煤气化

2. 1煤气化技术概述2.1.1煤气化的含义煤的气化过程是热化学过程，煤或煤焦与气化剂(如空气、氧气、水蒸汽、氢气等)在高温下发生化学反应，将煤或煤焦中的有机物转变为煤气地过程(煤气是煤与气化剂在一定条件下反应得倒的混合气体，即气化剂奖每种的碳转化成可燃性气体。

煤气的有效组成成分为一氧化碳、氢气和甲烷。

)。

煤气化过程是进行的一个复杂的多相物理及物理化学过程，反应产生碳的氧化物、氢气、甲烷。

主要是固体燃料中的碳与气相中的氧气、水蒸汽、二氧化碳、氢气之间相互作用。

通过煤气化方法，几乎可以利用煤中所含的全部有机物质，因此，煤气化生产时或得基本有机化学工业原料的重要途径，也可以说，煤气化是将煤中无用固体脱除，转化为洁净煤气的过程，用于工业燃料、城市煤气和化工原料。

2.1.2煤气化技术的含义煤气化技术即煤气化过程所采用的设备、方法。

煤气化是煤化工最重要的方法之一。

煤气化己经有150多年的历史，气化方法有7080种。

开发、选定新型煤气化技术，不仅是经济、合理、有效地利用煤炭资源的重要途径，也是发展煤化工的基础。

中国目前采用的煤气化技术除常压固定床煤气发生炉和水煤气发生炉外，开发和引进了水煤气两段炉、鲁奇加压气化炉和Texaco水煤浆气化技术、Shell气化技术。

目前，新建厂多采用效率较高、制取煤气成分较好的加压Texaco水煤浆气化工艺、加压干粉煤Shell气化工艺和具有自主知识产权的多喷嘴技术。

(2)煤气化过程的主要工艺指标煤气化技术的工艺指标是评价煤气化技术好坏的一个重要方面，只有指标优良的煤气化技术才能给企业带来良好的经济效益，并且节能环保。

通常选择合适的煤气化技术依据的工艺指标有煤气质量、有效气体含量及组成、碳转化率、冷煤气效率等。

1)煤气质量:煤气质量由煤气热值和煤气组成构成。

a.煤气热值:指一标准立方米的煤气在完全燃烧是所放出的热量。

相同所作条件下，煤气热值与气化炉炉型、气化剂类型、操作压力以及煤的挥发分有关。

气化后制得的煤气中甲烷含量越高，则热值越高;煤的挥发分越低，煤气的热值越低;操作压力越大，煤气热值越大;气化剂中氮气含量越高，则煤气的热值越低。

b.煤气质量:煤气质量通常是指产出的合成气中的有效气体成分，有效气体成分越高，则煤气质量越好。

2)气化强度:指在单位时间内，单位气化炉截面积上处理原料煤的质量或产生的煤气量。

即:气化强度与气化炉炉型、气化剂供给量、气化操作条件以及煤的质量等有关。

气化强度越大，炉子的生产能力越强。

3)煤气产率:指气化单位质量原料煤得到的标况下的煤气体积(m3/kg)。

原料煤的灰分越大，煤气产率越低;原料煤含碳量越高，煤气产率越高。

4)灰渣含碳量(原料损失):灰渣含碳量用灰渣中碳所占的百分数表示。

一般情况下，固定床和流化床气化炉排出的灰渣含碳量要求低于10%，最好在5%以下。

干法进料气流床灰渣含碳量一般为1%一下，水煤浆进料一般在5%一10%0飞灰含碳量(%):指煤气夹带着为反应的煤粒出路，造成原料煤能量转化的损失。

气化过程中，气流速度越大，造成损失越大。

飞灰量越少，含碳量越低，则气化效率越高。

b.灰渣含碳量(%):指由于为反应的原料被熔融的灰分包裹着而不能与气化剂接触而形成碳核，这些碳核随灰渣一起排出炉外造成原料煤能量的损失。

气化过程的操作温度越高，灰渣含碳量越小。

5)碳转化率:指在气化过程中消耗的(参与反应的)碳量占进入气化炉内的原料煤中总含碳量的百分数。

不同气化炉的谈转化率一般为90%}-99%，其中干粉煤进料气流床气化炉的谈转化率最高。

6)气化效率与气化热效率:衡量煤气化过程能量合理利用的重要指标。

a.气化效率:指所制得的煤气热值和所使用的燃料热值之比。

b.气化热效率:指煤中的能量有多少转移到煤气中。

7)单炉生产能力:指单位时间内，一台炉子能生产的煤气量，是企业综合经济效益中的重要考核指标。

单炉生产能力主要与气化炉的内径、气化强度以及原料煤的煤气产率有关。

8)消耗指标:a.水蒸汽消耗量:指气化lkg煤所消耗水蒸气的量，水蒸汽消耗量主要受原料煤的理化性质影响。

分解率越高，蒸汽消耗量越低，气化效率越高，得到的煤气质量也就越高，即粗煤气中水蒸汽的含量越低。

干粉进料引入炉水蒸汽量很少，其分解率大于90%。

汽氧比:指气化时加入气化剂中的水蒸汽与氧气的的比(kg/mol)。

汽氧比是一个经济指标，一般控制得越低越好。

氧煤比:也称氧碳比，指气化是单位干燥无灰基煤所消耗的氧气量。

降低氧煤比，可减少氧耗，降低生产成本。

(1) Texaco煤气化技术分析Texaco煤气化技术是一种水煤浆加压气化工艺，简称TCGP, 1948年起开始进入测试，20世纪90年代，发展较为成熟的Texaco煤气化技术进入中国，并得以广泛使用。

使用Texaco煤气化技术，需将原料煤在称重给料机中进行计量，然后送入磨机;原料煤在磨机中与水、添加剂、石灰石、氨水等物料混合，研磨成具有适当粒度分布的水煤浆后，用泵将其送入气化炉顶部的单烧嘴，在气化炉顶部与高压氧气混合后开始进行一系列复杂的气化反应。

由于在Texaco气化炉中产生的合成气混有较为大量的熔渣，因此，合成气需进入碳洗塔进行进一步的冷却、除尘后，方可进入后续工序。

Texaco煤气化技术要求水煤浆具有稳定性高，流动性好，灰熔点低等特点，因此对原料煤的要求较高。

加之Texaco气化炉受其耐火砖操作条件及使用寿命的限制，其气化温度不高，仅为1300-1500摄氏度，，气化压力也仅为2. 7-6. 5Mpa，因此，其可气化的煤种较为有限。

但Texaco气化炉内无机械传动装置，操作性能高，操作弹性大，结构较为简单，且更为可靠。

(2) Shell煤气化技术分析Shell煤气化技术的研究始于1972年，目前，全球己有超过150台Shell煤气化气化炉投入生产能。

与多数煤气化技术相同，Shell煤气化技术的工艺流程也主要分为进料、气化、除尘、冷却及排放等部分。

Shell煤气化技术属于粉煤气化技术，原料煤在进入气化炉前需经过磨机将其碾碎到适合于有效气化的微粒，然后经锁斗和高压料斗，在高压氮气的输送下进入气化炉;由于Shell气化炉采用的是干粉气化，其气化温度较Texaco水煤浆气化略高，可达到1500摄氏度，炉内气化反应压力约为2-4Mpa;气化后得到的合成气伴有大量黑水及粉尘，合成气需经一系列除尘、冷却处理，才能进入后续工序，投入生产。

与水煤浆气化技术相比，Shell煤气化技术对煤种的适应范围更广，多喷嘴设计使得单炉生产能力提高，单炉日投煤量约为2000吨。

然而，由于Shell煤气化技术气化炉的结构复杂，加工难度大，使得其投资成本也较高。

26氧煤比与冷煤气效率的关系冷煤气效率是衡量气化炉工作性能好坏的重要指标。

气化反应生成煤气的化学能与气化用煤的化学能之比称为冷煤气效率，煤气、煤的化学能可采用相应的低位发热量。

提高冷煤气效率，煤的化学能可更多地转化为煤气的化学能，相应也提高了煤的利用率。

氧煤比与冷煤气效率的关系见图10}Z}1.6德士古气化技术1.6.1水煤浆气化技术简介碳转化气化效率高，碳转化率高，一般可达9093，灰渣中粗渣含碳量约5%，少量细渣含碳量约25%。

单位体积产气量大，粗煤气质量好，有效气成份高，产品气中(CO+H2)可达80%左右;气体中甲烷低、无焦油，可用来生产合成氨、煤的气化或称完全气化是用气化剂与煤中的可燃物其中主要是炭在高温下起反应生成可燃气体的过程气化剂通常是空气或氧气作为放热反应的成份把水蒸汽二氧化碳作为吸热反应的成份。

它是煤洁净利用技术的重要组成部分，也是碳化学的基础。

水煤浆加压气化可广泛用于生产合成氨、甲醇、醋酸、醋醉等大宗化学品，也可用于发电领域、城市煤气、人工天然气制备等方面[[26]。

水煤浆气化技术涉及高温、高压、非均相、流动、传递与化学反应等复杂的化学物理过程，其中最具有代表性的是美国德士古公司于70年代开发并推出的第二代煤气化技术，即加压水煤浆气化工艺，简称TCGP。

经1}多年的运行实践探索，我国在水煤浆气化技术方面积累了丰富的操作、运行、管理及制造经验。

经过多年科技攻关，在水煤浆气化领域，形成了完整的气化理论体系，并研究开发出拥有我国自主知识产权、达到国际领先水平的水煤浆气化技术。

①水煤浆气化技术的特点德士古加压水煤浆气化工艺要求原料水煤浆要有良好的稳定性、流动性，较低的灰熔点及泵易输送等特点;气化炉内结构简单，炉内无机械传动装置，操作性能好，操作弹性大，可靠程度高; 高温加压气化，气化采用130015000C的高温，气化压力达2.7一6. SMPa，己工业化水煤浆气化炉气化压力有3.0, 4.0, 6.SMPa几种。

气化炉能力与压力成正比，气化压力高，能增加反应的速度及增加反应物在气化炉内的停留时间，增加碳的转化率，增加单台气化炉的生产能力，同时可节省后工序气体压缩功，但压力过高工程设计和设备制造难度也就更大。

如产品气用作燃料，气化压力不宜太高;如用作合成氨或甲醇原料气，可以选用4. 0}6. SMPa，应根据工程规模合理选定[27]。

甲醇、制氢、轻基合成原料气，用途广泛;灰渣含碳量低;水煤浆进料与干粉进料比较，简化了干粉煤给料及加压煤仓加料的问题，具有安全并容易控制的特点，取消了气化前的干燥，节约能量;采用半封闭供煤、湿法磨煤以及气流床气化，全过程污染轻微，无焦油等污染物，是一种先进、可靠的气化工艺，世界各国基本公认该技术为环境友好型工艺。

②德士古加压水煤浆气化工艺对煤质的要求目前适宜于水煤浆加压气化的是气化反应活性较高的年轻烟煤，而烟煤中最适宜的是长焰煤、气煤等。

从经济运行角度来考虑，对原料煤的具体要求为: .发热量:大于25MJ/Kg，越高越好;.灰分:灰分含量低于15}(包括加入助熔剂Ca0后)，最好低于12};.挥发分:大于25 } (wt)，挥发份高的煤活性好，才能获得较高的碳转化率，节省氧耗;.水分:内水<8%，总水份含量越低越好;灰熔点:13 00 0C以下，如灰熔点较高，可采取加助熔剂如石灰石粉，将灰熔点降下来;可磨性好。

1.6.2水煤浆气化技术的工艺流程水煤浆气化工艺过程口‘}包括水煤浆制备、水煤浆加压气化、和灰水处理三部分。

水煤浆制备一般采用湿法棒磨或球磨，合成氨厂气化流程选择激冷式流程，灰水处理一般采用高压闪蒸、真空闪蒸、灰水沉淀配细灰压滤的流程。

德士古加压水煤浆气化工艺主要设备有煤称量给料机、磨煤机、煤浆振动筛、低压(高压)煤浆泵、工艺喷嘴、气化炉、破渣机、锁渣罐、文丘里喷嘴洗涤塔、洗涤塔、高压(低压)闪蒸塔，配套空分制氧装置。

工艺流程见图1.2所示①制浆系统由原料煤贮运系统来的小于6mm的洗粉煤进入料仓后，经圆盘给料机给料到称重胶带输送机上，计量送人煤磨机.与一定量的水混合磨成一定粒度分布的(约65%)水煤浆。