煤氣化技術(shù)研究與發(fā)展

第39卷第5期遼寧.化.. 工Vol. 39,No.52010年5月Liaoning Chemical IndustryMay ,2010煤氣化技術(shù)研究與發(fā)展孫鳳偉(遼寧省石油化工規劃設計院，遼寧沈陽(yáng)1000)摘要:介紹了目前主要的煤氣化技術(shù)發(fā)展狀況,不同煤氣化技術(shù)的工藝特點(diǎn),各技術(shù)的優(yōu)勢及不足。展望了我國煤氣化技術(shù)的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞:煤氣化;煤炭;燃料中圖分類(lèi)號: TQ 541文獻標識碼: A文章編號: 1004 -0935(2010)05 -0526 -04我國是以煤炭為主要燃料和原料的國家,煤炭氣化爐是由聯(lián)邦德國魯奇公司于1930年開(kāi)發(fā)的，屬消耗占全國能源總耗量約72%,充分體現了我國能第一代煤氣化T藝,技術(shù)成熟可靠,是目前世界上建源以煤為主的特點(diǎn)。在合成氨生產(chǎn)中以煤焦為原料廠(chǎng)最多的煤氣化技術(shù)。魯奇氣化爐是制取城市坑口的占67.2% ,而以煤焦為原料的氮肥廠(chǎng)中，以無(wú)煙煤氣裝置中的心臟設備。它適應的煤種廣、氣化強煤為原料的又占到88.7%。工業(yè)鍋爐和民用煤爐度大、氣化效率高、粗煤氣無(wú)需再加壓即可遠距離的大量使用，使得煤渣及SO2等有害物質(zhì)嚴重影響輸送。魯奇氣化技術(shù)的特點(diǎn)為:采用碎煤加壓式填環(huán)境。發(fā)展城市煤氣,提供清潔的能源和化工原料,料方式，即連接在爐體上部的煤鎖將原料制成常溫是改善能源結構、保護環(huán)境造福后代的大事。世界碎煤塊,然后從進(jìn)煤口經(jīng)過(guò)氣化爐的預熱層,將溫度上以魯奇T.藝制取城市煤氣的技術(shù)最成熟,現有提高至300 C左右。從氣化劑人口吹進(jìn)的助燃氣體200余臺不同規格魯奇爐投入工業(yè)生產(chǎn)，而且魯奇將煤點(diǎn)燃,形成燃燒層。燃燒層上方是反應層,產(chǎn)生公司正致力于提高單爐生產(chǎn)能力和適應更多的煤的粗煤氣從出口排出。爐篦上方的灰渣從底部出口種,向液態(tài)排渣和提高氣化壓力的高溫、高壓氣化方排到下方連接的灰鎖設備中,所以氣化爐與煤鎖、向發(fā)展。我國在城市煤氣工程設備的設計、加工、制灰鎖構成了一體的氣化裝置。魯奇爐的代表爐型即造能力上,已有了長(cháng)足的進(jìn)步,掌握了一些關(guān)鍵技第三代MARK- IV/4型φ3800 mm加壓氣化爐，術(shù),培育了一批人才,為實(shí)現成套設備國產(chǎn)化打下了爐體由內外殼組成,其間形成50 mm的環(huán)形水冷夾堅實(shí)的基礎。套,是一種技術(shù)先進(jìn)、結構更為合理的爐型。煤氣化技術(shù)是煤炭清潔高效轉化的核心技術(shù)，傳統的固定層常樂(lè )或富氧連續氣化技術(shù),在我是發(fā)展煤基化學(xué)品合成(氨,甲醇、乙酸、烯烴等)、國中、小型企業(yè)中得到廣泛使用。據不完全統計,中液體燃料合成(二甲醚、汽油、柴油等)、多聯(lián)產(chǎn)系型化肥企業(yè)使用UGI爐(2 740、3000)近400統制氫、燃料電池、直接還原煉鐵等過(guò)程工業(yè)的基臺,小型化肥企業(yè)中使用各種規格的固定層造氣爐礎。對于煤氣化工藝技術(shù)，目前主要有固定床、流化(虹2 400,$2 600)多達5 000臺以上。筆者近期考床和氣流床3種,對于爐型,有固定床間歇氣化爐、察某煤化工有限公司,新建的兩套“18●30"裝置，灰熔聚德士古、恩德?tīng)t等多種,不同造氣方式均有建有中2 600常壓固定床氣化爐32臺,其中28臺運各自不同的特點(diǎn),在國內也有不同廠(chǎng)家采用。行?？梢?jiàn)，固定層制氣技術(shù)目前在國內化肥企業(yè)中仍占主導地位。該技術(shù)的主要特點(diǎn)是":1煤氣化技術(shù)分析(1)工藝成熟可靠,投資省,建設工期短。1.1 固定床氣化技術(shù)收稿日期: 2010204以魯奇為代表的加壓塊煤氣化技術(shù)。魯奇加壓作者簡(jiǎn)介:孫鳳偉(1965-),女,高級工程師。第39卷第5期孫鳳偉:煤氣化技術(shù)研究與發(fā)展527(2)原料要求較高,氣化壓力低,生產(chǎn)能力小，值:CH。=1.4% ~1. 6% ,實(shí)際運行中,CH, =1.8%能耗高。~2.0%以上)。出裝置煤氣中含塵量高(設計值:(3)同1臺UCI( $2740 mm)富氧連續氣化的60 mg/Nm ),是影響該技術(shù)推廣應用的主要障礙。生產(chǎn)能力是間歇氣化能力的2倍以上,但CO2含量1.3 氣流床氣化技術(shù)略高,同時(shí)因需富氧,增加了建設投資。1.3.1 以殼牌、CSP、科林、航天爐、伍德、熔渣-非(4)富氧連續制氣無(wú)吹風(fēng)氣排放。但間歇制氣熔渣為代表的氣流床技術(shù)吹風(fēng)氣排放量大,污染物含量多(C06%以上,H2S殼牌干煤粉氣化工藝于1972年開(kāi)始進(jìn)行基礎0.8~1.0 g/m以上) ,排放污水中有害物質(zhì)濃度高,研究,1978年投煤量150 Vd的中試裝置在德國漢環(huán)境污染嚴重。堡建成并投人運行。1987 年投煤量250 ~400 v/d因此，隨著(zhù)煤氣化技術(shù)的發(fā)展,生產(chǎn)規模的大型的T業(yè)示范裝置在美國休斯敦投產(chǎn)。在取得大量實(shí)化和環(huán)境保護要求的嚴格,該技術(shù)將被逐漸淘汰。驗數據的基礎上,日處理煤量為2000 t的單系列大1.2 流化床氣化技術(shù)型煤氣化裝置于1993年在荷蘭Demkolec 電廠(chǎng)建以恩德?tīng)t、灰熔聚為代表的氣化技術(shù)。恩德?tīng)t成,煤氣化裝置所產(chǎn)煤氣用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，經(jīng)過(guò)3粉煤流化床氣化技術(shù)是朝鮮恩德“七●七”聯(lián)合企年多示范運于1998年正式交付用戶(hù)使用。目前,我業(yè)在溫克勒粉煤流化床氣化爐的基礎上,經(jīng)長(cháng)期的國已經(jīng)引進(jìn)23套殼牌氣化爐裝置。殼牌煤氣化過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐,逐步改進(jìn)和完善的- -種煤氣化工藝?；页淌窃诟邷?、加壓條件下進(jìn)行的,煤粉、氧氣及少量融聚流化床粉煤氣化技術(shù)根據射流原理,在流化床蒸汽在加壓條件下并流進(jìn)人氣化爐內,在極為短暫底部設計了灰團聚分離裝置,形成床內局部高溫區，的時(shí)間內完成升溫揮發(fā)分脫除、裂解、燃燒及轉化等使灰渣團聚成球,借助重量的差異達到灰團與半焦一-系列物理和化學(xué)過(guò)程。由于殼牌氣化爐采用較高的分離,在非結渣情況下,連續有選擇地排出低碳量的氣化溫度( >1 400 C),其具有較好的煤種適應的灰渣。目前,中科院山西煤化所山西省粉煤氣化性較高的碳轉化率并且產(chǎn)品氣體質(zhì)量較高。工程研究中心開(kāi)發(fā)的加壓灰熔聚氣化工業(yè)裝置已經(jīng)該技術(shù)的特點(diǎn)是:(以GSP氣流化床技術(shù)為成功應用于晉煤集團天溪煤制油分公司10萬(wàn)Va例)"。煤基MTG合成油示范工程項目,該項目配備了6臺.(1)煤種適應性廣。從褐煤、煙煤、無(wú)煙煤到石灰熔聚氣化爐(5開(kāi)1備),氣化爐操作壓力0.6油焦均可。對高水分、高灰分、高硫含量、高灰熔點(diǎn)MPa,日處理無(wú)煙煤1 600 t,干煤氣產(chǎn)量125 000的煤種也能適應。m'/h(配套30萬(wàn)Va合成甲醇)。(2)氣化壓力高,氣化溫度可高達1850 C ,特該技術(shù)的特點(diǎn):(以恩德?tīng)t為例)別適應高灰熔點(diǎn)的煤種。(1)適用的煤種為褐煤,不粘結性煤和弱粘結(3) 碳轉化率高,煤氣有效氣(w(C0+H2) >性煤,同時(shí)要求煤有較高活性(950 C,a =65% )和84% )含量高,煤氣中不含甲烷及其它烴類(lèi)?；胰埸c(diǎn)FT>1 250 C。進(jìn)爐煤料:H20<8%。粒徑(4)進(jìn)爐煤中w(H20) <2%,屬于干粉煤進(jìn)<10 mm,其中4~6 mm占50%。料。氧耗低,能耗低。(2)該爐氣化壓力為常壓,但氣化強度大,操作(5)爐內采用水冷格柵結構,無(wú)耐火材料,維修彈性大,開(kāi)停車(chē)方便,爐內無(wú)運轉設備,檢修工作量量小，設備運轉周期長(cháng)。小。(6)屬潔凈煤氣化技術(shù)。氣化過(guò)程無(wú)廢氣排(3)工藝流程短,設備結構不復雜,可全部國產(chǎn)放,灰水循環(huán)使用， 基本無(wú)排放?；?、投資省,建設周期短，上馬快是它誘人之處。(7)原料煤的干燥、磨制粉煤(粒徑<0.2 mm,(4)爐內中上部增設二次噴嘴,使上升煤氣夾占80%) ,加壓輸送,是- -套復雜、龐大的系統，投資帶的細煤粉進(jìn)-步氣化。出爐煤氣進(jìn)入干式旋風(fēng)分及動(dòng)力消耗高。離器,將煤氣中固體顆粒分離后經(jīng)回流管返回氣化(8)在正常運行中,為了便于調節爐溫,需向爐爐內,再次氣化。在減少煤氣含塵的同時(shí),提高碳的內送人4.2 MPa的過(guò)熱蒸汽。以日投煤量1000 t利用率。計,每小時(shí)投入的蒸汽量為8.5~ 10.5 t。同時(shí),為(5)煤氣中CO2含量高,甲烷含量偏高(設計防止熄火,保證安全生產(chǎn)，爐內設燃氣燒嘴,每小時(shí)528化工2010年5月耗煤氣3 500~4 000 m'/h,相當于損失合成氨1 t少,污染物含量低,易于處理?；以剂康?，可作以上。僅上述兩項費用,每天約5.0萬(wàn)元,全年1建筑材料。500萬(wàn)元以上?？梢?jiàn)操作運轉費用偏高,在一定程(7)燒嘴及耐火材料的選優(yōu)與改進(jìn),可大大提度上影響其經(jīng)濟性。高裝置的運轉率。例如兗礦魯南化肥廠(chǎng)B#系統 德1.3.2以德士古 、多噴嘴為代表的水煤漿氣流床技士古爐燒嘴已連續運轉150d以上，創(chuàng )造了水煤漿術(shù)加壓氣化裝置關(guān)鍵設備-氣化爐燒嘴長(cháng)周期運行的德士古氣化爐如今已有50多年的歷史,是美國世界記錄。德士古公司的專(zhuān)利技術(shù),采用水煤漿加壓氣化工藝。(8)為保證長(cháng)周期運行，需設備用爐,同時(shí)氣化目前國內大化肥裝置較多采用德士古氣化爐,并且爐設備用材SA387Grl1CI2 ,高壓煤漿泵、氧閥、煤漿世界范圍內IGCC電站多采用德十古式氣化爐。德切斷閥、鎖渣閥及大部分調節閥等關(guān)鍵部分的閥(],十古氣化爐是- -種以水煤漿進(jìn)料的加壓氣流床氣化仍依靠進(jìn)口。因此，額外增加了投資。裝置,水煤漿由氣化劑夾帶由專(zhuān)]的單個(gè)噴嘴向下(9)由于水煤漿中含有35%水分,因此比氧噴入爐內,瞬間氣化。由華東理工大學(xué)研發(fā)的多噴耗、比煤耗偏高。嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)的化學(xué)反應原理與單噴嘴2我國煤化工技術(shù)展望水煤漿氣化技術(shù)相同,但其過(guò)程機理與受限射流反應器的單噴嘴水煤漿氣化爐又有很大的不同,多噴中國煤化T的發(fā)展對發(fā)揮豐富的煤炭資源優(yōu)嘴對置式水煤漿氣化爐采用撞擊流技術(shù)來(lái)強化和促勢,補充國內油、氣資源不足和滿(mǎn)足對化工產(chǎn)品的需進(jìn)混合、傳質(zhì)、傳熱。位于氣化爐直簡(jiǎn)段l:部的4個(gè)求,保障能源安全，促進(jìn)經(jīng)濟的叮持續發(fā)展,具有現工藝噴嘴在同一水平面上,相互垂直布置,通過(guò)4股實(shí)和長(cháng)遠的意義。新型煤化工在中國正面臨新的發(fā)射流的撞擊可以使反應更允分并顯著(zhù)提高碳轉化展機遇和長(cháng)遠的發(fā)展前景。率。月前,多噴嘴技術(shù)已經(jīng)得到市場(chǎng)的認可,日處理H前在我因煤化工領(lǐng)域中,有很多企業(yè)注重研量1800t的氣化裝置已經(jīng)在江蘇靈谷順利開(kāi)車(chē)并發(fā)自己的煤氣化技術(shù),還有一些企業(yè)引進(jìn)國外的先穩定運行,同時(shí)其專(zhuān)利技術(shù)已經(jīng)打入美國市場(chǎng),并獲進(jìn)技術(shù),針對國內自主開(kāi)發(fā)和引進(jìn)的煤氣化技術(shù)種得好評。類(lèi)較多,煤化工企業(yè)總希望尋求到最好技術(shù)的現狀，該技術(shù)屬氣流床濕法粉煤氣化。國內有十余家專(zhuān)家- -致提出,對煤氣化技術(shù)的認識、選擇需要科學(xué)企業(yè)采用該技術(shù),其主要特點(diǎn)是":的認識觀(guān),煤氣化技術(shù)沒(méi)有先進(jìn)性和落后性之分,只(1)煤種適用性廣，可用于煙煤、無(wú)煙煤的氣.有適用性?；?還可以氣化石油焦、煤液化殘渣、瀝青等,但為了由于我國煤種、產(chǎn)品和建廠(chǎng)條件不同,原料多樣提高水煤漿的濃度,煤種的可廓指數要求高,內水含化煤氣化技術(shù)多樣化是必然的。多種煤氣化技術(shù)量<8%,灰含量<13%。為了適應液態(tài)排渣,煤種并存是適合我國煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展現狀的。像無(wú)煙煤的灰熔點(diǎn)FT<1 300 C ,灰渣粘溫特性好。及熱值低的煤就適合用常壓固定床氣化爐,而且固(2)氣化壓力高。目前運行裝置的壓力等級有定床氣化爐的煤渣可送到"三廢"爐燃燒發(fā)電,廢水2.7,4.0,6.5和8.7 MPa,提高氣化壓力,可縮小設可實(shí)現零排放,在環(huán)保上:也是達標的。備體積,更有利于降低合成氣壓縮能耗。(3) 水煤在大規模的煤化工園區,不同煤氣化技術(shù)都可漿制備簡(jiǎn)單,進(jìn)料采用高壓煤漿泵輸送,流量及壓力以共存使用。同時(shí)使用固定床、流化床和氣流床氣易于控制與調節,運轉穩定,安全可靠?；夹g(shù)中的2種或3種,其優(yōu)點(diǎn)是將原料煤首先進(jìn)(4)碳轉化率高。煤氣中有效氣(CO +H2)較行簡(jiǎn)單篩分, 10 ~ 50 mm塊煤不需干燥直接用于固高,可達80%左右,冷激流程可滿(mǎn)足后序變換工段定床加壓氣化。1~10mm部分可用于流化床,也可對水蒸汽量的要求。以與<1 mm的塊煤一起用于氣流床氣化,這在一定(5)設備國產(chǎn)化率高,可節省投資。爐內結構程度上可降低煤化工產(chǎn)業(yè)備煤成本。而且幾種氣化簡(jiǎn)單，無(wú)機械傳動(dòng)裝置。維修量小。技術(shù)共存使用可以互補,固定床氣化產(chǎn)生的大量甲(6)該技術(shù)屬潔凈煤氣化技術(shù),環(huán)境效益好。烷可用于氣流床磨煤干燥或燃氣輪機發(fā)電。氣化過(guò)程無(wú)廢氣排放?；宜h(huán)使用，廢水排放量(下轉第557頁(yè))第39卷第5期張鵬,等:聚丙烯中試裝置環(huán)管反應器的模擬557(4) :996-1015. .化學(xué)反應工程與工藝,1996 ,12(3) :263 -270.[5] 楊?lèi)?ài)新. 聚內烯環(huán)管反應器的模擬[J].化學(xué)T.程.2002,308] 羅正鴻,曹志凱,朱乃靖,等.穩態(tài)操作下的萬(wàn)噸級聚丙烯環(huán)管(6):37 -40.反應器模型的建立[J].廈門(mén)大學(xué)學(xué)報，2005 ,44(3):395 -[6] 崔波 ,張青瑞,李亞寧,等聚丙姑反應器的模擬與參數在反應98.器內的分布[J].化學(xué)工.業(yè)與工程,1996,13(4):1 -8.[9]劉彥華 聚丙烯生產(chǎn)工藝流程模擬研究[D].北京:北京化工[7] 崔波,馬青， 曹長(cháng)青,等聚內烯環(huán)管反應器的動(dòng)力學(xué)特征[J].大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院,2001.Simulation of Loop Reactor for Polypropylene Pilot PlantZHANG Peng, U li, WANG Xiong, WANG Dan dan.(Lanzhou Chemical Research Center of Petrochemical Research Intitule of PetroChina Company Limited, Lanzhou 730060, China)Abstract: Mathematical model was established by analyzing and researching the 75 kg/h polypropylene pilot plant loop reactor of Pet-roChina. By solving the equation, the relationship of solid content , monomer concentration, the active center concentration, hydrogenconcentration and the length of the loop reactor can be obuained. These dala provided the basis for optimizing the pilot plant operationof the Loop Reactor.Key words: Polypropylene; Loop reactor; Mathematic model; Stimulation(上接第522頁(yè))(4)適當增加洗滌段數,能降低芳烴含量。含量低,產(chǎn)品質(zhì)量較好,但收率較低;尿液濃度高時(shí)，綜合考慮裝置的產(chǎn)品收率、芳烴含量、能耗等諸收率較高,但芳烴含量高,液蠟的質(zhì)量較差。因素,通過(guò)多次實(shí)驗，認為尿液組成38: 40: 22, 尿(2)提高尿油比,能提高液蠟收率,但液蠟的芳油比10: 1, 四段溢流洗滌，洗油比1.5: 1,有利于烴含量也隨之增加,影響產(chǎn)品質(zhì)量?？刂品紵N含量和提高收率。(3)提高洗油比,能降低芳烴含量。Discussion on Control of Aromatic Hydrocarbon Content andIncreasing Liquid Wax Yield for Urea Dewaxing UnitMA Yao(Shenyang Paraffin Wax Chemical Co. , Ltd. ,Shenyang 110141 ,China)Abstract: Combining with actual production, through repeaing debugging various process indicalors of operation control unit, main fac-tors influencing liquid wax yield and aromatics content were found and the best process indicalors were determined in order to ensureproduct quality and effectively increase product yield.Key words: Urea dewaxing; Aromatic hydrocarbon content; Liquid wax yield(上接第528頁(yè))炭資源選擇最合適的氣化技術(shù),其次要考慮所生產(chǎn)有的煤氣化技術(shù)耗氧量高,但別的技術(shù)指標有優(yōu)點(diǎn)。的產(chǎn)品，只要經(jīng)濟上能承擔得起,無(wú)論國內還是國外另外，也不能以合成氣中水蒸汽含量高低來(lái)判斷煤煤氣化技術(shù)都可以選擇。在我國煤化工領(lǐng)域中,企氣化技術(shù)的效率,應當從煤氣化技術(shù)到最終生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)在選擇煤氣化技術(shù)的時(shí)候首先要考慮的是是否適品的整個(gè)流程去判斷?？繂渭儽容^非同等條件下得用,技術(shù)的適用性要重于技術(shù)的先進(jìn)性。到的某個(gè)技術(shù)指標來(lái)選擇煤氣化技術(shù)是不科學(xué)的。參考文獻某種技術(shù)有不足的地方,但不等于就應被全盤(pán)否定。[1] 劉功年多種煤氣化技術(shù)的應用與評述[J].革新與綜述, .企業(yè)在選擇煤氣化技術(shù)時(shí),首先要根據自身煤2007(5):25 -29.Research Progress of Coal Gasification TechnologySUN Feng-wei( Liaoning petrleum - Chemical industry Planning and Designing Institute , Shenyang 10004, China)Abstract: Development status of coal gasification technology was introduced. Technological characteristics of diferent coal gasificationtechnologies were discussed as well 8$ advantages and disadvanages of every technology. Then development trend of coal gasificationtechnology was put forward.Key words: Coal gsifcation; Coal; Fuel