气化造气工艺技术

造气车间1 煤气化工艺技术选择煤气化工艺有十几种，在工业上大量采用的也就是几种，可分为固定床、流化床、气流床三种类型。

煤气化工艺选择原则是：（1）根据煤质选择相适应的煤气化工艺；（2）根据煤气加工的产品及用途选择煤气化工艺；（3）装置规模的大型化。

依据上述三个原则，流化床气化工艺比较适应年青褐煤气化，但气化压力＜1MPa，飞灰太多且含碳高，碳转化率、气化效率较低，在装置大型化方面还存在一定问题，BGL 固定床液态排渣加压气化，虽然较好适应高水份褐煤气化，且有蒸汽消耗低，煤气中甲烷含量高的特点，但该技术目前在国内外没有工业化成功运行的先例，还有待开发研究。

因此庆华新疆煤化有限公司煤制天然气项目可供选择的气化工艺有GSP、Texcao、Shell干粉煤、Lurgi 碎煤固定床干法排灰压力气化。

为此对GSP、Lurgi、Shell 三种气化工艺进行详细的比较如下：GSP、Shell、碎煤加压气化三种气化工艺比较：由上表可知：（1）三种煤气化工艺在消耗指标上，消耗高水份原料煤基本一样，差别最大的是氧气消耗原料煤Shell、GSP 气化是碎煤加压气化2.9 倍。

电：Shell 是碎煤加压气化19 倍，GSP 是碎煤加压气化12 倍。

蒸汽：GSP、碎煤加压气化比Shell 每106KJ 多消耗3.5kg。

（2）包括焦油等副产品在内，三种气化工艺的碳转化率、气化效率、气化热效率基本一样。

（3）三种煤气化投资相差很大。

Shell 投资是碎煤加压气化的2.6 倍，GSP 是碎煤加压气化的2 倍。

造成投资大的主要原因除气化装置外，空分装置影响更大。

煤气化、空分比较结果还不能代表全部工艺的比较结果，对于以煤为原料生产合成天然气，碎煤加压气化生产煤气中按热值分布，焦油约占煤总热值的10%，甲烷热值约占煤气总热值30%。

H2、CO 约占60%。

因此采用碎煤加压气化工艺合成天然气与采用Shell、GSP煤气化工艺合成天然气相比，变换、低温甲醇洗净化装置、甲烷化装置等后系统的处理量大大减少，消耗、投资大大降低。

（4）鲁奇（BGL）碎煤加压熔渣气化液态排渣技术90 年代初，英国煤气公司投资2 亿英镑进行煤气化研究，1975年开始，该公司与德国鲁奇能源与环境公司合作，利用英国煤气公司技术在德国鲁奇公司（BGL）气化炉进行试验，1990 年，在英国贸工部的支持下，利用（BGL）气化炉制得的经过净化的燃气在发电方面的性能进行了示范。

示范装置运行了15000小时，气化了177000多吨煤炭。

试验表明，BGL 气化技术煤气转化率高；比干灰气化炉产气量大；炉灰由不可渗滤性的玻璃质固体所取代，灰渣含炭量在0.5%以下，产生的污水量也较少。

BGL 气化技术不但在燃用水份含量在28%的劣质煤方面具有一定的优势，而且还能气化生活垃圾。

对于该气化工艺我院与云南煤化工集团、英国Advantica 公司早在2005 年签定了联合开发的协议书。

2006 年对解化集团的2800mm的加压气化炉改造，2007 年解化集团新建了3600mm 熔渣气化炉，从试运行的结果看还存在一定的问题，需要进一步完善。

故没有推荐该气化工艺。

（5）德士古气化技术德士古气化技术的特点a 德士古煤气化技术，是将原料煤制成水煤浆，以喷流雾化的形式进入气化炉进行高温气化，对原料煤的特性(如粒度、成浆性能、灰熔点等)均有较严格要求，故适用煤种较窄。

因其可使用小颗粒粉煤，故煤的利用率高。

b 采用湿法磨煤，水煤浆供料安全可靠。

但要求煤的成浆性好，煤浆浓度在60%—65%（wt）。

c 气化炉为钢制外壳，内衬耐火砖，炉体结构简单，无传动设备，运行稳定。

但耐火砖寿命较短，最多为一年，喷嘴仅60 天左右，设备运行周期较短。

对煤的灰熔点要求1350℃左右，灰小于15%。

d 气化过程可在高压（最高可达8MPa）下完成，降低了合成气压缩功耗，同时使单台炉产气量比较大。

e 气化炉操作温度高，煤在气化炉中数秒内几乎全部气化，碳转化高可达96%～98%以上。

煤气中甲烷含量低，仅在0.1%左右，有效气体（H2+CO）含量比较高，在80%左右，有利于作为合成气使用。

f 生产的粗煤气不含焦油、萘、酚等杂质，对粗煤气的净化及污水的处理流程简单，不污染环境。

g 灰渣成玻璃状，不污染，易堆放，可做水泥的配料。

h 操作弹性大，可以快速转变。

由于采用喷流式气化，负荷从50%到100%的大范围变动，可在极短的时间内完成。

i 与其它煤气化工艺相比，德士古气化工艺氧耗高，煤气化效率相对较低，对耐火材料的要求较高，操作周期短，管理水平、维护水平要求高。

对于本项目目标产品为天然气，采用碎煤加压气化工艺与德士古气化工艺有以下优点：1 项目的投资增加：A 备煤工段的投资与能耗增加5 倍以上。

B 空分的的投资与能耗增加3 倍以。

C 变换、甲烷化工段的投资与能耗增加1.5 倍以。

2 副产品减少：众所周知碎煤加压气化工艺在气化过程中生成大量的煤焦油、石脑油、粗酚、液氨。

这些副产品可以抵扣产品天然气的成本，是本项目更具有经济性。

3 从以上两点来看如采用德士古气化工艺本项目的经济性很难通过。

综上所述煤气化推荐选用碎煤加压气化2. 工艺原理：制造燃气的原料种类很多，广义地说，凡是有机物质都可做为制气的原料。

在工业生产中，煤是一种广为采用的制气原料。

煤是蕴藏在地层中的有机生物岩，由不同地质时代的植物经历不同的成煤过程而形成不同性质的煤。

通常可将煤分成三大类：1.腐植煤；2.残植煤；3.腐泥煤类。

其中由高等植物经泥炭化作用和变质作用形成的腐质煤是煤中储量最大最重要的煤。

根据煤化程度不同，腐质煤可区分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四大类。

煤的组成以有机质为主体，煤的用途主要是煤中有机质的性质决定。

煤质的基本分析有工业分析和原素分析。

煤的工业分析包括煤的水分、灰分、挥发分、固定碳、全硫和热值等项目的分析称为煤的全工业分析。

元素分析包括碳、氢、氧、硫、磷、氯等项。

煤的气化过程是一个复杂多相物理化学反应过程。

主要是煤中的碳与气化剂，气化剂与生成物，生成物与生成物，及碳与生成物之间的反应。

煤气的组成决定于原料种类，气化剂种类及制气过程的条件。

制气过程的条件主要决定于气化炉的构造和原料煤的物理化学性质。

其中煤的灰熔点和粘结性是气化用煤的重要指标。

3. 碎煤加压气化简述碎煤加压气化装置由气化炉及加煤煤锁和排灰灰锁组成。

碎煤气化炉单台公称产粗煤气气量按46630 Nm3/h考虑。

加压气化炉14台，分为两大系列（7台/每系列），总量为652823 Nm3/h。

煤经由自动操作的煤锁加入气化炉。

气化剂——蒸汽、氧气混合物，经安装在气化炉下部的旋转炉蓖喷入，在燃烧区燃烧一部分煤，为吸热的气化反应提供所需的热。

在气化炉的上段，刚加进来的煤向下移动，与向上流动的气流逆流接触。

在此过程中，煤经过干燥、干馏、气化和燃烧后，只有灰残留下来，灰由气化炉中经旋转炉蓖排入灰锁，再经灰斗排至水力排渣系统。

主要反应有：燃烧区 2C+O2=CO C+O2=CO2气化区：C+H2O=CO+H2C+2H2O=CO2+2H2CO+H2O=CO2+H2C+CO =2CO+2H2 CO+3H2=CH4+H2O CO2+4H2=CH4+2H2O离开气化炉的粗煤气以CO、H2、CH4、H20 和C02为主要组分。

还包括CnHm、N2、硫化物(H2S)、焦油、油、石脑油、酚和氨等众多气体杂质。

煤在气化炉中的气化过程，可分为五个区：灰床、燃烧床、气化区、干馏层、干燥和预热层。

（附：加压气化炉过程简图及Mark-IV鲁奇炉图）①灰床3.92MPa（绝压）400℃的过热蒸汽和夹套自产蒸汽与3.62MPa（绝压）、100℃的氧气混合后，约230℃进入气化炉，由炉篦均匀地在灰床中分布，与灰渣换热，灰渣由约1200℃被冷却到比气化剂温度高约50℃，排人灰锁，气化剂被加热后上升到燃烧区。

②燃烧区燃烧区主要是通过碳和氧反应为气化反应提供所需的热量。

在燃烧区进行下列主要反应：a. C+O2=CO2 +4.18×97kg/molb. 2C+O2=CO + 4.18×29.4kg/mol上述两反应放出大量的热，上升的气化剂被加热到约1100℃，下降的灰的温度接近1200℃。

③气化区来自燃烧区的上升气体主要含有CO2、CO和水蒸气，在气化区约850℃的平均温度下进行以下反应：a. C+H2O=CO+H2 -4.18×28.3kg/molb. C+2H2O=CO2+2H2 -4.18×18.5kg/molc. CO+H2O=CO2+H2 +4.18×9.80kg/mold. C+CO =2CO+2H2 -4.18×38.3kg/mol4.鲁奇炉的发展概况：加压气化过程简图Mark---IV鲁奇炉灰层高度与温度之间的关系e. C+2H2=CH4 +418×20.9kg/molf. CO+3H2=CH4+H2O +418×49.3kg/mol气化区的控制反应是a,甲烷化反应e和反应d对离开气化区的煤气组成影响较小。

反应b、c、d、对煤气的影响更小，对活性差的煤其影响可忽略不计。

④干馏层：在干馏层，煤被上升的煤气加热干馏，有部分的H2、CO2、H2O、NH3从煤中脱吸分解出来。

在500`~800℃CH4的C2+以上的烃类从煤中逸出，在干馏层，酚、萘等有机物也形成并分解出来。

干馏过程是吸热过程。

干燥和预热层有煤锁加入到气化炉的煤在干燥和预热层被干燥并加热到约200℃。

此时煤的表面水分和吸附水分被蒸发。

加压气化中，，影响气化的因素有原料的物理化学性质，气化炉结构及炉内操作条件。

操作条件对气化过程的主要影响因素为气化压力、气化温度及汽氧比。

气化压力压力对煤气组成的影响，甲烷和CO2含量随压力提高而增加，CO和H2含量随压力提高而减少。

压力对煤气产率的影响。

随着压力升高，煤气产率下降。

压力对气化炉生产能力的影响。

在相同温度的加压气化对提高气化炉生产能力有利。

压力对氧和蒸汽消耗量的影响随压力升高，O2消耗量下降而蒸汽耗量大大增加。

气化温度气化温度通常是气化层温度。

气化温度对煤气组成影响很大，随气化温度的升高；H2和CO含量升高；CO2和CH4含量降低。

气化温度的选择还与煤种和气化压力密切相关。

气化变质程度深的煤应有较高的反应温度。

对于固态排渣气化方式，气化温度的选择往往取决于煤灰熔化温度，气化温度必须低于煤灰熔化温度。

汽氧比：汽氧比是指气化剂中水蒸汽与氧气的比值。

汽氧比是调整、控制气化过程温度、改变煤气组成，影响副产品产量及质量的重要因素。

选用较高的汽氧比会使气化反应温度降低，蒸汽分解率下降，使蒸汽消耗量大大增加。

同时使煤气水处理系统负荷增大。