煤氣化技術(shù)的現狀和發(fā)展趨勢

2009年第30卷第4期氮肥技術(shù)1煤氣化技術(shù)的現狀和發(fā)展趨勢武金鋒徐蕊王進(jìn)兵(兗礦國泰化工有限公司滕州277527)摘要簡(jiǎn)要介紹了Texaco、多噴嘴對置式水煤漿氣化sellCCP .SimensCSP技術(shù)特點(diǎn)。提出了煤氣化技術(shù)的選擇原則和發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞媒氣化氣流床水煤漿氣化干煤粉氣化1前言物對大氣的污染大為減輕,而且能使煤炭利用率我國煤炭資源較豐富,近年來(lái)煤化工行業(yè)發(fā)得到極大提高，是煤炭化工、煤炭直接1/間接液展迅速,在煤化工行業(yè)中最為關(guān)鍵和重要的是將化、IGCC技術(shù)、燃料電池等高新潔凈煤利用技術(shù)煤炭潔凈、高效地轉化為合成氣(CO+H),即煤的的先導性技術(shù)和核心技術(shù)。氣化技術(shù)。先進(jìn)的煤氣化技術(shù)不僅能使燃燒排放2現代煤氣化技術(shù)!1測得了極高溫度,誤導為該整個(gè)催化劑層熱點(diǎn)溫構比較好,也不要用管板堆焊結構,避免堆焊工度極高，其實(shí)只有卸料孔筒極少量催化劑溫度藝不好造成的影響,經(jīng)反復論證,多方合作,本廠(chǎng)高,為此只把此點(diǎn)做參考點(diǎn)。對測溫點(diǎn)和測溫套決定將U型管式改為帶膨脹節的固定管板式。同管布置仍需加以進(jìn)- -步優(yōu)化完善。時(shí)在廢鍋進(jìn)口端設置溫度計和壓力表,以保證氣7.5塔鍋一體的優(yōu) 點(diǎn)和廢鍋結構討論體出口工藝數據獲取,直接反映“二出"的工況條塔鍋一體結構是最近幾年安淳公司在設計件。大型氨廠(chǎng)時(shí)采用的新技術(shù)。相比塔鍋分離結構,8結論塔鍋一體省去長(cháng)50m、重29t的二出管道,這段管山西天澤集團公司“50.40”項目中的氨合成道的材質(zhì)為10WMoVNb,價(jià)格貴且現場(chǎng)施工要求系統是我國自主開(kāi)發(fā)設計制造安裝的第--套單較高。而塔鍋一體使設備平面布置更加緊湊,在塔能力為24 x 10%a的大型裝置，采用合成塔為塔鍋分離結構中廢熱鍋爐占地面積25m2,現安裝三層四段兩軸- -徑、塔鍋一體的IJD-P2 400型在塔的正下方,只要12m2即可。所以塔鍋一體結新技術(shù),兩級氨冷塔前補氣新流程,適合大塔的構具有節省材料、布置緊湊、減少施工難度等優(yōu)高鈷稀土XA201催化劑和相應的新還原方法,經(jīng)點(diǎn)。過(guò)幾個(gè)月生產(chǎn)考驗證明達到和超過(guò)了設計能力,目前塔鍋- -體結構主要有卡薩利式、U型管但是還存在美中不足之處,應予以解決。塔鍋一式、帶膨脹節的固定管板式。綜合比較各方面:卡體U型管式廢鍋,管板上下溫差大,表面采用堆薩利式制造工藝復雜,特別對于進(jìn)出口徑較大時(shí)焊結構時(shí)會(huì )因為堆焊工藝質(zhì)量不好使堆焊層脫制造難度更大;U型管式對解決管殼程熱膨脹差落,引起泄漏,擬改為帶膨脹節的固定管板式;測較好,但管板上、下70工溫差對管板焊縫和管板溫點(diǎn)布在兩層之間直通卸料孔中，測出溫度高,與簡(jiǎn)體的焊縫有一定的影響,特別是管板表面采易誤解為催化劑層整個(gè)平面溫度高,應改善測溫用堆焊結構時(shí)會(huì )因為堆焊工藝質(zhì)量不好使堆焊套管和測溫點(diǎn)布局;可能分流不足或循環(huán)氣量較層脫落;本廠(chǎng)和高平、山東等廠(chǎng)廢鍋采用了這一大,阻力偏大,應優(yōu)化操作,降低阻力。實(shí)際生產(chǎn)結構,但本廠(chǎng)發(fā)現筒體漏汽,高壓氣也漏,存在安系統新技術(shù)應用全隱患;帶膨脹節的固定管板式可以解決管板溫取得:fYR中國煤化工作努力下,經(jīng)過(guò)差問(wèn)題,但對膨脹節的設計要求較高?？v上所述,不斷CNMHG好的效果。塔鍋一體采用合理設置膨脹節的固定管板式結(收稿日期:2009-06- -25)14氮肥技術(shù)2009年第30卷氣化工藝-般分為三種類(lèi)型:移動(dòng)床(有時(shí)心的依托單位)、中國天辰化學(xué)工程公司共同承也被稱(chēng)為固定床)、流化床和氣流床。相對而言,擔的新型(多噴嘴對置)水煤漿氣化爐中試工程,氣流床氣化爐是最清潔,也是效率最高的煤氣化經(jīng)過(guò)三方共同努力,于7月在魯化建成投料開(kāi)車(chē)類(lèi)型。在現代大型煤氣化裝置中,氣流床氣化技成功,通過(guò)國家主管部門(mén)的鑒定及驗收。2001 年術(shù)被廣泛應用,氣流床氣化包括水煤漿進(jìn)料和干2月10日獲得專(zhuān)利授權。新型氣化爐以操作靈煤粉進(jìn)料兩種。典型的技術(shù)主要包括:美國CE公活穩定,各項工藝指標優(yōu)于德士古氣化工藝指標司的水煤漿加壓氣化工藝(原為德士古公司.引起國家科技部的高度重視和積極支持,主要指Texaco技術(shù))、新型(多噴嘴對置式)水煤漿加壓氣標體現為:有效氣成分(CO+H2) 的體積分數為化、荷蘭殼牌公司的SCGP煤粉加壓氣化工藝技~83%，比相同條件下的ChevronTexaco生產(chǎn)裝置術(shù)和德國GSP氣化技術(shù)。高1.5~2.0個(gè)百分點(diǎn);碳轉化率>98%,比2.1水煤漿加壓氣化ChevronTexaco高2~3個(gè)百分點(diǎn);比煤耗、比氧耗.2.1.1德士古水煤漿加壓氣化工藝(TGP)均比ChevronTexaco降低7%。美國Texaco公司在渣油部分氧化技術(shù)基礎新型水煤漿氣化爐裝置具有開(kāi)車(chē)方便、操作上開(kāi)發(fā)了水煤漿氣化技術(shù),TGP工藝采用水煤漿靈活、投煤負荷增減自如的特點(diǎn),同時(shí)綜合能耗進(jìn)料,制成質(zhì)量分數為60% -65%的水煤漿,在氣比德士古水煤漿氣化低約7%。其中第-套裝置流床中加壓氣化,水煤漿和氧氣在高溫高壓下反日投料750t能力新型多噴嘴對置水煤漿加壓氣應生成合成氣，液態(tài)排渣。氣化壓力在化爐于2004年12月在山東華魯恒升化學(xué)有限2.7-6.5MPa,提高氣化壓力,可降低裝置投人,有公司建成投料成功,運行良好。另-套裝置兩臺利于降低能耗;氣化溫度在1 300~1 400C ,煤氣日投煤1 150t的氣化爐也在兗礦國泰化工有限中有效氣體(C0+H2)的體積分數達到80% ,冷煤公司于2005年7月建成投料成功,并于2005年氣效率為70%~76% ,設備成熟,大部分已能?chē)a(chǎn)10月正式投產(chǎn),2006年已達到并超過(guò)設計能力,化。世界上德士古氣化爐單爐最大投煤量為目前運行狀況良好。該技術(shù)在國內已獲得有效推2 00d0德士古煤氣化過(guò)程對環(huán)境污染影響較廣,并已出口至美國。小。2.2干粉煤加壓氣化工藝根據氣化后工序加工不同產(chǎn)品的要求,加壓2.2.1殼牌干粉煤加壓氣化 工藝(SCGP)水煤漿氣化有三種工藝流程:激冷流程、廢鍋流Shell 公司于1972年開(kāi)始在殼牌公司阿姆斯程和廢鍋激冷聯(lián)合流程。對于合成氨生產(chǎn)多采用特丹研究院(KSLA)進(jìn)行煤氣化研究, 1978年第激冷流程,這樣氣化爐出來(lái)的粗煤氣,直接用水一套中試裝置在德國漢堡郊區哈爾堡煉油廠(chǎng)建激冷,被激冷后的粗煤氣含有較多水蒸汽,可直成并投入運行, 1987年在美國休斯頓迪爾●帕克接送人變換系統而不需再補加蒸汽,因無(wú)廢鍋投煉油廠(chǎng)建成日投煤量250~400t 的示范裝置, 1993資較少。如產(chǎn)品氣用作燃氣透平循環(huán)聯(lián)合發(fā)電工年在荷蘭的德姆克勒(Demkolec)電廠(chǎng)建成投煤量程時(shí),則多采用廢鍋流程,副產(chǎn)高壓蒸汽用于蒸2 00d的大型煤氣化裝置,用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電汽透平發(fā)電機組。如產(chǎn)品氣用作羥基合成氣并生(IGCC),稱(chēng)作SCGP工業(yè)生產(chǎn)裝置。裝置開(kāi)工率產(chǎn)甲醇時(shí),僅需要對粗煤氣進(jìn)行部分變換,通常最高達73%。該套裝置的成功投運表明SCGP氣采用廢鍋和激冷聯(lián)合流程，亦稱(chēng)半廢鍋流程,即化技術(shù)是先進(jìn)可行的。從氣化爐出來(lái)粗煤氣經(jīng)輻射廢鍋冷卻到700C左Shell 氣化爐為立式圓簡(jiǎn)形氣化爐,爐膛周?chē)?然后用水激冷到所需要的溫度,使粗煤氣顯安裝有由沸水冷卻管組成的膜式水冷壁,其內壁熱產(chǎn)生的蒸汽能滿(mǎn)足后工序部分變換的要求。襯有耐熱涂層,氣化時(shí)熔融灰渣在水冷壁內壁涂2.1.2 新型(多噴嘴對置式)水煤漿加壓氣化層上形成液膜，沿壁順流而下進(jìn)行分離,采用以新型(多噴嘴對置式)水煤漿加壓氣化技術(shù)渣改渣的防腐辦法.基本解決了高溫耐火材料損是最先進(jìn)煤氣化技術(shù)之- -，是在德士古水煤漿壞嚴中國煤化工壁與簡(jiǎn)體外殼之加壓氣化法的基礎上發(fā)展起來(lái)的。2000 年,華間留|Y片CNMHG管和輸出集汽管東理工大學(xué)、魯南化肥廠(chǎng)(水煤漿工程國家中的布置,便于水冷壁的檢查和維修;環(huán)形空間內第4期武金鋒等:煤氣化技術(shù)的現狀和發(fā)展趨勢15充滿(mǎn)溫度為250~300C的有壓合成氣。術(shù)在我國也已開(kāi)始建設，神華寧煤和山西蘭花煤Shell 工藝具有的特點(diǎn)是:對氣化原料煤有較化工集團將分別于2009年和2010年投料試車(chē),寬的適應性,可適應更高灰熔點(diǎn)的煤;碳轉化率其經(jīng)濟性和裝置性能將得到有效驗證。因此在煤高達9%以上,甲烷含量極低,煤氣中有效氣體氣化技術(shù)的選擇上應根據煤種的變化選擇合適(CO+H2)達到90%以上,采用干法進(jìn)料,與濕法的氣化技術(shù),如果氣化煤灰熔點(diǎn)較低且成漿性能水煤漿氣化工藝相比,氧耗低,單爐生產(chǎn)能力大，較好,則可以選擇水煤漿氣化,也可以選擇干煤運轉周期長(cháng),工業(yè)化應用單臺爐日處理煤量已達粉氣化,水煤漿技術(shù)應為優(yōu)選;氣化煤灰熔點(diǎn)較2 00t;熱效率高冷煤氣效率80%~85% ,是一種高時(shí)則只能選擇干煤粉氣化;氣化工藝的選擇要比較理想的煤氣化技術(shù)。使產(chǎn)品和需求保持-致,與煤氣化后續流程相結2.2.2 CSP 干粉煤加壓氣化合;同時(shí)還要考慮裝備運行的可靠性投資與成GSP工藝是原民主德國VEB Gaskombiant的本的經(jīng)濟性以及環(huán)境可接受性等。黑水泵公司于1976年開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)的干煤粉加煤炭的開(kāi)發(fā)和加工利用已經(jīng)成為我國環(huán)境壓氣化技術(shù),進(jìn)料的形式為兩種,即干粉煤和液污染物排放的主要來(lái)源,因此發(fā)展潔凈煤氣化技體進(jìn)料, 1985年實(shí)現工業(yè)化應用。目前,工業(yè)化氣術(shù),提高煤炭利用率是我國煤炭發(fā)展戰略的必然化爐單臺氣化爐的生產(chǎn)能力可達2 00/d煤,氣選擇,作為高潔凈、高效利用煤炭的先進(jìn)技術(shù)之化壓力為4.0MPa,CSP氣化爐采用盤(pán)管式水冷壁-的煤炭氣化技術(shù)是我國能源領(lǐng)域重點(diǎn)發(fā)展對氣化爐結構，對氣化粉煤的粒度要求較為寬松，象。從當前煤氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢看,有以下特工業(yè)化裝置氣化原料煤的質(zhì)量分數有24.5%>點(diǎn):①提高對多煤種的適應性,能氣化任意煤種;0.2mm的條件下，- -次性碳轉化率可達98%以②大型化,提高氣化能力和氣化效率;③采用加上;嗩嘴和水冷璧的使用壽命長(cháng),氣化爐的可用壓氣化工藝，,提高氣化強度,節約壓縮能耗或實(shí)率高,氣化爐開(kāi)停車(chē)靈活,所需時(shí)間短,氣化爐現等壓合成,臧少帶出物損失:④環(huán)境友好,環(huán)保操作彈性大,負荷調節靈活。CSP煤氣化技術(shù)具有問(wèn)題少,污染小;⑤研制和簡(jiǎn)化新工藝和新型氣一些技術(shù)上的優(yōu)勢,神華寧夏煤業(yè)引進(jìn)-套GSP化爐結構,降低基本建設投資和操作費用，并與粉煤加壓氣化工藝用于生產(chǎn)甲醇, 2009年投料試其它技術(shù)聯(lián)合應用等。車(chē),因此在投資和經(jīng)濟性等方面尚未在國內得到4結語(yǔ)工業(yè)化裝置的驗證。我國的能源結構是“富煤缺油、少氣”,利用3煤氣化技術(shù)的工 業(yè)選擇及發(fā)展趨勢四豐富的煤炭替代石油是--條適合我國國情的化煤炭在我國能源生產(chǎn)與消費結構中一直占工產(chǎn)業(yè)持續發(fā)展道路,是國家能源安全的- -個(gè)重主導地位,近幾年,我國大規模的煤化工項目相大戰略課題。我國的第一套煤制油工業(yè)化裝置神繼開(kāi)工建設并投產(chǎn)運行,作為煤化工的核心和關(guān)華百萬(wàn)噸級示范工程一次試車(chē)成功,煤代替石油鍵技術(shù)的煤氣化技術(shù)主要用于以下幾個(gè)方面:化工的煤制烯烴項目也已開(kāi)工建設,我國后續的(1)生產(chǎn)燃料煤氣,通過(guò)選用不同的氣化方項目建設將會(huì )陸續展開(kāi),作為煤化工的先導性和法,可以制得低、中、高三種熱值燃氣,以滿(mǎn)足鋼核心技術(shù)的煤氣化技術(shù)將會(huì )得到更快的發(fā)展，因鐵工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)和民用此我國應大力扶持發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權的煤等不同對象的要求;氣化技術(shù),以降低高昂的技術(shù)引進(jìn)成本,提高核(2)生產(chǎn)合成氣,用作合成氨，合成甲醇和甲心競爭力。醚以及合成油的原料氣;(3)生產(chǎn)氫,煤氣化制氫將是未來(lái)氫能經(jīng)濟參考文獻的主要技術(shù)路線(xiàn)。1許世森,張東亮,任永強主編.大規模煤氣化技術(shù)[M,北德士古水煤漿加壓氣化工藝(TGP)、殼牌干京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006中國煤化工k中的應用前景[],粉煤加壓氣化工藝(SCGP)和新型(多噴嘴對置式)水煤漿加壓氣化技術(shù)在國內都已得到了規模YHCNMHG:2009-06-20)\僅侗H班化應用,其應用效果均已得到工業(yè)化驗證,GSP技