煤氣化技術(shù)現狀及技術(shù)選擇淺析

中國化工貿易■煤氣化技術(shù)現狀及技術(shù)選擇淺析侯建國，高振,穆祥宇,姚輝超，宋鵬飛(中海石油氣電集團技術(shù)研發(fā)中心，北京，100027)摘要:介紹了煤氣化技術(shù)發(fā)展現狀，就煤氣化技術(shù)的選擇從不同角度進(jìn)行了分析。目前而言，干煤粉氣流床技術(shù)有一一定優(yōu)勢，第三代技術(shù)實(shí)現工業(yè)化尚遠。關(guān)鍵詞:煤氣化，技術(shù)現狀，技術(shù)選擇，第三代技術(shù)Brief Analysis of Technology Status and Selection in Coal Gasification(CNO0C G&P Group Research & Development Center, Beijing， 10027)Gao Zhen, Hou Jianguo, Mu Xiangyu, Yao Huichao, Song PengfeiAbstract: The coal gasification technology are introduced in this paper. And the choice of coal gasificat ion technology are analyzed fromdifferent angles. Dry feed entrained air flow bed technology has certain advantages，but the third generat ion technology is still not enoughto industrialization.Keywords: coal gasification, technical status， technology selection, the third generat ion technology我國“缺油、少氣、富煤”的一-次能源特點(diǎn)對煤炭清潔高效轉化有著(zhù)必性質(zhì)，否則成漿性能差將嚴重影響該氣化爐的正常運行。煤質(zhì)對氣化爐有著(zhù)然要求。煤氣化技術(shù)是煤炭清潔高效轉化的核心技術(shù)，是發(fā)展煤化工、IECC直接影響，國內某項目臨時(shí)更換煤種導致氣化爐腐蝕嚴重，造成停車(chē)檢修、等過(guò)程工業(yè)的龍頭技術(shù)。經(jīng)濟損失巨大。因此，更換煤種必領(lǐng)在做好試燒試驗的前提下，經(jīng)過(guò)充分論1煤氣化技術(shù)介紹證才能實(shí)施。第一代煤氣化技術(shù)以溫克勒爐和K -T爐等常壓方法為主，受裝置規模、不同煤氣化技術(shù)生產(chǎn)的合成氣組分不同，而生產(chǎn)不同產(chǎn)品對合成氣的組能耗、環(huán)保等因素制約。自20世紀80年代，以高溫、高壓為主要特征的第分含量要求也不同。如碎煤加壓氣化所產(chǎn)粗煤氣中CH4含量相對較高，在煤二代技術(shù)蓬勃發(fā)展[1]，按流體力學(xué)條件分為固定床、流化床、氣流床(包制天然氣時(shí)可以有效降低裝置投資，提高整個(gè)工藝過(guò)程的能效:而德士古粗括干法、濕法)等多種形式。煤氣中氫碳比較高，適合合成高氫碳比的產(chǎn)品。固定床技術(shù)以魯奇爐技術(shù)和碎煤加壓液態(tài)排渣氣化(BGL)技術(shù)為代表。針對我國越來(lái)越多的劣質(zhì)褐煤，要求煤氣化技術(shù)在煤種適應性上更廣。中，魯奇爐合成氣中甲烷含量高(10%左右)， 適合作城市煤氣， 工業(yè)應用最早的固定床只能用活性較高、揮發(fā)分較低的無(wú)煙塊煤，而且煤的灰熔點(diǎn)不最多?？商?。流化床與固定床相比，活性較好的其它煤種也可適應，但煤的灰熔流化床氣化技術(shù)包括高溫溫柯勒(HTW), U-Gas 等形式，操作壓力較低，點(diǎn)同樣不可太低。由于固定床和流化床氣化溫度較低，煤中的碳轉化率- -般適用于中小化I企業(yè)。都低于90%。與固定床和流化床相比，氣流床由于氣化溫度、壓力顯著(zhù)高，氣流床工藝主要以Shel1技術(shù)、GSP技術(shù)等干煤粉氣流床(干法)技術(shù)煤種適應性上進(jìn)一一步拓寬， 特別是一些低活性的煤種 也可作為氣化原料，單和Texaco水煤漿氣流床(濕法)技術(shù)為代表。Shell 等干法技術(shù)比較先進(jìn)，爐日處理能力大幅度增加。水煤漿氣化要求煤種的制漿性能要好，煤漿濃度但一次投資較大。 濕法對煤漿粘度及濃度有一定要求， 同時(shí)，水煤漿含水量不低于60%。而干煤粉氣化沒(méi)有成漿性能的限制。太高，冷煤氣效率及合成氣組分偏低。因氣化溫度、壓力的進(jìn)一一步提高， 干煤粉氣流床技術(shù)在碳轉化率、冷煤目前工業(yè)化的氣化技術(shù)為維持高溫反應，需碳氧燃燒提供熱量，降低了氣效率等各項性能指標考核均占優(yōu)，同時(shí)耗煤量大，滿(mǎn)足裝置大型化要求煤氣產(chǎn)率和能量轉化率，在此背景下，第三代技術(shù)應運而生。[10]，是目前煤氣化技術(shù)的主流發(fā)展方向，目前規模在20000 t.d-1 以上的等離子體氣化[2, 3, 4]溫度高達103 K-105 K,基本上達到了熱力學(xué)平衡煤氣化裝置均采用高壓氣流床技術(shù)。[4]。但氣化劑的氧化性加快了電極陰極損耗，妨礙了技術(shù)發(fā)展。俄羅斯、3結語(yǔ)美國、加拿大等國現已完成小型研究工作，國內尚處f初步研究階段[5]。氣化爐的穩定、高效運行關(guān)系煤化工項目的長(cháng)期、穩定、高效運行。煤太陽(yáng)能氣化技術(shù)利用聚焦太陽(yáng)能，目前尚處于理論研究階段。核能余熱氣化技術(shù)進(jìn)行選擇時(shí)，應在技術(shù)成熟的基礎上,統籌考量煤質(zhì)、產(chǎn)品特點(diǎn)、氣化借助于核能或核能余熱作，日本、瑞士、摩洛哥等國已開(kāi)始研究，暫無(wú)大型化、氣化爐特點(diǎn)等多種因素。目前來(lái)看，干煤粉氣流床技術(shù)相對占優(yōu)。顯著(zhù)進(jìn)展[5]。盡管第三代煤氣化技術(shù)可以有效提高合成氣產(chǎn)率，但工程化尚需很長(cháng)時(shí)目前氣化技術(shù)不添加催化劑，氣化溫度100-1700C， 而煤催化氣化溫間，應跟蹤技術(shù)進(jìn)展、加大技術(shù)研究力度，最終促進(jìn)技術(shù)革命。度只需650- 750C [6]。 煤催化氣化以GPE公司的“藍氣技術(shù)”為代表，E完成中試及商業(yè)化示范[7]。 煤催化氣化適用于灰份產(chǎn)率低、含硅鋁較少、[1]張慶庚，李凡，李好管.煤化工設計基礎[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版含鈣較多的煤種[8]，溫和氣化保證了氣化效率高、無(wú)需空分制氧，顯著(zhù)降社, 1995.172-189.低能耗及對設備材質(zhì)要求。煤灰與催化劑反應失活、工程化不完善是制約技[2] I. Matveev, S. Serbin, Preliminary Design and CFD Modeling of a術(shù)產(chǎn)業(yè)化的主要因素[9] 。1 MW Hybrid Plasma Torch for Waste Destruction and Coal Gasification, 2-ndInt. Workshop and Exhibition on Plasma Assisted Combustion, Falls Church,地下氣化實(shí)現了煤的原地轉化，省去了運輸和裝卸，生產(chǎn)安全性好，顯著(zhù)降低投資。英國、前蘇聯(lián)、美國、英國、日本、比利時(shí)等國已開(kāi)展廣泛研Virginia, Pp. 43-44, 2006.[3] 1.B. Matveev, V.E. Messerle, A. B. Ust imenko. Plasma Gasification究。前蘇聯(lián)率先于1932 年建成世界.上第-一座有井式地下氣化站。但氣化過(guò)of Coal in Different 0xidants. IEEE Trans. Plasma Sci，36 (6)， pp.程是一個(gè)非穩態(tài)過(guò)程，很難控制，尚達不到大規模工業(yè)生產(chǎn)程度。同時(shí)，對2947-2954， Dec. 2008.煤層地質(zhì)條件要求苛刻，環(huán)境及工程風(fēng)險性高。[4] I.B. Matveev， V. E. Messerle, A. B. Ust imenko. Investigation of2技術(shù)選擇.Plasma-Aided Bi tuminous Coal Gasification. IEEE Trans. Plasma Sci., 37對于煤化工工廠(chǎng)而言，煤氣化技術(shù)的選擇是決定工廠(chǎng)能否成功的關(guān)鍵。(4/2)， pp. 580-585, Apr. 2009.煤氣化技術(shù)甚至決定了后續工藝路線(xiàn)。煤氣化技術(shù)的選擇是一-個(gè)非常 復雜的[5]張占濤，王黎,孫雪蓮、第三代煤氣化技術(shù)研究開(kāi)發(fā)進(jìn)展[J]. 煤化問(wèn)題，應選取技術(shù)成熟度高、已經(jīng)工業(yè)化的煤氣化技術(shù)，還要根據煤的特點(diǎn)、工2003212.中國煤化工p化學(xué)工業(yè)與工程技產(chǎn)品要求和氣化爐特點(diǎn)等因索進(jìn)行統籌考量。[6]李珊.煤催根據煤質(zhì)進(jìn)行技術(shù)選擇是最根本的前提，煤種的差異直接影響氣化技術(shù)術(shù), 2013, 05:10-15.MHCNMHG的選擇。如水煤漿法對煤的成漿性能要求嚴格，要求入爐煤具備一-定的理 化[7]趙錦波,王玉慶煤化墳不時(shí)觀(guān)狀及反股起勢uJJ.石油化工, 2014, 02:(下轉第147頁(yè))146www. CHINACHEMICALTRADE. COM■中國化工貿易埕北325A-3井鉆井液技術(shù)應用分析李玄燁.(中石化勝利石油工程有限公司海洋鉆井公司)摘要: CB325A-3 井所鉆地層巖性多為泥巖或泥砂巖混層,成巖性較差,造漿十分嚴重,鉆井液流變性不易控制,同時(shí)井壁容易黏附大量的鉆屑,形成較厚的虛泥餅，并且在井斜較大的井段易形成巖屑床,造成起下鉆不通暢、電測不順利等復雜情況。針對以上問(wèn)題,在鉆井施工過(guò)程中,使用海水天然高分子聚合物強抑制潤滑防塌鉆井液體系,并針對造斜、水平位移等不同井段，及時(shí)調整鉆井液性能.關(guān)鍵詞:聚合物鉆井液; 油層保護;東營(yíng)組1. CB325A- 3井工程概況防塌性和潤滑性。在鉆進(jìn)過(guò)程中,加入天然高分子降濾失劑NAT20以及羧甲CB325A-3 井是一-口定向井，設計井深3464. 62m,實(shí)際完鉆井深為3551m,基磺化酚醛樹(shù)脂SD-101，將鉆井液失水嚴格控制在5ml以?xún)?加入2-4%的完鉆層位東營(yíng)組。CB325A-3 井首先采用鉆機打樁方式錘入隔水管，下入φ聚合醇潤滑劑，改善泥餅質(zhì)量，泥餅厚度達到0. 5mm，以降低摩阻，防止粘660m隔水管至井深75. 62m;- -開(kāi) 使用中44.4 5m鉆頭定向鉆進(jìn)，鉆至井深卡，保證井下安全。795m，下入中339. 7mm套管至井深804. 3m;二開(kāi)使用中φ244. 5mm鉆頭鉆至本井于2556m左右進(jìn)入東營(yíng)組，東營(yíng)組地層穩定性較差，井壁容易出現3462m， 由于電測結果油層顯示不理想，甲方?jīng)Q定回填側鉆。原井眼中分別剝蝕掉快，極易發(fā)生卡鉆現象。因此，通過(guò)加大羧甲基磺化酚醛樹(shù)脂SD-101在3396-3190m，3180- 2975m, 2200-1962m 處打3個(gè)水泥塞，將井眼封固。用量以提高鉆井液抗溫能力，將鉆井液失水控制在4ml以?xún)?粘度控制在40~第二井眼側鉆點(diǎn)為2090m, 使用φ241. 3m鉆頭鉆至井深3551m， 下入φ50s，并保持鉆井液性能穩定，達到了防塌、潤滑防卡、保護好油氣層的目.177. 8mm套管至井深3536. 48m。的。在鉆至3462m時(shí)，通過(guò)加入適量流型調節劑HF-1,提高鉆井液的動(dòng)塑比2、CB325A-3 井鉆井液技術(shù)到0.5以上，粘度在60s左右，滿(mǎn)足了攜砂要求，提高了懸浮能力，有效的(1) -開(kāi)井段(0- -802m)防止了砂橋形成。在保證良好攜砂的前提下，為了保證鉆井液的強潤滑性，一開(kāi)采用海水天然高分子聚合物鉆井液體系。鉆井液密度為1. 09-1.12加入了2~3%的聚合醇潤滑劑以減少摩阻，防止粘卡。通過(guò)調整鉆井液性能，g/cm3，漏斗粘度為30-31s。 鉆井液主要配方為:海水+6%膨潤土滿(mǎn)足了井下的要求，保證了井眼的穩定。+0. 2S%Na2C03+0. 3-0.6%HXB-1+0.5-1%HXJ-1+0.8- 1%PGCS-1.該井段為泥巖和(4 )完井井段疏松的粉砂層，采用配漿開(kāi)鉆，鉆進(jìn)中用低濃度的聚合物包被劑IND30膠液為保證完井作業(yè)順利進(jìn)行，電測及下套管前嚴格實(shí)施通井作業(yè)，起鉆前維護，并利用固控設備對鉆井液進(jìn)行了凈化。在鉆進(jìn)過(guò)程中，適當加入了鉆用高密度潤滑劑泥漿封固斜井段，電測前采用固體聚合醇PGCS-1與極壓潤井液流型調節劑HF-1以提高粘切，保證攜帶巖屑，使其在鉆井液中有效含滑劑提高潤滑性能，潤滑劑在封閉泥漿中含量達到6%以上,保證了電測- -次量為0. 2-0.3%。鉆進(jìn)中保證大排量，使環(huán)空返速>1，保證了對鉆屑的攜帶能成功。下套管前充分循環(huán)鉆井液，以破壞巖屑床的形成，達到凈化井眼、穩」。定井壁的目的，將井內巖屑攜帶出后用固體塑料小球封斜井段，保證了套管(2)二開(kāi)直井段(802- -2596m)的順利下入。該井段主要鉆遇明化鎮組、館陶組、東營(yíng)組地層。二開(kāi)上部井段鉆時(shí)較(5)井下異常情況及處理方式快，鉆屑量大，明化鎮組地層造漿嚴重，鉆井液易受粘土侵污染。為有效抑鉆進(jìn)至3000m前后發(fā)現有脫壓現象，定向鉆進(jìn)受阻。初步分析為井壁泥制明化鎮地層的粘土造漿，將一開(kāi)鉆井 液適當調整后轉化為二開(kāi)鉆井液---餅粘附砂子較多，應加大鉆井液體系的潤滑性能，然而加入潤滑劑后效果不海水天然高分子聚合物強抑制潤滑防塌鉆井液。鉆井液主要配方為:海水+6%明顯;進(jìn)- -步分析認為，泥漿粘度和密度均較大,由此導致泥漿粘附性較強、膨潤土+0.2%Na2C03+0. 3 -0. 6%HXB- 1+0. 5- 1%HX.J- 1+0.8- 1%PGCS -1+2- 4%液體壓差較大，使得扭矩增大，定向困難，采取了以下措施進(jìn)行處理:放掉20m3潤滑劑。在鉆進(jìn)過(guò)程中，不斷使用包被劑IND30膠液進(jìn)行維護，保持其在鉆含砂量較高的稠漿,同時(shí)補充稀膠液調整泥漿流型，然后進(jìn)行短起下鉆作業(yè)，井液中有效含量大于0.3%，保證了鉆井液能有效的包被和絮凝。刮掉虛泥餅，下鉆到底后 大排量洗井，沖刷粘附砂粒，之后脫壓現象消除。進(jìn)入館陶組后主要是防擴徑，采用IND30和降濾失劑低粘羧甲基纖維素3、總結與認識鈉LV-CMC膠液維護。鉆進(jìn)過(guò)程中，為了維持鉆井液較低固相含量，使用了(1) 鉆井液處理思路:明化鎮組主要以抑制粘土造漿、防起鉆拔活塞振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、離心機等固控設備，及時(shí)清除了劣質(zhì)固相，并根以及防淺氣層井噴為主，館陶組防擴徑、防卡鉆，東營(yíng)組防井壁坍塌、防卡，據振動(dòng)篩返砂情況及時(shí)調整了鉆井液粘度(從32s提高到35s),保持了鉆井針對不同地層巖性，對鉆井液采取相應處理措施，保持良好性能，達到設計液強抑制性，保持返出鉆屑“干凈、清爽”。同時(shí)，根據振動(dòng)篩返砂量的情要求的各項指標，確保施工安全順利。況間斷地用稠漿(20m3 左右)清掃井底沉砂，保證鉆井液攜砂性能良好。進(jìn)(2)盡量使用低密度鉆進(jìn)，在滿(mǎn)足地層穩定的前提下，使用低密度近入造斜點(diǎn)前將鉆井液失水控制在5mL以?xún)?，粘?5 ~ 40s,保持良好的流變平衡鉆井，有效地防止了粘卡的發(fā)生。通過(guò)在CB325A-3 井的應用，表明海性，確保井壁穩定。水天然高分子聚合物強抑制潤滑防塌鉆井液體系非常適合在該地區使用，不(3) 二開(kāi)斜井段(2596-3551m)僅很好地滿(mǎn)足了海上的環(huán)保要求，還成功的完成了該井組的鉆井施工，取得:本井實(shí)際造斜點(diǎn)在2592. 93m,因此,要求鉆井液具有良好的井壁穩定性、了良好的經(jīng)濟效益。<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<><<<<<<<<<<<<><<<<<>(上接第146頁(yè))[10]王輔臣，廣鎖,龔欣,劉海峰,王亦飛,梁欽峰。大型煤氣化技術(shù)的研究125-131.與發(fā)展[J].化工進(jìn)展, 2009, 02:173-180.[8]陳鵬.從神華煤質(zhì)看煤低溫催化氣化的戰略選擇[J].神華科作者簡(jiǎn)介:技, 2009, 03:6-9.侯建國，男，1970 年5月出生，博士后，高級工程師，主要從事煤制天然氣、[9]王鵬飛，王航,崔龍鵬,江茂修.新- -代煤氣化技術(shù)展望[J].煉油技術(shù)與焦爐尾氣制天然氣方i工程, 2014, 08:1-5.中國煤化工MHCNMH Gwww. 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