粉煤加压气化技术

粉煤加压气化技术简介

一、背景

“九五”期间华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂（水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心）、中国天辰化学工程公司共同承担了国家“十五”科技攻关计划课题“粉煤加压气化制合成气新技术研究与开发”，建设具有自主知识产权的粉煤加压气化中试装置。装置处理能力为15～45吨煤/天，操作压力2.0～2.5Mpa，操作温度1300～1400℃。

该课题于2001年年底启动，2002年10月完成研究开发阶段中期评估，中试装置进入设计施工阶段。2004年7月装置正式投运，首次在国内展示了粉煤加压气化技术的运行结果，填补了国内空白，技术指标达到国际先进水平。中试装置于2004年12月6日至9日顺利通过科技部组织的现场72 小时运行专家考核，2004年12月21日于北京通过科技部主持的课题专家验收。同年，该成果入选2004年度煤炭工业十大科学技术成果。

二、装置流程与技术优势

1、整个工艺流程如图1，具体流程为：原煤除杂后送入磨煤机破碎，同时由经过加热的低压氮气将其干燥，制备出合格煤粉存于料仓中。加热用低压氮气大部分可循环使用。料仓中的煤粉先后在低压氮气和高压氮气的输送下，通过气化喷嘴进入气化炉。气化剂氧气、蒸汽也通过气化喷嘴进入气化炉，并在高温高压下与煤粉进行气化反应。出气化炉的高温合成气经激冷、洗涤后并入造气车间合成气管线。熔融灰渣在气化炉激冷室中被激冷固化，经锁斗收集，定期排放。洗涤塔出来的黑水经过二级闪蒸，水蒸汽及一部分溶解在黑水中的酸性气CO

2、H2S 等被迅速闪蒸出来，闪蒸气经冷凝、分离后与气化分厂生产系统的酸性气一并处理，闪蒸黑水经换热器冷却后排入地沟，送气化分厂生产装置的污水处理系统。

图1 粉煤加压气化中试装置单元流程图

2、整个工艺流程与其他技术的指标差异如下表1。将该粉煤气化技术与其它几种气流床水煤浆气化技术以及荷兰的Shell粉煤加压气化技术相比较，可以看出粉煤加压气化技术消耗低，碳转化率高，在气化炉条件或煤种相同情况下，比水煤浆气化技术节氧16~21％，节煤2~4％，有效气成份高6~10个百分点。

表1 几种不同气化装置运行指标比较

数据来源：徐海龙“壳牌公司气化工艺”，中国国际煤化工及煤转化高新技术研讨会论文北京索斯泰克气化技术有限公司“GSPTM 煤气化技术的应用”，中国生物质/煤转

油技术交流及投资研讨会，2005.9,上海

三、国内发展状况

煤气化技术在中国已有近百年的历史，但仍然较落后和发展缓慢，国内煤气化以传统技术为主，工艺落后，环保设施不健全，煤炭利用效率低，污染严重。

如不改变现状，将影响经济、能源和环境的协调发展。

近40年来，在国家的支持下，中国在研究与开发、消化引进技术方面进行了大量工作，有代表性的是：50年代末到80年代的仿K-T气化技术研究与开发，曾于60年代中期和70年代末期在新疆芦草沟和山东黄县建设中试装置，为以后国内引进美国的Texaco水煤浆气化技术提供了丰富的经验；80年代在灰熔聚流化床煤气化领域中进行了大量工作并取得了专利；"九五"期间立项开发新型（多喷嘴对置）气流床气化炉，已经通过中试装置（22～24t煤/d）考核运行，中试数据表明其比氧耗、比煤耗、碳转化率、有效气化成分等指标均优于Texaco技术，已经获得了专利；"九五"期间还就"整体煤气联合循环（IGCC）关键技术（含高温净化）"立项，有10余个单位参加攻关；近20年来中国共引进数10台Texaco气化炉和Lurgui气化炉，国内配套完成了部分设计、安装与操作，积累了丰富的经验；此外，在流化床（含循环）、煤及煤浆燃烧、两相流动与混合、传热、传质、煤化学、气化反应、煤岩形态、磨煤与干燥、高温脱硫与除尘等科学领域与工程应用等方面还进行了大量的研究工作。

目前已经过国家鉴定的多喷嘴对置式气流床气化炉，有水煤浆进料形态拓展到干煤粉，建设日处理100t煤中试装置（相当于3万t/a规模），为商业规模（2000～3000t/d）奠定技术基础。该技术对煤种（特别是高硫煤）、粒度具有较大兼容性，具有单系列、大容量、加压、高效、洁净的技术优势。它与中国的能源资源国情相适应，具有与国际先进技术竞争的能力。

四、国外技术应用现状

180年以来的煤气化技术发展史，特别是近十多年来的大容量IGCC电站示范与商业化运行证明，与固定床、流化床相比，气流床具有较大的煤种与粒度适应性和更优良的技术性能，是煤基大容量、高效洁净、运行可靠的燃气与合成气制备装置的首选技术。

迄今，世界上已商业化的IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle)大型(250MW以上)电站都是采用气流床煤气化炉，可见其技术上具有优势。它们是以水煤浆为原料的Texaco气化技术，以干粉煤为原料的Shell气化技术。

五、技术特点与发展前景

煤气化技术的优势有以下几点：

•提高对多煤种的适应性，能气化任意煤种；

•大型化，提高气化能力和气化效率；

•采用加压气化工艺，提高气化强度，节约压缩能耗，减少带出物损失；•环境友好，环保问题少，污染小。

其次，气流床煤气化是当今国际上最先进的煤气化技术之一，与水煤浆气化技术相比，粉煤气流床加压气化技术具有煤种适应性广、原料消耗低、碳转化率高、冷煤气效率高等技术优势，有更强的市场竞争力。所以该粉煤加压气化中试装置的建设和运行，在国内具有开创性作用，在我国煤气化技术发展史上具有重要的影响意义。

该装置当时建成、成功运行以及获得的先进技术指标，首次在国内展现了先进煤气化技术——粉煤加压气化的优越性，是我国煤气化技术进入国际先进行列的又一个里程碑。72 小时运行现场考核专家与“十五”国家科技攻关计划课题验收专家均对其做了充分肯定和高度评价，专家一致认为：“该技术具有自主知识产权，填补国内空白，工艺指标达到了国际先进水平。”“该项成果对于清洁、高效利用我国丰富煤炭资源，满足国民经济与社会可持续发展需求具有重要意义，已具备工业化的技术应用条件，前景十分广阔。”