煤氣化工藝清潔生產(chǎn)及環(huán)境保護分析

第6期(總第139期)煤化工No.6(Total No.139)2008年12月Coal Chemical IndustryDec. 2008煤氣化工藝清潔生產(chǎn)及環(huán)境保護分析郭森周學(xué)雙杜嘯巖(國家環(huán)境保護部環(huán)境工程評估中心,北京100012)摘要簡(jiǎn)要介紹了固定床氣化流化床氣化、氣流床氣化等主要煤氣化工藝,對不同煤氣化工藝的清潔生產(chǎn)及環(huán)境保護水平進(jìn)行了對比分析,指出確定煤氣化工藝時(shí),在考慮煤種適應性和合成氣用途的同時(shí),還應兼顧建設地區資源、能源以及環(huán)境承載能力等因素,注重生產(chǎn)過(guò)程資源回收利用和污染物控制,在提高生產(chǎn)效率的同時(shí),提高媒炭資源的利用率,以實(shí)現經(jīng)濟最優(yōu)化和清潔生產(chǎn)。.關(guān)鍵詞煤氣化清潔生產(chǎn) 環(huán)境保護文章編號:1005- 9598 (2008) -06-0013-04中圈分類(lèi) 號:TQ54文獻標識碼:A清潔生產(chǎn)的實(shí)質(zhì)就是在生產(chǎn)發(fā)展的過(guò)程中,堅持法主要有魯奇固定層加壓氣化法、水煤漿加壓氣化法采用新工藝、新技術(shù),通過(guò)對生產(chǎn)全過(guò)程的控制和資(德士古Texaco、多噴嘴對置式水煤漿氣化、多元料源、能源的合理配置,最大限度地把原料轉化為產(chǎn)品,漿氣化)及干煤粉加壓氣化法(Shell、CSP)。把污染消滅在生產(chǎn)過(guò)程中,從而達到節能、降耗、減污、1.1 固定床氣化增效的目的,實(shí)現經(jīng)濟建設和環(huán)境保護的協(xié)調發(fā)展。.固定床氣化常見(jiàn)的類(lèi)型有間歇式氣化(UGI)和連煤氣化是煤化工產(chǎn)業(yè)的龍頭,為下游裝置提供原續式氣化(魯奇Lurgi)2種。其中間歇式氣化是20世.料氣,大部分煤化工工藝如煤制甲醇、合成氨等都要.紀30年代開(kāi)發(fā)成功的,投資少、容易操作,但氣化率采用氣化工藝將固態(tài)的原料煤轉化為C0.H2和CO2等低、原料單一且能耗高,目前已屬落后的技術(shù)。間歇制.氣態(tài)物質(zhì),而后再進(jìn)行相應的后續工藝,因此，根據煤.氣過(guò)程中，大量吹風(fēng)氣排空，放空氣體中含C0.CO2、.質(zhì)特性,選擇能夠長(cháng)周期穩定運轉、工藝先進(jìn)、清潔水.H2.HS、SO2、NOx及粉灰，煤氣冷卻洗滌塔排出的污水平高的煤氣化技術(shù)是十分重要的,對于實(shí)現煤化工清含有焦油、酚類(lèi)及氰化物,造成環(huán)境污染,國家發(fā)展和潔生產(chǎn)、建設環(huán)境友好、經(jīng)濟效益顯著(zhù)的新型煤化工改革委員會(huì )發(fā)改工業(yè)[2006]1350號“國家發(fā)展改革.產(chǎn)業(yè)基地將起到重要作用。委關(guān)于加強煤化工項目建設管理促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知"中,提出對于采用固定床間歇氣化技術(shù)的煤1主要煤氣化工藝介紹氣化項目禁止核準或備案。1.2 流化床氣化為了提高煤氣化的氣化效率和氣化爐氣化強度,流化床氣化也叫沸騰床氣化,它的氣化過(guò)程是粉改善環(huán)境,實(shí)施節能減排,符合清潔生產(chǎn)要求,煤氣化煤在反應器內呈流態(tài)化狀態(tài),在- -定溫度、壓力條件技術(shù)總的方向是氣化壓力由常壓向中高壓發(fā)展;氣化下,與氣化劑反應生成煤氣。其主要優(yōu)點(diǎn)是:生產(chǎn)強度原料向多樣化發(fā)展;固態(tài)排渣向液態(tài)排渣發(fā)展。近年較固定床大;直接使用小顆粒碎煤為原料,適應采煤來(lái),固態(tài)床氣化、流化床氣化、氣流床氣化等幾種不同技術(shù)發(fā)展,避開(kāi)了塊煤供求矛盾;對煤種煤質(zhì)的適應類(lèi)型的煤氣化技術(shù)均取得了較大的進(jìn)展和較好的效性強,可利用如褐煤等高灰劣質(zhì)煤作原料,流化床氣果,以煤為原料的先進(jìn)可靠具有商業(yè)化業(yè)績(jì)的氣化方化常見(jiàn)的類(lèi)型有溫克勒(Winkler)、灰熔聚(U-Gas)、循環(huán)流化床(CFB)、加壓流化床(PFB)等。1.3中國煤化工收稿日期:2008-10-13作者簡(jiǎn)介:郭森(1981一 ),男,2003年畢業(yè)于北京航空iYHCNMH G粉2類(lèi),水煤漿類(lèi)航天大學(xué)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè),2006年畢業(yè)于中國環(huán)境科學(xué)研究.以Texaco最具代表性，干煤粉類(lèi)以Shell和GSP最院,獲碩士學(xué)位,助理工程師,現從事環(huán)境影響評估工作。具代表性。前者是先將煤粉加水制成煤漿,用泵送入.一14煤化工2008年第6期氣化爐,氣化溫度1 350"C~1 450C;后者是氣化劑將有較大的兼容性,國際上已有多家單系列、大容量、加煤粉夾帶人氣化爐,在1 500C-1 700個(gè)高溫下氣化,壓裝置在運行,其清潔、高效代表著(zhù)當今技術(shù)發(fā)展潮流。殘渣以熔渣形式排出。它的氣化過(guò)程是煤炭細粉粒在1.4 不同煤氣化工藝對比分析反應器內呈高速運動(dòng)狀態(tài),相當于流化技術(shù)領(lǐng)域里對主要針對目前國內采用較多的魯奇(Lurgi)氣化固體顆粒的“氣流輸送" ,習慣上稱(chēng)為氣流床氣化。爐、德士古(Texaco)氣化爐、殼牌(Shell)氣化爐、GSP氣流床對煤種(姻煤、褐煤)、粒度、硫分、灰分都具氣化爐進(jìn)行分析對比 ,其主要工藝參數列于表1。表14種氣化工藝主要參數比較工藝名稱(chēng)LurgiTexacoShe1lGSP氣化工藝固定床.固態(tài)排渣氣流床、液態(tài)排渣褐煤、次煙煤、煙適用煤種弱黏結性煤次煙煤、煙煤、油渣煤.無(wú)煙煤、油渣氣化爐由旋轉爐蓖頂部單噴嘴 ,熱壁,耐火下部多噴嘴對噴,頂部單噴嘴,承壓氣化爐的特點(diǎn)和承壓外殼組成,殼襯里，冷激流程(用于 .承壓外殼內有水冷外殼內有水冷壁,體用水夾套保護,廢IGCC時(shí)有廢鍋流程)壁,廢鍋流程,充分激冷流程， 由水冷鍋流程回收廢熱產(chǎn)蒸汽壁回收少量蒸汽氣化壓力/MPa-3.04.0-6. 52.0~4.02.0-4.0氣化溫度/ C1 100-1 3001 300~1 4001 400-1 6001 400~1 600氣化劑氧+蒸汽進(jìn)料方式5mm~50mm煤60%-65%水煤漿于煤粉干煤粉單爐最大投煤量/ t.di7002 0002 500氧耗/m2+(1 00C0+H)+ 192-240380~430330~360330-340碳轉化率/%99(包括副產(chǎn)品)96~98999冷煤氣效率/% .85-89(包括副產(chǎn)品) 70-7678~83煤氣中0+H2/%~65~80~90粗煤氣組分復雜,CH,NH,等較簡(jiǎn)單貪量較商較長(cháng),需增加煤氣水較短， 只需考慮酸性氣較短，只需考慮酸較短,只需考 慮酸煤氣凈化流程分離、酚、氨回收等體脫除及根據原料氣用性氣體脫除及根據性氣體脫除 及根.工序，回收焦油、粗途進(jìn)行有效氣體調配原料氣用途進(jìn)行有據原料氣用途進(jìn)酚、氨水副產(chǎn)品.效氣體調配行有效氣體調配廢水產(chǎn)生量較大,成廢水產(chǎn)生量較小， 成分廢水產(chǎn)生量較小，廢水產(chǎn)生與處理難易程度分復雜， 處理工藝較相對簡(jiǎn)單， 處理工藝較成分相對簡(jiǎn)單,處復雜容易理工藝較容易對水環(huán)境影響較大較低工藝技術(shù)先進(jìn)性較先進(jìn)工藝技術(shù)可靠性高一般投資比較較高設備國產(chǎn)化程度高,引進(jìn)燒嘴、煤漿泵校低，引進(jìn)氣化爐較低,引進(jìn)氣化爐內件制造、安裝周期.難度小難度大工程實(shí)施難度開(kāi)車(chē)運行經(jīng)驗經(jīng)驗豐富經(jīng)驗少;經(jīng)驗少由表1可以看出,Lurgi .Texaco ,Shell和GSP這和S中國煤化工化率高、氧氣消耗4種煤氣化技術(shù)都是先進(jìn)的技術(shù)，它們各有特點(diǎn),界低,:MYHCNMHG是目前國內Lurgi.限并不十分明確,國內技術(shù)界也眾說(shuō)紛紜,通常根據Texaco(包括具有國內自主知識產(chǎn)權的多噴嘴對置式煤種、煤源的保證性及原料氣的用途確定。GCSP 工藝水煤漿氣化技術(shù)、多元料漿 氣化技術(shù))工藝工業(yè)化時(shí)2008年12月郭森等:煤氣化工藝清潔生產(chǎn)及環(huán)境保護分析.15.間長(cháng),技術(shù)成熟、可靠,經(jīng)驗豐富。4種工藝各有優(yōu)缺理,也能夠滿(mǎn)足環(huán)境保護要求。點(diǎn),因此在工藝的選擇上,應從實(shí)際情況和需要等方面來(lái)考慮。3環(huán)境保護和資 源綜合利用分析.2煤氣化清潔工藝分析不同氣化工藝產(chǎn)生的污染物不同,污染治理難易程度也不同,但隨著(zhù)環(huán)境保護工作的日益嚴格,為更隨著(zhù)煤氣化工藝技術(shù)的不斷優(yōu)化,其清潔生產(chǎn)水進(jìn)一步適應國家提倡的節能減排新形勢,各種合理有平也在不斷提高,有效實(shí)現節能減排,主要體現在以.效的環(huán)境保護和資源綜合利用措施正得到成功應用。下方面。3.1 Texaco、Shell、GSP氣化工藝產(chǎn)生的廢氣主要為2.1無(wú)論固定床 Lurgi氣化工藝，還是先進(jìn)的氣流.灰水系統閃蒸汽，收集起來(lái)送變換工段經(jīng)汽提塔后,床(Texaco、Shell和GSP等)氣化工藝,對煤種的適應.尾氣可去硫回收裝置處理。范圍更廣,高灰分、高硫分.粉煤、碎煤等劣質(zhì)煤均能3.2 Lurgi氣化工藝產(chǎn)生的廢氣源相對較多,主要為找到合適的氣化工藝，再經(jīng)過(guò)合理的煤氣凈化工藝，煤鎖加煤排氣,煤鎖.灰鎖泄壓排氣、煤氣水分離膨脹將氣體中的硫、氨等有害雜質(zhì)脫除,達到后續生產(chǎn)工氣煤氣水處理汽提氣,其中煤鎖加煤排氣可用氮氣.藝要求。通過(guò)采用潔凈的煤炭氣化技術(shù)最大化利用資吹出高空排放;煤鎖卸壓氣量較多,含CO2.CO.H2、CH、源,既提升了原煤產(chǎn)值,又控制污染物的產(chǎn)生。02.HS等,收集至氣柜作燃料氣使用;灰鎖泄壓時(shí),有.2.2 當今先進(jìn)的氣化工藝是氣化溫度和壓力都向著(zhù)少量含塵水蒸氣排出,洗滌除塵后排放;煤氣水在分更高方向發(fā)展,Shell氣化和GSP氣化的碳轉化率高離過(guò)程，會(huì )釋放出溶解在水中的CO2.CO、H2、CH.H2S.達99%以上，煤氣中有效氣體(C0+H2)在90%以上,產(chǎn)HCN.NH,等氣體組分,大部分為可燃成分,送氣化火炬品氣體更加潔凈,基本不含焦油氰化物等雜質(zhì),甲烷燒掉,通過(guò)燃燒將有害氣體轉化為H20.CO2;煤氣水處含量極低，所以氣化灰水的COD .NH3-N等不是很高，理單元用高壓蒸汽汽提脫除水中酚、氨.CN等成分,更容易實(shí)現達標治理與回用。產(chǎn)生一部分汽提氣,直接將這部分氣送回氣化爐作氣2.3 與早期開(kāi)發(fā)的固定層常壓間歇氣化技術(shù)相比,化劑利用,不進(jìn)人環(huán)境中。目前的煤氣化技術(shù)均為加壓氣化,無(wú)大量的造氣吹風(fēng)3.3 Texaco .Shell、GSP 氣化工藝產(chǎn)生的廢水來(lái)源急氣產(chǎn)生,僅有少量灰水系統的閃蒸汽產(chǎn)生,這股氣體冷水、洗滌塔洗滌水以及渣池排出的細渣水,由于氣送去后續的變換工段經(jīng)汽提塔后,尾氣可送到硫回收.化溫度和壓力都較高,基本不含焦油、氰化物等雜質(zhì)，裝置處理。甲烷含量極低,所以氣化灰水中COD .NH5-N等含量不2.4設置熱回收或廢鍋,回收氣化中的熱能副產(chǎn)蒸汽,是很高,廢水較易治理,氣化灰水通常采用投加絮凝在節能同時(shí),也有效防止燃燒動(dòng)力煤增加的污染。劑沉降、過(guò)濾法處理后,大部分回用,為防止系統中雜2.5 根據不同需求,采取相應的氣體分離技術(shù),將氣質(zhì)累積,將一定量的灰水排出系統送至污水處理站處化煤氣中的多種成分合理利用。如采用魯奇爐氣化煤理，污水處理站多選擇序批式生物反應器(SBR)或氣中的甲烷含量高達百分之十幾,為了達到后續化工A/0處理工藝,出水達標后外排。為進(jìn)一步減少水的合成原料氣要求，將甲烷分離出來(lái)副產(chǎn)液化天然氣外排量,提高水的重復利用率,實(shí)現節能減排,目前一(LNG);對煤制油、煤制甲醇等氣化工藝氣中分離出大.些大型煤化工企業(yè)又投資增建中水回用裝置,對循環(huán).量的二氧化碳回收利用,作下游生產(chǎn)尿素原料,附近水系統排污水和污水處理站出水采取超濾、反滲透、有焦爐煤氣制甲醇的裝置，也可作為碳源進(jìn)行補充,消毒等措施治理后,出水達回用水水質(zhì)指標,最后送提高甲醇產(chǎn)量,減少甲醇合成弛放氣的排放,既有利循環(huán)水系統作補充水,既節約水資源,又很大程度減.于充分利用資源,又有利于溫室氣體的減排。少廢水外排量,對保護水體起到積極作用。.總體來(lái)說(shuō),Texaco、Shell和GSP氣化工藝由于碳.3.4 加壓固定床魯奇爐氣化產(chǎn)生的氣化煤氣水含轉化率高,煤氣中有效氣體(CO+H2)成分較高,NH、CH4酚、氰氨焦油等相對較高.-般要設置煤氣水分離、等雜質(zhì)少,因此,能耗物耗低,污染物產(chǎn)生量也小,清酚、中國煤化工:焦油、氨、酚后,大潔生產(chǎn)工藝水平高;Lurgi氣化工藝與這三種相比不部分|YHCNMHG有少量送后續污占優(yōu)勢,但工程中通過(guò)采用成熟的技術(shù)手段,針對其.水處理站進(jìn)行治理,通常需采用A/0、A2/02、A/02等多.氣化過(guò)程流失的資源及廢氣、廢水等加以回收和處.級生化處理工藝,流程相對較長(cháng),投資和占地面積大，煤化工2008年第6期實(shí)際運行操作復雜,運行成本高,經(jīng)處理后出水也能藝,該工藝產(chǎn)生的廢水量相對較大,且水質(zhì)復雜，氨氮達到預期的效果。等有害物高,處理成本相對較大,可能會(huì )對水環(huán)境造3.5氣化過(guò)程產(chǎn)生的爐渣中因含有一定量的碳, 因成一定的影響。此外,近年來(lái)隨著(zhù)國內一些科研單位此可運到廠(chǎng)內的鍋爐與煤摻燒，既充分利用了資源，和企業(yè)的努力,研發(fā)出具有國內自主知識產(chǎn)權的多噴又減少了廢渣的排放量。摻燒后的爐灰渣、氣化爐粗嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)、多元料漿氣化技術(shù)和灰熔.渣和收集的飛灰等可作為建筑材料綜合利用,如用于聚氣化技術(shù)等，在工業(yè)化裝置中都得到成功應用,并鋪路或生產(chǎn)水泥等,充分回收利用了資源,提升產(chǎn)品且工藝過(guò)程中較好地貫徹了清潔生產(chǎn)與環(huán)境保護的.價(jià)值。要求，為我國今后的煤化工發(fā)展提供了良好技術(shù)條件,適用性更強,值得關(guān)注。4結語(yǔ)參考文獻:在確定煤氣化工藝技術(shù)路線(xiàn)時(shí)，不僅應根據煤[1] 陳廣智,朱 疆.煤氣化工藝的比較[J].中氮肥，種、灰熔融性溫度等煤質(zhì)特性及裝置規模、產(chǎn)品鏈設2001, (1) :30-32.定和投資情況進(jìn)行選擇,同時(shí)也應從當地實(shí)際情況出[2]李大尚. GSP 技術(shù)是煤制合成氣(或H2)工藝的最佳選發(fā),兼顧煤炭資源、水資源等原輔材料與動(dòng)力供應保擇[J].煤化工, 2005, 33(3):1-6.證性和運輸條件,以及環(huán)境承載能力等因素;在水環(huán)[3]滑體之.煤氣化工藝技術(shù)的選撣[J].河南化工, 2005,境比較敏感地區建設，盡可能不選取Lurgi氣化工22(9):1-4.Analysis on Clean Coal Gasification Process and Environmental ProtectionGuo Sen, Zhon Xueshuang and Du Xiaoyan(Environmental Engineering Assessment Center, National Environmental Protection Dept., Beijing 100012)Abstract It briefly describes some major coal gasifcation processes such as the fixed -bed gasification， fluidized-bed gasification, entrained flow gasification，etc.， and comparatively analyzes clean production and environmentalprotection of diferent coal gasification processes. When determining a coal gasification process, besides the varieties offeed coals as well as the application of product gas, the regional resources, energy and environmental bearing capacity ofthe project construction site shall also be considered, as well as the resource recovery and reutilization and pollutantcontrol during the production process. While improving the production efficiency, we should also improve the coalutilization so as to achieve economy optimization and clean production.Key words coal gasification, clean production, environmental protection，簡(jiǎn)訊●潞安集團16萬(wàn)t/a煤間接液化合成油示范裝置成功出油2008年12月22日,潞安集團16萬(wàn)t/a煤基合成油示范項目成功出油,這是我國成功出油的第一- 套煤間接液化合成油示范裝置。潞安煤制油示范項目是通過(guò)國家級項目招標確定的,位于潞安集團屯留煤-油循環(huán)經(jīng)濟園區內,于2006年2月奠基開(kāi)工,2008年9月15日氣化爐成功點(diǎn)火。該項目以具有我國自主知識產(chǎn)權的“煤基液體燃料合成漿態(tài)床工業(yè)化技術(shù)”為核心技術(shù),包括了鐵基漿態(tài)床和鈷基固定床等先進(jìn)的費-托合成,主要產(chǎn)品包括柴油、石蠟、石腦油.LPG及少量混合燃料醇。該項目是山西省和我國煤炭工業(yè)的一項舉足輕重的示范工程,其成功出油標志著(zhù)路安煤基合成油項目取得重大進(jìn)展,對潞安集團調整產(chǎn)業(yè)結構、推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟園區建設,對我國替代能“發(fā)展,均具有十分重.要的意義。項目發(fā)展規劃為:該項目成功后，2009 年-2012年完成第中國煤化工，單套生產(chǎn)能力達40萬(wàn)t/a~60萬(wàn)t/a;2012 年-2015年完成第二個(gè)300萬(wàn)t/a產(chǎn)業(yè)化CN M H G成為具有強大競爭力和影響力的中國煤基合成油示范基地和生產(chǎn)基地。(全國煤化工信息站)