CTL项目粉煤气化基础知识培训

三. CTL项目所选用的气化工艺技术
CTL项目选用“GSP煤气化激冷工艺技术” （1）技术简介
GSP（德文Gaskombiant Schwarze pumpe）气化技术是德国西门子燃料气 化股份公司开发的气化技术。 该公司在Freiberg建有3MW气化装置（投煤量为7.2t/d）和5MW气化装 置（投煤量12t/d,内径0.6m）的中试气化装置，5MW装置至今设备完好。 1984年在德国黑水泵建成了130MW气化装置（投褐煤量720－750t/d,设计 压力为3.0Mpa，工作压力2.5Mpa，产气量为50000Nm3/h。 2008年 装置开工建设
利用深层煤，将不易开采的煤应用起来，提高资源的有效利用
二. 煤气化基础知识
1．煤气化过程
O 燃料 合成氨或 发电 甲醇 （1）基本的化学反应
CH4 苯酚 HS2 烟 CO2 HS 2 NH4 CH4 CH4 HCl
+
原料煤
O2 O2
2
O2
不完全氧化
CO2
CO+H2 +
主产物
氧化剂
副产物
三大过程
干燥【“湿煤”与热气流间的热交换，煤中的水分蒸发
国家中长期科学和 技术发展规划战略 研究专题报告
类型、煤阶、 成煤条件
气化 IGCC
发电、 液体燃料 化学品合成
净化
煤制气
F-T合成
合成气
甲醇合成
一. 煤气化技术发展概况
1．煤气化技术发展历程
1921年 Winkler发现流态化现象，开发了Winkler炉，引起了 固体物料加工工艺的革命，在众多领域广泛使用 K-T粉煤气化技术的工业化，成为后来shell、prenflo 粉煤加压气化技术发展的源头 Texaco水煤浆加压气化技术的工业化，大大推进了 大型煤气化技术的发展
5）开、停车操作方便，且时间短
从冷态到满负荷约2～3小时。
6）操作弹性大：单炉操作负荷为70-110%
四 . CTL项目气化装置工艺详解
生产方案与物料平衡
项目 GSP煤气化
日投煤量，t
单炉合成气量，万 Nm3/h 操作负荷，% 粗合成气温度，℃ 粗合成气压力，MPa 生产方案
2000
13 60～100 200 4.2
CTL项目 24台 4台 2000 2200
13 60～100 209.4 4.5 13.8 77～108 207.6 4.5
干粉进料、纯氧气化、液态排渣 粗合成气激冷工艺流程
四 . CTL项目气化装置工艺详解
工艺流程描述
备煤单元 21000
•原煤分配工序 •磨煤干燥工序 •煤粉输送工序
• 煤粉加压 • 煤粉泄压 • 煤粉密相输送
】
热解【煤受热自身发生一系列物理和化学变化】
气化【碳与氧化剂、碳与产物及产物之间的反应】
二. 煤气化基础知识
1．煤气化过程
2C + O2 → 2CO 2CO +O2 → 2CO2 C + O2→ CO2
×
（2）反应主要方程式
C+CO2→2CO（吸热）
二氧化碳还原反应 碳-氧反应（放热） C + H2O→ CO +H2 C+2H2O→ CO2 +2H2
一般炉温较灰熔点 高100－150℃
2）压力 高压√
【有利于提高反应物密度，不利于挥发分析出】
研究表明:在较高的气化温度下，煤粒气化的反应活性的提 高远远大于由压力上升而引起的对煤粒的挥发分析出的抑制.
【煤气化反应适合在高温高压下进行】
二. 煤气化基础知识
2．影响煤气化反应的因素
（2）工艺条件
温度/压力/氧煤比/蒸汽量均对煤气化反应有影响
（1）煤粉制备单元
四 . CTL项目气化装置工艺详解
工艺流程描述
2）主要设备状况 磨煤机：干燥、研磨、分选
（1）水分： ≤ 4.0 wt% （2）粒度： ＜ R 500 µm： ＞ 99% ＜ R 250 µm ： ＞ 94% R63 µm： 40-50%
（1）煤粉制备单元
化 工 炼 油 电 力 冶 金
氢气
煤
气化
燃气 还原气
• 炼厂加氢 • 煤直接液化 • 燃料电池 • IGCC发电 • 工业/民用燃气
•直接还原炼铁
一. 煤气化技术发展概况
2．煤气化技术的分类
固定床气化工艺
UGI气化工艺、Lurgi气化工艺、BGL气化工艺
流化床气化工艺
Winkler气化工艺、HTW气化工艺、CFB气化工艺
（3）反应动力学基础
煤或煤焦的气化反应，通常必须经过如下七步：
二. 煤气化基础知识
2．影响煤气化反应的因素
影响气化效果的煤的性质很多
反应活性、黏结性、结渣性、热稳定性、机械强度
（1）煤的性质
反应活性（CO2还原率）高，有利于气化反应
黏结性（煤受热分解形成块状焦炭），不利于气化过程
Hale Waihona Puke Baidu
具体表现
结渣性（煤高温下转变为牢固的熔融态炉渣），不利于气化
三. CTL项目所选用的气化工艺技术
CTL项目选用“激冷煤气化工艺技术” （3）液化气化装置
三. CTL项目所选用的气化工艺技术
CTL项目为什么选用“GSP煤气化技术”
1）煤种适应性强
采用干煤粉作气化原料，不受成浆性的影响；由于气化温度高，可 气化高灰熔点的煤，对煤种的适应性更为广泛，从较差的褐煤、次烟煤 、烟煤、无烟煤到石油焦均可使用，也可以多种煤掺混使用。即使是高 水份、高灰份、高硫含量和高灰熔点的煤种基本都能进行气化；
二. 煤气化基础知识
1．煤气化过程
1）外扩散：反应气体从气相扩散到固体表面
2）内扩散：反应气体通过颗粒的孔道进入小孔的内表面 3）吸附过程：反应气体分子吸附在固体表面上，形成中间络合物 4）表面反应：中间络合物之间或络合物和气相分子间进行反应 5）脱附过程：吸附态的产物从固体表面脱附 6）内扩散：产物分子通过固体的内部孔道扩散出来 7）外扩散：产物分子从颗粒表面扩散到气相中
原煤自原煤仓送入中速磨，利用热风
炉产生的热气和循环热气体在中速磨 内进行研磨和干燥，煤粉和气体的混
（1）煤粉制备单元
合物经煤粉收集器分离后，煤粉送至
煤气化装置，大部分气体返回中速磨
四 . CTL项目气化装置工艺详解
工艺流程描述
2）主要设备状况 称重给煤机
为带式给料 机，其上设置了皮 带秤以计量给煤量， 并通过称重的煤量 调整称重给煤机的 速度，达到定量向 中速磨给煤。
1300～1400 1200～1400
原 料 消 耗
比煤耗 比氧耗 比蒸汽耗 碳转化率
单炉有效气产量 有效气含量
三. CTL项目所选用的气化工艺技术
CTL项目为什么选用“GSP煤气化技术”
3）氧耗低
可降低配套空分装置投资和运行费用
（1）技术特点
4）设备寿命长，维护量小，连续运行周期长，在线率高
气化炉采用水冷壁结构，无耐火砖，预计水冷壁使用寿命25年； 只有一个组合式烧嘴，组合烧嘴2年更换一次；
热稳定性（对温度变化的稳定程度），有利于气化
机械强度（煤的抗碎、耐磨和抗压强度）高，有利于气化工艺
二. 煤气化基础知识
2．影响煤气化反应的因素
（2）工艺条件
温度/压力/氧煤比/蒸汽量均对煤气化反应有影响
1）温度 太高 ×
高温√ 【能提高气化反应速率和反应活性】
【易使熔渣变为非牛顿流体，渣层 薄，易损害水冷壁】
4．煤气化技术发展趋势及新型煤气化技术
（2）其他煤气化技术
煤气化技术门类众多，围绕煤炭资源利用及下游产品特性来看
低温热解与气化技术相结合
有利于提高煤炭综合利用价值
更适合于煤质液体燃料
催化气化技术 ——可提高甲烷含量，更适合于下游生产天然气
地下煤气化技术
可减少煤炭开采和运输的过程 同煤层气的利用相结合，实现煤炭开采无人化，降低安全风险
CTL项目粉煤气化技术培训
CTL 项目 Pulverized Coal Gasfication Technology Training
2015年04月
培训内容
一. 煤气化技术发展概况
1．煤气化技术发展历程
燃烧
焦化
直接利用
发电 “针对煤炭利用方面存在的主 要矛盾，必须部署和重点研究 以煤气化为基础的多联产技术 ”
全世界最大、国内首套
商业化运行的干煤粉气化工艺
投煤量：2000t/d
产气量：30万Nm3/h 有效气：13万Nm3/h
烯烃气化
2010年9月 装置机械竣工 2010年底 装置投料试车成功
三. CTL项目所选用的气化工艺技术
CTL项目选用“GSP煤气化工艺技术”（2）烯烃流程示意图
CTL
项 目 煤 气 化 工 艺 流 程 图
KBR输运床气化工艺、灰熔聚气化工艺
气流床气化工艺

K-T气化工艺、Texaco水煤浆气化工艺、E-Gas气化工艺、 GSP气化工艺、Shell气化工艺、Prenflo气化工艺、Eagle(日 立）气化炉、CCP空气气化炉、TPRI两段干煤粉气化炉、两段 分级给氧气化技术、多喷嘴对置气化工艺
主 流 技 术
（1）技术特点
褐煤
次烟煤
烟煤
无烟煤
石油焦
三. CTL项目所选用的气化工艺技术
CTL项目为什么选用“GSP煤气化技术”
2）技术指标优越
项 目
温度 压力
（1）技术特点
德士古炉 运行值
2.7～6.5 610 380～430 — 93442 95～98 75～80 ~10
单位
℃ MPa (a) kg/kNm3 Nm3/kNm3 kg/kNm3 Nm3/h % % %
1947年 20世纪70年代
结 论
【不同的气化工艺对原料煤的性质要求不同,选择煤气化工艺时，考虑用 煤的特性及其影响非常重要，煤气化技术“没有最佳，只有更佳”】
一. 煤气化技术发展概况
2．煤气化技术的分类
煤关 气键 化技 技术 术、 是核 各心 个技 术 行、 业龙 发头 展技 的术
合成气
• 化肥 • 醋酸、醋酸酐 • 甲醇 • 煤间接液化 • 烯烃 •合成天然气（SNG)
高压煤粉输送 22200
气化系统 22000
•反应器系统22300 •熔渣处理22400 •合成气洗涤22500
黑水处理 22700
• 化学定量给料站 • 沉降系统
闪蒸冷却系统 22600
•降压闪蒸系统
四 . CTL项目气化装置工艺详解
工艺流程描述
1）工艺特点
来自煤储运系统的原煤经煤皮带送至原煤仓，再由称重给煤机定量给入 磨煤机，在磨机筒体内完成碾磨、干燥和分级，合格的煤粉经低压输送系统 送至气化界区的粉煤仓。
低温热解与气化技术相结合
有利于提高煤炭综合利用价值
更适合于煤质液体燃料
催化气化技术 ——可提高甲烷含量，更适合于下游生产天然气
地下煤气化技术
可减少煤炭开采和运输的过程 同煤层气的利用相结合，实现煤炭开采无人化，降低安全风险
利用深层煤，将不易开采的煤应用起来，提高资源的有效利用
一. 煤气化技术发展概况
C + H2→ CH4 CO+3H2→CH4 +2H2O 2CO+2H2→CH4+CO2 CO2+4H2→CH4+2H2O 甲烷生成反应（放热）
水蒸气分解反应
碳-水蒸气反应（吸热）
S + O2→ SO2 SO2+3H2→H2S+2H2O SO2+2CO→S+2CO2 2H2S+SO2→3S+2H2O C+2S→CS2 CO+S→COS N2+3H2→2NH3 N2+xO2→2NOx 氮和硫与气化剂的反应
3）氧煤比 4）蒸汽量
增加√ 【提高反应温度，促进反应，提高煤气热值和反应转化率】 太大× 【氧增加生成CO2和H2O,增加了煤气中非有效成分的量】 加入√ 【可控制炉温不致过高，能减低氧耗量】 过大× 【将使炉温降低，阻碍CO2的还原和水蒸气的分解反应】
【为了获得理想的气化效果，需选择合适的氧煤比和蒸汽量】
【适应性原则】：1）对原料的适应性；2）与产品及下游装置的配套性
【可靠性原则】：装置能否安、稳、长、满、优运行
【安全环保原则】：结合当地资源环境选择技术，保证清洁生产 【知识产权安全原则】：防止侵权
一. 煤气化技术发展概况
4．煤气化技术发展趋势及新型煤气化技术
（2）其他煤气化技术
煤气化技术门类众多，围绕煤炭资源利用及下游产品特性来看
GSP炉
设计值
1400～1600 3.8～4.0 596 293 5.7 130000 ≥99 93 0.83
运行值
1400～1500 3.85～4.05 600 310 0-10 140000 ≥99 90~93 0.88
四喷嘴炉 运行值
4 608 425 — 93750 98 78-82 ≤3.5
一. 煤气化技术发展概况
3．煤气化技术的选择原则
碳转化率
Yc=(1-离开气化炉的碳/进入气化炉的碳）×100%
（1）工艺评价指标
冷煤气效率
N=煤气产率×煤气的热值/煤的热值×100%
合成气产出率
采用元素平衡原理计算
一. 煤气化技术发展概况
3．煤气化技术的选择原则
（2）技术选择的基本原则
【先进性原则】：工艺技术的先进性决定了产品的市场竞争力