燃料與化工第47卷第3期Fuel Chemical processesHYGAS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)特點和性能指標(biāo)等,并對其工業(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IGC的方式,可對包括褐煤在內(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:TQ522.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1001-3709(2016)03-0029-04HYGAS gasification technology and application analysisLi Baoshun Meng Hongjun Gansu Honghui Energy Chemical Co, Ltd, Jiayuguan 735100, ChinaAbstract: This paper introduces the process flow, technical features and performance indexes of HYGAS gasification technology and analyzes its industrial application. Analysis shows that this technology is suitable for a broad range of coals, and it has the advantages of high efficiency in carbon conversion and low material and energy consumption. It is suitable to treat low rank coal including lignitecoal in the way of coal gasification and IGCCKey words HYGAS; Gasification; Low rank coal; Application analysisHYGAS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(GT)研發(fā)的針對于煤及生物質(zhì)對象的氣化技術(shù),之處如下。被列為高收率高壓煤制天然氣和合成氣的美國國家揭煤、煙煤、次煙煤、半焦儲備技術(shù)。 HYGAS氣化技術(shù)屬高壓流化床煤制合成氣技術(shù),采用煤粉/煤漿或其他含碳物質(zhì)為氣化原煤粉}煤漿制備備煤系統(tǒng)液化天然氣料,以純氧和水蒸汽為氣化劑,通過專有的 HYGAS甲烷化上加壓天然氣多級高效氣化爐,對含碳物質(zhì)進(jìn)行部分氧化反應(yīng),生空分系統(tǒng)產(chǎn)以CO、H2、CO2和CH4為主要成分的粗合成氣。凈化系統(tǒng)PSA制氫上一工業(yè)氫氣HYGAS氣化技術(shù)于20世紀(jì)60年代初完成實驗室煤漿輸送HYGAS氣化系統(tǒng)分離冷卻F合成」“石腦油研發(fā),1971年建成半工業(yè)性示范裝置,80年代初完成商業(yè)化裝置基礎(chǔ)設(shè)計。2012年,CTI授權(quán)上海堯HYGAS氣化系統(tǒng)流程HYGAS氣化產(chǎn)品氣延續(xù)加工方向興投資管理有限公司,在全球?qū)ζ鋼碛械?HYGAS圖1 HYGAS氣化系統(tǒng)流程及產(chǎn)品氣延續(xù)加工方向多級流化床氣化技術(shù)和中國高壓多級流化床反應(yīng)器1)煤種適應(yīng)性強,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/高灰熔點用許可和技術(shù)推廣。的劣質(zhì)煤和低階煤1 HYGAS氣化技術(shù)流程2)可采用煤粉、碎煤、水煤漿、油煤漿等多種原料進(jìn)料1.1 HYGAS氣化系統(tǒng)流程及產(chǎn)品氣延續(xù)加工方向oH中國煤化工CNMHG,模塊式氣化工藝HYGAS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作者簡介:李保順(1963-),男,高級工程師燃料與化工May,2016Fuel Chemical processesVol 47 No. 31.2 HYGAS氣化爐工作流程道進(jìn)入氣化爐低溫加氫裂解段,在550~650℃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)入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800~950℃進(jìn)行中高溫加如下氫裂解,同時發(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)<6m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℃進(jìn)行純氧氣后,配制成油煤漿化反應(yīng)(欠氧反應(yīng))2)煤漿用泵送入氣化爐干燥熱解段,在2606)純氧氣化段生成的合成氣為第2、3段反應(yīng)360℃左右進(jìn)行低溫干燥熱解,脫除內(nèi)水,脫岀的內(nèi)提供氫源和熱量,最后在第1段與粗煤氣一起排出,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合成氣出口預(yù)熱處理濕煤一煤煤漿溶劑—氣態(tài)芳烴分離干燥煤煤一一揮發(fā)分(H2、CO2、CH4、 CHH NH2、HS等)芳烴(CH、CH等)+半焦加半焦一揮發(fā)分(、CO2、C1,C具、NH,B等揮發(fā)分(H2、CO、CH等)+輕質(zhì)芳烴CH、CH等)半焦裂解段C+H=CO+H2CO+H,OSH,+CO,純氧化段co +CocO氣化劑入口氣化段LC+HO臺CO+H2Co+HOH+CO液化氣入口圖2 HYGAS多級高壓氣化爐工作機(jī)理示意圖HYGAS氣化技術(shù)主要性能指標(biāo)千標(biāo)方有效氣入爐煤耗比魯奇、BCL、KBR氣化技術(shù)低10%。氧氣消耗110~210m3,比水煤漿氣化低HYGAS技術(shù)通常采用<6m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,用于煤制天然氣項目時,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)處理不同煤種時氣化爐運行參數(shù)見表1。表1 HYGAS氣化爐處理不同煤種的運行參數(shù)煤種褐煤某次煙煤某煙煤某無煙煤某山西無煙煤灰分/w水分/wt%33.93揮發(fā)分/wt%27.1632.6412.78灰熔點/℃1390(DT)>1350(DT)干基熱值/(kkg)26835碳轉(zhuǎn)換率/%氧耗(折合CO+H2)/(m3·100m32)TH中國煤化工29355CNMHG130.7煤耗(入爐)折合(CO+H2)/(1000m0.8870.6730.5450.465蒸汽消耗/(t1000m3)折合(CO+H2)t煤(入爐)當(dāng)量甲烷產(chǎn)量/(m3.t燃料與化工第47卷第3期Fuel Chemical processes3 HYGAS技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用情況濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)建設(shè)24萬t/a褐煤綜合利用示范項目的一期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7.0MPa、投煤量2400d化試驗工廠,氣化爐內(nèi)徑1.71m,投煤量72/d,氣化(干基)的 HYGAS褐煤氣化爐。該工程預(yù)計2017壓力724MPa。1971-1980年,試驗工廠以不同的年4月投料試車褐煤、煙煤、次煙煤、半無煙煤多個煤種的原煤和洗煤為原料,進(jìn)行了長達(dá)10年(共約10963h)、投煤在低階煤氣化項目中的應(yīng)用分析量25963t的運行試驗。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,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)化運行裝置奇、BCL、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)的綜合對比序號魯奇水煤漿床層形式固定床移動床或固定床流化床氣流床進(jìn)料方式法(塊煤)干法(碎煤)干法12345678水煤漿排渣形式固態(tài)排渣液態(tài)排渣干式排渣液態(tài)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/m氣化壓力/MP5~4.02.5~4.03.0~8.02,8~8.7氣化溫度/℃1000~1200<11001200~1500空氣/氧氣氧氣+蒸汽氧氣+蒸汽氧對環(huán)境影響低低10千標(biāo)方有效氣氧耗/m3180~22090~250110~210380~430碳轉(zhuǎn)化率冷煤氣效率70~783單爐投煤能力/(td1)l2002000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壁國產(chǎn)化水平關(guān)鍵設(shè)備引進(jìn)關(guān)鍵設(shè)備引進(jìn)國產(chǎn)化率較高國產(chǎn)化率較高造安裝工程實施難度對比而言, HYGAS氣化技術(shù)在應(yīng)用于低階煤氣既避免了魯奇法對塊煤的限制,也無需設(shè)置水煤漿化時,其有如下特點和優(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。 HYGAS氣化技術(shù)為相對低3)氣化效率高,單爐產(chǎn)氣量大,粗合成氣中甲烷溫(<1050℃)氣化和固態(tài)排渣的技術(shù),對煤灰熔點含量高。由于 HYGAS氣化壓力可以高達(dá)8.5MPa,氣的高低沒有任何限制。同時通過設(shè)置除黏裝置,可化爐單爐投煤量可達(dá)2000~7000yd,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m3/h(干氣)以上,碳的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到不會在蒸汽氧氣化過程中熔結(jié)灰渣。因此,同樣處95‰以上。用于煤制天然氣項目時,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,更具優(yōu)勢。含量可山中國煤化工變換凈化、甲烷2)進(jìn)料方式獨特。與其他干煤粉或水煤漿氣化裝置CNMHG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多級流化床(粒徑<6πm)輸送至氣化爐的干燥熱解段。因而氣化是在高壓氣化條件下進(jìn)行,產(chǎn)生的裂解反應(yīng)小,燃料與化工May,2016Fuel Chemical 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項目指標(biāo)對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MPC續(xù)焦油加工處理相對便利。收到基進(jìn)煤量(含水14.0%)TPD氧耗/(m3,h)40979203715在IGCC項目中的應(yīng)用分析蒸汽耗/(kgh)n/A50244碳轉(zhuǎn)化率/%與傳統(tǒng)的干粉氣流床氣化技術(shù)相比, HYGAS技燃?xì)馔钙桨l(fā)電/MW171.1蒸汽透平發(fā)電/MW110.術(shù)在應(yīng)用于GCC項目時具有如下優(yōu)勢。總發(fā)電/MW281.7268.0可突破煤種限制。干粉氣流床氣化技術(shù)通空分耗電/MW氮壓機(jī)耗電/MW24.1常以煙煤為原料,對煤的灰分含量、灰熔點及黏結(jié)性其他耗電Mw16.5有要求。采用 HYGAS氣化技術(shù)時,可用價格較低總耗電/MW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/(h)2)運行更穩(wěn)定。用氣流床氣化技術(shù)的IGCC芳烴副產(chǎn)/(kgh2)6363發(fā)電項目,進(jìn)人燃燒室的合成氣熱值低,存在著透平比氧耗[折合(CO+H2)]/(m3,km3)比蒸汽耗[折合[CO+H2)]/(kgkm-3)葉片冷卻不足,單個葉片承擔(dān)載荷易超過允許值及比煤耗[干基折合(CO+H2)]/(kgkm3)529壓氣機(jī)喘振等危險,對燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的改造難度較些源轉(zhuǎn)換效率/大,并且運行不穩(wěn)定。而用 HYGAS氣化技術(shù)的蒸汽輪機(jī)IGCC發(fā)電項目,進(jìn)燃燒室的合成氣熱值高(甲烷含量髙),燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)、透平及燃燒室的通流部廢熱鍋爐分構(gòu)造簡單,并且運行可靠。出YGA氣化一冷卻洗涂一MDEA燃?xì)廨啓C(jī)3)環(huán)境友好。 HYGAS氣化爐能消耗有機(jī)廢水,實現(xiàn)有機(jī)廢水的零排放,對環(huán)境更友好。芳烴回收了匚硫回收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項目流程簡圖技術(shù)的IGCC發(fā)電項目,發(fā)電(能源轉(zhuǎn)化)效率可達(dá)47%,比氣流床高約5%以上。并且可以聯(lián)產(chǎn)高附6結(jié)語加值的輕質(zhì)芳烴,綜合經(jīng)濟(jì)效益較高。1) HYGAS高壓多級流化床氣化技術(shù),與魯奇5)投資省,運行經(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)技術(shù)的GCC發(fā)電項目,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)化項目運行業(yè)績驗證和支撐。換單元規(guī)模小等優(yōu)勢,相對與氣流床氣化技術(shù)的2) HYGAS高壓多級流化床氣化技術(shù)應(yīng)用于低IGCC發(fā)電項目,能大幅降低項目投資。再考慮二氧階煤氣化和IGCC項目時,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,項目運行的經(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lGCC項目流程見級流化床氣化技術(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ICC項目主要指標(biāo)有應(yīng)用前景。對比見表3張曉林編輯中國煤化工CNMHG