第4卷第1期西北煤炭2006年3月VOL. 4 NO. 1March. 2006不同床層煤炭氣化方法的比較及氣化工藝的選擇張玉柱1吳春來(1.神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)綜合公司,寧夏銀川750004;2.煤科總院北京煤化工分院,北京10003)摘要:闡述了三種床層煤氣化方法的基本原理,并對不同床層氣化工藝的原料要求、操作參數(shù)、工藝指標(biāo)等進(jìn)行了對比分析,總結(jié)了不同氣化工藝的特點。關(guān)鍵詞:床層煤氣化氣化爐中圖分類號:TQ54文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:1672-3880(200601-0027-031概述口溫度低,灰渣預(yù)熱自底部入爐的氣化劑,灰渣中的顯熱得以充分回收,因此,移動床氣化是一種理想的我國是一個“缺氣、少油、多煤”的國家,煤炭在氣化方式。移動床氣化以塊煤(型煤/焦炭等)為原能源結(jié)構(gòu)中的比重占70%以上,煤炭的合理利用對料,以空氣、水蒸汽、或空氣/水蒸汽、氧氣/水蒸汽為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的影響。19世紀(jì)末上海建氣化劑,生產(chǎn)中低熱值煤氣作為燃料氣或合成氣,有成了國內(nèi)第一座煤制氣工廠,開始了中國的煤氣化常壓和加壓兩種氣化方式工業(yè);新中國成立后,煤制氣工業(yè)得到了迅速發(fā)展常壓移動床氣化爐在國外已逐步淘汰,但在我僅是作為合成氨的原料氣,就建成4000余臺氣化國是應(yīng)用最多的一種爐型,有發(fā)生爐、水煤氣爐和兩爐;20世紀(jì)80年代以來,城市煤氣工業(yè)也迅速發(fā)展,段爐,主要用在工業(yè)煤氣站、城市煤氣及氮肥生產(chǎn)目前我國擁有各種類型的煤氣化爐9000余臺。近年上。三種移動床氣化爐的基本性能參數(shù)比較見表1來,隨著石油價格的不斷上漲,以煤為原料的化學(xué)合表1移動床氣化爐基本性能參數(shù)比較成工業(yè)發(fā)展迅速,因此,針對不同的用途選擇合適的氣化工藝將有助于煤化工項目的順利實施,對煤化移動床氣化爐爐型項目M型爐U、G、I型爐WD/G兩段爐工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展具有重要作用。1.8-3.01.98~3.01.6-3.62不同床層的煤炭氣化方法無煙煤、煙煤無煙煤、焦炭褐煤、煙煤13-75煤氣化分類的方法很多,根據(jù)原料粒度、氣化劑氣化壓力/k4-618-2015及種類、操作參數(shù)、煤在爐內(nèi)的運動狀態(tài)等有多種氣氣化溫度/870~1000900~10001200-1250氣化強(qiáng)度(kg(煤)/m2·h200~250350~560340化方法,本文以煤在爐內(nèi)的運動狀態(tài)進(jìn)行分類比消耗定額較。根據(jù)煤在爐內(nèi)的運動狀態(tài),煤氣化工藝可分為移原料消耗(t(煤)/d(臺)15~6050-12015-10空氣消耗{m'(標(biāo))/kg(煤)2.8~2.92.8~3.12.3動床(固定床)氣化、流化床氣化、氣流床氣化和熔融汽消耗gk(爆)0.3-0.51.4-160.25床氣化,由于熔融床氣化還處于試驗階段,因此只對粗煤氣產(chǎn)率{m(標(biāo)態(tài))/t(煤)3000~36001600-18703000空氣氣化劑)前三種方法進(jìn)行比較。煤氣成分(CO+H2)/%38-4167-7145-760~1.22.7-3.52.1移動床氣化煤氣低熱值(標(biāo)態(tài))MJ/m}5.2-5.48.3-8.56.5在氣化爐中當(dāng)氣化劑以較低的速度自下而上穿加壓移動床氣化是為了提高單爐生產(chǎn)能力、擴(kuò)大過煤層時,它自煤粒間的空隙穿過,煤粒相對靜止,原料適用范圍而發(fā)展的一種移動床氣化方法,它也是不受氣化劑速度的影響,只是隨著灰層的下移而移逆流式反應(yīng)床,但采用水蒸汽一氧氣或水蒸汽一空氣動,這種反應(yīng)方式稱為移動床,由于煤粒相對靜止,為也稱作固定床。移動床氣化反應(yīng)過程中,氣化劑與煤110中國煤化工a,氣化溫度為900的爐型是魯奇爐,1930逆流接觸,氣化過程進(jìn)行的比較完全,灰渣中殘?zhí)寄甑隆跸病?、CNMR氣化試驗裝置,經(jīng)過少,出口煤氣對上部原料煤進(jìn)行干燥和干餾,煤氣出數(shù)十年的發(fā)展完善,目前已開發(fā)出第四代爐型,氣化技收稿白期:2005-11玉柱吳春來:不同床層煤炭氣化方法的比較及氣化工藝的選擇第術(shù)已非常完善,在現(xiàn)代大型化工廠、城市煤氣供應(yīng)及聯(lián)轉(zhuǎn)化率較低,為80%~83%,但灰團(tuán)聚氣化爐如U合循環(huán)發(fā)電等行業(yè)獲得廣泛的應(yīng)用。自20世紀(jì)50年gas爐達(dá)96%以上;循環(huán)流化床爐達(dá)到98%,灰中含代起,我國云南解放軍化肥廠、蘭州煤氣廠、哈爾濱煤碳小于2%。④產(chǎn)品煤氣中無焦油、酚等物質(zhì),凈化簡氣廠、山西天脊集團(tuán)等單位引進(jìn)魯奇爐及PKM爐二十單。流化床氣化可進(jìn)行爐內(nèi)脫硫,其效率可達(dá)80%余臺,用于生產(chǎn)城市煤氣或生產(chǎn)合成氨、甲醇等化工產(chǎn)90%。⑤氧耗量低。⑥設(shè)備簡易,操作靈活穩(wěn)定,負(fù)荷品。經(jīng)過多年的使用,已積累了豐富的運行經(jīng)驗。設(shè)調(diào)節(jié)范圍大。⑦氣化溫度、壓力較低。備的國產(chǎn)化程度不斷提高,目前所有設(shè)備可以在國內(nèi)表3幾種典型流化床氣化爐技術(shù)指標(biāo)對比制造。加壓魯奇爐各發(fā)展階段技術(shù)特性如表2所示:移動床氣化爐爐型表2魯奇爐各階段技術(shù)特性比較恩德爐氣化爐參數(shù)發(fā)展階段小1.2-中26◆2.8-◆3.5436第一代第四代適用原料垌煤、低變質(zhì)煤、焦炭、次煙煤褐煤、長焰煤甘蔗渣、木屑樹皮、木屑不粘煤、弱粘煤930-19541954-19651969原料粒度/mm適用煤種不粘結(jié)褐煤弱粘煤除強(qiáng)粘結(jié)性除強(qiáng)粘結(jié)性外所有煤種外所有煤種氣化爐內(nèi)徑/md2.6中2.6,3.7氣化溫度/℃850-1100950-1050產(chǎn)氣量{m'(標(biāo)干氣)/h·臺)5000-800014000-1700035000-6500075000-100000氣化強(qiáng)度|m(標(biāo))/m2·hl7000-77002500-2700氣化強(qiáng)度{m(標(biāo))/m2·hl001400-19003500~4500約4000原料消耗(煤)/d(臺)}168-2840120-260500-2000140~550100=39000.45-0.72氣?；胰埸c略低、粒度較小、水分灰分較高及機(jī)械強(qiáng)度、第氣有數(shù)m10、1“011010∞n魯奇爐加壓氣化法的特點是:①可使用劣質(zhì)煤造粗煤氣產(chǎn)率{m(標(biāo)態(tài))0.8-1.52.0-2.5熱穩(wěn)定性較差的煤均可作為原料。②單爐生產(chǎn)能力、氣煤氣低熱值標(biāo)態(tài))M/m88-9246-48103-106.06化強(qiáng)度提高。加壓氣化爐的氣化強(qiáng)度比常壓爐高5倍左2.3氣流床氣化右。③碳轉(zhuǎn)化率和氣化效率高。④煤氣無需再加壓即可氣流床就是在固體燃料氣化過程中,氣化劑(蒸輸送到下一工序或遠(yuǎn)距離用戶。⑤蒸汽分解率低,僅為汽與氧)將煤粉夾帶入氣化爐,煤粉與氣化劑均勻混32%~38%。⑥工藝流程長煤氣凈化和廢水處理復(fù)雜。合,通過特殊的噴嘴進(jìn)入反應(yīng)室,瞬間著火,直接發(fā)生2.2流化床氣化火焰反應(yīng),溫度可達(dá)1600℃以上。氣流床氣化是并流流化床煤氣化技術(shù)就是將氣化劑自氣化爐底部氣化煤粉急速通過高溫區(qū),來不及熔結(jié)而迅速氣化,鼓入爐內(nèi),爐內(nèi)煤的細(xì)小顆粒被氣化劑吹起呈流態(tài)化反應(yīng)時間約數(shù)秒鐘,在高溫下,煤中碳幾乎全部轉(zhuǎn)化,狀態(tài),在一定溫度下發(fā)生燃燒和氣化反應(yīng)生成煤氣。流所有干餾產(chǎn)物都迅速分解,轉(zhuǎn)變?yōu)榫嗨簹夥磻?yīng)的化床氣化以小于10mm的煤為原料,干燥至水分小于組分,生成煤氣中甲烷含量很少。氣流床技術(shù)又分為8%,以氧氣或空氣與水蒸汽混合作為氣化劑。干法進(jìn)料氣流床氣化和濕法進(jìn)料氣流床氣化流化床氣化技術(shù)經(jīng)多年發(fā)展,形成很多爐型。有K-T爐是最早的氣流床爐,是常壓干法氣流床最早工業(yè)化的溫克勒( Winkler)及高溫溫克勒爐氣化。隨著氣化技術(shù)的不斷發(fā)展,在K-T爐的基礎(chǔ)上(HTW)、美國的U-gas、KRW灰團(tuán)聚流化床氣化爐、又研發(fā)出多種加壓干法氣流床氣化爐,典型爐型有:德國魯奇公司的循環(huán)流化床(CFB)爐、中科院山西煤Shel氣化爐、 Prenflo氣化爐、GCSP氣化爐等。干法氣流化所的lCC灰熔聚氣化爐及恩德爐等,對幾種典型床氣化工藝的特點是:①原料范圍廣,可以使用各種煤爐型的技術(shù)指標(biāo)對比見表3種。②反應(yīng)溫度高,可達(dá)1600c以上,原料反應(yīng)完全溫克勒煤氣化方法是流化床技術(shù)發(fā)展過程中最早碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)98%以上。③產(chǎn)品氣中有效成分高用于工業(yè)生產(chǎn)的,自1926年第一套工業(yè)裝置投入使用,(CO+H2)含量達(dá)90%以上,適宜作合成氣;CO2含量世界各國建有70多臺溫克勒氣化爐,為克服常溫溫克少,大大減少酸性氣體處理費用。④單爐生產(chǎn)能力大。勒爐反應(yīng)溫度低、碳轉(zhuǎn)化率低等不足,又發(fā)展了高溫溫在商業(yè)化裝置中, Shell氣化爐單爐生產(chǎn)能力已達(dá)2000克勒爐、灰團(tuán)聚氣化及循環(huán)流化床氣化等技術(shù)。流化床t/d, Prenflo氣化爐達(dá)到2600/d。⑤對環(huán)境友好,粗煤氣化工藝在燃料氣生產(chǎn)、合成氨生產(chǎn)、甲醇生產(chǎn)、ICCC氣中氨、硫容易被除去,灰、水易于處理等方面獲得了廣泛應(yīng)用。流化床氣化的特點如下中國煤化工的氣流床稱為濕法進(jìn)①可以使用粒度小于10mm的原料,但要求煤料′CNMHG煤氣化爐是典型的濕活性和灰熔點高,不能使用活性低的低灰熔點煤。②法氣流床氣化爐,目前,德士古煤氣化工藝已十分成單爐產(chǎn)氣能力高于移動床爐。③常溫溫克勒爐的碳熟,在第二代氣化爐中商業(yè)化裝置最多,廣泛地應(yīng)用第1期西北煤炭于化肥和化工品生產(chǎn)、城市煤氣供應(yīng)及聯(lián)合循環(huán)發(fā)方法,通過以上比較可以看出,不同的工藝有各自的電行業(yè)。我國以煤為原料的德士古氣化裝置已投產(chǎn)特點并沒有萬能或通用的工藝,因此對于一個項目的企業(yè)有四家:其中兗礦魯南化肥廠、渭河煤化工集如需要進(jìn)行煤氣化,還要進(jìn)行比較選擇。總體應(yīng)考慮團(tuán)、安徽淮南化肥廠生產(chǎn)尿素和甲醇產(chǎn)品,氣化壓力選擇技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理和對環(huán)境友好的工藝分別為26MPa、6.5MPa、4.0MPa;上海焦化廠粗煤對于不同地域、產(chǎn)品還應(yīng)從以下幾方面考慮:氣供應(yīng)城市煤氣并生產(chǎn)甲醇,氣化壓力為40MPa(1)能穩(wěn)定就近獲得的原煤。由于煤種及其性質(zhì)在德士古氣化爐的運行操作方面我國已取得豐富的直接影響著煤氣的產(chǎn)量、質(zhì)量及其他氣化指標(biāo);運輸經(jīng)驗,設(shè)備的國產(chǎn)化程度達(dá)70%以上。此外,Dow(也距離會影響煤氣成本,故煤種、運輸及原料穩(wěn)定性是稱E-gas)煤氣化工藝是在德土古工藝基礎(chǔ)上發(fā)展的首先考慮的因素。我國已建成的煤化工項目中,個別氣流床氣化技術(shù),它具有生產(chǎn)能力大,氧耗低及產(chǎn)率高項目就因工藝選擇不當(dāng),不能使用當(dāng)?shù)孛涸炊挠猛獾葍?yōu)點,而且已通過較長時間的工業(yè)化運行,是很有前地原料。景的新一代煤氣化技術(shù)。德士古氣化工藝的特點是:2)根據(jù)煤氣的用途選擇。生產(chǎn)城市煤氣時,需①煤種適應(yīng)性廣。但由于是采用水煤漿進(jìn)料形式,要的是中熱值煤氣,如采用魯奇加壓氣化法既能滿足因此灰熔點低成漿性好的煤氣化成本較低。②在壓力煤氣熱值的要求,又利于遠(yuǎn)距離輸送;生產(chǎn)合成原料條件下氣化氣化效率高故單位投資、后工序的加壓費氣時,魯奇、溫克勒德士古、 Shell, GSP等工藝均能滿用都可以降低。③氣化溫度高碳轉(zhuǎn)化率在95%以上。足要求,但Shel、CsP、 prenflo工藝中煤氣有效成分④氧耗較高。⑤氣化爐結(jié)構(gòu)簡單,負(fù)荷適應(yīng)性廣。(CO+H2)含量高,碳轉(zhuǎn)化率和熱效率較高,具有更多3典型煤氣化工藝指標(biāo)對比的優(yōu)勢不同床層煤氣化方法有各自的特點,將幾種典(3)根據(jù)用氣規(guī)模選擇。對于用氣規(guī)模較小的項型的氣化工藝,即加壓魯奇氣化、高溫溫克勒氣化、目,移動床技術(shù)如魯奇爐;流化床技術(shù)如溫克勒爐、德士古氣化和Shl氣化指標(biāo)特性對比見表4U-gas爐、恩德爐等都可以滿足需求,且投資少;但表4幾種典型煤氣化方法的比較對于大型煤化工或IGCC,則應(yīng)采用氣流床氣化技lno工術(shù)。近年能源價格波動很大,大型煤化工項目必須依流化床煤、年輕煙橘煤、年輕煙爆褐爆、煙煤鬮爆、煙煤、無煙煤靠于低煤價、大型化、先進(jìn)技術(shù)及低投資,四者緊密結(jié)1○基指數(shù)于0m粉雄度w-m合才具有國際競爭力。無煙煤等點>1400℃水分:煙煤<%c1250℃參考文獻(xiàn)灰分排渣方式II舒歌平主編,燦炭液化技術(shù)[M].煤爕工業(yè)出版社化溫度/℃9-1612011300=140012沙星中,楊南星.煤的氣化及應(yīng)用[M.華東理工大學(xué)出版社爐最大能力(t/d)13l賀永德主編.現(xiàn)代煤化工技術(shù)手冊M].化學(xué)工業(yè)出版社380-4304《氨肥行業(yè)粉煤氣化技術(shù)資料匯編》IC].中國氮肥協(xié)會小氮肥分有效成分(粗干煤氣會,2004,(5)15《中國能源化工發(fā)展趨勢論文集》[Cl.2005,(4),無錫CH/兔總熱教率作者簡介張玉柱(1964-),1986年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)煤化工專業(yè),高級工程師。2005年被推選為“西部之光”訪問學(xué)者4煤氣化工藝的選擇在煤科總院北京煤化工分院學(xué)習(xí)。現(xiàn)任神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)綜合公司管經(jīng)過二百多年的發(fā)展,已經(jīng)發(fā)展了多種煤氣化理處處長。Comparison of coal gasification methods among different coal bed and selection of its technologyZhang Yuzhu and others(1. Shenhua Ningxia Coal Industry(Group)Col中國煤化工500042. Coal Academy of Science, Beijing CCNMHG83(責(zé)任編輯:楊惠波)