìn)燃燒室的合成氣熱值高(甲烷含蒸汽|量高) ,燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)、透平及燃燒室的通流部汽廢熱鍋炒門期氣。分構(gòu)造簡單,并且運(yùn)行可靠。HYGAS氣化奶 冷卻洗澤一+MDEA- +燃?xì)廨啓C(jī)- 發(fā)電3)環(huán)境友好。HYGAS氣化爐能消耗有機(jī)廢空分[芳烴回收硫回收水，實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢水的零排放,對(duì)環(huán)境更友好。4)效率高，綜合經(jīng)濟(jì)效益好。用HYGAS氣化圖3 HYGAS 氣化技術(shù)IGCC項(xiàng)目流程簡圖技術(shù)的IGCC發(fā)電項(xiàng)目，發(fā)電(能源轉(zhuǎn)化)效率可達(dá)結(jié)語47%,比氣流床高約5%以上。并且可以聯(lián)產(chǎn)高附加值的輕質(zhì)芳烴,綜合經(jīng)濟(jì)效益較高。1) HYGAS 高壓多級(jí)流化床氣化技術(shù),與魯奇、5)投資省,運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性優(yōu)。采用HYGAS氣化BGL、水煤漿等技術(shù)相比,理論上具有煤種適應(yīng)廣、技術(shù)的IGCC發(fā)電項(xiàng)目,由于氣化裝置投資低氣化效率高、投資省、收益高.環(huán)境友好等優(yōu)勢,但目前尚用氧量低、空分裝置規(guī)模小。使用富氫燃機(jī)技術(shù)、變?nèi)狈Υ笮凸I(yè)化項(xiàng)目運(yùn)行業(yè)績驗(yàn)證和支撐。換單元規(guī)模小等優(yōu)勢,相對(duì)與氣流床氣化技術(shù)的2) HYGAS高壓多級(jí)流化床氣化技術(shù)應(yīng)用于低IGCC發(fā)電項(xiàng)目,能大幅降低項(xiàng)目投資。再考慮二氧階煤氣化和IGCC項(xiàng)目時(shí),理論技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于化碳減排,以及氣化聯(lián)產(chǎn)芳烴收益,項(xiàng)目運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)傳統(tǒng)氣化技術(shù)和氣流床廢鍋流程。性優(yōu)于超超臨界火力發(fā)電項(xiàng)目。3)基于資源結(jié)構(gòu)和能源政策,HYGAS高壓多采用HYGAS氣化技術(shù)的IGCC項(xiàng)目流程見級(jí)流化床氣化技術(shù)在低階煤清潔高效利用方面,具圖3 ,其與干粉氣流床廢鍋流程IGCC項(xiàng)目主要指標(biāo)有應(yīng)用前景。對(duì)比見表3。張曉林編輯