煤气化

4.1 生产过程节能减排技术

4.1.1 先进煤气化技术

4.1.1.1 多喷嘴水煤浆气化技术

水煤浆经隔膜泵加压，通过四个对称布置在气化炉中上部同一水平面的工艺喷嘴，与氧气一起对喷进入气化炉进行气化反应。气化炉的流场结构由射流区、撞击区、撞击流股、回流区、折返流区和管流区组成，通过喷嘴对置、优化炉型结构及尺寸，在炉内形成撞击流，强化混合和热质传递过程，形成炉内合理的流场结构，达到良好的工艺与工程效果。

技术介绍

（1）技术特点

a.由于该技术是在原德士古煤气化技术的基础上发展起来的，因此，德士古技术的一些优点，如原料煤适应性较广，单台设备生产能力大等优势均得到较好继承。

b.该技术针对德士古技术存在的主要问题，如单喷嘴造成开车率低、操作弹性小，耐火砖寿命短造成运行费用高，气化炉带水等进行了改进，从目前运行情况来看，上述问题均有明显改善。

c.该技术拥有自主知识产权，因此相对比引进技术的专利使用费大幅降低，同时在设备、材料国产化方面也有较大提高。该技术采用的喷嘴、耐火砖均为国产，降低了运行费用，缩短了供货周期。

d.由于采用四喷嘴技术，煤气化装置投资较高，超过德士古技术的20％~30％。

e.装置运行过程中出现的气化炉拱顶砖冲刷严重和拱顶超温等问题，影响了装置的运行稳定性。

f.该技术属新开发的技术，目前工业化装置运行时间相对较短，设计、操作经验较少，有些数据需经过较长时间的运行后才能较真实的体现出来。

（2）工艺流程

该技术属气流床加压气化装置，湿法进料，液态排渣。煤气化系统主要由水煤浆制备装置、四喷嘴对置煤气化装置、煤气初步净化装置、含渣水处理装置及配套空分装置等部分组成。

工艺流程图如图4.1.1.1所示：

图4.1.1.1多喷嘴水煤浆气化图

图片来源：华东理工

技术适用条件

适用于煤化工装置或IGCC发电装置。

节能减排效果

该技术单位合成气消耗的煤和氧气都比较低，1000Nm3有效气耗煤量约565kg，耗氧量约362Nm3。建厂投资相对较高，20万t总氨能力的化工企业气化岛投资18500万元，吨氨节省标煤0.22t。对环境影响较低。

多喷嘴水煤浆气化技术基本技术指标如下：

气化工艺：气流床、液态排渣

适用煤种：年轻烟煤

气化压力/MPa：4.0~6.50

气化温度/℃：1300~1400

单炉最大处理能力（t/d）：2000

比氧耗：362

比煤耗：565

碳转化率/%：99

有效气含量/%：82

成本效益分析

江苏灵谷化工投资22亿元，新上年产45万吨合成氨、80万吨尿素项目，

采用多喷嘴水煤浆气化技术，该项目一期建设2台日处理煤l800t的气化炉(A炉、B炉)，操作压力4.0MPa，气化炉金属内径3.88m，是目前国内最大的水煤浆气化炉。投产后碳转化率可达99%，有效气成分高于80%，比氧耗370NM3O2/1000Nm3CO+H2，煤的总能量利用率达98%，年节能折标煤约9.13万吨，节电约3亿度，节水约70万吨，全年减排SO2约200吨，减排NOX约47吨。

技术推广应用情况

该技术第1套示范化装置于2005年l0月在兖矿鲁南化肥厂正式投入运行，装置配套2台气化炉，日投煤量1000t，年产甲醇24万t并配套发电项目，目前已正常运行1年多，属较新的煤气化技术。多喷嘴对置式水煤浆气化技术已推广18家企业，共49台气化炉。其中国内已推广17家企业共44台气化炉。截至到目前，已经有8家用户19台套气化炉投入运行。江苏灵谷化工有限公司2套日处理2000吨煤气化装置，2009年6月15日投入运转。新能凤凰(滕州)能源有限公司2套日处理1500吨煤气化装置，2009年12月17日投入运转。江苏索普(集团)有限公司3套日处理1500吨煤气化装置，2009年9月8日投入运转。山东华鲁恒升化工股份有限公司一台日处理750吨气化炉，2005年6月正式投入运转。兖矿国泰化工有限公司三套日处理1150吨煤气化装置，2005年10月A、B炉投入运转，2007年9月C炉投入运转。兖矿鲁南化肥厂双结构改造工程一套日处理1150吨煤气化装置，2008年7月1日投入运转。神华宁夏煤业集团有限责任公司3套日处理2000吨煤气化装置，2010年3月18日投入运转。宁波万华聚氨酯有限公司3套日处理日处理1200吨水煤浆气化装置，2010年10月试车成功。兖矿集团贵州开阳化工有限公司年产55万吨合成氨项目，采用日处理煤1000吨级的多喷嘴对置式粉煤加压气化技术，计划2011年建成投产。

主要应用企业情况见下表：

表4.1.1.1 多喷嘴技术应用企业列表

资料来源：山东兖矿国拓科技工程有限公司

技术知识产权情况

该气化炉由华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司等单位联合开发，具有国内自主知识产权，是在德士古水煤浆气化技术的基础上进行改进的一种气流床加压气化技术。

4.1.1.2 粉煤加压气化技术

技术介绍

航天煤气化装置主要包括磨煤及干燥单元、粉煤积压及输送单元、气化及合成气洗涤单元、渣及灰水处理单元，气化成套工艺技术和关键设备均由北京航天煤化工工程公司提供。

磨煤及干燥单元：来自原料煤贮仓的碎煤/石灰石在磨煤机内磨成煤粉，并由高温惰性气体烘干。

粉煤积压及输送单元：采用锁斗来完成粉煤的加压和输送，在加压煤斗和气化炉之间保持恒定的压差。

气化及合成气洗涤单元：煤粉经三路进入气化炉烧嘴的三个粉煤管。氧气经预热器加热后先在混合气内与一定量的蒸汽混合，然后按一定的比例进入烧嘴。煤粉在炉膛内高温部分氧化反应，生成的合成器主要成分为CO和H2。在激冷室，合成器被急冷并被谁饱和，熔渣迅速固化。出气化炉的而合成气在经文丘里洗涤器和合成气洗涤塔用水进一步润湿洗涤，通过洗涤塔后进入变换工序。生成的灰渣留在水中，绝大部分迅速沉淀并通过锁斗系统定期排出。炉膛通过水冷壁产生中压饱和蒸汽回收热量。

渣及灰水处理单元：从气化炉急冷室和合成气洗涤塔底部来的灰水通过渣水处理系统回收热量、去除不凝气和固体颗粒，泵回气化系统重复使用。

技术特点：

原料输送：干煤粉进料，原料煤利用率100%，氮气或二氧化碳均可以输送；煤粉的水含量<2% ；煤粉密相输送，悬浮速度7 ～10m/s，固气比400Kg/m3。

工艺操作：气化温度高（1400～1750℃）,煤种适应性广；操作压力：2.0～4.0Mpa，操作弹性大；(CO+H2) ≥90%；合成气激冷效果明显；氧耗≤330Nm3/1000Nm3(CO+H2)；煤耗≤650kg/1000Nm3(CO+H2)；装置负荷调节范围大（60～110 %）；操作比多烧嘴简单；生产工艺流程容易打通。

装置设备：气化炉设备结构紧凑，控制系统自动化程度高，单烧嘴顶烧组合燃烧器，水冷壁衬里耐火材料结构，粉煤燃烧器寿命长，中国创造，不依赖进口。

工艺流程：

图片来源：安徽晋煤中能化工股份有限公司

技术适用条件