煤的气化技术及其应用

煤的气化技术及其应用

煤的气化技术及其应用

图1 各种煤气化炉模式图

目前，运转中的固定床气化炉主要有鲁奇气化炉和BGC-鲁奇炉。

固定床中鲁奇气化炉（结构如图2 所示）实绩最好，目前，商业炉还在运转中。一定大小的煤块通过闸斗进入炉的顶部，沿反应床向下移动，经旋转分配器分散后，依次经干燥区、干馏区、气化区和燃烧区。炉内的煤被旋转炉篦支撑，由其下向炉内吹入气化剂（氧、水蒸气）。通过气化区的粉焦在燃烧区燃烧产生的炉灰，经旋转炉篦落入灰闸排出。炉内燃烧区的温度最高，超

过1000℃，为了避免炉灰熔融，温度不能太高。生成气的温度500~600℃，合成气组成为：H2 40%、CO 20%、CO2 30%、CH4 10%。鲁奇商业炉大多较小，除用于生产城市燃气外，还用于生产合成氨、汽油和其他化学品的合成原料气。南非Sasol 公司的煤间接液化装置采用数套鲁奇气化炉。鲁奇气化炉的缺点是不能用粉煤，副产品焦油和苯酚等液状物较多，必须进行后处理。

图2 鲁奇气化炉结构

为了提高温度，对图2 中的鲁奇气化炉进行改造，除去图2的炉篦，形成像图3 所示的BGC-鲁奇气化炉结构，安装了气化剂喷嘴，由这里喷入氧和水蒸气，形成高温区，熔融状炉渣经排料孔下降，使粉焦高温气化。该炉型为BGC-鲁奇气化炉（BGC：英国气体公司），炉内最高温度1500℃以上，合成气组成为：H2 30%、CO 60%左右，与气流床气化炉的合成气组成大体相同。熔融状炉渣也与气流床气化炉的情况一样，落入炉底水槽，被造粒排出。德国SVZ SchwarzePumpe 公司已将这种炉型应用于各种废弃物气化的商业化装置。

图3 BGC-鲁奇气化炉结构

流化床气化炉特点：粉煤供料，循环流化；单机规模60t/d；空气气化温度950℃；合成气组成：H2 12%、CO 24%。KBR 的Transport 气化炉如图4 所示。其运转温度为815~1000℃，最大压力为17 大气压（1 大气压≈98.07kPa，下同），煤投入量为1.13~2.25t/h，提升管颗粒速度6~15m/s。Transport 气化炉由混合区、提升管、分离器、旋风分离器、立管、“U” 型液封、“J” 型支管组成。炉的底部注入O2、水蒸气，在混合区投入煤、石灰石（吸附剂）并追加O2、水蒸气，与来自立管的煤、石灰石和固体颗粒混合。混合区直径稍大于提升管。合成气及固体颗粒经提升管上升进入分离器，除去大颗粒。固体颗粒大部分被捕获流入立管。剩余颗粒进入旋风分离器，在此回收的颗粒经“U”型液封、立管、“J”型支管回到混合区，再气化。

图4 Transport 气化炉模式图

实际应用的气流床气化炉主要有以下几种。

3.3.1 壳牌气化炉

上世纪70 年代壳牌公司开发的干式供料气化炉，荷兰比赫讷姆单机规模2000t/d 的IGCC 用气化炉已商业化运行。壳牌气化炉是目前世界煤气化采用的最多的炉型之一。这种炉型不仅可用不同种类的煤，包括劣质的次烟煤和褐煤，还可用于生物燃料和废弃物等的气化。壳牌气化炉特点：采用粉煤供料，下流式；单机规模

1000~4000t/d；O2气化温度1600℃；冷气效率80%~83%；生成气组成：H2 27%、CO 63%。

壳牌气化炉的模式图如图5 所示。煤粉碎干燥至水分含量为2%后，在闸斗中加压，再与气化剂（O2、水蒸气）一起从喷嘴吹入炉内。气化压力约为20~30 个大气压，温度1400~1700℃，煤在数秒内气化。因温度高，所以要采用耐火材料保护的水冷炉壁。灰分熔融后下流到炉底，再在水槽内水冷固化、碎裂，排出炉外。用循环气将生成气冷却至900℃，伴随的熔融灰固化后，经废热热水器热交换至320℃。然后用旋风分离器除尘，再经洗涤器洗净得到粗合成气。加压可提高气化炉效率，废热锅炉的热效率也提高，合成气精制段的负担减轻。合成气中含有原煤中约80%的能量，另外15%的有效能量以水蒸气的形式获得。整个气化过程中只有5%的能量流失。壳牌公司已在我国湖南省岳阳建立了一个合资厂，其中壳牌与中石化各持有50％的股份。该合资厂日处理煤2000t/d，为中国石化巴陵化肥厂提供合成气原料。目前工厂建设正在顺利进行。

壳牌已以授权方式向中国6 家大型化肥厂

提供煤气化技术，用于生产合成气。

图5 壳牌气化炉模式图

3.3.2 GE 气化炉（德士古炉）

GE 气化炉是为重油气化生产合成气工艺

而开发的。如图6 所示，在GE 气化炉的圆筒状耐压容器上部，将水煤浆（煤占60%~70%）与气化剂（O2）一起经喷嘴喷入炉内并气化。炉内温度1500℃，压力约30~40 个大气压。因在高温下气化，生成气的组成主要以H2和CO 为主，甲烷较少。气化炉内壁衬采用耐火材料。生成气在下部用辐射冷却器冷却至使混在其中的熔融

渣固化，再经对流冷却器冷却。合成气中的粗粉尘在辐射冷却器底部的水槽中被捕获，再经闸斗取出。因供料水煤浆中，作为气化条件的水蒸气过剩，所以生成气中的CO2浓度比其他气化工艺

图6 GE 气化炉模式图

GE 气化炉的特点为：采用水煤浆供料，下流式；单机规模为500~2000t/d；O2气化温度1400℃，冷气效率70%~75%，生成气组成中（H2+CO）大于80%。目前，世界普遍采用GE 气化炉，正在运转或在建的GE 气化炉已超过65 套，其中56 套以上用于化工产品生产。采用煤处理量为2200t/d 的湿式给煤吹氧GE 气化炉的250WM IGCC 装置，已在美国佛罗里达州的Tampa Electric Palk 电厂建成，现已商业化运

3.3.3 康菲气化炉

1978 年道化学公司为替代天然气开发了煤浆料上流式气化炉，道化学建立的Destec 公司继承了其技术，2003 年康菲（ConocoPhillips）公司收购了该技术的专利权。康菲气化炉如图7 所示，采用两段吹氧，由下段横型圆筒部的喷嘴，将水煤浆（煤占60%）和O2吹入炉内。煤部分燃烧，温度达1400℃，炉内压力为40 个大气压。煤与水蒸气反应，生成粗合成气。灰分熔融后从炉底排出。圆筒纵型上段再补注水煤浆，与下段来的粗合成气及水蒸气反应，进行脱挥发分、热分解和气化反应，下段来的粗合成气被冷却。因水蒸发与吸热反应，合成气温度降至约1000℃。该气化方式的最大特点是不用大型热交换器。气化炉顶部排出的生成气经冷却器冷却后再除尘。被捕集的粉焦送回气化炉的下段。