設(shè)計(jì)與計(jì)算CFHI TECHNOLOGY10.3969/j.issn.1673- 3355.2011.02.003煤氣化工藝技術(shù)比較李宇航'，馬玉紅2摘要:介紹典型的煤氣化工藝對(duì)原煤具體要求、煤氣用途及消耗指標(biāo)，對(duì)操作條件及工藝特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)比較。關(guān)鍵詞:煤氣化;固定床;流化床;汽流床中圖分類號(hào): TQ54文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B文章編號(hào): 1673- -3355 (2011) 02 -0003-03Technical Analysis of Gas Gaification Process Li Yuhang, Ma YuhongAbstract: This article introduces the specific requirement for raw coal in typical gas gasification process, application of gasKey words: gas gasification; fixed bed; fluidized bed; steam-flow bed煤氣化技術(shù)的開發(fā)始于20世紀(jì)30年代，現(xiàn)煤、不黏煤、弱黏煤、部分中黏煤和氣煤、貧煤、已形成多種大規(guī)模煤氣化工藝技術(shù)。主要有固定大部分年老的褐煤等等都適用。床、流化床和氣流床等等。(2)流化床氣化各種煤氣化工藝對(duì)原料煤的品質(zhì)均有一定要.流化床氣化爐的特點(diǎn)是煤從上部或下部加入氣求，采用不同工藝所獲得的煤氣成分也各不相同,化爐，而氣化介質(zhì)從下部吹人，使大部分煤粒懸浮而且能量轉(zhuǎn)化效率、環(huán)境影響程度等差別很大,在密相區(qū)，床層位置基本不變，煤的停留時(shí)間也較所以在選擇煤氣化工藝時(shí)，需要綜合考慮不同工短。因此，要求原料煤粒度在1~ 10 mm范圍以內(nèi)，藝技術(shù)的特點(diǎn)及適宜煤種、煤氣用途、消耗指標(biāo)、過大的顆粒會(huì)沉落爐底導(dǎo)致反應(yīng)不完全，太小的顆操作條件等因素。粒又容易被氣流攜帶迅速到達(dá)出口而來不及反應(yīng)。為了提高操作溫度要求灰熔點(diǎn)ST要高。而為防止1工藝特性及適宜煤種煤顆粒在密相區(qū)黏結(jié)在- -起結(jié)成大塊沉落爐底，黏結(jié)性要低，對(duì)強(qiáng)黏性煤需要預(yù)處理破黏。由于煤顆(1) 固定床氣化固定床用原煤一- 般采用6~13 mm、13~25 mm、粒停留時(shí)間較短，爐內(nèi)溫度較低(一 .般900~1 00025~50 mm或50~ 100 mm的粒級(jí)煤(其粒級(jí)范圍依C，灰熔聚反應(yīng)區(qū)可達(dá)1300 C)，顆粒又不像氣流其所用煤類不同而異)，以保證床層的孔隙率。具床那么小，只有反應(yīng)活性好的煤才容易反應(yīng)完全。流化床可氣化含灰30%~50%的高灰煤,- 般要求體要求包括煤的反應(yīng)性好以提高反應(yīng)速度;要具人爐煤水分低于10%，水分過大會(huì)使較小的顆粒有一定抗碎強(qiáng)度，保證煤在運(yùn)輸及從加煤機(jī)落到容易粘結(jié)堵塞以至于無法輸送，而且干燥和氣化所爐內(nèi)時(shí)不能摔碎而影響透氣性;要有- .定熱穩(wěn)定需耗熱較多。性，以免在爐內(nèi)遇熱爆裂;要擁有不黏性或弱黏因此，流化床能氣化的煤種包括部分煙煤、長(zhǎng)性，防止氣化時(shí)干餾層產(chǎn)生膠質(zhì)結(jié)焦;固態(tài)排灰焰煤、不黏煤、弱黏煤以及部分褐煤。時(shí)灰熔點(diǎn)ST要大于1 200 C (液態(tài)排渣法除外)，(3) 氣流床氣化以利用提高操作溫度。因此，對(duì)固定床而言，大部分無煙煤、長(zhǎng)焰氣流床氣化爐的特點(diǎn)是干粉或水煤漿和氣化介中國(guó)煤化工1.一重大連加氫核電事業(yè)部采購部助理工程師，遼寧大連1161132.一重大連設(shè)計(jì)研究院有限公司高級(jí)工程師，遼寧大連16600MHCNMH G2011年第2期(總140期)7zji@chi.omCFHI.一重技術(shù)| 設(shè)計(jì)與計(jì)算質(zhì)一起從噴嘴中噴出，因速度較大，能很快穿過爐成民用燃?xì)饣蛎褐铺烊粴狻Ｌ?，所以反?yīng)速度很快、停留時(shí)間很短、操作溫度(4)常 壓流化床氣化爐較高。因此原料適應(yīng)性較廣。常壓流化床氣化爐受其用煤條件的限制，只有對(duì)水煤漿氣化技術(shù)而言，最佳黏度應(yīng)為15~40少數(shù)煤可供使用，而且由于氣化效率較低，灰渣含Pa.S,灰分含量最好13%以下，哈氏可磨性指數(shù)在碳量較高，所以只適于購煤成本較低的用戶。當(dāng)不50~60以上，氯含量不宜過高。- -般水煤漿黏度都富氧生產(chǎn)時(shí)，其煤氣熱值較低，可供加熱溫度要求大于60%。適用煤種包括長(zhǎng)焰煤、不黏煤、弱黏不高的用戶，如冶金、焦?fàn)t等做燃料氣。當(dāng)加熱溫煤、氣煤等，而大多數(shù)褐煤、瘦煤、貧煤、無煙煤度要求較高時(shí)，可采用富氧氣化法以獲得較高熱值等很難使用。的煤氣;當(dāng)富氧濃度大于80%時(shí)，煤氣中CO+H2干粉進(jìn)料技術(shù)可氣化幾乎所有煤種，其灰分一含量較高，可用作中小型化肥廠和化工廠生產(chǎn)合成般要求低于15%~20%，流動(dòng)溫度最好低于氨、甲醇的原料氣。1450C，此外，還要求耐磨指數(shù)高，干燥和氣力輸?shù)毫骰矚饣癄t有一個(gè)例外，即灰熔聚流送性能好，灰渣黏溫特性適宜等，進(jìn)爐煤粉- -般含化床氣化爐，由于其爐內(nèi)高溫區(qū)溫度高達(dá)1 300水應(yīng)小于2%，褐煤應(yīng)小于6%。C，既擴(kuò)大了煤種適用范圍，也提高了氣化效率,灰渣含碳量也明顯降低。2煤氣特點(diǎn)及用途(5)加壓氣流床氣化爐主要用于大中型化肥、煤化工、煤制油、煤制(1) 常壓固定床煤氣發(fā)生爐常壓固定床煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)的煤氣雖然熱值較天然氣生產(chǎn)或IGCC發(fā)電。其中水煤漿氣化爐因?yàn)榈?，但用空氣和水蒸汽作為氣化劑能夠連續(xù)制氣，其水煤漿進(jìn)料的特點(diǎn)，在使用煤種方面限制較多，氣化效率較高，可利用煤種較多，建站成本及制氣用戶面較窄，而干粉氣化爐由于所有煤種均可使成本低，開停車及負(fù)荷調(diào)節(jié)方便，不必設(shè)置氣柜;用，而且氣化效率更高，所以應(yīng)用面更寬。煤氣組成中CO含量較高，燃燒時(shí)火焰均勻、火焰3消耗指標(biāo)及操作條件長(zhǎng)度長(zhǎng)，非常適合做燃料氣。因此廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工、軋鋼、陶瓷、玻璃、化工、煉焦、有色金屬消耗指標(biāo)通常指根據(jù)工藝要求將每單位質(zhì)量原等領(lǐng)域，可滿足加熱溫度在1500C以下的工業(yè)需煤完全氣化所需要其它必須介質(zhì)的消耗量，操作條求。對(duì)加熱溫度要求較高的場(chǎng)合，可通過富氧氣化件指保證氣化反應(yīng)能順利進(jìn)行所需的氣壓及溫度要法獲得熱值較高的煤氣。求(見表1~表6)。(2) 常壓固定床水煤氣爐常壓固定床水煤氣爐生產(chǎn)的煤氣在僅用空氣和4工藝比較水蒸汽氣化的條件下就能獲得很高的CO+H2組分,(1)固定床技術(shù)由于主氣化層建立在灰熔融的非常適合中小化肥廠做生產(chǎn)合成氨的原料氣，也可高溫區(qū)附近，煤在爐內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，氣化劑在爐內(nèi)以作為加熱溫度較高的燃料氣使用。但由于是間歇制氣，所以必須設(shè)置氣柜，氣化效率較低、制氣成表1國(guó)內(nèi)外加壓 固定床氣化爐工藝主要消耗指標(biāo)本較高。用作燃料氣時(shí)，因H2含量高，火焰較短、項(xiàng)目焦炭無煙煤煙煤褐煤燃燒速度較快、華白指數(shù)高，燃燒效果不是很好。氧氣(m'/kg) 0.18-0.22 0.18~0.24 0.15~0.19 0.13-0.16(3)魯奇加壓氣化爐蒸汽(kg/kg) 1.2-1.41.2-1.61.1~1.40.9~1.魯奇加壓氣化爐由于可采用較小粒度的塊煤表2灰熔聚流化床氣化爐工 藝主要消耗指標(biāo)(低黏結(jié)性)氣化，制氣成本較水煤氣爐低。而且頁數(shù)由于采用氧氣和水蒸汽加壓氣化，煤氣中CO+H2較高，單臺(tái)爐產(chǎn)氣量較大，可用于大中型化肥廠及新鮮水(v)0.88煤化工廠做原料氣;因煤氣中甲烷含量高，使煤氣電(kWh/)28.2熱值較高，通過變換和甲烷化進(jìn)一步提高煤氣熱蒸汽(1)中國(guó)煤化工值，并采取措施降低煤氣中CO含量后，就可以制氧氣(Nm'/)MYHCNMH G-82011年第2期(總140期).5@ch.com.設(shè)計(jì)與計(jì)算CFHI TECHNOLOGY表3Shell氣化工藝典型主要消耗指標(biāo)表4國(guó)內(nèi)外加壓固定床氣化爐操作條件數(shù)值項(xiàng)目焦炭無煙煤煙煤褐煤氣化壓力(MPa2.2-2.4 2.4-2.82.0~2.41.8-2.7原料煤(水分<2% )(kg/)1576.2氣化溫度(C)1150 1150 1001100 950-1152氧氣(99.6% )(m2/)806.3爐頂溫度(C)400-500 400-500350-450280-350高壓氮?dú)?7.2 MPa，80 C)(m'/)338.7灰渣溫度(C)260280250225中壓氮?dú)?5.2 MPa，40C)(m24)212.2人爐水蒸汽溫度(C) 40~450 400~450 380~450 350 ~420低壓氨氣(0.6 MPa，40 C)( m/t)219.0表5灰熔聚流化床氣化爐工藝主要 操作條件新鮮水()0.操作條件脫鹽水(U/)2.氣化壓力(MPa)0.5>-1.5高壓工藝水(5 MPa, 95 C)(U)0.11050-1100循環(huán)水(01=8 C) )(vI)14.1 .表6 Shell氣化工藝典型操作條件電(6/0.38 kV )(kW~106.2低壓飽和蒸汽(kg/)467.32.2~2.4副產(chǎn)中壓飽和蒸汽(kg/1)- 1396.41400-1600的氣流速度低，產(chǎn)生吹風(fēng)蓄熱及上、下吹輪番制大，具有規(guī)模適中、操作容易掌握等優(yōu)勢(shì)。其提高氣，爐內(nèi)熱能利用率及蒸汽分解率高,煤氣初凈整體效益的關(guān)鍵在于尋找價(jià)格低廉、粒度較小且活化容易，排灰和排氣溫度都低，爐內(nèi)熱能損失少。性較高的煤源;故具有省氧、省蒸汽、省投資且氣化效率高的優(yōu)(3)氣流床技術(shù)由于煤種適應(yīng)性強(qiáng)，操作溫度、勢(shì)。其提高碳轉(zhuǎn)化率和整體熱效率以及降低運(yùn)行熱效率及合成氣中有效組分高，原煤氧耗相對(duì)流化費(fèi)用的關(guān)鍵在于優(yōu)化操作工藝;床均較低，且具有運(yùn)行可靠性高、自動(dòng)化程度高、(2)流化床技術(shù)由于備煤簡(jiǎn)單,爐溫較低而均環(huán)保性能良好等優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)今世界最先進(jìn)的煤氣化勻，使工藝簡(jiǎn)化且方便，設(shè)備制造簡(jiǎn)單，投資不技術(shù)，但投資較高(見表7)。表7三種煤氣化工藝比較表序號(hào)Lurgji 塊煤氣化HTW流化床氣化Dexaco氣化1氣化工藝特點(diǎn)固定床、固態(tài)排渣流化床、固態(tài)排渣氣流床液態(tài)排渣2適用煤種褐煤、次煙煤、無煙煤等曷煤、次煙煤、煙煤、油渣等次煙煤、煙煤、油渣等3氣化壓力 (MPa)2.1~3.21.0~2.54.0-6.54氣化溫度 (C)900-1250950~1 1001400~1600單爐最大投煤量 (Ud)150015(20006100Nm* 有效氣耗氧量(Nm)240~270260~340380~430 .7碳轉(zhuǎn)化率 (%)88~9690~9596~98冷煤氣效率 (%)65~7568~7570~769有效氣含量(%)60~6570-80~810總熱效率 (%)80-909590-9511操作彈性 (%30-11070-110 .70-11012 技術(shù)成熟度成熟3對(duì)環(huán)境影響高較低14 建廠投資5結(jié)語實(shí)施過程中需要充分考慮企業(yè)本身具體條件和環(huán)境約束，以求得投入產(chǎn)出比高_(dá)環(huán)培右好的技術(shù)方三種煤氣化技 術(shù)的工藝特點(diǎn)決定了其原料、設(shè)中國(guó)煤化工備、介質(zhì)、環(huán)境等條件的要求也有所不同，在具體收稿日期: 2011- 01YHCNMH G2011年第2期(總140期)_zji@chi.omCFHI.