各类煤气化炉的特点与适应性分析

各类煤气化炉的特点与适应性分析
各类煤气化炉的特点与适应性分析

1

各类煤气化炉的基本特点

目前工业化的煤气化技术按气化炉床层特点可

以分为:固定床(也叫移动床)、流化床(也叫沸腾床)、气流床三类。

从煤气化技术发展来看,是从固定床到流化床再到气流床逐步发展演化的,每种炉型都有一个从常压操作到加压操作的发展过程。无论哪种煤气化炉型式,其依赖的都是以下几个最常见的基本化学反应。

主要一次反应[1]:

C+O2→CO2(放热反应)(1)2C+O2→2CO(放热反应)(2)C+H2O→CO+H2(吸热反应)(3)C+2H2O→CO2+2H2(吸热反应)

(4)主要二次反应:

2CO+O2→2CO2(放热反应)(5)CO2+C→2CO(吸热反应)(6)CO+H2O→CO2+H2(放热反应)(7)

1.1

固定床

最早工业化应用的是常压固定床煤气发生炉(主要作为燃料气使用),煤从顶部加入,气化介质(空气、氧气、水蒸气等)从底部鼓进炉内。为了料层的透气性(孔隙率),只能使用一定粒度的块煤。为了提高气化强度,增加单台炉的产气量,采用了增加气化压力的

措施(加压气化———鲁奇炉)。为了得到较纯的CO+H2用于合成氨生产,采用了间歇制气的方式(中小化肥厂常用的水煤气炉),在吹风阶段主要进行反应(1)、(2)。

这两个反应,积蓄热量、提高火层温度,然后用较高压力的水蒸气吹入炉内主要进行反应(3),以得到较纯的CO+H2。固定床气化炉内的主要床层(自下而上):灰渣层、氧化层、还原层、干馏层、干燥层。煤和气化介质在炉内的运动速度较慢、停留时间较长(1h~

10h),接触和反应时间充分。

1.2

流化床

当气化介质的流速不断提高,而气化用煤的粒度减小到一定程度时,就会形成煤粒被吹起、悬浮在半空象沸腾一样的“流化”状态,流化床就形成了。在理想的流化状态,气流的向上速度对煤粒的“浮力”与煤粒的重力基本平衡,大部分粒度比较均匀、大小合适的煤粒悬浮在下部形成密相区,这就是流化床的主体。太大的颗粒沉落炉底,太小的颗粒被气流携带迅速到达出口。流化床气化炉内的主要床层(自下而上):灰渣区、密相区、稀相区。煤和气化介质在炉内的运动速度较快、停留时间较短(几分钟到几十分钟),接触和反应时间有限。最早的工业化流化床气化炉是

1926年出现在德国的温克勒气化炉,由德国人F·温

克勒开发。我国曾在20世纪五、六十年代,吉林化肥厂、兰州化肥厂使用过,后来由于原料改变(烧煤改烧油)停用。近年,国内有厂家又引进了由朝鲜改进的温克勒炉,在国内有几家焦化厂、化肥厂使用。

1.3气流床

当气化介质的流速再提高,而气化用煤的粒度再

各类煤气化炉的特点与适应性分析

霍锡臣1

蔡文生2

(1.北京杰斯菲克气化技术有限公司,北京100176;2.沧州大化集团公司,沧州061000)

分析综述了已经实现工业化生产的各类煤气化炉的特点,煤种适应性,各自的煤气质量和应用领

域,工业化放大的不同特点,气化效率的不同,对环境的不同影响等。可为计划上马煤化工项目的用户选择气化技术提供参考。

关键词

煤气化

固定床

流化床

气流床

文章编号:1005-9598(2009)-05-0012-05中图分类号:TQ545文献标识码:A

收稿日期:2009-07-11

作者简介:霍锡臣(1963—),男,1985年毕业于大连理工

大学化工系煤化工专业,高级工程师,长期从事煤气化工程设计、研发、技术转让工作。

第5期(总第144期)

2009年10月

煤化工

Coal Chemical Industry

No.5(Total No.144)

Oct.2009

2009年10月

减小时,就会形成煤粒被吹起随着气流迅速穿过气化炉奔向出口,这就形成了气流床。当然,真正的气流床气化炉煤粉或水煤浆是和气化介质一起从烧嘴中喷涌而出的,所以,气流床又可以叫做射流床。气流床气化炉内没有什么层次,混合的煤粉和气化介质速度很快地穿过炉膛(不同炉型也有不同的设计考虑),可以分为烧嘴附近的氧化区(火焰区)和其他区域的还原区,但就整个炉内的气氛来说是还原气氛(供氧是不足的)。煤和气化介质在炉内的运动速度很快、停留时间很短,接触和反应时间很短(反应在1s之内即可完成,一般设计停留时间3s~5s)。最早的工业化气流床气化炉是1952年出现在当时的联邦德国的K-T炉,由克虏伯-柯帕斯公司的工程师F·托切克开发。20世纪五、六十年代主要是在合成氨厂曾经广泛使用过K-T炉(不包括中国)。我国在20世纪六、七十年代在新疆、山东等地进行过工业化试验,由于耐火砖寿命短、碳转化率低、排渣困难等问题没能取得成功。

2各类煤气化炉煤种适应性分析

世界上没有任何煤种都能气化的“万能炉”,每种气化炉都有其适宜气化的煤种要求,而这些要求又是因为炉型的特点而产生的。

2.1固定床

我们先来看固定床煤气化炉的特点:煤从上部加入,气化介质从下部吹入,床层的相对位置不变,煤的停留时间很长。因而它要求能够气化的煤必须是:有一定粒度,保证床层的孔隙率(能透气);有一定抗碎强度,煤在运输及从加煤机落到炉内时不能摔碎,以免影响透气;有一定热稳定性,在炉内遇热不能爆碎,以免影响透气;灰熔融软化温度(ST)越高越好(熔渣炉除外),因为在灰熔点以下温度操作,灰熔点高,可以适当提高气化操作温度,有利于提高反应速度;黏结性要低(不黏煤或弱黏煤),黏结性高的煤,在固定床里气化时,在干馏层会产生胶质结焦(400℃、500℃~800℃、900℃),黏结在一起影响床层透气。从这些特点可以看出,变质程度从低到高的煤很多都能满足要求,包括:部分年老的褐煤、长焰煤、不黏煤、弱黏煤、部分中黏煤和气煤、贫煤、大部分无烟煤、焦炭。

关于常压固定床气化用煤,有国家标准:《常压固定床煤气发生炉用煤技术条件》。随着煤炭开采技术的提高,机采率越来越高,加上小煤窑的关停,块煤越来越紧缺,价格越来越高,块煤与碎煤的差价越来越大,使得固定床在原料方面的优势越来越小。2.2流化床

流化床煤气化炉的特点:煤从上部或中部加入,气化介质从下部吹入,大部分煤粒悬浮在密相区,床层位置基本不变,煤的停留时间较短。因而它要求能够气化的煤必须是:有一定粒度的碎煤,大部分在1mm~10mm之间,太大的颗粒沉落炉底,难以反应完全,太小的颗粒又容易被气流携带迅速到达出口,来不及反应;灰熔融软化温度(ST)越高越好(熔渣炉除外),因为在灰熔点以下操作,灰熔点高,可以适当提高气化操作温度,有利于提高反应速度;黏结性要低(不黏煤),有黏结性的煤,在密相区会黏结在一起,结成大块沉落下去;反应活性要高,因为煤粒的停留时间较短、炉内温度控制较低(一般900℃~1000℃;比灰熔融软化温度低150℃~200℃,还要考虑炉壁耐火砖的耐温性能)、而粒度又不象气流床要求的那么小,所以,只有活性高的煤,才能反应比较完全。水分含量不能太高,因为用煤粒度较小,水分大容易黏连堵塞无法输送,干燥和气化时耗热较多,一般要求入炉煤水分低于8%。从这些特点可以看出,只有少数煤种能满足要求,包括:部分褐煤、长焰煤、不黏煤。

2.3气流床

气流床气化炉的特点:煤粉或水煤浆和气化介质一起从烧嘴中喷出,速度很快地穿过炉膛,反应很快、停留时间很短。由于磨煤粒度很细,所以煤的可磨性指数越高越好;对干煤粉进料炉型,水分含量越低越好,水分大也是容易黏连堵塞无法输送,干燥和气化时耗热较多;对水煤浆进料炉型,煤的成浆性要好、灰含量要少;灰熔融性温度(FT)越低越好,对耐火砖炉壁的炉型,最好低于1300℃。对干煤粉进料水冷壁的气流床气化炉来说,除了灰熔融性温度特别高的煤需要添加助熔剂以外,几乎所有煤种都能气化。对于水煤浆进料耐火砖炉壁的气流床气化炉来说,比较适宜的煤是灰熔融性温度低、灰分低、成浆性好、活性较高的长焰煤、不黏煤、弱黏煤、气煤等。象褐煤等低阶煤大多很难使用。关于流化床气化用煤,目前没有国家标准。

3各类煤气化炉煤气质量(产品气组成)与适应的用户分析

各种类型的煤气化炉,由于其使用的煤种的不同、气化剂的不同,得到的煤气组成也有所不同,因而也可以适应不同的用户所需。

3.1固定床

霍锡臣等:各类煤气化炉的特点与适应性分析13

--

2009年第5期煤化工

表1常压固定床煤气发生炉气化烟煤的典型煤气组成

14.0%

CO29.8CO

4.7

CH

2.2

0.6

0.2

48.4

0.1

COS

NH

常压固定床煤气发生炉在气化烟煤(大同煤,空气、水蒸气气化)时的典型煤气组成见表1[2]。

常压固定床煤气发生炉在气化无烟煤(焦作煤,空气、水蒸气气化)时的典型煤气组成见表2[2]。

常压固定床发生炉煤气热值较低,但是用空气加水蒸气作为气化剂,连续制气,气化效率较高,可使用煤种较多,建站成本、制气成本低,开、停车及负荷调节方便,用户不必设置气柜,而且煤气的可燃成分组成中,CO的含量较高,燃烧时火焰均匀、火焰长度长,非常适合做燃料气。广泛应用于机械加工、轧钢、陶瓷、玻璃、化工、炼焦、有色金属等领域,可满足加热温度在1500℃以下的需求。当加热温度要求较高时,可以采用富氧气化获得热值较高的煤气。

常压固定床水煤气炉在气化无烟煤时的典型煤气组成见表3[2]。

常压固定床水煤气炉制得的煤气在仅用空气和水蒸气气化的条件下,能取得很高的CO+H2组分,非常适合中小化肥厂作生产合成氨的原料气,目前仍在广泛使用,也可以用作加热温度较高的燃料气使用。但是,由于它采用间歇制气(吹风时用空气鼓风,加热煤层、积蓄热量,因为吹风气中无多少可燃组分而放空;造气时用水蒸气与炽热的炭反应主要生成CO+H

2),所以必须设置气柜。而且气化效率较低、使用的中块粒度的无烟煤、焦炭价格较贵,所以制气成本较高。用作燃料气时,由于其H2气含量较高,火焰较短、燃烧速度较快、华白指数高,燃烧效果不是很好。

鲁奇加压固定床煤气发生炉在气化烟煤(义马煤,氧气、水蒸气气化)时的典型煤气组成[3]见表4。

鲁奇加压气化炉由于可以使用较小粒度的块煤(低黏结性)气化,原料煤成本比常压固定床水煤气炉要低,而且使用氧气、水蒸气加压气化,煤气中CO+H2含量较高,单台炉产气量较大,可以用于大中型化肥厂及煤化工工厂制原料气。其不利之处是煤气中CH4和CO2含量较高。但也正是因为其煤气中CH4较高,因而煤气热值较高。再经过变换、甲烷化,可以显著提高CH

含量、提高单位体积的煤气热值,降低煤气中的CO含量,降低毒性,改善燃烧性能,用于城市民用燃料气。目前在国内,哈尔滨、义马建有这样的煤气厂,也有一些煤制天然气项目准备采用。

3.2流化床

某常压流化床煤气化炉在气化烟煤(义马煤,空气、水蒸气气化)时的典型煤气组成[4]见表5。

某常压流化床煤气化炉在气化褐煤(免渡河煤,富氧空气中氧含量约80%、水蒸气气化)时的典型煤气组成[4]见表6。

常压流化床气化炉由于其用煤条件的限制,只有少数煤种可以使用,而且由于其气化效率较低,灰渣含碳量较高,所以更适合一些可以得到很低煤价的用户,否则浪费的煤炭价值太多。非富氧生产时,其煤气热值较低,可以用作加热温度不高的燃料气用户,如焦炉等。当加热温度要求较高时,也可以采用富氧气化获得热值较高的煤气。当富氧含量接近纯氧时(例如氧气组分大于80%),其煤气中可以获得较高的

CO+H

2,能够作为中小化肥厂生产合成氨或中小煤化工企业生产甲醇等的原料气。如果有合适的煤种、用气量也合适、又有循环流化床锅炉等可以将流化床煤气炉的灰渣燃烧利用的条件,可以考虑采用流化床煤气炉,否则要慎用。

3.3气流床

表2常压固定床煤气发生炉气化无烟煤的典型煤气组成

15.3%

CO25.9CO

6.6

CH

0.8

0.1

51.2

0.04

COS

NH

表3常压固定床水煤气炉气化无烟煤的典型煤气组成

48.0%

CO38.5CO

6.0

CH

0.5

0.2

6.4

0.4

COS

NH

表4鲁奇加压固定床煤气发生炉气化烟煤

的典型煤气组成

39.45

%

CO

16.79

CO

31.85

CH

10.23

0.73

0.25

0.50

COS

NH

0.20

表5某常压流化床煤气化炉气化烟煤的典型煤气组成

12.36

%

CO

18.90

CO

8.84

CH

1.26

0.36

58.21

0.07

COS

NH

表6某常压流化床煤气化炉气化褐煤的典型煤气组成

37.64

%

CO

29.59

CO

20.51

CH

1.97

0.20

9.92

0.16

COS

NH

14--

2009年10月

表7K-T炉(常压)气化某烟煤的煤气组成

33.92%

CO52.84

CO

11.78

CH

1.42

0.035

COS

0.002

NH

K-T炉(常压)在气化某烟煤(氧气、水蒸气气化)时的实测结果煤气组成[3]见表7。

常压操作的K-T炉可以用于大中型化肥及煤化工厂,空气或富氧气化也可以用于用气量较大的燃料气用户。但是常压操作的K-T炉设备体积过于庞大、耐火砖寿命短、磨煤干燥耗电量大、粉尘问题严重、飞灰处理复杂,目前已经没有运行的工厂,逐渐被加压气流床取代。

某干煤粉气流床气化炉在气化烟煤(神府煤,氧气、水蒸气气化)时的计算结果煤气组成[3]见表8。

某水煤浆气流床气化炉在气化某烟煤(氧气、水蒸气气化)时的实测结果煤气组成[3]见表9。

同属于加压气流床、纯氧气化的水煤浆气流床气化炉与干煤粉气流床气化炉应用领域大致相同,主要用于大中型化肥、煤化工、煤制油、煤制天然气生产或IGCC发电。而水煤浆气流床气化炉因为其水煤浆进料的特点,在使用煤种方面受限制较多,用户面较窄。而干煤粉气流床气化炉因为几乎所有的煤都能使用,而且气化效率更高,所以应用面更宽些。

4各类煤气化炉工业放大难易程度分析

如前所述,目前工业化的煤气化方法按炉型的床层特点,分为固定床、流化床、气流床三类。每种技术都有一个从理论研究到实验室试验、到中间试验、再到工业化试验、工业化放大的过程。而从炉型放大的难易看,固定床和流化床的放大是比较困难的。这是因为固定床和流化床所用燃料(煤炭)一般是从上部加入,向下运动,而气化介质(氧气、空气、水蒸气)是从下部进入,向上运动,燃料与气化介质是相对运动的。气化炉要正常稳定运行,燃料和气化介质就要在气化炉的水平截面分布均匀(否则会出现偏炉、烧穿等恶化炉况),这在气化炉直径较小时(实验室装置、中试装置)是很容易做到的。而当放大到工业化生产的炉型,比如直径到3m~4m时,解决加煤(燃料加注)、布风(气化介质)均匀就成了最大的难点。例如:Φ3.6m直径的常压固定床煤气发生炉,就没有取得设想中的比Φ3.0m的发生炉产气量相应增大的效果,而且由于布煤不均、出灰困难等难以操作[5]。在流化床放大时,由于煤气化炉的工作特点,不可能使用筛板等进行均匀布风,而只能靠调整、分布气化剂的喷入喷嘴改善布风的均匀性,这要做到均匀是很难的,而且,当生产负荷需要变化时,气化介质量的变化是否会改变气化炉的正常流化状态,也是很难解决的问题。以上原因直接限制了固定床、流化床的大型化(目前加压气化固定床、流化床最大约可处理720t/d煤,常压固定床的处理能力更低)。对于大型的煤化工、煤制油、IGCC等项目就需要很多台气化炉才能满足一个项目的用气量。而气流床气化,所用燃料(煤炭)和气化介质(氧气、空气、水蒸气)是同方向(上部或下部)加入的(一般从同一个组合烧嘴喷出)向下或向上运动,燃料与气化介质的运动方向是一致的。再加上粉煤或水煤浆喷出后的旋转、雾化,很容易在炉内分布均匀。而且磨煤的粒度较细,反应的速度很快,短时间内即可完全反应,离开气化室,因此在炉型放大时,比起固定床、流化床要容易得多,而且,放大炉型与小炉型的运行工况容易保持一致。

5各类煤气化炉的气化效率分析

各种气化炉型的气化效率,直接影响到煤化工企业的经营及获利情况。与气化效率直接相关的是碳转化率,表现为灰、渣中的含碳量;系统的换热效率和保温效果。在实际生产中,更重要的是冷煤气效率(冷煤气中的热量/入炉煤中的热量×100%)。一般常压固定床气化炉,由于在灰熔融性温度以下的温度气化、煤块有一定粒度,很难把整块煤气化“透”,灰渣含碳量在10%~15%左右,由于使用块煤,带出飞灰量较少。虽然灰渣中含碳量较高,但是由于生成的热煤气与加入的煤及热灰渣与气化剂(空气、水蒸气)都有很好的逆流换热效果,煤气离开气化炉时的温度约500℃,炉渣离开气化炉时的温度约350℃,所以,固定床连续制气(发生炉)冷煤气效率还能达到约70%。固定床间歇制气(水煤气)冷煤气效率约60%(吹风气损失较大,且换热效果较差)。

常压流化床气化炉,由于在流化状态下气化,且煤

霍锡臣等:各类煤气化炉的特点与适应性分析

表8某干煤粉气流床气化炉气化烟煤的煤气组成

25.92%

CO68.37CO

0.89

CH

3.66

S+COS

0.13

1.03

NH

表9某水煤浆气流床气化炉气化烟煤的煤气组成

35.50%

CO45.30

CO

17.70

CH

0.06

0.39

0.11

COS

NH

15

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2009年第5期

煤化工的粒度范围较宽,所以带出物(小颗粒粉煤)较多,且带出物的含碳量较高,达到25%~30%,炉渣中的含碳量也较高,一般在10%~15%,煤气及带出物离开气化炉时的温度较高,约950℃~1000℃,炉渣离开气化炉时的温度约300℃,所以冷煤气效率较低,只有约60%。

气流床气化炉,由于磨煤较细且粒度均匀,在超过灰熔融性温度(FT )150℃~200℃、熔渣状态下气化,煤中的碳基本上能“榨干吃尽”,几乎全部参加反应,所以碳转化率很高。煤气及熔融状态的灰渣离开气化室时的温度在1400℃~1500℃以上,带出的显热较多。一般水煤浆型的气流床气化炉碳转化率在95%左右,炉渣中的碳含量大约5%,飞灰中的碳含量大约25%,冷煤气效率约

70%。一般干煤粉型的气流床气化炉碳转化率在98%~99%,炉渣中的碳含量大约2%~3%,飞灰中的碳含量大约15%~20%,冷煤气效率约80%。

6

各类煤气化炉的环保分析

在目前国家日益重视环境保护的大背景之下,可以

说,环保效果及污染治理的难易会直接关系到煤化工项目的生死。达不到环保要求,项目就不会批准上马,已经建成在生产的项目,也要逐步治理改造,否则就有被关停的危险。

固定床气化炉在气化无烟煤时,主要污染物是洗涤煤气的循环水中的氰化物和硫化物。由于它们在循环水中易于挥发(大约有50%~90%扩散到大气中),对环境造成较大污染。固定床气化炉在气化烟煤时,污染物的种类很多,主要的有洗涤煤气的循环水中的挥发酚类、

BOD、COD、焦油、氨等,所产生的焦油也因为重质组分多、

含灰、带水,很难处理利用,容易造成较大污染。自20世纪50年代起,国内煤气行业的科研、设计、生产技术人员就对固定床煤气站的循环水、焦油污染治理进行了几十年的技术攻关,采用了包括生化处理、化学药剂处理、电解处理、树脂过滤等手段,始终未有经济可行,能够长期稳定运行的方法。这主要是由固定床的气化特点决定

的,气化反应温度较低、煤气出气化炉的温度较低,气化中生成很多酚类的有机物及焦油等未经过高温分解带到煤气中,在循环水洗涤煤气时进入水中,而且成分复杂,难于处理。

在流化床气化炉生产中,由于煤气离开气化炉时的温度较高(约950℃~1000℃),所以有机物及焦油经过分解,基本都已转化成CO+H2,主要污染一个是磨煤干燥系统的粉煤带出较多,另一个是循环水系统,水中含灰量大、水中捞出的飞灰难处理、飞灰含碳量高,水泥厂等建材企业难以利用,以及由于煤气洗涤水敞开循环,水出空喷塔和洗涤塔后,溶解在煤气中的CO解吸出来,弥漫在煤气站区,造成站区CO超标。

在气流床气化炉生产中,煤气离开气化炉气化室时的温度更高(约1500℃~1700℃),所以有机物及焦油分解得更为彻底,基本都已转化成CO+H2,主要可能产生污染的环节一个是磨煤干燥系统,另一个是循环水系统。而磨煤干燥系统采用密闭式生产,尾气过滤到粉尘

50mg/m3后排放,粉煤带出很少,对环境很少不良影响。

灰渣中几乎没有可溶性有害物质且含碳量很低,可用作水泥填料、制砖、筑路等。在循环水系统,循环水中也没有难于处理的酚类、氰化物、焦油等,经过常规处理,完全可以达标排放。

参考文献:

[1]林器.煤炭气化工艺学[M].大连:大连工学院(教材),

1983.12-13.

[2]寇

公.煤炭气化工程[M].北京:机械工业出版社,1992.

311-312.

[3]贺永德.现代煤化工技术手册[M].北京:化学工业出版

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[4]霍锡臣.流化床煤气炉富氧生产计算[J].煤化工,2005,

33(2):31-34.

[5]霍锡臣.近期煤气站工程的特点及方向[J].工业煤气,

2002(3):29-33.

The Characteristics and Applicability of Different Types Coal Gasification Reactor

Huo Xichen 1and Cai Wensheng 2

(1.GSP China Technology Co.,Ltd.,Beijing 100176;2.Cangzhou Dahua Group Co.,Cangzhou 061000)

Abstract The characteristics of different types of commercialized coal gasification reactor,the applicability of coal

types,

the quality of different coal gas products as well as their applicable fields,different characteristics of commercial -

ization scale-up of the different reactors,difference of gasification efficiency as well as the impact to the environment are presented in this paper.The potential clients who are going to construct coal-based chemical projects can take reference of this paper.

Key words

coal gasification,fixed bed,fluidized bed,entrained flow bed

16--

壳牌煤气化技术简介

主流煤气化技术及市场情况系列展示(之五) 壳牌煤气化技术 技术拥有单位:壳牌全球解决方案国际私有有限公司 壳牌是世界知名的国际能源公司之一。壳牌煤气化技术可以处理石油焦、无烟煤、烟煤、褐煤和生物质。气化炉的操作压力一般在,气化温度一般在1400~1700摄氏度。在此温度压力下,碳转化率一般会超过99%,冷煤气效率一般在80~83%。对于废热回收流程,合成气的大部分显热可由合成气冷却器回收用来生产高压或中压蒸汽;如配合采用低水气比催化剂的变化工艺,在变换单元消耗少量蒸汽即可保证变换深度要求,剩余大量蒸汽可送入全厂蒸汽管网,获得可观的经济效益。 目前,壳牌全球解决方案国际私有有限公司负责壳牌气化技术的技术许可,工艺设计以及技术支持。2007年壳牌成立了北京煤气化技术中心,2012年初,壳牌更是将其全球气化业务总部也从荷兰移师中国,这充分体现了壳牌对中国现代煤化工蓬勃发展的重视,同时壳牌也能更好地利用其全球气化技术能力,贴近市场,为中国客户提供更加快捷周到的技术支持。目前,在北京的壳牌煤气化技术团队可提供从研发、工程设计、培训、现场技术支持以及生产操作和管理的全方位技术支持和服务。 一、整体配套工艺 根据不同的煤质特性以及用户企业的不同生产需求和规划,壳牌开发了下面3种不同炉型: 壳牌废锅流程是当前工业应用经验最丰富的干粉气化技术。它的效率和工艺指标的先进性已经得到了验证和认可,而且在线率也在不断创造新的世界纪录,大部分客户已实现满负荷、长周期、安全、稳定运转。如果业主比较关注热效率,全厂能效和环保效益的话,采用壳牌废锅流程并配合已成功应用的低水气比变换技术应该是最合适稳妥的方案。 壳牌上行水激冷流程特别适合处理有积垢倾向的煤种;适合大型项目,此外投资低,可靠性高。对于比较关注在线率和低投资的业主,采用壳牌上行水激冷流程应该是最合适稳妥的方案。

煤气化工艺的优缺点及比较

13种煤气化工艺的优缺点及比较 我国是一个缺油、少气、煤炭资源相对而言比较丰富的国家,如何利用我国煤炭资源相对比较丰富的优势发展煤化工已成为大家关心的问题。近年来,我国掀起了煤制甲醇热、煤制油热、煤制烯烃热、煤制二甲醚热、煤制天然气热。有煤炭资源的地方都在规划以煤炭为原料的建设项目,这些项目都碰到亟待解决原料选择问题和煤气化制合成气工艺技术方案的选择问题。现就适合于大型煤化工的比较成熟的几种煤加压气化技术作评述,供大家参考。 1、常压固定层间歇式无烟煤(或焦炭)气化技术 这是目前我国生产氮肥的主力军之一,其特点是采用常压固定层空气、蒸汽间歇制气,要求原料为25-75mm的块状无烟煤或焦炭,进厂原料利用率低,单耗高、操作繁杂、单炉发气量低、吹风气放空对大气污染严重。从发展看,属于将逐步淘汰的工艺。 2、常压固定层间歇式无烟煤(或焦炭)富氧连续气化技术 这是从间歇式气化技术发展过来的,其特点是采用富氧为气化剂,原料可采用8-10mm 粒度的无烟煤或焦炭,提高了进厂原料利用率,对大气无污染、设备维修工作量小、维修费用低,适合于有无烟煤的地方,对已有常压固定层间歇式气化技术的改进。 3、鲁奇固定层煤加压气化技术 主要用于气化褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤,要求原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱粘结性,适用于生产城市煤气和燃料气,不推荐用以生产合成气。 4、灰熔聚流化床粉煤气化技术 中科院山西煤炭化学研究所的技术,2001年单炉配套20kt/a合成氨工业性示范装置成功运行,实现了工业化,其特点是煤种适应性宽,可以用6-8mm以下的碎煤,属流化床气化炉,床层温度达1100℃左右,中心局部高温区达到1200-1300℃,煤灰不发生熔融,而只是使灰渣熔聚成球状或块状排出。床层温度比恩德气化炉高100-200℃,所以可以气化褐煤、低化学活性的烟煤和无烟煤,以及石油焦,投资比较少,生产成本低。缺点是气化压力为常

四种煤气化技术及其应用

四种煤气化技术及其应用 李琼玖,钟贻烈,廖宗富,漆长席,周述志,赵月兴 (成都益盛环境工程科技公司,四川成都610012) 摘要:介绍了4种煤气化工艺技术,包括壳牌工艺、德士古水煤浆气化工艺、恩德工艺、灰熔聚流化床气化工艺,对其技术特点、工艺流程、主要设备及应用实例进行了详细阐述,并对4种工艺进行了对比。 关键词:煤气化;壳牌工艺;德士古;恩德工艺;灰熔聚工艺;煤气炉 中图分类号:TQ546文献标识码:A文章编号:1003-3467(2008)03-0004-04 Four Coal Gasification Technologi es and Their Applicati on L I Q iong-ji u,ZHONG Y i-lie,LIAO Zong-fu, QI Chang-xi,ZHOU Shu-zhi,ZHAO Yue-xing (Chengdu Y i s heng Envir on m ent Eng i n eering Techo logy C o.Ltd,Chengdu610012,China) Abst ract:Four coal gasificati o n technologies,inc l u d i n g Shell techno logy,Texaco coa l-w ater sl u rry gasif-i cati o n,Enticknap pr ocess,ash agg l o m erati o n fl u i d ized bed gasification technology are intr oduced,and the technical features,technolog ical process,m ai n equipm ent and app lication exa m p le o f the four techno l o g i e s are descri b ed in detai.l K ey w ords:coal gasification;She ll techno logy;Texaco;Enticknap process;ash agglo m erati o n tech-nology;gas stove 1壳牌粉煤气化制取甲醇合成气 1.1壳牌工艺技术的特点 壳牌煤气化过程(SCGP工艺)是在高温加压下进行的,是目前世界上最为先进的第FG代煤气化工艺之一。按进料方式,壳牌煤气化属气流床气化,煤粉、氧气及蒸汽在加压条件下并流进入气化炉内,在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程。一般认为,由于气化炉内温度很高,在有氧存在的条件下,碳、挥发分及部分反应产物(H2、CO等)以发生燃烧反应为主;在氧气消耗殆尽之后发生碳的各种转化反应,过程进入到气化反应阶段,最终形成以CO、H2为主要成分的煤气离开气化炉。 壳牌粉煤气化的技术特点:1干煤粉进料,加压氮气输送,连续性好,气化操作稳定。气化温度高,煤种适应性广,从无烟煤、烟煤、褐煤到石油焦均可气化,对煤的活性几乎没有要求,对煤的灰熔点范围比其它气化工艺更宽。对于高灰分、高水分、含硫量高的煤种同样适应。o气化温度约1400~1700e,碳转化率高达99%以上,产品气体相对洁净,不含重烃,甲烷含量极低,煤气中有效气体(CO+H2)高达90%以上。?氧耗低,与水煤浆气化相比,氧气消耗低,因而与之配套的空分装置投资可减少。?单炉生产能力大,目前已投入运转的单炉气化压力为3MPa,日处理煤量已达2000t。?气化炉采用水冷壁结构,无耐火砖衬里,维护量少,气化炉内无转动部件,运转周期长,无需备炉。?热效率高,煤中约83%的热能转化在合成气中,约15%的热能被回收为高压或中压蒸汽,总的热效率为98%左右。?气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状颗粒,性质稳定,对环境几乎没有影响。气化污水中含氰化合物少,容易处理,必要时可做到零排放,对环境保护十分有利。à壳牌公司专利气化烧嘴可根据需要选择,气化压力2.5~4.0M Pa,设计保证寿命为8000h,荷兰De m ko lec电厂使用的烧嘴在近4年 收稿日期:2007-10-13 作者简介:李琼玖(1930-),男,教授级高级工程师、研究员,长期从事化工设计、建设、生产工程技术工作,主编5合成氨与碳一化学6、5醇醚燃料与化工产品链工程技术6专著,发表论文百余篇,电话:(028)86782889。

德士古煤气化工艺和炉型的选择

德士古煤气化工艺和炉型的选择 2008-02-24 09:27 以合成氨为例,使用人然气为原料的合成氨产量约占世界总产量的700}0。美国和前苏联两大人然气生产国以人然气为原料的合成氨和甲醇约占其木国总产量的90%以上,我国与世界情祝略有不同,人然气价格高,比中东高出4- 8倍,药为美国的1. 2- 1. 5倍,而其产量仅为美国的1/20,原苏联的1/ 30。因此,在利用和开采上都受到一定限制。我国煤炭资源丰富,日‘煤炭产地价格便宜,如山西、内蒙占、陕西几大煤炭产地,同等热值的煤价仅为世界煤价的2/ 3。以煤为原料民合成气生产己有150年的历史,选择适宜煤炭气化技术,不仅是有效地利用煤炭资源的重要途径,也是其工艺是否经济合理的关键环节。 1煤气化工艺的选择 以煤为原料制取合成氨原料气的技术主要有4种:德士占水煤浆气化、谢尔粉煤气化、鲁奇碎煤气化和 U G1常压气化。 U Gl常压气化技术成熟,工艺可靠,但必须使用无烟块煤,设备能力低,二废量大等缺点,不能满足大型化的要求。鲁奇气化技术虽然技术成,在我国已有大型化装置运转,但其最大缺点是气化温度低,产生的苯、酚、焦汕、废水等有害物质难以处理,污染大,原料可利用率低,粗合成气中甲烷含量高, 只适于作城市煤气,不宜作合成气。 谢尔干粉煤气化技术,虽然炭转化率高,有效气体成分高,水冷壁寿命为25年,喷嘴设计寿命为1年;但山于是干粉进料,气化压力不能太高,操作有一定难度,目前世界上工业装置只有1套生产粗煤气用于联合循环发电,另外该技术全而依赖进口,关键设备}+}内不能制造,技术支撑率较低, 用于生产合成气风险较大。 德士占水煤浆气化技术除氧耗高外,有如卜特点:①中一台炉处理煤量大,生产能力高;C气化压力高,合成气压缩功耗省,合成氨能耗低;C有效气(co+ Hz)含量高,适于作合成气;}k的适应性宽,可利用粉煤,原料利用率高;墓艺废量小,污染环境轻,废渣可做水泥原料;⑧国内已有4套装置运行,可借鉴的生产管理经验多;7科研部门已掌握了该技术,技术支撑率高,大部分设备国内能制造,设备能国产化。德士占 的最大缺点是,烧 嘴寿命短为45 d,但国内史换时间仅为4h,耐火砖每年需史换1次,史换时间为45 d,在两台气化炉生产,不考虑备用炉卜检修期内基木上能保持生产的进行。 鉴于德士占有以上特点,新建大型合成氨国产化工程气化部分采用德士占水煤浆气化技术。 2气化压力的选择 对于德士占水煤浆技术采用4. OMYa和6. 5 MYa两种工艺,气化消耗、采用6. 5 MYa气化具有 以卜优点: 1)气化压力高,煤气中有效气量略有卜降,氧气用量、原料煤消耗略有增加,增减幅度小于0. 20}0 ,影响甚微。但气化反应是体积增大的反应,压缩1. 0m3的氧气,相当于压缩3. 1 m3的煤气效果,可见提高操作压力可节省压缩功,还可缩小设备体积,使布置史为紧凑。 2) 6. 5 MPa气化时气化炉为2台,而4. OMPa气化为3台,后者设备增加17台,不仅增加了设备 投资,而I I.增加了日常维护管理的作业量。

几种常用煤气化技术的优缺点

几种煤气化技术介绍 煤气化技术发展迅猛,种类很多,目前在国内应用的主要有:传统的固定床间歇式煤气化、德士古水煤浆气化、多元料浆加压气化、四喷嘴对置式水煤浆气化、壳牌粉煤气化、GSP气化、航天炉煤气化、灰熔聚流化床煤气化、恩德炉煤气化等等,下别分别加以介绍。 一Texaco水煤浆加压气化技术 德士古水煤浆加压气化技术1983年投入商业运行后,发展迅速,目前在山东鲁南、上海三联供、安徽淮南、山西渭河等厂家共计13台设备成功运行,在合成氨和甲醇领域有成功的使用经验。 Texaco水煤浆气化过程包括煤浆制备、煤浆气化、灰水处理等工序:将煤、石灰石<助熔剂)、添加剂和NaOH称量后加入到磨煤机中,与一定量的水混合后磨成一定粒度的水煤浆;煤浆同高压给料泵与空分装置来的氧气一起进入气化炉,在1300~1400℃下送入气化炉工艺喷嘴洗涤器进入碳化塔,冷却除尘后进入CO变换工序,一部分灰水返回碳洗塔作洗涤水,经泵进入气化炉,另一部分灰水作废水处理。 其优点如下: <1)适用于加压下<中、高压)气化,成功的工业化气化压力一般在 4.0MPa 和6.5Mpa。在较高气化压力下,可以降低合成气压缩能耗。 <2)气化炉进料稳定,因为气化炉的进料由可以调速的高压煤浆泵输送,所以煤浆的流量和压力容易得到保证。便于气化炉的负荷调节,使装置具有较大的操作弹性。 <3)工艺技术成熟可靠,设备国产化率高。同等生产规模,装置投资少。 该技术的缺点是: <1)因为气化炉采用的是热壁,为延长耐火衬里的使用寿命,煤的灰熔点尽可能的低,通常要求不大于1300℃。对于灰熔点较高的煤,为了降低煤的灰熔点,必须添加一定量的助熔剂,这样就降低了煤浆的有效浓度,增加了煤耗和氧耗,降低了生产的经济效益。而且,煤种的选择面也受到了限制,不能实现原料采购本地化。 <2)烧嘴的使用寿命短,停车更换烧嘴频繁<一般45~60天更换一次),为稳定后工序生产必须设置备用炉。无形中就增加了建设投资。 <3)一般一年至一年半更换一次炉内耐火砖。 二多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术 该技术由华东理工大学洁净煤技术研究所于遵宏教授带领的科研团队,经过20多年的研究,和兖矿集团有限公司合作,成功开发的具有完全自主知识产权、国际首创的多喷嘴对置式水煤浆气化技术,并成功地实现了产业化,拥有近20项发明专利和实用新型专利。目前在山东德州和鲁南均有工业化装置成功运行。

各种气化炉型的比较

各种气化炉型的比较 1.常压固定床间歇式无烟煤(或焦炭)气化技术 目前我国氮肥产业主要采用的煤气化技术之一,其特点是采用常压固定床空气、蒸汽间歇制气,要求原料为准 25~75mm的块状无烟煤或焦炭,进厂原料利用率低,单耗高、操作繁杂、单炉发气量低、吹风放空气对大气污染严重,属于将逐步淘汰的工艺。 2.常压固定床无烟煤(或焦炭)富氧连续气化技术 其特点是采用富氧为气化剂、连续气化、原料可采用?准 8~10mm粒度的无烟煤或焦炭,提高了进厂原料利用率,对大气无污染、设备维修工作量小、维修费用低,适合用于有无烟煤的地方,对已有常压固定层间歇式气化技术进行改进。 3.鲁奇固定床煤加压气化技术 主要用于气化褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤,要求原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱粘结性,适用于生产城市煤气和燃料气。其产生的煤气中焦油、碳氢化合物含量约1%左右,甲烷含量约10%左右。焦油分离、含酚污水处理复杂,不推荐用以生产合成气。 4.灰熔聚煤气化技术 中国科学院山西煤炭化学研究所技术。其特点是煤种适应性宽,属流化床气化炉,煤灰不发生熔融,而只是使灰渣熔聚成球状或块状灰渣排出。可以气化褐煤、低化学活性的烟煤和无烟煤、石油焦,投资比较少,生产成本低。缺点是操作压力偏低,对环境污染及飞灰堆存和综合利用问题有待进一步解决。此技术适合于中小型氮肥厂利用就地或就近的煤炭资源改变原料路线。 5.恩德粉煤气化技术 属于改进后的温克勒沸腾床煤气化炉,适用于气化褐煤和长焰煤,要求原料煤不粘结或弱粘结性,灰分<25%~30%,灰熔点高、低温化学活性好。在国内已建和在建的装置共有13套22台气化炉,已投产的有16台。属流化床气化炉,床层中部温度1000~1050℃。目前最大的气化炉产气量为4万m3/h半水煤气。缺点是气化压力为常压,单炉气化能力低,产品气中CH4含量高达1.5%~2.0%,飞灰量大、对环境污染及飞灰堆存和综合利用问题有待解决。此技术适合于就近有褐煤的中小型氮肥厂改变原料路线。 6.GE水煤浆加压气化技术 属气流床加压气化技术,原料煤运输、制浆、泵送入炉系统比干粉煤加压气化简单,安全可靠、投资省。单炉生产能力大,目前国际上最大的气化炉投煤量为2000t/d,国内已投产的气化炉能力最大为1000t/d。设计中的气化炉能力最大为1600t/d。对原料煤适应性较广,气煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、高硫煤及低灰熔点的劣质煤、石油焦等均能用作气化原料。但要求原料煤含灰量较低、还原性气氛下的灰熔点低于1300℃,灰渣粘温特性好。气化系统不需要外供过热蒸汽及输送气化用原料煤的N2或CO2。气化系统总热效率高达94%~96%,高于Shell干粉煤气化热效率(91%~93%)和GSP干粉煤气化热效率(88%~92%)。气化炉结构简单,为耐火砖衬里,制造方便、造价低。煤气除尘简单,无需价格昂贵的高温高压飞灰过滤器,投资省。国外已建成投产6套装置15台气化炉;国内已建成投产7套装置21台气化炉,正在建设、设计的还有4套装置13台气化炉。 已建成投产的装置最终产品有合成氨、甲醇、醋酸、醋酐、氢气、CO、燃料气、联合循环发电,各装置建成投产后,一直连续稳定长周期运行。装备国产化率已达90%以上,由于国产化率高、装置投资较其他加压气化装置都低,有备用气化炉的水煤浆加压气化与不设备用气化炉的干煤粉加压气化装置建设费用的比例大致为Shell法 : GSP法 : 多喷嘴水煤浆加压气化法 : GE水煤浆法=(2.0~2.5):(1.4~1.6):1.2:1.0。缺点是气化用原料煤受气化炉耐火砖衬里的限制,适宜于气化低灰熔点的煤;碳转化率较低;比氧耗和比煤耗较高;气化炉耐火砖使用寿命较短,一般为1~2年;气化炉烧嘴使用寿命较短。 7.多元料浆加压气化技术

各种煤气化工艺的优缺点

各种煤气化工艺的优缺点 1、常压固定层间歇式无烟煤(或焦炭)气化技术 这是目前我国生产氮肥的主力军之一,其特点是采用常压固定层空气、蒸汽间歇制气,要求原料为25-75mm的块状无烟煤或焦炭,进厂原料利用率低,单耗高、操作繁杂、单炉发气量低、吹风气放空对大气污染严重。从发展看,属于将逐步淘汰的工艺。 2、常压固定层间歇式无烟煤(或焦炭)富氧连续气化技术 这是从间歇式气化技术发展过来的,其特点是采用富氧为气化剂,原料可采用8-10mm粒度的无烟煤或焦炭,提高了进厂原料利用率,对大气无污染、设备维修工作量小、维修费用低,适合于有无烟煤的地方,对已有常压固定层间歇式气化技术的改进。 3、鲁奇固定层煤加压气化技术 主要用于气化褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤,要求原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱粘结性,适用于生产城市煤气和燃料气,不推荐用以生产合成气。 4、灰熔聚流化床粉煤气化技术 中科院山西煤炭化学研究所的技术,2001 年单炉配套20kt/a 合成氨工业性示范装置成功运 行,实现了工业化,其特点是煤种适应性宽,可以用6-8mm以下的碎煤,属流化床气化炉, 床层温度达1100C左右,中心局部高温区达到1200-1300C,煤灰不发生熔融,而只是使灰渣熔聚成球状或块状排出。床层温度比恩德气化炉高100-200C,所以可以气化褐煤、低化 学活性的烟煤和无烟煤,以及石油焦,投资比较少,生产成本低。缺点是气化压力为常压,单炉气化能力较低,产品中CH4含量较高(1%-2%,环境污染及飞灰综合利用问题有待进 一步解决。此技术适用于中小氮肥厂利用就地或就近的煤炭资源改变原料路线。 5、恩德粉煤气化技术 恩德炉实际上属于改进后的温克勒沸腾层煤气化炉,适用于气化褐煤和长焰煤,要求

煤气化技术及其工业应用

煤气化技术及其工业应用 摘要:我国是一个以煤炭为主要能源的国家,煤炭气化技术的发展对我国的经济建设和可持续发展都有具有重要意义。本文介绍了我国的煤化工行业的发展现状以及煤气化技术的工业应用。 关键词:煤化工,煤气化技术,工业应用 我国是一个以煤炭为主要能源的国家。近几十年来,煤炭在我国的一次能源消费中始终占据主要地位,以煤为主的能源格局在相当长的时间内难以改变。中国传统的煤炭燃烧技术存在综合利用效率低,能耗高、煤炭生产效率低、成本高、环境污染严重等问题,煤炭气化技术的发展对我国的经济建设和可持续发展都有具有重要意义。 以煤气化为基础的能源及化工系统,不仅能较好的提高煤转化效率和降低污染排放,而且能生产液体燃料和氢气等能源产品,有效缓解交通能源紧张。煤气化技术正在成为世界范围内高效、清洁、经济地开发和利用煤炭的热点技术和重要发展方向。煤炭的气化和液化技术、煤气化联合循环发电技术等都已得到工业应用。 煤气化技术包括:备煤技术、气化炉技术、气化后工艺技术三部分,其核心是气化炉。按照煤在气化炉内的运动方式,气化方法可划分为三类,即固定床气化法、流化床气化法和气流床气化法,必须根据煤的性质和对气体产物的要求选用合适的煤气化方法。 1煤气化工艺概述 煤炭气化是煤洁净利用的关键技术之一,它可以有效的提高碳转化率、冷煤气效率,降低气化过程的氧耗及煤耗。煤气化工艺是以煤或煤焦为原料,氧气(空气、富氧、纯氧)、水蒸气或氢气等作气化剂(或称气化介质),在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为煤气的热化学加工过程。 目前世界正在应用和开发的煤气化技术有数十种之多,气化炉也是多种多样,最有发展前途的有10余种。所有煤气化技术都有一个共同的特征,即气化炉内煤炭在高温下与气化剂反应,使固体煤炭转化为气体燃料,剩下的含灰残渣排出炉外。气化剂为水蒸气、纯氧、空气、CO2和H2。煤气化的全过程热平衡说明总的气化反应是吸热的,因此必须给气化炉供给足够的热量,才能保持煤气化过程的连续进行。 煤气化根据供热原理大致可分为3种: (1)热分解(约500-1000℃):加热使煤放出挥发分,再由挥发分得到焦油和燃气(CO、CO2、H2、CH4),必须由外部供热,残留的固态炭(粉焦和焦炭等)作它用; (2)部分燃烧气化(约900-1600℃):煤在氧气中部分燃烧产生高温,并加入气化剂(H2O、CO2等),产生可燃气(CO、CO2、H2)和灰分;

几种煤气化炉炉型的比较

气化工艺各有千秋 1.常压固定床间歇式无烟煤(或焦炭)气化技术 目前我国氮肥产业主要采用的煤气化技术之一,其特点是采用常压固定床空气、蒸汽间歇制气,要求原料为准25~75mm的块状无烟煤或焦炭,进厂原料利用率低,单耗高、操作繁杂、单炉发气量低、吹风放空气对大气污染严重,属于将逐步淘汰的工艺。 2.常压固定床无烟煤(或焦炭)富氧连续气化技术 其特点是采用富氧为气化剂、连续气化、原料可采用?准8~10mm粒度的无烟煤或焦炭,提高了进厂原料利用率,对大气无污染、设备维修工作量小、维修费用低,适合用于有无烟煤的地方,对已有常压固定层间歇式气化技术进行改进。 3.鲁奇固定床煤加压气化技术 主要用于气化褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤,要求原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱粘结性,适用于生产城市煤气和燃料气。其产生的煤气中焦油、碳氢化合物含量约1%左右,甲烷含量约10%左右。焦油分离、含酚污水处理复杂,不推荐用以生产合成气。 4.灰熔聚煤气化技术 中国科学院山西煤炭化学研究所技术。其特点是煤种适应性宽,属流化床气化炉,煤灰不发生熔融,而只是使灰渣熔聚成球状或块状灰渣排出。可以气化褐煤、低化学活性的烟煤

和无烟煤、石油焦,投资比较少,生产成本低。缺点是操作压力偏低,对环境污染及飞灰堆存和综合利用问题有待进一步解决。此技术适合于中小型氮肥厂利用就地或就近的煤炭资源改变原料路线。 5.恩德粉煤气化技术 属于改进后的温克勒沸腾床煤气化炉,适用于气化褐煤和长焰煤,要求原料煤不粘结或弱粘结性,灰分<25%~30%,灰熔点高、低温化学活性好。在国内已建和在建的装置共有13套22台气化炉,已投产的有16台。属流化床气化炉,床层中部温度1000~1050℃。目前最大的气化炉产气量为4万m3/h半水煤气。缺点是气化压力为常压,单炉气化能力低,产品气中CH4含量高达1.5%~2.0%,飞灰量大、对环境污染及飞灰堆存和综合利用问题有待解决。此技术适合于就近有褐煤的中小型氮肥厂改变原料路线。 6.GE水煤浆加压气化技术 属气流床加压气化技术,原料煤运输、制浆、泵送入炉系统比干粉煤加压气化简单,安全可靠、投资省。单炉生产能力大,目前国际上最大的气化炉投煤量为2000t/d,国内已投产的气化炉能力最大为1000t/d。设计中的气化炉能力最大为1600t/d。对原料煤适应性较广,气煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、高硫煤及低灰熔点的劣质煤、石油焦等均能用作气化原料。但要求原料煤含灰量较低、还原性气氛下的灰熔点低于1300℃,灰渣粘温特性好。气化系统不需要外供过热蒸汽及输送气化用原料煤的N2或CO2。气化系统总热效率高达94%~96%,高于Shell干粉煤气化热效率(91%~93%)和GSP干粉煤气化热效率(88%~92%)。气化炉结构简单,为耐火砖衬里,制造方便、造价低。煤气除尘简单,无需价格昂贵的高温高压飞灰过滤器,投资省。国外已建成投产6套装置15台气化炉;国内已建成投

煤气化技术及其进展概述

煤气化技术及其进展概述 华陆工程科技股份公司副总工程师 王洪金 煤气化技术是煤化工产业的龙头,是煤基合成油、合成化学品等的关键性技术。煤气化技术的选用,不能仅仅考虑其某一方面的优势,必须注意工程化的系统分析,也就是从技术的先进性、可靠性以及适用性等方面统一协调起来综合考虑。 一、技术的先进性和可靠性问题 1.Shell干粉加压气化工艺 Shell气化技术于2000年前后进入我国市场,以其优异的气化性能指标、煤种适应性宽等优点,引起了中国工程界的极大兴趣,短短的四、五年时间里引进了十几套生产装置,用于生产合成氨和甲醇制氢等。以60万t/a甲醇为例,对其应用于煤化工领域的先进性、可靠性和适用性等进行工程化的系统分析(系统的界区,从煤的磨制干燥、气化,到合成气经变换、净化后送至甲醇界区)发现,在先进性方面,与湿法Texaco相比,Shell气化技术存在以下问题:①煤气化部分(可比的部分)投资增加30%~40%;②经常运转费用中(主要包括煤粉制备、干燥,激冷气循环,输煤和飞灰过滤的C02压缩,SynGas的压缩送出界区等),电力消耗大约增加12200kW;③气化部分回收的中压蒸汽(4MPa)供耐硫变换仍嫌不足,需变换副产蒸汽进行补充;④有效气(CO+H2)中H2/CO比不符合生产化学品的要求,SynGas合成化学品时H2/CO至少要>1.5,且耐硫变换工艺条件苛刻,会影响催化剂的寿命;⑤气化性能中,比煤耗和比氧耗分别较湿法Texaco降低8%和15%,但所节约的能耗又被电耗增加所抵消,所以盈利很少,煤价按200元/t、02按0.35元/Nm3、电价按0.344元/kW·h计,年盈利560多万元。 通过以上案例,按全系统进行工程分析可知,Shell煤气化技术具有先进性,但该性能在合成气生产化学品中不具优势。如果该技术用于IGCC发电,则不存在打折、抵偿的因素,其优势将会被充分发挥。荷兰的IGCC装置也从侧面印证了这一结果。 技术的可靠性主要以装置的年可用率(Availability)来衡量。据2004年10月华盛顿煤气化技术年会上的报道,荷兰Demkolec IGCC装置已投产七、八年的气化岛年可用率为81.8%,电力板块为89.8%(主要煤气轮机设有燃油系统作补充措施),年会上专家一致认为,无论采用哪种气流床炉型,IGCC的气化岛应该增加备用系列。 2.湿法气化工艺 我国已引进多套湿法气化装置,其气化性能指标比Shell差。在可靠性方面,通过多年的摸索并在设有备用系列的条件下,年可用率可达90%;其适用性、激冷型(CO+H2)成分和H2/C0较适宜于合成化学品,耐硫变换的工艺条件比较温和;废锅流程宜用于IGCC。在美国和西欧有多套IGCC的例子,但总热效率均低于Shell的IGCC,其主要的问题是煤种适应性狭窄,要求低灰融点低内水含量的煤;烧咀使用寿命短,因此要设置备用系列。 以上分析说明,选用煤气化技术首先应当结合资源(煤种)条件,再考虑下游产品的要求(如生产化学品、1GCC或煤电多联产等)。作为工程公司,在发展煤化工产业中的重要任务

五环炉煤气化技术

煤气化技术汇报
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煤气化技术概况 工艺特点及流程介绍 与其他气化工艺比较 研究成果
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1 煤气化技术概况
根据煤气化炉的结构特点和燃料在气化 炉中进行转化时的运动方式将煤气化工 艺分为三种类型:固定床(移动床)、 流化床和气流床
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1 煤气化技术概况
1.1固定床(移动床) (1)碎煤加压气化技术 (2)BGL气化技术 优点: a.原料适应范围广,除黏结性较强的烟煤 外,从褐煤到无烟煤都能气化,并能气化高 水分、高灰份的劣质煤; b.合成气中含有大量的CH4,对于以煤为原料 生产城市煤气更有利; c.单元装置投资低。
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1 煤气化技术概况
缺点: a. 气化及后序处理单元产生废水多,废水成 份复杂,废水处理困难,成本较高; b.煤气中含有较多的焦油、酚、氨等杂质, 后工序不易处理
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1 煤气化技术概况
1.2流化床 (1)恩德炉; (2)灰熔聚气化技术; (3)KBR气化技术;
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煤气化技术的现状及发展趋势分析

煤气化技术是现代煤化工的基础,是通过煤直接液化制取油品或在高温下气化制得合成气,再以合成气为原料制取甲醇、合成油、天然气等一级产品及以甲醇为原料制得乙烯、丙烯等二级化工产品的核心技术。作为煤化工产业链中的“龙头”装置,煤气化装置具有投入大、可靠性要求高、对整个产业链经济效益影响大等特点。目前国内外气化技术众多,各种技术都有其特点和特定的适用场合,它们的工业化应用程度及可靠性不同,选择与煤种及下游产品相适宜的煤气化工艺技术是煤化工产业发展中的重要决策。 工业上以煤为原料生产合成气的历史已有百余年。根据发展进程分析,煤气化技术可分为三代。第一代气化技术为固定床、移动床气化技术,多以块煤和小颗粒煤为原料制取合成气,装置规模、原料、能耗及环保的局限性较大;第二代气化技术是现阶段最具有代表性的改进型流化床和气流床技术,其特征是连续进料及高温液态排渣;第三代气化技术尚处于小试或中试阶段,如煤的催化气化、煤的加氢气化、煤的地下气化、煤的等离子体气化、煤的太阳能气化和煤的核能余热气化等。 本文综述了近年来国内外煤气化技术开发及应用的进展情况,论述了固定床、流化床、气流床及煤催化气化等煤气化技术的现状及发展趋势。 1.国内外煤气化技术的发展现状 在世界能源储量中,煤炭约占79%,石油与天然气约占12%。煤炭利用技术的研究和开发是能源战略的重要内容之一。世界煤化工的发展经历了起步阶段、发展阶段、停滞阶段和复兴阶段。20世纪初,煤炭炼焦工业的兴起标志着世界煤化工发展的起步。此后世界煤化工迅速发展,直到20世纪中叶,煤一直是世界有机化学工业的主要原料。随着石油化学工业的兴起与发展,煤在化工原料中所占的比例不断下降并逐渐被石油和天然气替代,世界煤化工技术及产业的发展一度停滞。直到20世纪70年代末,由于石油价格大幅攀升,影响了世界石油化学工业的发展,同时煤化工在煤气化、煤液化等方面取得了显著的进展。特别是20世纪90年代后,世界石油价格长期在高位运行,且呈现不断上升趋势,这就更加促进了煤化工技术的发展,煤化工重新受到了人们的重视。 中国的煤气化工艺由老式的UGI炉块煤间歇气化迅速向世界最先进的粉煤加压气化工艺过渡,同时国内自主创新的新型煤气化技术也得到快速发展。据初步统计,采用国内外先进大型洁净煤气化技术已投产和正在建设的装置有80多套,50%以上的煤气化装置已投产运行,其中采用水煤浆气化技术的装置包括GE煤气化27套(已投产16套),四喷嘴33套(已投产13套),分级气化、多元料浆气化等多套;采用干煤粉气化技术的装置包括Shell煤气化18套(已投产11套)、GSP2套,还有正在工业化示范的LurgiBGL技术、航天粉煤加压气化(HT-L)技术、单喷嘴干粉气化技术和两段式干煤粉加压气化(TPRI)技术等。

航天炉煤气化技术运行情况

航天炉煤气化技术运行情况 航天, 煤气化, 技术, 运行 HT-L煤气化技术的生产应用 HT-L煤气化工艺是航天十一所借鉴荷兰SHELL、德国GSP、美国TEXACO煤气化工艺中先进技术,配置自己研发的盘管式水冷壁气化炉而形成的一套结构简单、有效实用的煤气化工艺。现将该工艺在煤化工项目中的应用介绍如下: 一、工艺介绍 1、磨煤与干燥系统 磨煤与干燥系统的工艺流程、运行原理、控制参数都与SHELL工艺相同,两套系统一开一备,单套能力35吨/小时,目的是制造出粒度小于90微米的大于80%、水含量小于2%的煤粉。没有单独的石灰石加入系统,只是利用皮带秤通过比值调节将粒状石灰石加到输煤皮带上,一块进入磨煤机研磨。 2、加压输送系统 加压输送系统的工艺流程、运行原理、控制参数都与SHELL工艺相同,目的是将制出的合格煤粉利用压差输送至气化炉进行燃烧气化。不同是V1205下面是三条腿,三条线输送,到烧嘴处汇合从烧嘴环隙呈螺旋状喷入炉膛。 3、气化及净化 烧嘴设计同GSP,采用单烧嘴顶烧式气化,气化炉采用TEXACO激冷工艺,气化炉升压到1MPa时,煤粉及氧、蒸汽混合以一定的氧煤比进入气化炉,稳压1小时挂渣,炉膛内设置有8个温度检测点,可以作为气化温度的参考点,也可以判断挂渣的状态。设计气化温度1400-1600℃,气化压力4.0MPa。热的粗煤气和熔渣一起在气化炉下部被激冷,也由此分离,激冷过程中,激冷水蒸发,煤气被水蒸汽饱和,出气化炉为199℃ ,经文丘里洗涤器、洗涤塔洗涤后,194℃、固体含量小于0.2mg/m3的合成气送去变换。 4、渣及灰水处理系统 渣及灰水处理系统的工艺流程、运行原理、控制参数都与TEXACO工艺相同。渣经破渣机,高压变低压锁斗,排到捞渣机,进行渣水分离,水回收处理利用;灰水经高压闪蒸、真空闪蒸后到沉降池,清水作为激冷水回收利用,浆水经真空抽滤后制成滤饼。 二、技术特点 1、原料的适应性 据设计方介绍,该工艺煤种适应性广,从烟煤、无烟煤到褐煤均可气化,对于高灰份、高水分、高硫的煤种同样适用。龙宇生产用过两种煤,神木炭厂和永煤新桥,工况稳定,有效气含量基本能够达到设计要求,但由于神木炭厂的煤灰分含量低(<10%),挂渣情况不是太好,炉膛上部还可以,下部基本挂不上渣。永煤新桥煤运行时间较短,还不能完全反应其结渣性。附神木炭厂和永煤新桥

煤气化炉

固定床炉煤气化 一、常压固定床炉煤气化原理: 固体燃料用气化剂进行热加工,得到可燃性气体的过程称为固体燃料的气化,又称为造气,所得的气体统称为气化煤气,用来与燃料进行气化反应的气体称为气化剂。常压固定床煤固体燃料用气化剂进行热加工,得到可燃性气体的过程称为固体燃料的气化,又称为造气,所得的气体统称为气化煤气,用来与燃料进行气化反应的气体称为气化剂。常压固定床煤气发生炉,一般以块状无烟煤或烟煤等为原料,用蒸汽或蒸汽与空气的混合气体作气化剂,生产以一氧化碳和氢气为主要可燃成分的气化煤气。1. 煤气炉内燃料层的分区固体燃料的气化反应,按煤气炉内生产过程进行的特性分为五层,如图2-1所示:干燥层——在燃料层顶部,燃料与热的煤接触,燃料中的水分得以蒸发;干馏层——在干燥层下面,由于温度条件与干馏炉相似,燃料发生热分解,放出挥发分及其它干馏产物变成焦炭,焦炭由干馏层转入气化层进行热化学反应;气化层——煤气炉内气化过程的主要区域,燃料中的炭和气化剂在此区域发生激烈的化学反应,鉴于反应条件的不同,气化层还可以分为氧化层和还原层。(1)氧化层:碳被气化剂中的氧氧化成二氧化碳和一氧化碳,并放出大量的热量。煤气的热化学反应所需的热量靠此来维持。氧化层温度一般维持在1100~1250℃,这决定于原料煤灰熔点的高低。(2)还原层:还原层是生成主要可燃气体的区域,二氧化碳与灼热碳起作用,进行吸热化学反应,生产可燃的一氧化碳;水蒸气与灼热碳进行吸热化学反应,生成可燃的一氧化碳和氢气,同时吸收大量的热。灰渣层—气化后炉渣所形成的灰层,它能预热和均匀分布自炉底进入的气化剂,并起着保护炉条和灰盘的作用。燃料层里不同区层的高度,随燃料的种类、性质的差别和采用的气化剂、气化条件不同而异。而且,各区层之间没有明显的分界,往往是互相交错的。2. 固体燃料气化反应的基本原理固定床煤气发生炉制造燃气,首先使得空气通过燃料层,碳与氧发生放热反应以提高

煤气化技术的现状和发展趋势

煤气化技术的现状和发展趋势 1、水煤浆加压气化 1.1 德士古水煤浆加压气化工艺(TGP) 美国Texaco 公司在渣油部分氧化技术基础上开发了水煤浆气化技术,TGP 工艺采用水煤浆进料,制成质量分数为60%~65%的水煤浆,在气流床中加压气化,水煤浆和氧气在高温高压下反应生成合成气,液态排渣。气化压力在2.7~6.5MPa,提高气化压力,可降低装置投入,有利于降低能耗;气化温度在1 300~1 400℃,煤气中有效气体(CO+H2)的体积分数达到80%,冷煤气效率为70%~76%,设备成熟,大部分已能国产化。世界上德士古气化炉单炉最大投煤量为2 000t/d。德士古煤气化过程对环境污染影响较小。 根据气化后工序加工不同产品的要求,加压水煤浆气化有三种工艺流程:激冷流程、废锅流程和废锅激冷联合流程。对于合成氨生产多采用激冷流程,这样气化炉出来的粗煤气,直接用水激冷,被激冷后的粗煤气含有较多水蒸汽,可直接送入变换系统而不需再补加蒸汽,因无废锅投资较少。如产品气用作燃气透平循环联合发电工程时,则多采用废锅流程,副产高压蒸汽用于蒸汽透平发电机组。如产品气用作羟基合成气并生产甲醇时,仅需要对粗煤气进行部分变换,通常采用废锅和激冷联合流程,亦称半废锅流程,即从气化炉出来粗煤气经辐射废锅冷却到700℃左右,然后用水激冷到所需要的温度,使粗煤气显热产生的蒸汽能满足后工序部分变换的要求。 1.2 新型(多喷嘴对置式)水煤浆加压气化 新型(多喷嘴对置式)水煤浆加压气化技术是最先进煤气化技术之一,是在德士古水煤浆加压气化法的基础上发展起来的。2000 年,华东理工大学、鲁南化肥厂(水煤浆工程国家中心的依托单位)、中国天辰化学工程公司共同承担的新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉中试工程,经过三方共同努力,于7 月在鲁化建成投料开车成功,通过国家主管部门的鉴定及验收。2001 年2 月10 日获得专利授权。新型气化炉以操作灵活稳定,各项工艺指标优于德士古气化工艺指标引起国家科技部的高度重视和积极支持,主要指标体现为:有效气成分(CO+H2)的体积分数为~83%,比相同条件下的ChevronTexaco 生产装置高1.5~2.0 个百分点;碳转化率>98%,比ChevronTexaco 高2~3 个百分点;比煤耗、比氧耗均比ChevronTexaco 降低7%。 新型水煤浆气化炉装置具有开车方便、操作灵活、投煤负荷增减自如的特点,同时综合能耗比德士古水煤浆气化低约7%。其中第一套装置日投料750t 能力新型多喷嘴对置水煤浆加压气化炉于2004 年12 月在山东华鲁恒升化学有限公司建成投料成功,运行良好。另一套装置两台日投煤1 150t 的气化炉也在兖矿国泰化工有限公司于2005 年7 月建成投料成功,并于2005 年10 月正式投产,2006 年已达到并超过设计能力,目前运行状况良好。该技术在国内已获得有效推广,并已出口至美国。 2、干粉煤加压气化工艺 2.1 壳牌干粉煤加压气化工艺(SCGP) Shell 公司于1972 年开始在壳牌公司阿姆斯特丹研究院(KSLA)进行煤气化研究,1978 年第一套中试装置在德国汉堡郊区哈尔堡炼油厂建成并投入运行,1987 年在美国休斯顿迪尔·帕克炼油厂建成日投煤量250~400t 的示范装置,1993年在荷兰的德姆克勒(Demkolec)电厂建成投煤量2 000t/d 的大型煤气化装置,用于联合循环发电(IGCC),称作SCGP 工业生产装置。装置开工率最高达73%。该套装置的成功投运表明SCGP 气化技术是先进可行的。 Shell 气化炉为立式圆筒形气化炉,炉膛周围安装有由沸水冷却管组成的膜式水冷壁,其内壁衬有耐热涂层,气化时熔融灰渣在水冷壁内壁涂层上形成液膜,沿壁顺流而下进行分

壳牌煤气化技术(DOC2)(1)

壳牌煤气化技术 在世界所需要的基本能源中,接近30%由煤炭提供。世界所需要的电量之中,近40%是用煤炭生产的。在目前已探明储量的能源之中,煤炭是蕴藏量最丰富、分布最广泛燃料,而且煤炭的价格相对石油与天然气也是最低的。中国是属于“缺油少气”的国家,但是煤炭储量却占有世界煤资源总量的1/3。按照同等热值计算,中国已探明的石油储量还能够使用不到20年,天然气约为30年,而煤炭则至少为200年。天然气比替代能源如石油和煤炭更为洁净,但是目前只能满足不到3%的能源需求,主要还是依赖煤炭与石油,煤炭满足了中国超过70%的能源需求。 但是,煤炭燃烧排放的污染却越来越引起人们对环境保护的关注。传统用煤的方式只有直接燃烧,燃烧后的废物,包括二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳等会直接进入大气层。 煤气化是一种最洁净的煤炭利用技术,能够避免煤直接燃烧的污染。另外,煤气化方式利用煤的能源效率高。原料煤所含的能量之中,约80%到83%以合成气形式回收,另外14%到16%以蒸汽形式回收,总之,96%以上的煤能源都能够被利用。 壳牌煤气化技术采用干燥方式,用氮气将煤粉送到气化炉,最后生成合成气,即一氧化碳和氢的混合物。合成气中含有原煤中约80%的能量,另外15%的有效能量以蒸汽的形式获得。整个气化过程只有5%的能量流失。合成气可以用来制造纯氢,生产合成氨、甲醇、含氧化合物,以及尿素及合成氢燃料等衍生物。该合成气还可用于电厂供热、蒸汽和发电的燃料,并可作为城市用气。 壳牌煤气化技术使煤炭得以充分利用。其中,硫化物被还原成纯硫磺,可以作为原料出售给化工行业;灰份则被回收为清洁炉渣,用来制造建筑材料。整个工艺的用水量极低,废水也很容易净化。壳牌煤气化技术的另一个优势在于它适用于不同种类的煤,包括劣质的次烟煤和褐煤。 日前,壳牌煤气化技术在中国已取得了重大进展: -壳牌已在XX省XX建立了一个合资厂,其中壳牌与中石化各持有50%的股份。 该合资厂日处理煤2000吨,为中石化巴陵化肥厂提供合成气作为原料。工厂建 设目前正顺利进行。 -壳牌以授权方式向中国六家大型化肥厂提供煤气化技术, 用于生产合成气。

煤气化技术简介及装置分类

煤气化技术简介及装置分类 煤气化是清洁利用煤炭资源的重要途径和手段。目前,国内自行开发和引进的煤气化技术种类众多,但总体上可以分为以下三大类: 一、固定床气化技术 以鲁奇为代表的加压块煤气化技术。鲁奇加压气化炉是由联邦德国鲁奇公司于1930年开发的,属第一代煤气化工艺,技术成熟可靠,是目前世界上建厂最多的煤气化技术。鲁奇气化炉是制取城市坑口煤气装置中的心脏设备。它适应的煤种广﹑气化强度大﹑气化效率高﹑粗煤气无需再加压即可远距离输送。鲁奇气化技术的特点为:采用碎煤加压式填料方式,即连接在炉体上部的煤锁将原料制成常温碎煤块,然后从进煤口经过气化炉的预热层,将温度提高至300℃左右。从气化剂入口吹进的助燃气体将煤点燃,形成燃烧层。燃烧层上方是反应层,产生的粗煤气从出口排出。炉篦上方的灰渣从底部出口排到下方连接的灰锁设备中,所以气化炉与煤锁﹑灰锁构成了一体的气化装置。鲁奇炉的代表炉型即第三代MARK-IV/4型Ф3800mm加压气化炉, 炉体由内外壳组成,其间形成50mm的环形水冷夹套,是一种技术先进﹑结构更为合理的炉型。我公司为河南义马、大唐克旗等制做了多台鲁奇式气化炉。 图1 鲁奇加压块煤气化装置

二、流化床气化技术 以恩德炉、灰熔聚为代表的气化技术。恩德炉粉煤流化床气化技术是朝鲜恩德“七.七”联合企业在温克勒粉煤流化床气化炉的基础上,经长期的生产实践,逐步改进和完善的一种煤气化工艺。灰融聚流化床粉煤气化技术根据射流原理,在流化床底部设计了灰团聚分离装置,形成床内局部高温区,使灰渣团聚成球,借助重量的差异达到灰团与半焦的分离,在非结渣情况下,连续有选择地排出低碳量的灰渣。目前,中科院山西煤化所山西省粉煤气化工程研究中心开发的加压灰熔聚气化工业装置已经成功应用于晋煤集团天溪煤制油分公司1 0万吨/年煤基MTG合成油示范工程项目,该项目配备了6台灰熔聚气化炉(5开1备),气化炉操作压力0.6MPa,日处理晋城无烟煤1600吨,干煤气产量125000Nm3/h(配套30万吨/年合成甲醇)。 图2 灰熔聚气化反应装置 三、气流床气化技术 1、以壳牌、GSP、科林、航天炉、伍德、熔渣-非熔渣为代表的气流床技术 壳牌干煤粉气化工艺于1972年开始进行基础研究,1978年投煤量150 t/d的中试装置在德国汉堡建成并投人运行。1987年投煤量250~400 t/d的工业示范装置在美国休斯敦投产。在取得大量实验数据的基础上,日处理煤量为2000 t的单系列大型煤气化装置于1993年在荷兰Demkolec电厂建成,煤气化装置所产煤气用于联合循环发电,经过3年多示范运于1998年正式交付用户使用。目前,我国已经引进23套

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