煤气化工艺技术的分类与选择

2、流化床气化
流化床气化炉的气化剂由炉下部吹入, 使细粒煤(小于6mm) 在炉内呈并逆流反应, 煤粒(粉煤)和气化剂在炉底锥形部分呈并流 运动, 在炉上筒体部分呈并流和逆流运动, 使炉内的煤粒在流化状态 下气化, 在燃烧产生的高温条件下, 气固两相充分混合接触, 发生煤 的还原反应, 最终实现煤的气化。 常见的流化床气化炉有温克勒(W inkler)、灰团聚( U - Gas)、 循环流化床( CFB)、加压流化床( PFB是PFBC的气化部分)以及中 国科学院山西煤炭化学研究所研发的灰熔聚气化炉等。目前较成功 的流化床气化炉有鲁奇公司开发的循环流化床( CFB )和中国科学 院山西煤炭化学研究所研发的灰熔聚气化炉。 随着灰熔聚技术的研究成功, 美国煤气技术研究所( IGT) 和美国 凯洛格公司分别开发出了U-GAS 和KRW 两种流化床气化工艺, 这 两种工艺弥补了传统工艺排灰含碳过高的不足。
小 结：
(1) 煤气化是煤化工发展的先导和关键技术,需大力开 发对煤种适应性强、单炉生产能力高、煤气成本低、 气体成分可调的各种先进加压气化技术。 ( 2) Texco 气化技术在国内已有化工应用, 需进一步 改进喷嘴、激冷环及水煤浆制备等关键技术; 需加强 Dow 水煤浆气化工艺与工程研究, 探索Dow 气化工艺 在国内的应用; Shell 粉煤气化技术有诸多优点, 需开 发其化工应用途径。 ( 3) 发展水煤浆制备技术的关键是开发浆体稳定的、 高煤浓度的、低成本的自主产权技术。
煤气化工艺技术的分类与选择
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一、我国能源状况的分析
能源是人类赖以生存和推动社会可持续发展的重要 物质基础, 在世界矿物能源储量中, 煤占相当大的比例。 我国是以煤为主要能源的国家, 煤炭在能源结构中占 70% 左右, 实现煤炭洁净、高效、经济和合理的利用, 尤其是煤化工利用具有重大的现实和战略意义。煤化工 涉及领域广泛, 可生产几乎所有种类的石油化工产品, 目前我国油品短缺与原油储量及开采不足的矛盾已突现 出来, 二十一世纪前期我国煤化工的发展直接关系着国 家能源战略安全和基本化工产品的供给。 可见，煤的有效利用对于我们来说是多么重要的 一件事情。
相比较而言, Shell 技术有以下明显优势: ( 1) 煤种的广泛适用性, 原料选择范围更宽, 因此合成气 成本更低; ( 2) 任何煤种的完全转化( 碳的转化率>99% ) ; ( 3) O2 和煤的消耗低。Shell 技术与Dexaco 工艺相比, 每吨煤 可多产10% 的合成气, 消耗氧量可省15% ~ 25%; ( 4) 工艺炉内壁采用水冷壁技术, 熔态排渣, 利用熔渣在 炉壁上冷却硬化结成的渣层保护炉壁不受磨损, 且烧嘴 寿命长( 保证1 年) , 使得气化炉坚固耐用; ( 5) Dexaco 炉的优点, 诸如有效气体成分高、无三废污 染等优点, Shell 炉也具备; ( 6) Shell气化炉及废热锅炉较庞大, 需大的高框架, 但 材质要求较低, 一次投资与Dexaco 大致相当。
2、中氮肥改造可采用华东理工大学等开发的四喷嘴 对置式水煤浆气化炉, 该技术已通过工业化试验, 对煤 种(特别是高硫煤)、粒度有较大兼容性, 具有单系列、 大容量、加压、高效、洁净的技术优势, 与我国的能 源资源国情相适应, 具有与国际先进技术竞争的能力。 3、建设大型煤化工或IGCC 发电项目, 首选Shell气化 炉。我国的干粉气化工艺虽已通过中试, 但工业化之 前必须引进大型干粉气化炉, 这是国内大型煤化工必 须面对的现实。国内科研设计单位也应抓住时机, 加 紧消化吸收引进技术, 为我所用, 增强自主创新能力, 形成有自主知识产权的新技术。
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干粉进料气流床气化技术
干粉进料气流床气化技术相对湿法进料具有氧耗低、 煤种适应广、冷煤气效率高等优点。其代表技术有Shell （壳牌）、Prenflo、日立气流床等。 Shell 粉煤制气工艺( SCGP) 是一个洁净的煤气化工艺 技术, 对原料具有广泛的适应性, 高级烟煤至褐煤、石油焦 均可作为原料。该工艺不但适于联合发电, 制取的合成气 还作为化工原料。SCGP 采用干粉煤进料, 避免了湿法因 水气化升温带来的能量损失, 提高了冷煤气效率, 加压气流 床吹入纯氧, 使设备紧凑, 高效气化, 降低了非有效成分。 气化炉维持在1 300~ 1 700 e 温度范围之内, 采用膜式水 冷壁, 炉渣呈熔融状态, 起到隔热保护炉壁的作用( 所谓/ 以 渣抗渣0) 。原料中的碳在炉内的高温下99% 以上已经转 化, 这一高温也防止了高分子有机物和焦油类物质的生成。 对称式烧嘴保证了良好的混合性, 高转化率, 并且易于放大。
水煤浆气流床气化技术 水煤浆气流床气化又称湿法进料气流床气Texaco （德士古）炉是一种率先实现工业化的气化技术, 由于 其进料方式简单, 工程问题较少, 又有重油气化经验, 近 十几年来得到长足的发展, 具有大的气化能力,Texaco 气化炉使用的典型煤浆浓度是60%~ 70% , 由于煤浆具 有液体的特性, 加压进料容易,所以可以实现更高压力 ( 8MPa~ 10MPa) 操作。 但存在主要的问题是氧耗较高。目前水煤浆气化技 术还有一些关键技术需改进, 如: ( 1) 喷嘴寿命短, 进口 可使用约60d( 25 万$ / 台) , 国产可使用约52d; ( 2) 激 冷环使用寿命仅一年; ( 3) 耗氧量大, 有效气产率不够 高。为了降低过程氧耗, 提高冷煤气效率, 在Texaco 气 化技术基础上发展了两段进煤煤气化工艺,
3、气流床气化
气流床是在固体燃料气化过程中, 气化剂将煤粉夹 带进入气化炉, 进行并流气化。粉煤气化具有较大的 反应表面积。气流床气化的特点在于煤粒各自被气流 隔开, 燃料的粘结性对气化过程没有影响。燃料在气 流床气化炉的反应区停留时间极短, 即燃料与气化剂 的反应很快。为了维持较高的反应温度, 采用O2 和少 量的水作为气化剂。 气流床气化炉从原料形态分为水煤浆、干煤粉 两类。气流床对煤种(烟煤、褐煤)、粒度、含硫、含 灰都具有较大的兼容性, 其清洁、高效代表着当今煤 气化技术发展潮流。
从煤的加工过程区分，进行如下分类：
气 化
直接液化 炼 焦
低温干馏 其他加工
煤气化技术
煤气化工艺以煤炭(块煤、焦炭或粉煤) 为 原料, 采用空气、氧气、二氧化碳和水蒸气为 气化剂, 在气化炉内高温环境下进行热化学反 应。其主要气化反应是煤与气体介质之间的反 应, 即气、固两相之间的非均相反应, 同时也有 气体反应物之间的均相反应。这些反应进行的 程度决定于气化炉的操作条件, 即温度、压力、 气化剂与煤炭的接触时间及煤炭的化学反应活 性、表面情况等。其产品可作为燃料气、原料 气或合成气, 与气化炉炉型有关。气化炉的分 类按煤与气化剂的相对流动方式可分为逆流、 并逆流和并流, 与其相对应的则是固定床、流 化床和气流床气化炉。
相比较而言, Shell 技术有以下明显优势: ( 1) 煤种的广泛适用性, 原料选择范围更宽, 因此合成气 成本更低; ( 2) 任何煤种的完全转化( 碳的转化率>99% ) ; ( 3) O2 和煤的消耗低。Shell 技术与Dexaco 工艺相比, 每吨煤 可多产10% 的合成气, 消耗氧量可省15% ~ 25%; ( 4) 工艺炉内壁采用水冷壁技术, 熔态排渣, 利用熔渣在 炉壁上冷却硬化结成的渣层保护炉壁不受磨损, 且烧嘴 寿命长( 保证1 年) , 使得气化炉坚固耐用; ( 5) Dexaco 炉的优点, 诸如有效气体成分高、无三废污 染等优点, Shell 炉也具备; ( 6) Shell气化炉及废热锅炉 较庞大, 需大的高框架, 但材质要求较低, 一次投资与 Dexaco 大致相当。
煤气化工艺的选择
在具体选用煤气化工艺时, 必须以科学的态度, 既要根据技术发展水平考虑工艺的先进性, 又要根 据实际情况考虑工艺的合理性。以自身或附近的原 料煤源为基础, 以产品煤气的用途为目标, 同时考虑 煤气工程的生产规模与气化设备的生产能力相配 套。鉴于国际煤气化工艺的现状, 结合我国的国情, 有如下建议: 1、小氮肥改造可采用灰熔聚流化床气化炉, 整 套装置与国外引进技术相比, 减少投资60% 左右, 改造投资小; 吨氨制气成本可大幅降低, 经济效益 明显
煤气化工艺技术的分类与选择
1、移动床气化（固定床气化）
2、流化床气化 3、气流床气化
1、移动床气化（固定床气化）
移动床气化又称固定床气化, 属于逆流操作。可分为常压与 加压两种。常压法比较简单, 但要求用块煤, 低灰熔点的煤难以使 用。加压法是常压法的改进和提高,常用O2 与水蒸气为气化剂, 对 煤种适应性大大提高。移动床气化常用方法是Lurgi 加压气化法, 生产的煤气中甲烷含量高, 适合处理灰分高、水分高的块粒状褐 煤。
常见的固定床(慢移动床)气化炉有间歇式气化( UG I)和连续 式气化炉(鲁奇Lurgi)两种, 目前都是已淘汰或落后的气化技术。 其中固定床间歇式气化炉国外已于20世纪60年代初废弃。
连续式气化炉应用碎煤加压气化技术, 20纪 30年代由德国鲁奇( Lurg i)公司开发成功, 是逆向气化, 煤在炉内停留时间长达1 h, 反应炉的操作温度和炉出 口煤气温度低, 碳转化率高, 气化效率高, 可以使用劣质 煤气化, 在世界各国得到广泛应用。但气化炉结构复杂, 炉内设有破粘和煤分布器、炉篦等转动设备, 制造和维 修费用大; 入炉煤必须是不粘块煤, 原料采购成本较高; 出炉煤气中含焦油、酚等, 污水处理和煤气净化工艺复 杂、流程长、设备多, 增加了投资和成本。 鲁奇炉的产品气适合做城市煤气。 据悉我国云南解化集团和山西天脊集团采用该技 术生产合成氨。鲁奇气化炉生产合成气时, 气体成分中 甲烷含量高( 8% ~ 10% ) , 且生产流程长, 投资大; 因此, 鲁奇气化炉不适宜生产合成气。