适合于炼厂制氢的煤气化技术选择

收稿日期：2013－04－23；收到修改稿日期：2013－06－18。作者简介：罗志荣，男，1975年出生，2002年毕业于石油大学计算机与科学专业，现任中国石化茂名分公司煤制氢车间主任。联系电话：0668－2241992；E－mail ：luozr．mmsh＠sinopec．com 。

随着国内成品油需求量的增长，国内炼油能力正快速增长，而随着环保要求的逐年提高，全加氢型的炼厂也越来越被认可。氢气使用量的增加使炼油企业更加关注氢气成本的下降，而原油价格的提高和煤化工技术在国内的发展，使成本相对较低的煤成为制氢原料的首选。当前，可用的煤气化技术比较多，也各有优缺点，用于炼厂制氢的煤气化技术应根据炼厂的特点进行选择。

1一般炼厂氢气的特点1．1稳定性

对于炼厂来说，氢气的稳定性是最重要的，尤其是全加氢型炼厂，由于其产品和装置的原料均需要加氢，氢气的中断可能导致全厂停产。

1．2压能的匹配要求灵活

炼厂的氢气多用于其加氢装置，根据用氢装

置工艺的需要，一般是通过氢压机将压力提高到某个压力，如炼厂加氢裂化装置，氢压机出口压力一般在17MPa 左右。因此，如果是新建炼厂，提高氢气压力有利于进一步降低炼厂的能耗。如果是旧炼厂改造则需要匹配其原有的压力等级，而且尽量不要采用降压方式，避免压能的损失。

1．3对氢气纯度要求较高

炼厂的加氢装置对于氢气纯度的要求较高，

特别是渣油加氢，由于溶解甲烷的能力较差，一般要求新氢纯度要大于99％，且由于加氢装置催化剂普遍含有钴、钼、镍等元素，一氧化碳和二氧化

碳会在反应器内发生甲烷化反应，造成床层温度的波动，因此，一般加氢装置对于一氧化碳和二氧化碳的含量有严格的限制。

2炼厂煤气化技术的适应性分析

煤气化是煤制氢的核心部分，炼厂选择煤作

为氢气的原料一定要结合自身的特点，选择合适的煤气化技术。

2．1

可选择的煤气化技术

目前，国内外主要有代表性的先进煤气化技

术有：①湿法水煤浆进料的代表：美国GE 单喷嘴水煤浆气化技术，国内四喷嘴对置气化、分级气流床气化、多元料浆气化等。②干法粉煤进料的代表：壳牌SCGP 、西门子GSP 气化工艺，国内两段干煤粉气化、SE－东方炉粉煤气化、航天炉、科林炉等。③块（碎）煤进料的代表：德国Lurgi 固态排渣工艺、英国BGC 公司的BGL 液态排渣气化工艺。3种煤气化技术对比见表1。

煤气化技术多数已投入工业运行。根据已经投产的煤气化装置运行情况，气流床气化技术的工业化发展速度最快，其中以湿法进料气化技术更为成熟。湿法进料、热壁炉气化技术，经多年工业化运行考验，国内外技术均已成熟，工程建设和

适合于炼厂制氢的煤气化技术选择

罗志荣

（中国石化茂名分公司，广东茂名525011）

摘要：阐述炼厂煤／焦制氢的必要性以及煤气化技术在制氢项目中的重要性，介绍国内外主要煤气化技术，并从气化压力、原料的适应性、产品的适应性、投资和操作费用等不同方面对粉煤气化技术和水煤浆气化技术进行了分析。重点分析了不同水煤浆气化技术对炼厂制氢项目的影响，分析认为单喷嘴水煤浆气化技术具有自己独特的优势，是炼厂制氢项目较为适合的技术。

关键词：炼厂氢气

煤气化技术

选择

适应性

2013年8月第36卷第4期

Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry

Aug.2013Vol.36No.4

2013年第36卷

操作经验丰富；适应性的原料煤种选择明确，设备国产化力度大，设计和工程建设周期相对短、总体投资省；装置进入平稳运行期短，多炉配置运行灵活；装置投产后，可以较快的获得效益。

干法煤粉进料、水冷壁炉气化技术，是国内外近些年新开发的洁净煤气化技术，煤种适应范围宽，煤、氧等消耗要低于湿法进料。但该技术工业化应用时间相对短，系统设备结构复杂，运行经验相对较少。干法煤粉进料技术设备国产化程度低于湿法进料气化技术，装置投资相对较高。

对于块（碎）煤气化技术，Lurgi 气化技术为第一代气化技术，BGL 气化技术是在Lurgi 气化技术基础上发展起来的第二代气化技术。由于块（碎）煤气化技术产生合成气组分中甲烷含量相对较高，需要增加甲烷分离装置，增加了投资及消耗，不适于生产氢气产品，适于作为IGCC 系统的燃料气和生产SNG （合成天然气），故对块（碎）煤气化技术不做详细分析。干法煤粉进料、水冷壁炉气化技术目前应用较多的为壳牌炉，水煤浆气化工艺目前应用较广的是GE 水煤浆气化和多喷嘴对置气化，因此主要选择以上3种气化技术进行比较。

2．2稳定性分析

对炼厂而言，装置的稳定供氢能力即稳定性

是最重要的，以下就各种煤气化技术的稳定供氢能力进行分析。

2．2．1生产周期分析

1）粉煤生产周期。干粉煤气化装置经过近年

的运行经验积累，部分共性问题通过完善设计、改进设备结构、优化操作等措施，已基本摆脱开停工频繁的被动局面，装置累计开工时间和连续运行周期都有了较大的突破，连续周期一般在70～120

d ，最长150d 左右。但壳牌粉煤气化由于投资高的

原因一般不设置备炉，这对炼厂连续稳定供氢是不利的。

2）水煤浆生产周期。GE 水煤浆气化装置均设置了备用系列，装置最长连续运行周期都在100d

以上，最长连续运行达360d 。目前影响单炉长周期运行的主要因素是气化炉烧嘴磨损问题，各家企业均通过定期倒炉进行烧嘴及系统检查，以确保整个装置的长周期运行。GE 水煤浆气化装置气化炉倒炉周期为60～90d ；四喷嘴水煤浆气化装置倒炉周期与GE 水煤浆气化装置类似，周期是60d 后按计划倒炉，并对停运炉进行系统检修。

从各装置气化炉的正常运行周期来看，无论是30～40d 倒炉周期还是60～90d 倒炉周期，都更加注重了装置整体的连续稳定性，围绕烧嘴更换和系统清理检查周期的需要，确定适合的操作模式。

2．2．2设备国产化率及保证性能能力

1）粉煤主要设备的国产化程度。在国内设备

制造行业的大力配合下，各粉煤气化炉用户积极开展关键设备国产化工作。部分关键设备或部件实现了国产化应用，使用效果比较好，能够达到同类进口设备水平，可以减少对进口设备的依赖，降低投资，减少运行成本。如气化炉、粉煤烧嘴、开工和点火烧嘴、激冷气压缩机、磨煤机、渣放料罐、捞渣机、粉煤锁斗罐及锁渣阀、通气锥、通气板、水力漩流器、粉煤排放管、恒力弹簧、水冷壁的耐火涂层等。

2）水煤浆主要设备的国产化程度。水煤浆气

化技术在国内发展初期，大部分关键设备需要进口，如高压煤浆泵、煤浆搅拌器、烧嘴、耐火砖、气化炉内件、破渣机、氧气控制阀、煤浆控制阀、氮气控制阀、锁渣阀、角阀、电磁流量计等。这些关键设备的运行周期，随着使用水平和检修水平的提高而逐渐延长，随着国内制造技术的发展，大部分关键设备都实现了国产化，且使用情况良好。如气化炉耐火材料、工艺烧嘴、高压煤浆泵、破渣机、锁渣阀、黑水角阀、煤浆搅拌器及氧气阀门及管线等。

2．2．3运行经验分析

1）粉煤气化问题及解决。造成粉煤气化装置

故障停车的主要原因基本类似，主要是烧嘴头损坏、气化炉堵渣、飞灰过滤器滤芯损坏、循环气管线腐蚀等因素，以及相关公用工程、空分装置影响

进料分类典型技术

流体力学条件

技术来源水煤浆气化

GE 水煤浆气化气流床美国GE 多喷嘴对置气化气流床华东理工+兖矿分级气流床气化

气流床达立科+清华多元料浆

气流床西北化工院干煤粉气化

Shell 干煤粉气化气流床荷兰壳牌GSP 干煤粉气化气流床西门子单喷嘴粉煤气化气流床华东理工+SINOPEC

两段干煤粉气化

气流床西安热工院块（碎）煤气化

Lurgi 加压气化固定床德国Lurgi BGL 气化

固定（移动）床

英国BGC+德国

Lurgi

表1

国内外具有代表性的先进煤气化技术［1］

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