煤气化及其多联产系统技术的发展现状

　第25卷第2期上海电力学院学报

Vol .25,No .2　2009年4月

Journal of Shanghai U niversity of E lectric Pow er

Ap r .　2009

文章编号:1006-4729(2009)02-0117-05

煤气化及其多联产系统技术的发展现状

收稿日期:2008-11-13

作者简介:冷雪峰(1985-),男,在读研究生,江苏淮安人.主要研究方向为石灰石石膏湿法脱硫塔优化、电厂污染

物控制.E 2mail:lengxuefeng9@.

基金项目:国家863计划(2006AA05A108203);上海市地方高校能力建设项目(0816*******).

冷雪峰,潘卫国,王文欢,沈敏强,顾先青,章　玲,胡深亚

(上海电力学院能源与环境工程学院,上海　200090)

摘　要:煤气化多联产技术是一项高效清洁综合利用煤炭资源的技术,是应对我国能源供应紧张以及能源使用过程中污染排放严重两大问题的积极有效措施.简述了煤气化技术以及合成气的净化系统,重点讲述了以煤气化技术为龙头的多联产系统的应用发展趋势.关键词:煤气化;多联产;节能

中图分类号:T M611.23;TE08 文献标识码:A

St atus Quo of the Develop ment of I ntegrated

Gasi fi cati on Co mbi n ed Cycle

LE NG Xue 2feng,P AN W ei 2guo,W ANG W en 2huan,SHEN M in 2qiang,G U Xian 2qing,Z HANG L ing,HU Shen 2ya

(School of Ther m al Po w er &Environm ental Engineering,Shanghai U niversity

of Electric Po w er ,Shanghai 200090,China )

Abstract :　I ntegrated gasificati on co mbined cycle (I GCC )technol ogy is a clean and highly efficient way t o utilize coal comp rehensively .It is als o believed as an active and effective measure t o s olve energy supp ly and seri ous polluti on p r oble m s which are caused by energy use .This paper intr oduces coal gasificati on technol ogy and syngas purificati on system ,f ocusing on coal gasificati on technol ogy as the leading co 2p r oducti on syste m of app licati on devel opment trend .Key words :　coal gasificati on;multi 2generati on syste m;energy saving

煤炭是化石能源中储量最大的能源,其预计的可开采年限远高于石油和天然气.近年来随着国际石油供应紧缺和价格攀升,高效清洁的煤炭利用技术逐渐成为国际能源技术研发的新热点.美国将煤炭气化为基础的多联产系统作为其未来能源技术的重要方向之一.目前,最大型的研究项目是FutureGen [1]

.美国政府将投入10亿美元,建造世界上第一座以煤为燃料、既能发电又能制氢、

而排放为零的电站.FutureGen 电站的装机容量为2.75×106

k W ,电站在生产电能和H 2产品的同

时,能捕获和收集CO 2,并将其埋藏于地下深层,实现碳封存.这一计划的实施将每年减少1.0×106

t 的CO 2排放,实现能源和环境的双重效益.

多联产系统技术利用从单一的设备(气化

炉)中产生的“合成气”(主要成分为CO 和

H 2)[1]

进行跨行业、跨部门的生产,以得到多种具

有高附加值的化工产品、液体燃料(甲醇、F2T合成燃料、二甲醚、城市煤气、氢气).此外,还可用于工艺过程的供热以及发电等.所用的燃料可以是煤(尤其是高硫煤)、石油焦或生物质[2].煤气化多联产是以煤为燃料的多联产系统,本文主要就煤气化多联产相关内容展开技术分析.

1　煤气化技术

1.1　主要的煤气化工艺介绍

煤气化技术是实现煤炭综合利用和洁净煤技术的重要手段,是发展现代煤化工、煤造油、燃料煤气和发电等重要工业化生产的龙头.以煤炭为原料,采用空气、氧气和水蒸气为气化剂,在气化炉内进行煤的气化反应,以生产出不同组分及不同热值的煤气.为了提高煤气化的气化率和气化炉气化强度,改善环境,20世纪70年代以来发达国家加快了新一代煤气化技术的开发和工业化进程.其总的发展方向是:气化压力由常压向中高压(8.5MPa)发展;气化温度向高温(1500～1600℃)发展;气化原料向多样化发展;固态排渣向液态排渣发展[3].

煤和气化剂在气化炉内的反应如下:

煤+气化剂(空气或氧气+水蒸气)→合成气(H

2

+CO+CH4等)

洁净煤气化[4]主要是将原煤经加工转化为粗合成气,然后再通过气体净化获得煤液化所需要的氢原料.从煤气化技术发展进程看,早期的煤气化大都使用块煤和小粒煤为原料生产合成气,而近年来煤气化工艺已有了很大发展.进入20世纪80年代后,洁净煤气化技术的开发研究已取得了重大成果,并进行了商业化运作.洁净煤气化技术采用先进的气流床反应器,以水煤浆和干粉煤为原料,运用大规模、单系列的加压气化技术实现了工业化,其气化指标好,有利于环境保护,成为煤气化技术的主流.目前典型的煤气化技术有德士古(Texaco)和壳牌(Shell)两种.

Texaco水煤浆气化工艺[5]是基于水煤浆进料的加压气流床气化工艺,属于非催化部分氧化工艺.适用Texaco气化工艺的原料较多,而针对煤、高硫石油焦、脱油沥青等原料的气化,在Texaco气化中都已有成功的运行经验.Texaco气化技术已实现了工业化的主要工艺流程,包括直接激冷式流程、余热锅炉式流程、余热锅炉激冷组

合式流程等3种.具体应用时可根据合成气的用途、下游工序对蒸汽的需要量和催化剂的性能选择合适的工艺流程.

Shell粉煤气化工艺[5]是基于粉煤(焦)浆的加压气流床气化工艺,也属非催化部分氧化工艺.在该工艺中,气化炉采用类似锅炉的水冷壁技术,其烧嘴和水冷壁寿命均较长,防护性优于传统的“耐火砖”,气化炉易大型化,而且由于超高温(1400～1700℃)煤气化,使得煤种的适用范围宽,对煤的特性(煤的粒度、粘结性、水含量、硫含量、氧含量及灰分含量)不敏感,但对于灰熔点较高的煤,需加入助熔剂(石灰石),以改变熔渣性能.此外,由于采用干法进料,氧耗比水煤浆进料法要低,合成气中CO

2

的含量也远小于水煤浆进料的合成气.

1.2　煤气化工艺的比较

(1)水煤浆气化工艺　Texaco煤气化炉是水煤浆气化工艺的主要代表.水煤浆气化工艺与干法进料相比,热效率较低.由于产生的煤气中含有17%～20%的CO2,不仅降低了煤气的热值,而且给后续的湿法脱硫工艺带来了困难.Texaco气化炉最突出的优势在于运行经验丰富.喷嘴运行简化了设备系统和控制系统,炉内温度只需控制煤浆量和氧气量即可.水煤浆便于高压泵送,可以制备压力很高的粗煤气.此外,气化炉运行费用较低,不像干法供煤方案那样,需要花费能量干燥湿煤.但Texaco煤气化炉喷嘴和耐火砖的寿命较短.

(2)干粉气化工艺　Shell粉煤气化工艺的优势在于干法进料,氧气气化系统,热效率高.煤气

中的H

2

O+CO2含量较少,煤气热值高,氧耗和蒸汽耗量都较低.此工艺还可使用褐煤、烟煤和沥青砂等多种煤,碳转化率达98%以上.单炉生产能力大,装置处理能力可达3000t/d.此外,运转周期长,Shell煤气化工艺煤烧嘴可以连续运行8000h以上.Shell煤气化工艺排出的炉渣含碳小于1%,飞灰含碳小于5%,可以进行再利用.同时,Shell粉煤气化工艺排出的废水较少.

1.3　煤气的净化

煤在气化炉中气化为粗煤气时,原煤中所含的相当一部分灰分、硫分、氮分,以及碱金属盐和

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