主流煤气化技术对比一览表
国内最全的煤气化技术简介
国内最全的煤气化技术简介(最新整理)本文收集、整理、并汇总了国内当前大多数煤气化工艺(包括水煤浆、干煤粉、碎煤等加压气化工艺;固定床、流化床、气流床气化工艺;激冷流程、废锅流程;水冷壁、耐火砖等冷壁炉和热壁炉型),可作为煤化工、煤气化专业技术人员参考资料,是目前网络上公开交流的较为全面的一篇资料。
1、“神宁炉”粉煤加压气化技术(宁夏神耀科技有限责任公司)以高旋流单喷嘴大通量粉煤加压气化炉为目标载体,以多煤种理化特性数据为基础,构建了气化炉流场、传热分析等模型;基于燃烧器强动量传导机制,揭示了顶置式旋流气化场湍流燃烧的动力学机理;揭示了氧气和煤粉的强化反应规律,独创了高效无相变水冷壁反应室与“沉降-破泡式”激冷室相耦合的气化炉。
“神宁炉”干粉煤气化技术能源转化效率高,有效气成分≥91%,碳转化率≥98.5%。
固体灰渣好处理,灰渣中不含苯、酚、焦油等大分子有机物废物。
气化系统吨煤污水排放量控制在0.4—0.5t,废水处理后可完全回用。
高效、中空、高能点火系统,实现高压、惰性环境下点火成功率98%以上。
采用组合式燃烧器通道结构,控制火焰形成,确保气化炉内壁挂渣均匀。
2、“科林炉”CCG粉煤加压气化技术(德国科林工业技术有限责任公司)技术特点:(1)煤种适应性广:适用于各种烟煤、无烟煤、褐煤及石油焦等,对强度、热稳定性、结渣性、粘结性等没有具体要求。
对高灰分、高灰熔点、高硫含量的“三高”煤等低品质的煤种拥有很好的工业化业绩。
(2)技术指标高:因燃烧器采用多烧嘴顶置下喷的配置方式,原料在气化炉内碰撞混合更加充分,气化炉炉膛及顶部挂渣均匀,可实现较高的气化温度(1400~1700℃),碳转化率高达到99%以上,合成气中不含重烃、焦油等物质,有效合成气成分90~93%,冷煤气效率80~83%。
(3)投资低:根据项目规模不同,可提供日投煤量750吨/天至3000吨/天的不同气化炉炉型设计,主要设备制造已完全实现国产化,整个装置的投资建设成本低,建设周期短。
煤气化技术对比
B. 水煤浆气化对煤质要求 a)GE 水煤浆气化对煤质适应性较广。除褐煤、泥煤及热值低于 22940kJ/kg,灰熔点高于 1350℃的煤不太适用外,其他粘结性煤,含灰量较 高的煤,石油焦,烟煤均可作原料。 b)煤中灰含量对消耗指标的影响,煤中的灰含量增加会增加氧气的消 耗,同时也增加每 m3(标)(CO+H2)气体的煤消耗量,一般煤中灰含量从 20%(wt)降到 6%(wt),可节省 5%无灰干基煤消耗,节省氧气消耗 10% 左右。 c)煤的灰熔点,由于气化炉内操作温度一般在煤的灰熔点 T3 以上通常 要高 50~100℃,鉴于炉内耐火材料承受耐高温的限制,要求煤的灰熔点 T3 不要超过 1350℃,如果煤的性质较好,而灰熔点较高一些,可采取加助熔剂 如石灰石,石灰粉等把灰熔点降下来,以保护炉内耐火材料使用寿命。 d)煤的可磨性,煤的可磨性是指煤可磨碎的难易程度,通常用哈氏指 数(Hardgrove Index)来表示。 一般希望哈氏指数大,这样的煤磨煤所消耗的功就小,可节省能量。 e)煤的成浆性,水煤浆气化炉是将煤制成煤浆送入气化炉,故对煤的 成浆性很重要,例如褐煤成浆性很差就不宜选作原料,在选用原料煤时除正 常工业分析,一定要进行成浆试验,制成煤浆浓度最好在 60%(wt)以上。 浓度越高,耗氧量越少。 C. GE 水煤浆气化的三种不同流程 根据气化后工序加工不同产品的要求,加压水煤浆气化有三种工艺流 程,激冷流程,废锅流程和废锅激冷联合流程。对于合成氨生产多采用激冷 流程,这样气化炉出来的粗煤气,直接用水激冷,被激冷后的粗煤气含有较 多水蒸气,可直接送入变换系统而不需再补加蒸汽,因无废锅投资较少。如 对产品气用作燃气透平循环联合发电工程则多采用废锅流程,副产高压蒸汽 用于蒸汽透平发电机组。对产品气用作羟基合成气并生产甲醇仅需要对粗煤 气进行部分变换,通常采用废锅和激冷联合流程。亦称半废锅流程即从气化 炉出来粗煤气经辐射废锅冷却到 700℃左右,然后用水激冷到所需要的温度, 使粗煤气显热产生的蒸汽能满足后工序部分变换的要求。
国内外各种先进煤气化技术
国内外各种先进煤气化技术一、引言二、煤气化技术概述:2.1 固定层制气工艺(移动床)2.2 流化床气化工艺2.3 气流床气化工艺2.4 其他煤气化技术三、国内主流煤气化技术详解3.1 Lurgi(鲁奇)煤气化技术3.2 Texaco(德士古)煤气化技术3.3 Shell煤气化技术工艺3.4 GSP煤气化技术3.5 Dow煤气化工艺3.6 Texaco、Shell、GSP三种气化技术对比四、其它煤气化技术4.1 第三代煤气化技术4.2 组合气化炉煤气化法五、国内外煤气化的技术现状和发展趋势5.1 国外技术现状和发展趋势5.2 国内的技术现状和发展趋势5.3 国内工业化煤气化装置技术最新成果一、引言我国石油资源相对短缺,仅占化石能源探明储量的51.3%,开采量仅为世界开采量的21.4%,石油供需矛盾日益突出。
由于世界资源日趋减少,中东地区战乱不止,石油价格动荡不稳因此大量依赖石油进口将严重威胁我国国民经济的运行安全。
同时,我国煤炭资源丰富,探明可采储量2040亿t(2002年)。
煤炭在一次能源消费结构中占有主导地位,20世纪80年代以来一直在70%上下。
专家研究认为,在未来相当长时期内,一次能源消费结构中煤炭仍将居主导地位,到2050年将维持在50%以上。
目前国内发展煤气化合成化工产品的势头很旺特别是在产地,一批新的煤化工项目开始起步,老企业正以现代新技术改造传统落后的生产装置,以油为原料的大、中型合成氨厂开始进行煤代油的技术改造。
通过改造可以达到降低生产成本,改善环境状况之目的。
本文针对这一情况综合介绍国内煤气化技术现状,并对目前主流煤气化技术作一横向对比。
煤炭气化,即在一定温度、压力条件下利用气化剂(O2、H2O或CO2)与煤炭反应生成洁净合成气(CO、H2的混合物),是对煤炭进行化学加工的一个重要方法,是实现煤炭洁净利用的关键。
煤炭气化技术,尤其是高压、大容量气流床气化技术,显示了良好的经济和社会效益,代表着发展趋势,是现在最清洁的煤利用技术,是洁净煤技术的龙头和关键。
煤气化原理及不同煤气化技术对比
热值:煤炭热值就是煤炭在发热量测定仪中经过燃烧所产生的 热量即为煤炭热值(煤的发热量)。气化用煤热值一般50006000大卡/kg。
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(二)气化剂
氧气O2:来源于空分,氧气纯度>99%,压力要求高于气化压力。
煤气化基础知识培训
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主要内容
一 二 三 四 什么是煤气化 煤气化技术分类 煤气化简要流程 煤气化在合成氨生产中的特征
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一、什么是煤气化
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什么是煤气化
以煤为原料,以氧气(空气、富氧或纯氧)、水蒸气等 做气化剂,在高温条件下在气化炉炉内通过化学反应将煤或 煤焦中的可燃部分转化为气体产品的过程。 关键词:煤、气化剂、气化炉、气体产品
煤粉制备 气化反应 气体净化 渣水处理
• 制备90μm粉煤 • 高温反应生成合成气 • 合成气湿法除尘 • 灰水闪蒸、沉降、过滤
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四、煤气化在合成氨中的特征
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1、投资最大,占合成氨投资约,约60%(煤、电、煤浆添加剂、 灰水处理药剂,氧气能耗未分摊)。 3、自动化程度高,仪表自控投资占总投资26%。
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3、其它
灰熔点:煤灰熔融性是动力和气化用煤的重要指标。煤灰是由 各种矿物质组成的混合物,没有一个固定的熔点,只有一个熔 化温度的范围。煤灰熔融性又称灰熔点。灰熔点的测定方法常 用角锥法。将煤灰与糊精混合塑成三角锥体,放在高温炉中加 热,根据灰锥形态变化确定DT(变形温度)、ST(软化温 度)、HT(半球温度)和FT(熔化温度)。
工业分析 项目 单位 数值 水分Mar wt% 16.45 灰分Ad wt% 12 挥发分Vd wt% 31.57 固定碳FCd wt% 56.43
不同煤气化的技术参数比较
不同煤气化的技术参数比较气化炉类型固定床 流化床 气流床 代表技术 恩德炉 鲁奇 HTW 灰熔聚 Shell Texaco GSP排渣方式 干灰 干灰 干灰 灰熔聚 液态熔渣 液态熔渣煤种 无烟煤 烟煤 褐煤 烟煤 烟煤 烟煤给煤形式 块煤 块煤 碎煤 碎煤 干煤粉水煤浆 干煤粉 进煤粒度 mm 4-10 5-50 0-6 0-6 ﹤0.1 ﹤0.1 0.25气化温度 ℃ 800-1000 800-1000 800-1000 800-1100 ~1400~1400 ~1400 气化压力 mpa 0.02 2.24 1.0 0.03 2.5-3 3.4-6.5 2.5 氧气/煤 Nm3/kg 0.64 0.41 0.37 0.454 0.7 1.17 蒸气/煤 kg/kg 1.37 1.65 0.37 0.94 0.27 0.92粗煤气成分 CO 48.2 24.8 32.16 30 67 46.5 64H2 35.3 38.3 40.46 40 23.92 33.1 27 CO2 13.8 25.8 21.48 22 3.85 19 3 CH4 1.8 9.3 1.87 2 0.15 0 0.1N2 0.9 0.7 3.9 6 5.07 1.2 1.5-5.5煤气热值MJ/Nm3 10.7 11.44 10.71 9.98 11.2 9.58 11.1 氧气产率 Nm3/kg2.63 2.39 1.53 2.1 1.69 2.61 碳转化率 % 85-95 ﹥95 ~95 ~90 99 ﹥95 冷煤气效率 % 80-85 ~85 76 ~71.3 75.8 ~76 灰渣含炭量 % 10-20 11 7.7 ~9 H2-CO2/CO+CO2 0.35 0.25 0.35 0.35 0.28 0.22 0.36 投资比 小 较小 大标准煤概念标准煤(Standard coal ):各种燃料的含能量是不同的,如1吨煤约7 560千瓦小时,1吨泥煤约为2200千瓦小时,1吨焦炭为7790千瓦小时,1立方米煤气为4.7千瓦小时等。
各种煤气化技术介绍
CO CO + H2 CO2 + H2
C + H2 CO + H2 CO + H2 CO2 + H2
CH4 CH4 + H2O CH4 + CO2 CH4 + H2O
由上面的反应可以看出:反应物主要是碳、水蒸气、二氧化碳和二次反应产物中的氢气;生成物主要是一氧化碳、氢气、甲烷、二氧化碳、氮气(用空气怍气化剂时)和未分解的水蒸气等。常压下气化主要的生成物是一氧化碳、二氧化碳、氢气和少量的甲烷,而加压气化时的甲烷和二氧化碳的含量较高。 还原层厚度一般控制在300~500mm左右。如果煤层太薄,还原反应进行不完全,煤气质量降低;煤层太厚,对气化过程也有不良影响,尤其是在气化黏结性强的烟煤时,容易造成气流分布不均,局部过热,甚至烧结和穿孔。 习惯上,把氧化层和还原层统称为气化层。气化层厚度与煤气出口温度有直接的关系,气化层薄出口温度高;气化层厚,出口温度低。因此,在实际操作中,以煤气出口温度控制气化层厚度,一般煤气出口温度控制在600℃左右。
国内情况
中国于20世纪30至40年代引进UGI炉,195பைடு நூலகம்年后改烧无烟煤,主要
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用于制氨和甲醇,最多时候有千余家使用数千台炉子,主要原料是无烟
煤和土焦。当时,UGI炉所生产出来的甲醇大约占全国煤基氨厂总产量的
9/10以上。60年代至今,实现工业化的技术有水煤浆气化(Texaco)、
碎煤加压气化(Lurgi)、灰熔聚流化床气化以及干粉加压气化(Shell)。
煤气化技术
晋煤金石技术处
汇报时间:12月20日
Annual Work Summary Report
大型煤化工项目常见煤气化技术性能对比
Shell粉煤 气 化 工 艺, 气 化 炉 点 火 用 点 火 烧 嘴,用液化气作燃料。气化炉开车升温用开工烧 嘴,用油泵送来的柴油作燃料,开车初期不合格 的煤气经火炬燃烧后放空。开车完成后,粉煤烧 嘴投用,点火烧嘴和开工烧嘴退出气化炉。
点。因为水煤浆在气化之前要先经历水的蒸发过 程,水煤浆浓度越高,水分蒸发所需热量越少, 比煤耗和比氧耗也就会越低;同时,煤的内水是 影响成浆浓度的重要因素,内水主要是由煤中的 亲水基及毛细孔的吸附引起的,由于煤中的亲水 基及毛细孔吸附水的表面张力在煤粒周围形成一 层水膜, 亲 水 基 越 多、 毛 细 孔 越 是 繁 茂 的 原 料 煤,水膜就 越 厚, 制 得 的 煤 浆 浓 度 就 越 低。 另 外,GE水煤浆气化炉内衬耐火砖,一般要求煤 的灰分 <12%,若煤中灰分较高,特别是煤中碱 性金属氧化物组分过高,则会对耐火砖尤其是高 铬的向火面砖造成较强的侵蚀,从而缩短耐火砖 的寿命。液态的灰渣沿耐火砖流下时对砖体造成 冲刷使砖体减薄,据经验认为最佳的灰渣黏度应 控制在 15~40Pa·s,这样才能在炉砖表面形成 一定厚度的灰渣保护层,既延长炉砖寿命又不致 堵塞渣口,最佳灰渣流动黏度对应的温度即为气 化炉最佳操作温度。若炉温太低,碳转化率就会 过低,粗煤气中甲烷含量就高;但炉温过高,尤 其是超过 1400℃,耐火砖热蚀会加快,当气化 温度高于 1400℃时,每提高 20℃,炉砖的熔 蚀速率会提高 1倍,因此原则上一般要求水煤浆 气化原料煤灰熔点应低于 1300℃。
各种煤气化工艺的比较与选择
各种煤气化工艺的比较与选择煤化工中不同类型的煤气化技术是在技术发展的不同阶段,为适应不同的工艺要求而发展起来的。
离开煤种、煤气化配套的下游转化装置等具体问题,泛泛而谈不同煤气化技术的优劣,是没有意思的。
Simbeck等人曾对不同气化工艺的特点做了比较,见表1-17.表1-17 不同气化工艺的特点比较项目固定(移动床)流化床气流床灰渣形态干灰熔渣干灰灰团聚熔渣气化工艺Lurgi BGL Winkler,HTWICC,U-Gas K-T,TexacoCFB KRW Shell,E-Gas,GS P原料特点煤颗粒/mm 6~50 6~50 6~106~10 <0.1细灰循环有限制最好是干灰可以较好无限制粘结性煤加搅拌可以基本可以可以可以适宜煤阶任意高煤阶低煤阶任意任意操作特点出口温度/℃425~650 425~650 900~1050 900~1050 1250~1600氧气耗量低低中中高蒸汽耗量高低中中低碳转化率低低低低高焦油等有有无无无本书将从不同煤气化工艺的固有技术特征出发,从煤种适应性、合成气产物处理的难易程度、原料消耗、生产强度等几个方面对不同的气化技术作进一步的比较。
1.1 煤种适应性固定床气化炉煤炭网早期的固定床气化炉一般采用活性高、灰熔点高、黏结性低的无烟煤或焦炭,Lurgi加压固定床气化技术的成功,拓展了固定床对煤种的适应性,一些褐煤也可用于固定床加压气化,BGL技术的煤种适应性与干法排灰的Lurgi加压气化炉相比又进了一步。
1.2 流化床气化炉与固定床气化炉类似,早期一般的流化床气化炉为了提高碳转化率,多采用褐煤、长焰煤等活性比较好的煤种。
灰熔聚气化技术的发展拓展了流化床气化技术对煤种的适应性,特别是对一些高灰、高灰熔点的劣质煤油其独特的优势。
1.3 气流床气化炉气流床气化炉对煤的活性没有任何要求,从原理上讲几乎可以适应所有的煤种。
但是受制于诸多的工程问题,不同的气流床气化炉对煤种还是有所要求的。
国内外煤气化技术比较
国内外煤气化技术比较随着煤炭资源的日益短缺,煤的高效利用已成为世界各国关注的重点。
煤气化技术,将煤转化为可燃气体并用于热能、电力和化学前驱体等领域,是当前实现煤高效清洁利用的重要技术之一。
本文将比较国内外煤气化技术的发展现状、技术路线和应用前景。
一、发展现状国内煤气化技术大多起步较晚,主要集中在购买国外设备和技术转化方面。
目前,中国已拥有天然气化工、华能大庆气化、山东诸城气化等多家成熟的煤炭气化企业。
其中,天然气化工主要生产合成气、氢气、苯乙烯等高附加值产物,煤气化率可达到92%以上。
华能大庆气化项目,煤气化率达到了80%以上,年生产合成气、苯乙烯、丙烯、氢气等150万吨。
山东诸城气化项目可生产甲醇、甲醛、乙醇、合成天然气和合成油等。
同时,国内目前正在进行的煤气化项目还有多个,如鄂尔多斯兴隆煤气化、华电集团新能源与煤制氢等。
而国外煤气化技术研究与应用较早,煤气化率和产物种类也较为丰富。
美国、德国、日本、澳大利亚等国家的煤气化技术都十分成熟,其中美国的煤气化产业发展历史最久,技术和产业规模也最大。
美国能源部现有10多个煤气化项目,年产能均在100万吨以上,产物种类包括合成天然气、液体燃料、合成酒精、硫酸、氮肥、尿素、润滑油和化肥等。
二、技术路线国内煤气化技术路线主要有三种:固定床煤气化技术、流化床煤气化技术和煤浆气化技术。
其中,固定床煤气化技术为中国比较成熟的技术路线,常用于生产油制气。
流化床煤气化技术则常用于生产合成气和聚烯烃等化工产品,煤浆气化技术则更适用于城市垃圾热解和冶金煤气化等领域。
目前,煤浆气化技术在国内尚处于探索阶段,需要进一步进行实验研究和工程应用。
而国外煤气化技术路线更为多样化,包括了上文提到的固定床、流化床、煤浆气化以及自动旋转床、堆积流化床、内循环流化床、熔融盘煤气化等。
三、应用前景煤气化技术的应用前景广阔。
其一是消费后果,煤气化技术生产的氢气、合成气、甲醇等化学中间体和化学品可以替代天然气和石油制品,进而推进煤的多元化消费。
煤化工龙头:煤气化技术各流派一览
煤化工龙头:煤气化技术各流派一览¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯煤气化技术是现代煤化工的基础,是通过煤直接液化制取油品或在高温下气化制得合成气,再以合成气为原料制取甲醇、合成油、天然气等一级产品及以甲醇为原料制得乙烯、丙烯等二级化工产品的核心技术。
作为煤化工产业链中的“龙头”装置,煤气化装置具有投入大、可靠性要求高、对整个产业链经济效益影响大等特点。
目前国内外气化技术众多,各种技术都有其特点和特定的适用场合,它们的工业化应用程度及可靠性不同,选择与煤种及下游产品相适宜的煤气化工艺技术是煤化工产业发展中的重要决策。
工业上以煤为原料生产合成气的历史已有百余年。
根据发展进程分析,煤气化技术可分为三代。
第一代气化技术为固定床、移动床气化技术,多以块煤和小颗粒煤为原料制取合成气,装置规模、原料、能耗及环保的局限性较大;第二代气化技术是现阶段最具有代表性的改进型流化床和气流床技术,其特征是连续进料及高温液态排渣;第三代气化技术尚处于小试或中试阶段,如煤的催化气化、煤的加氢气化、煤的地下气化、煤的等离子体气化、煤的太阳能气化和煤的核能余热气化等。
本文综述了近年来国内外煤气化技术开发及应用的进展情况,论述了固定床、流化床、气流床及煤催化气化等煤气化技术的现状及发展趋势。
1 国内外煤气化技术的发展现状在世界能源储量中,煤炭约占79%,石油与天然气约占12%。
煤炭利用技术的研究和开发是能源战略的重要内容之一。
世界煤化工的发展经历了起步阶段、发展阶段、停滞阶段和复兴阶段。
20世纪初,煤炭炼焦工业的兴起标志着世界煤化工发展的起步。
煤气化技术比较
煤气化技术比较煤气化被誉为煤化工产业的龙头技术,目前可作为大型工业化运作的煤气化技术,可分为固定床气化技术、流化床气化技术、气流床气化技术。
煤气化工艺选择原则是(1)根据煤质选择相应的煤气化工艺。
(2)根据煤气加工的产品及用途选择煤气化技术。
(3)装置规模的大型化。
该项目采用锡林浩特高水分褐煤。
收到基水分34.1%,低位热值14.4Mj/kg煤(ar)。
灰熔点1200-1250℃。
气化生成的煤气加工合成天然气。
依据上述三个原则,由于煤含水分高,不可能制出符合德士古所要求的水煤浆浓度60%以上,流化床气化工艺比较适应年轻褐煤气化,但气化压力〈1MPa,飞灰太多且含碳高,碳转化率、气化效率较低,在装置大型化方面存在一定问题,BGL固定床液态排渣压力气化,虽然较好适应高水分褐煤气化,且有蒸汽消耗低,煤气中甲烷含量高的特点,但技术还不成熟。
因此本项目可供选择的气化工艺有GSP、SHELL干粉煤、液态排渣气流床压力气化,Lurgi 碎煤固定床干法排灰压力气化。
为此对三种气化工艺进行详细比较如下:GSP、SHEL干粉煤、Lurgi三种气化工艺比较:名称GSP SHELL Lurgi原料要求(1)褐煤~无烟煤全部煤种,石油焦、油渣、生物质;(2)径250-500um含水2%干粉煤(褐煤8%);(3)灰熔点融性温度〈1500℃;(4)灰分1%-20%。
(1)褐煤~无烟煤全部煤种,石油焦、油渣、生物质;(2)90%〈100目,含水2%干粉煤(褐煤8%);(3)灰熔点融性温度〈1500℃;(4)灰分81%-20%。
除主焦煤外全部煤种,5-50mm碎煤,含水35%以下,灰25%以下,灰熔点≥1200℃。
气化温度/℃1450-1550 1450-1550 取决于煤灰熔点,在DT-ST间操作气化压力/MPa 4.0 4.0 3-4.0气化工艺特点干粉煤供料,顶部单喷嘴,承压外壳内有水冷壁,激冷流程,由水冷壁回收少量蒸汽,除喷嘴外全为碳钢。
大型煤化工项目常见煤气化技术性能对比
大型煤化工项目常见煤气化技术性能对比【摘要】煤化工是一种利用煤作为原料,经过一段时间的化学加工,将其从固态转变成更便于利用的液态和气态,这个转变的进程需要借助煤气化技术。
煤炭气化技术在煤炭行业中的应用十分广泛,技术水平和技术要求都很高,但其使用成本也很高,这将会在很大程度上制约煤炭的推广和发展。
本文论述了目前大型煤化工项目常见煤气化技术性能对比,希望对煤炭工业的整体发展和提高有所裨益。
关键词:大型煤化工项目;煤气化技术;性能对比0.引言虽然我国的煤炭工业技术已达到了国际先进的程度,但其工艺流程复杂,而且易爆炸,所以在制造中必须要注意其安全性。
在煤炭工业中,一旦发生了什么事故,所带来的影响将会远超一般的炸药和泄漏,从而给周围的生态和人类带来极大的伤害,所以煤炭工业的安全才是整个工业的重中之重。
中国拥有大量的煤矿,而天然气的短缺,使得中国的能源消耗在60%以上。
因此,确保煤矿的利用效率,可以保证能源的长远安全供给。
保证煤矿利用的集中化、煤制氢等高增值清洁技术,是一种高效清洁技术。
目前国内的大型煤炭工业工程大多是利用气流床加压气化技术,本文将针对代表性技术进行分析。
1.煤气化技术的基本原理众所周知,物质的形态变化有三种,分别是固相、液态和气,而原本属于固态模式的煤炭在经过特殊处理工作后,自身便会从固体转变为气体,能够真正的解决人类的使用需求。
其工作原理是:将固体煤送入反应器,调节装置的温度和气压,再加入适量的氧化剂,以此来将煤炭进行形态上的转变,但是这种的流程,仅仅是制造出粗制的水煤气,想要得到更高纯度的一氧化碳,还必须进行脱碳和脱硫的工艺。
这就是所谓的煤炭蒸馏,如果从物理化学的视角来看,煤炭的理论可以归纳如下:(1)在温度为100℃的条件下,煤在较高的条件下会发生水分蒸发的情况;(2)当周围的气温超过200℃时,煤中的胶凝物质就会全部释放出来,从而影响其粘性;(3)当350℃以上时,粘性将大大提高,使固态煤出现软化现象,变成粘稠胶质体;(4)当温度低于500℃,煤中的气体和沥青就会沉淀下来,而煤则会因为高温而发生裂变;(5)在升温至550℃的时候,残余的煤还在进行降解,并生成挥发性气体。
煤气化工艺对比表
安徽华谊化工有限公司安徽华谊化工有限公司安徽华谊化工有限公司 滕州凤凰化肥厂 滕州凤凰化肥厂 滕州凤凰化肥厂 江苏灵谷化工 江苏灵谷化工 江苏灵谷化工 江苏索普集团有限公司江苏索普集团有限公司江苏索普集团有限公司 神华宁夏煤业集团公 神华宁夏煤业集团公 神华宁夏煤业集团公 司(3台) 司(3台) 司(3台)
工艺特点
1000Nm3有效气耗氧 量, (Nm3)
~380
~99 71~77
~380
~99 71~77
~380
~99 71~77
碳转化率 (%)
冷煤气效率(%) 有效气含量(%)
操作弹性(%)
~85 60~120
~85 60~120
~85 60~120
兖矿集团国泰化工有 兖矿集团国泰化工有 兖矿集团国泰化工有限 限公司 限公司 公司 鲁南化肥厂 鲁南化肥厂 鲁南化肥厂
剩余煤气和开停车 煤气 烟气 不合格煤气 废水处理 循环量 补充水 废水处理工艺 焦油 酚水
点燃放空 直接放散 伴烧 不含酚、不含油, 含氨、氮 250 t/h 基本不补充 主要处理粉尘
点燃放空 直接放散 伴烧 2~5 t/h 120 t/h 基本不补充 主要处理粉尘
点燃放空 直接放散 伴烧 1 t/h 200 t/h 基本不补充 主要处理粉尘 独立回收
原料煤必须是块 煤,对于现代煤炭 的开采方式,原料 来源受到一定的限 制。 碳转化率低
原料煤可以是块煤或 型煤,采用富氧气化 后可大幅提高气化强 度
气化工艺
气流床、液态排渣 气流床、液态排渣
气流床、液态排渣
适用煤种
褐煤、次烟煤、烟 褐煤、次烟煤、烟 褐煤、次烟煤、烟煤 煤、油渣等 煤、油渣等 、油渣等
宁波万华集团聚氨酯 宁波万华集团聚氨酯 宁波万华集团聚氨酯 有限公司 有限公司 有限公司 山东久泰化工 山东久泰化工 山东久泰化工 山东盛大集团 山东盛大集团 山东盛大集团 贵州开阳化工有限公司贵州开阳化工有限公司贵州开阳化工有限公司
各种煤气化技术介绍
各种煤气化技术介绍煤气化技术是将煤转化为合成气的一种技术,合成气主要由一氧化碳(CO)和氢气(H2)组成。
煤气化技术可以实现煤炭资源的高效利用,并且合成气还可以作为化工原料、能源供应和替代燃料等多个领域的重要能源。
下面将介绍几种常见的煤气化技术。
亚煮煤气化技术主要是通过在水中煮沸煤炭来实现煤气化过程。
这种技术具有操作稳定性好、产气质量高、煤耗低等特点。
亚煮煤气化技术可以适用于各种不同性质的煤炭,并可以通过调节操作参数来获得不同产气组成和质量。
2. 固定床煤气化(Fixed Bed Gasification,FBG)固定床煤气化技术是将煤炭放置在固定床上,通过通过煤床中的氧气进行燃烧,从而实现煤的气化。
这种技术具有气化效率高、产气质量稳定、操作灵活等特点。
固定床煤气化技术主要适用于高炉煤气和干、湿煤气的生产。
3. 流化床煤气化(Fluidized Bed Gasification,FBG)流化床煤气化技术是将煤炭与气化剂一起放置在气化反应器中,通过气体的上升速度和反应器中的床层来实现气化过程。
这种技术具有反应温度均匀、气化效率高、适用于多种煤种等特点。
流化床煤气化技术主要适用于高硫煤和高灰煤的气化过程。
4. 上升管煤气化(Entrained Flow Gasification上升管煤气化技术是将煤炭和气化剂一起注入到气化反应器中,通过气化剂的速度和反应器中的温度来实现气化过程。
这种技术具有高气化效率、适用于多种煤种等特点。
上升管煤气化技术主要适用于低灰、低硫和低磷的煤气化过程。
5. 行动床煤气化(Moving Bed Gasification,MBG)行动床煤气化技术是将煤炭放置在一个倾斜的床上,通过流化床的气流来实现气化过程。
这种技术具有气化效率高、产气质量好等特点。
行动床煤气化技术主要适用于低灰和低硫煤的气化过程。
总体来说,煤气化技术具有可替代性化石燃料、高效能源利用和多种资源转化等优势,对于能源的可持续发展具有重要意义。
13种煤气化工艺比较
13种煤气化工艺比较1.常压固定床间歇式无烟煤(或焦炭)气化技术目前我国氮肥产业主要采用的煤气化技术之一,其特点是采用常压固定床空气、蒸汽间歇制气,要求原料为准 25~75mm的块状无烟煤或焦炭,进厂原料利用率低,单耗高、操作繁杂、单炉发气量低、吹风放空气对大气污染严重,属于将逐步淘汰的工艺。
(直接使用空气中氧气)2.常压固定床无烟煤(或焦炭)富氧连续气化技术其特点是采用富氧为气化剂、连续气化、原料可采用标准15~35mm粒度的无烟煤或焦炭,提高了进厂原料利用率,对大气无污染、设备维修工作量小、维修费用低,适合用于有无烟煤的地方,对已有常压固定层间歇式气化技术进行改进。
(氧气纯度30%-50%)。
3.常压固定床纯氧连续气化技术其特点是采用纯氧与蒸汽、或纯氧与二氧化碳为气化剂、连续气化、原料可采用标准8~25mm粒度的无烟煤、焦炭、半焦、型煤、型焦等,进厂原料利用率高,无废气排放,无涨库冷却水,对大气环境无污染、气化效率高、灰渣残炭0~3%。
煤气质量高,水煤气CO+H2=82~85%,CO2制CO粗气中CO=70~72%。
设备流程简化,维修工作量小、大修周期长,维修费用低,适合用于化工、化肥、制氢、燃气等装置配置使用。
(氧气纯度≥99.6%、气化强度:生产水煤气时1400~1600m3/m2/h)。
4.鲁奇固定床煤加压气化技术主要用于气化褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤,要求原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱粘结性,适用于生产城市煤气和燃料气。
其产生的煤气中焦油、碳氢化合物含量约1%左右,甲烷含量约10%左右。
焦油分离、含酚污水处理复杂,不推荐用以生产合成气。
5.灰熔聚煤气化技术中国科学院山西煤炭化学研究所技术。
其特点是煤种适应性宽,属流化床气化炉,煤灰不发生熔融,而只是使灰渣熔聚成球状或块状灰渣排出。
可以气化褐煤、低化学活性的烟煤和无烟煤、石油焦,投资比较少,生产成本低。
几种常用煤气化技术的优缺点
几种煤气化技术介绍煤气化技术发展迅猛,种类很多,目前在国内应用的主要有:传统的固定床间歇式煤气化、德士古水煤浆气化、多元料浆加压气化、四喷嘴对置式水煤浆气化、壳牌粉煤气化、GSP气化、航天炉煤气化、灰熔聚流化床煤气化、恩德炉煤气化等等,下别分别加以介绍。
一 Texaco水煤浆加压气化技术德士古水煤浆加压气化技术1983年投入商业运行后,发展迅速,目前在山东鲁南、上海三联供、安徽淮南、山西渭河等厂家共计13台设备成功运行,在合成氨和甲醇领域有成功的使用经验。
Texaco水煤浆气化过程包括煤浆制备、煤浆气化、灰水处理等工序:将煤、石灰石(助熔剂)、添加剂和NaOH称量后加入到磨煤机中,与一定量的水混合后磨成一定粒度的水煤浆;煤浆同高压给料泵与空分装置来的氧气一起进入气化炉,在1300~1400℃下送入气化炉工艺喷嘴洗涤器进入碳化塔,冷却除尘后进入CO变换工序,一部分灰水返回碳洗塔作洗涤水,经泵进入气化炉,另一部分灰水作废水处理。
其优点如下:(1)适用于加压下(中、高压)气化,成功的工业化气化压力一般在4.0MPa 和6.5Mpa。
在较高气化压力下,可以降低合成气压缩能耗。
(2)气化炉进料稳定,由于气化炉的进料由可以调速的高压煤浆泵输送,所以煤浆的流量和压力容易得到保证。
便于气化炉的负荷调节,使装置具有较大的操作弹性。
(3)工艺技术成熟可靠,设备国产化率高。
同等生产规模,装置投资少。
该技术的缺点是:(1)由于气化炉采用的是热壁,为延长耐火衬里的使用寿命,煤的灰熔点尽可能的低,通常要求不大于1300℃。
对于灰熔点较高的煤,为了降低煤的灰熔点,必须添加一定量的助熔剂,这样就降低了煤浆的有效浓度,增加了煤耗和氧耗,降低了生产的经济效益。
而且,煤种的选择面也受到了限制,不能实现原料采购本地化。
(2)烧嘴的使用寿命短,停车更换烧嘴频繁(一般45~60天更换一次),为稳定后工序生产必须设置备用炉。
无形中就增加了建设投资。
煤气化技术比较
煤气化技术比较(1)Shell干煤粉气化技术Shell干煤粉气化技术原料为干煤粉,采用气流床加压气化、液态排渣,利用废热锅炉产高压饱和或高压过热蒸汽;Shell干粉加压气化技术在我国已经有双环、洞氮、枝江、安庆、柳化等5个厂投产,还有10余个项目正在安装,将于今后几年陆续投产;其主要技术特点如下:(a) 采用加压氮气输送干煤粉,煤种适应性广,对煤的灰熔点适应范围比Texaco水煤浆气化技术更宽。
(b) 气化温度约1400~1600℃,碳转化率高达99%以上,产品气体洁净,不含重烃,甲烷含量极低,煤气中有效气体(CO+H2)达到90%左右。
(c) 氧耗低,与水煤浆气化相比,氧耗低15~25%,因而配套之空分装置投资可减少。
(d) 单炉生产能力大,日处理煤量可达2000吨以上。
(e) 冷煤气效率可达到78~83%。
(f) 气化炉采用水冷壁结构,无耐火砖衬里,维护量较少,气化炉内无传动部件,运转周期长,无需备用炉。
(g) 气化炉烧嘴及控制系统安全可靠。
Shell公司气化烧嘴设计寿命为8000小时,Demkolec 电厂使用烧嘴4年中未出现问题。
(h) 炉渣可用作水泥渗合剂或道路建造材料。
气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状颗粒,性质稳定,对环境几乎没有影响。
气化污水中含氰化物少,容易处理。
(2)GSP干煤粉气化工艺GSP气化技术是单喷嘴下喷式干煤粉加压气流床气化技术,国外现在没有用户,根据煤气用途不同可用直接水激冷,也可用废锅回收热量。
该技术由我国神华宁煤集团与德国西门子合资组建的北京杰斯菲克公司负责在我国推广这项技术。
GSP干煤粉气化技术在神华宁夏煤业集团和山西兰花煤化工有限责任公司煤化工厂已经签定技术转让合同,即将投入建设。
GSP工艺具有以下特点:(a) 干煤粉进料,加压二氧化碳输送,连续性好,煤种适应性广,可以处理各种含灰燃料1~35%,短期45%也没影响。
(b) 气化温度约1400~1600℃,气化压力~3.0MPa,负荷调节范围为75~110%,碳转化率高达99%以上,产品气体洁净,不含重烃,甲烷含量极低,煤气中有效气体(CO+H2)~90%。
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气化炉内为喷射、旋转气流
煤粉流和气化剂流在烧嘴 外混合,使大体积反应室 内煤粉分布均匀。
独有的对置多烧嘴设计,保 证合理的反应流场,使煤氧 混合均匀,相对停留时间更 长,碳转化率更高。
水冷壁
水冷壁盘管+渣钉+SiC耐火 水冷壁向火侧焊接渣钉固定 竖管水冷壁,使用寿命保证 层 耐火材料(SiC) 25年。 合成气经激冷环进入激冷 室,在激冷室内经过降温 、增湿、除尘、洗涤后被 水饱和
气化技术名称 技术拥有单位 气化技术类型
多喷嘴对置式煤气化技术 兖矿集团、华东理工大学 水煤浆气流床
“清华炉”煤气化技术 清华大学、北京盈德清大科 技有限公司 水煤浆气流床
GE水煤浆气化技术(GEGP) 通用电气(General Electric) 水煤浆气流床
由于水煤浆水冷壁连续运行 时间长、检修时间短、启动 从装置连续运行需求考 快,对于较大规模项目可以 气化炉组合方式 虑,气化炉一般均设有备 考虑不设置备用炉。当一台 用系统便于交替检修 气化炉检修时,其他气化炉 提负荷,保证装置负荷 水煤浆和氧气通过四个对 水煤浆和氧气通过组合烧嘴 称布置在同一水平面的工 一起进入气化炉,侧壁设置 艺烧嘴同轴射流进入气化 二次氧气 炉 气化炉燃烧室筒体中上部 侧置,四个工艺烧嘴在同 一水平面上,相邻烧嘴轴 线夹角为90° 水煤浆和氧气从气化炉顶部 下喷,二次氧气从气化炉燃 烧室侧壁横向射流进入气化 炉
最大单炉投煤量3000t/d,最高 气化压力等级8.7MPa,、RSC辐 射废锅
进料方式Байду номын сангаас
水煤浆湿法进料,全球唯一能提 供气(天然气)、固(煤、石油 焦)、液(渣油)三相分别进料 和同时混合进料的气化技术。
进料位置
顶部
喷嘴类型
三通道预膜式烧嘴,内、 外侧为氧气通道,中间为 带点火功能的组合式烧嘴 煤浆通道 三股物流射出烧嘴,煤浆 的内外侧为高速流动的氧 流股,且与煤浆呈一定交 汇角;氧流股通过撞击、 振动等方式使煤浆雾化; 煤浆与氧气在烧嘴外混 合,对烧嘴磨损少,烧嘴 寿命长
航天长征化学工程股份有限 壳牌全球解决方案国际私有 公司 有限公司 干煤粉气流床 干煤粉气流床
不建议设置备炉
对小型化工项目,单炉可以 日投煤量750吨、2000吨, 满足8000小时的设计时间。 压力4.0MPa,单烧嘴、干粉 对于大型项目,多台气化炉 进料、水激冷 通过优化,以及负荷调整实 现满负荷运行。
粗煤气组成
CO:~45%;H2:~35%; CO2:~19%;CH4:~0.1%
生产含CO、H2、CO2、CH4、S等 组分的合成气。
比氧耗:~360Nm3O2 /1000Nm3(CO+H2) 比煤耗:~570kg /1000Nm3(CO+H2) 蒸汽消耗:无 碳转化率:≥99% 冷煤气效率:~75%
煤、掺烧石油焦。 甲醇(烯烃)、合成油、天然气 、乙二醇、氢气、多联产、IGCC
适合领域
西门子GSP气化技术
科林CCG气化技术
航天粉煤加压气化技术HT-L
壳牌煤气化技术(废锅、上 行水激冷、下行水激冷)
德国西门子燃料气化技术有 限公司、北京杰斯菲克气化 德国科林工业技术有限责 技术有限公司(技术转让所有 任公司 权) 干煤粉气流床 干煤粉气流床 从化工生产的连续性考虑, 不推荐单一气化炉方式。较 大规模项目,气化炉较多 时,可以实现不单独设置备 用炉
3
操作压力:4.2MPa;操作温度 操作压力2.5~4.4MPaG操 1350~1750℃(与煤质有 作温度1400~1700℃ 关) 压力2.4~4.0MPaG,温度 205~210℃,水气比0.9~ 1.0,有效气成分(CO+H2) 90~93%,固含量< 1mg/Nm3,其他成分CO2、 CH4、H2S、N2 氧耗:<340Nm3O2
已工业应用。签约32个项目 75台气化炉,750吨级28 台,1500~2000吨级47台; 总包项目5个;褐煤原料项 目3个;运行项目9个18台。
20多年的国内外大规模工业 应用。许可22个项目29台气 化炉,19个项目23台气化炉 投入生产运行,许可最大处 理能力3200t/d废锅流程炉
康奈尔化学一期30万吨乙 晋煤中能(原安徽临化)750 神华宁煤烯烃5台SFG500,单 二醇2台1200吨级计划15年 吨级单炉连续运行215天。 贵州天福化工掺混石油焦进 炉连续最长109天,气化连续 9月建成;贵州开阳化工50 晋开化工4台1500~2000吨 料满负荷年累计运行328天 最长183天。 万吨合成氨2台1000吨级, 级¢3200/¢3800气化炉单 。 13年1月投用 炉连续运行112天。 单炉年累计运行330天,烧 嘴头部寿命180天,水冷壁 寿命10年,激冷环连续使用 寿命1年。 多家煤烧嘴设计寿命达到 8000小时,多个烧嘴超过 10000小时,滤芯最长记录4 年没有损坏和更换
国内6.5MPa高压气化装置连续稳 定运行周期最长达481天。
原料煤要求
原煤粒度不限,入炉煤浆中煤粉 颗粒44~2380微米。灰熔点< 1350℃,成浆浓度>56~58%。
操作条件
操作压力;常压~8.7MPa,操 操作压力1.5~8.7MPa, 作温度高于原料煤灰熔点50 操作压力:4.0~8.7MPa; 操作温度高于原料煤灰熔 ℃,水冷壁炉操作温度1600℃ 负荷范围60~110%。 点(FT)50~80℃ 或者更高。 CO:~46%(v) H2:~36%(v) CO2:17~20%(v) CH4:<1000ppm
二氧化碳或氮气 氧气+水蒸气
二氧化碳或氮气 氧气+少量水蒸气
二氧化碳或氮气 氧气+少量水蒸气
已大规模工业应用。神华宁 煤烯烃5台SFG500(2000吨 级);山西兰花2台SFG500; 中电投伊南8台SFG500;宁煤 制油24台SFG500。设计炉最 大处理能力3000t/d(SFG850)
已工业应用。首台720吨级 1984年在德国投用。国内 签约2个项目,运行1个项 目。3000吨级已完成开发 。
三流道外混式高效单喷嘴
喷嘴特点
点火、投料程序一体化完 成,气化炉启动时间缩短 在烧嘴中煤浆被高速氧气流充分 90%,烧嘴采用整体夹套式水 雾化,以利于气化反应 冷却,延长烧嘴使用寿命
气化炉内为射流与撞击结 合流场,强化物料混合, 提高物料转化率,流场结 燃烧室流场结构 构由射流区、撞击区、撞 击流股、回流区、折返流 区和管流区组成 耐火衬里 耐火砖
受限空间内的射流流动,受 到二次氧气射流反扩散火焰 的卷吸,使部分煤粉和氧气 进入气化室顶部进行反应, 同时二次氧气射流强化气化 室物料混合 垂直悬挂膜式水冷壁
水煤浆和纯氧经德士古烧嘴呈射 流状进入气化炉。
耐火砖衬砌
与洗涤冷却水沿下降管并 流向下,在液位以下以鼓 合成气在激冷室 泡形式进一步洗涤和冷却 下降管(激冷环)上有激冷 内的冷却方式 (喷淋床与鼓泡床组合的 水喷头。 复合床),可有效防止煤 气带灰、带水
CO:~70%;H2:~22%; CO2:~5%;CH4:<0.1% (其余为N2、H2S等,与煤质 有关)
比氧耗:~310Nm3O2
/1000Nm3(CO+H2) 3 /KNm (CO+H2)(与煤质有关) 煤耗:<580kg 3 /1000Nm3(CO+H2) 单炉煤气产量:~130000Nm 碳转化率:≥99% (CO+H2)/h(与煤质有关) 蒸汽消耗:0~4t/h·台炉(与 冷煤气效率:80~83% 灰渣 比:粗渣60~70%细渣30~ 煤质有关) 40% 废水排放< 碳转化率:98~99% 280kg/KNm3(CO+H2) (无)烟煤、褐煤、长焰煤、 废油、废水、市政污泥、生 物质等60种不同物料 煤化工生产用合成气、IGCC 发电等燃料气 褐煤、烟煤、石油焦、无 烟煤、灰分灰熔点含硫三 高煤 制氢、合成氨、甲醇、合 成油、乙二醇、IGCC
比氧耗:~360Nm3O2/KNm3 (CO+H2)(与煤质有关) 比煤耗:~570kg/kNm3 (CO+H2)(与煤质有关) 蒸汽消耗:无 碳转化率:≥98% 消耗煤、氧等介质。
工艺指标
煤种适应性
多数烟煤及部分褐煤 合成氨、甲醇、油品、 天然气
高灰份、高灰熔点、高硫煤 煤化工生产用合成气、IGCC 发电等燃料气
已大规模工业应用。授权58个项 目169台气化炉,运行项目45个 99台。
最佳案例
阳煤丰喜肥业,日处理煤量 600吨,运行压力4.0MPa的世 齐鲁二化6.5MPa气化炉,气化装 界首台水煤浆水冷壁气化 置运行481天;金陵石化4.5MPa 炉,建设工期23个月,项目 气化炉,气化装置运行479天。 总投资9000余万元。
空腔式多喷头喷水激冷
高温气和液态渣经激冷环、 激冷后通过合成气冷却器回 下降管进入激冷室水浴,合 收热量。 成气被激冷并被水饱和
由沉降管式洗涤器加文丘里 洗涤器和高压聚集除尘器以 及洗涤塔组成。
由文丘里洗涤器、旋风分 离器和洗涤塔组成。
由文丘里洗涤器和洗涤塔组 由文丘里洗涤器和洗涤塔组 成。 成。
二氧化碳或氮气 氧气、水蒸气
干煤粉和氧气及少量水蒸气 (视煤质情况需要)通过组 合式烧嘴同步进入气化炉
干煤粉进料,一般煤粉水 分<2%,粒度<100μ m; 褐煤煤粉水分<8%,粒度 <200μ m 顶部
干煤粉进料
干煤粉进料
从气化炉顶部向下喷射
顶部
下部进料(相对于顶部进 料),四个对置式烧嘴。
多层同心圆组合式烧嘴(开 工点火烧嘴与正常投煤烧嘴 组合在一起)
激冷流程、全废锅(对流加辐 射)流程、半废锅(辐射)流程
由混合器、旋风分离器、 合成气初步净化 由文丘里洗涤器和洗涤塔组 水洗塔组成,高效、节能 方式 成。 、洗涤效果好。
喷嘴洗涤器、碳洗塔
粉煤输送载气 气化介质