煤氣化技術(shù)概論

1、燃料煤氣氣化技術(shù)與發(fā)展前景的展望燃料煤氣氣化技術(shù)與發(fā)展前景的展望過(guò)程裝備過(guò)程裝備141張一皓張一皓0）引言：）引言：目前能源短缺和環(huán)境污染是制約國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素，煤氣化是潔凈、高效利用煤炭的主要途徑之一實(shí)踐證明在將煤炭轉(zhuǎn)變?yōu)楦憷哪茉春彤a(chǎn)品形式的各種技術(shù)中煤氣化是最應(yīng)優(yōu)先考慮的一種加工方法。生產(chǎn)城市煤氣、化工合成用原料氣、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電用燃?xì)夂途C合利用是煤氣化發(fā)展和應(yīng)用的主要方向。煤炭在中國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占有舉足輕重的地位，中國(guó)的儲(chǔ)煤

2、量占其化石能源儲(chǔ)量的９２９４％，到本世紀(jì)中葉，煤炭在中國(guó)能源消費(fèi)中的比重仍然保持在５０％左右。中國(guó)的能源狀況決定了我們的經(jīng)濟(jì)發(fā)展離不開(kāi)煤炭，基于低碳經(jīng)濟(jì)的要求，大力開(kāi)發(fā)潔凈煤應(yīng)用技術(shù)符合我國(guó)能源安全戰(zhàn)略，煤氣化技術(shù)是潔凈煤應(yīng)用的主要技術(shù)之一，它是發(fā)展煤基化學(xué)品、煤基液體燃料、先進(jìn)的ＩＧＣＣ發(fā)電、多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、制氫、燃料電池等過(guò)程工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)、基礎(chǔ)技術(shù)和共有技術(shù)，同時(shí)也是提供工業(yè)燃料煤氣的主要技術(shù)。目前中國(guó)煤化工和ＩＧＣＣ電站建設(shè)風(fēng)起云涌

3、，據(jù)專家預(yù)測(cè)，到２０２０年，中國(guó)需要為此配套的煤氣化爐的需求量將達(dá)到２２５０套。殼牌、ＧＥ、魯奇、西門子等國(guó)外知名企業(yè)的成熟氣化技術(shù)紛紛搶灘中國(guó)，清華大學(xué)、華東理工大學(xué)、中科院山西煤化所、中國(guó)航天科技集團(tuán)、西北化工研究院等也開(kāi)始研發(fā)為煤化工和ＩＧＣＣ電站配套的煤氣化技術(shù)，截止２００８年３月，準(zhǔn)備中試和已經(jīng)工業(yè)化應(yīng)用的國(guó)內(nèi)外煤氣化技術(shù)有１３種，其中中國(guó)自有技術(shù)９種。相比而言，作為工業(yè)燃料煤氣供應(yīng)單元的煤氣化技術(shù)發(fā)展緩慢，基于多數(shù)冶金、化工

4、、陶瓷、玻璃和機(jī)械等行業(yè)對(duì)燃料煤氣的大量需求，有必要針對(duì)其應(yīng)用特點(diǎn)，適度投入研發(fā)精力，借鑒煤化工和ＩＧＣＣ電站配套的煤氣化技術(shù)，在優(yōu)化現(xiàn)有技術(shù)的前提下，開(kāi)發(fā)適于供應(yīng)工業(yè)燃料煤氣的氣化技術(shù)。1）工業(yè)燃料煤氣氣化技術(shù)要求及現(xiàn)有氣化技術(shù)）工業(yè)燃料煤氣氣化技術(shù)要求及現(xiàn)有氣化技術(shù)1１工業(yè)燃料煤氣對(duì)氣化技術(shù)的要求中低熱值和高熱值煤氣均可作為工業(yè)燃料煤氣應(yīng)用，絕大多數(shù)用戶一般要求煤氣熱值在５０２４￣１００４８ｋＪ／Ｎｍ，只有個(gè)別用戶要求煤氣熱值大于１

5、６７２０ｋＪ／Ｎｍ。作為燃料一般要求煤氣熱值越高越好，目前工業(yè)上的常用氣體燃料，按熱值從高至低區(qū)分，有液化石油氣、天然氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、發(fā)生爐煤氣和高爐煤氣等，其熱值參見(jiàn)表２。工業(yè)燃料煤氣的供應(yīng)一般以單個(gè)企業(yè)為一個(gè)用氣單元，一般每個(gè)用氣單元的用氣規(guī)模都不大，以發(fā)生爐煤氣為供應(yīng)燃料為例，單個(gè)用氣單元的用氣量一般為１０００￣１０００００Ｎｍ／ｈ，同時(shí)各用氣單元比較分散，不易于規(guī)劃統(tǒng)一供氣，所以提供工業(yè)燃料煤氣的氣化爐的單爐最大產(chǎn)量不宜

6、過(guò)大，最大產(chǎn)能氣化爐的單爐氣化煤炭量以２００ｔ／ｄ左右為宜。多數(shù)應(yīng)用工業(yè)燃料煤氣的企業(yè)為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，終端產(chǎn)品的利潤(rùn)率不高，企業(yè)對(duì)系統(tǒng)投資和運(yùn)行成本控制嚴(yán)格，提供工業(yè)燃料煤氣的氣化技術(shù)，其系統(tǒng)造價(jià)應(yīng)該與應(yīng)用企業(yè)的要求相對(duì)應(yīng)，目前作為工業(yè)燃料煤氣供氣單元被廣泛應(yīng)用的常壓固定床兩段爐煤氣站，每生產(chǎn)１００ＧＪ熱量的煤氣其設(shè)備投資為５００￣５５０萬(wàn)元。多數(shù)用于煤化工和ＩＧＣＣ電站的氣化爐投資較大，不符合供應(yīng)工業(yè)燃料煤氣的投資要求，以年產(chǎn)６００ｋｔ甲

7、醇項(xiàng)目氣化站為例，Ｔｅｘａｃｏ氣化工藝總投資８５４４４萬(wàn)元，Ｓｈｅｌｌ氣化工藝總投資１０９２４２萬(wàn)元，僅生產(chǎn)氧氣的分的情況下，氣化爐容量相同時(shí)，三菱空氣氣化爐的投資比Ｓｈｅｌｌ氧氣氣化爐投資約少１５％，若再考慮空分的投資和運(yùn)行費(fèi)用，則空氣氣化爐的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)更為明顯。合理簡(jiǎn)化系統(tǒng)工藝，降低系統(tǒng)造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用，氣流床氣化爐作為工業(yè)燃料煤氣的氣化技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景流化床氣化技術(shù)對(duì)煤的粒徑要求較低，一般可以氣化０￣１０ｍｍ的干煤粉，備煤設(shè)備相

8、對(duì)簡(jiǎn)單，雖然對(duì)煤同樣需要干燥處理，但備煤系統(tǒng)的投資明顯小于氣流床氣化技術(shù)，而且煤氣生產(chǎn)成本較低，適于作為工業(yè)燃料煤氣的氣化技術(shù)。文獻(xiàn)［６］就某工程實(shí)例對(duì)恩德?tīng)t與常壓固定床兩段爐的選擇進(jìn)行了對(duì)比，該工程煤氣用量１６１０Ｎｍ／ｈ，煤氣熱值８７７８ｋＪ／Ｎｍ，由于煤氣熱值要求較高，兩種氣化工藝均選用富氧氣化，該工程需要選擇Φ３ｍ常壓固定床兩段爐３２臺(tái)套（其中５臺(tái)套備用），或Φ５ｍ恩德氣化爐恩德氣化爐４臺(tái)套（不設(shè)備用），對(duì)比結(jié)果兩段爐系統(tǒng)投資為

9、２９２００萬(wàn)元，恩德?tīng)t系統(tǒng)投資３５０００萬(wàn)元，如果考慮土地及廠房建設(shè)，二者投資基本相同，而且恩德?tīng)t的煤氣成本僅為兩段爐的１／２（按照塊煤５００元／ｔ；粉煤３００元／ｔ計(jì)算）。流化床氣化爐煤氣帶出物（小顆粒粉煤）較多，且?guī)С鑫锏暮剂扛哌_(dá)２５％￣３０％，煤氣及帶出物的溫度較高，為９５０￣１０００℃，爐渣離開(kāi)氣化爐的溫度也高達(dá)３００℃，冷煤氣效率較低，一般僅為６０％，需要采取相應(yīng)技術(shù)措施，減少碳損失，并充分利用煤氣、帶出物及灰渣的顯熱，提高

10、系統(tǒng)能量利用效率（３）型煤氣化技術(shù)將粉煤制成型煤用于常壓固定床煤氣爐氣化的技術(shù)經(jīng)過(guò)了大量的生產(chǎn)實(shí)踐，該技術(shù)不僅能夠提供塊度均勻、大小合適的氣化煤料，增強(qiáng)煤的化學(xué)反應(yīng)活性，而且通過(guò)配煤、添加添加劑、快速加熱等技術(shù)手段，還可以改善煤的熱穩(wěn)定性、提高煤的灰熔點(diǎn)和機(jī)械強(qiáng)度、降黏、助燃和固硫，達(dá)到對(duì)煤改質(zhì)優(yōu)化的良好的效果，更有利于滿足入爐氣化要求。型煤壓制技術(shù)包括冷壓和熱壓兩種，冷壓型煤技術(shù)，成型工藝簡(jiǎn)單，型煤生產(chǎn)線的工程投資較小，但由于結(jié)劑的原

11、因，型煤入爐之后的熱態(tài)強(qiáng)度較低，很容易粉碎，致使氣化冷壓型煤時(shí)，爐內(nèi)阻力大、氣化負(fù)荷低、粉渣多、灰渣含碳較高，料層越高越難于氣化，實(shí)踐表明一段爐基本可以實(shí)現(xiàn)全部應(yīng)用冷壓型煤氣化，兩段爐和干餾爐一般只能采取冷壓型煤與塊煤摻混氣化的方式。熱壓技術(shù)生產(chǎn)的型煤，具有較高的冷、熱態(tài)強(qiáng)度，能夠滿足入爐氣化要求，而且還具有很好的防水性能，但熱壓成型的生產(chǎn)工藝較復(fù)雜，型煤生產(chǎn)線的工程投資較大，生產(chǎn)成本較高，當(dāng)塊煤與粉煤差價(jià)較小時(shí)，熱壓型煤經(jīng)濟(jì)性較差。開(kāi)

12、發(fā)良好性能的冷壓型煤結(jié)劑，優(yōu)化熱壓型煤生產(chǎn)工藝，是發(fā)展型煤氣化技術(shù)的關(guān)鍵。4富氧氣化技術(shù)２０世紀(jì)６０年代開(kāi)始，中國(guó)的一些化肥廠相繼對(duì)其常壓固定床水煤氣發(fā)生爐進(jìn)行技術(shù)改造，成功開(kāi)發(fā)出常壓固定床富氧連續(xù)氣化技術(shù)。隨氣化劑中氧濃度的增加，氣化爐的氣化強(qiáng)度、氣化效率、煤氣有效成分得以大幅度提高。最早嘗試性進(jìn)行富氧連續(xù)氣化改造試驗(yàn)的廠家，一般都是利用本廠深冷空分富余的氧氣，在老的間歇造氣爐上進(jìn)行“富氧空氣－水蒸氣”連續(xù)氣化制取合成氨原料氣，但是利

13、用深冷空分制氧，系統(tǒng)投資和制氧成本都比較高，受制氧技術(shù)發(fā)展的影響，常壓固定床富氧連續(xù)氣化技術(shù)推廣較慢，目前隨著變壓吸附制氧技術(shù)的發(fā)展和推廣，降低了制氧設(shè)備的造價(jià)，同時(shí)制氧成本也隨之降低，大大推動(dòng)了連續(xù)富氧氣化技術(shù)的發(fā)展。與以“空氣－水蒸氣”作為氣化劑的常壓固定床連續(xù)氣化工藝相比，常壓固定床富氧連續(xù)氣化具有較為明顯的性能優(yōu)勢(shì)，由于采用富氧空氣與水蒸氣的混合物作為氣化劑，提了氣化劑中氧氣的濃度，煤氣成分中可燃部分（ＣＯ和Ｈ）的含量增加，惰性