主要煤氣化技術(shù)簡(jiǎn)介

1、主要煤氣化技術(shù)概述摘要介紹了包括Texaco水煤漿氣化、Shell煤氣化、GSP煤氣化、Lurgi煤氣化在內(nèi)的四種主要煤氣化技術(shù),分別介紹其工藝流程,以及在應(yīng)用后對(duì)其的評(píng)價(jià)。關(guān)鍵詞煤氣化技術(shù)Texaco水煤漿氣化Shell煤氣化GSP煤氣化Lurgi煤氣化煤氣化是煤轉(zhuǎn)化技術(shù)中最主要的方面,它的歷史非常悠久,甚至早于發(fā)電。通常,煤的氣化泛指各種煤(焦與載氧的氧化劑(O2、H2O、CO2之間的一種不完全反應(yīng),最終生成由CO、H2、CO2、CH4、N2、H2S、COS等組成的煤氣。煤的氣化反應(yīng)一般可人為簡(jiǎn)化成氧化(放熱反應(yīng)(如C+O2,還原(吸熱反應(yīng)(如C+H2O、C+CO2,甲烷生成(裂解反應(yīng)和水

2、煤氣平衡反應(yīng)(CO+H2O等。國(guó)內(nèi)外先后開發(fā)了100多種氣化工藝(爐型,但是最有發(fā)展前途的也只有幾種1。在這里簡(jiǎn)要的介紹幾種應(yīng)用廣泛的幾中煤氣化技術(shù),主要包括:Texaco 水煤漿氣化、Shell煤氣化、GSP煤氣化、Lurgi煤氣化。1.Texaco水煤漿氣化Texaco(德士古水煤漿加壓氣化工藝簡(jiǎn)稱TCGP,是美國(guó)德士古石油公司在重油氣化基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的2,3。TCGP技術(shù)包括煤漿制備、灰渣排除、水煤漿氣化等技術(shù),其核心和關(guān)鍵設(shè)備是氣化爐。它的主要優(yōu)點(diǎn)是流程簡(jiǎn)單、壓力較高、技術(shù)成熟、投資低。1.1 氣化爐內(nèi)的反應(yīng)水煤漿和99.6%的純氧經(jīng)TCGP燒嘴呈射流狀態(tài)進(jìn)入氣化爐,在高溫、高壓下進(jìn)行

3、氣化反應(yīng),生成以CO+H2為主要成分的粗合成氣。在氣化爐內(nèi)進(jìn)行的反應(yīng)相當(dāng)復(fù)雜,一般認(rèn)為氣化分三步進(jìn)行:(1煤的裂解和揮發(fā)分的燃燒。水煤漿和氧氣進(jìn)入高溫氣化爐后,水迅速蒸發(fā)為水蒸氣。煤粉發(fā)生熱裂解并釋放出揮發(fā)分。裂解產(chǎn)物及揮發(fā)分在高溫、高氧濃度下迅速完全燃燒,同時(shí)煤粉變成煤焦,放出大量的反應(yīng)熱。因此,在合成氣中不含有焦油、酚類和高分子烴類。這個(gè)過(guò)程相當(dāng)短促。(2燃燒及氣化反應(yīng)。煤裂解后生成的煤焦一方面和剩作的氧化發(fā)生燃燒反應(yīng),生成CO、CO2等氣體,放出反應(yīng)熱;另一方面,煤焦又和水蒸氣、CO2等發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成CO、H2。(3氣化反應(yīng)。經(jīng)過(guò)前面兩步的反應(yīng),氣化爐中的氧氣已消耗完。這時(shí)主要進(jìn)行的

4、是煤焦、甲烷等與水蒸氣、CO2的氣化反應(yīng),生成CO和H2。1.2 對(duì)TCGP工藝技術(shù)的評(píng)述(1TCGP是具有代表性的第二代煤氣化工藝,經(jīng)過(guò)各國(guó)的逐步完善,其技術(shù)趨于成熟,國(guó)內(nèi)對(duì)該技術(shù)的消化吸收做得比較好。我國(guó)近年的應(yīng)用表明4,這種工藝是成熟的,比較容易與后續(xù)化工裝置結(jié)合。(2我國(guó)引進(jìn)TCGP技術(shù)不公提高了我國(guó)煤氣化的技術(shù)水平,也帶動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的研究和開發(fā),如工藝燒嘴、耐火材料、相關(guān)儀表、閥門等在國(guó)內(nèi)均有制造商可以生產(chǎn),并有較好的業(yè)績(jī)。(3TCGP也存在著一些突出問(wèn)題,主要是燒嘴和耐火磚的問(wèn)題。若這些問(wèn)題得以解決,并且大量采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備,TCGP工藝在我國(guó)將會(huì)成為節(jié)能、低耗、低投入的主流煤氣化技術(shù)

5、之一。(4目前對(duì)TCGP氣化爐的燒嘴和耐火磚的研究主要是硬件方面的研究,沒(méi)有從機(jī)理方面出發(fā)。建設(shè)硬件研究人員與軟件研究人員結(jié)合,如采用Fluent 和CFX流體流動(dòng)軟件,從燃燒、傳熱,來(lái)研究通道和爐內(nèi)氣流分布的設(shè)計(jì)是否合理,找到容易燒壞和沖刷壞的原因。用這種方法來(lái)研究燒嘴和耐火磚,可以設(shè)計(jì)合理的流道分布,對(duì)于提高燒嘴和耐火磚的壽命可能會(huì)有幫助。(5有研究表明4,高灰熔點(diǎn)煤與低灰熔點(diǎn)煤種混配,可降低低入爐煤的灰熔點(diǎn),保證氣流床熔融排渣氣化工藝穩(wěn)定運(yùn)行。2.Shell煤氣化Shell煤氣化過(guò)程是在高溫加壓下進(jìn)行的,該技術(shù)是目前世界上較為先進(jìn)的第二代煤氣化工藝之一。Shell煤氣化發(fā)屬氣流床氣化,煤

6、粉、氧氣及蒸汽在加壓條件下并流進(jìn)入氣化爐內(nèi),在極為短暫的時(shí)間內(nèi)完成升溫、揮發(fā)分脫除、裂解、燃燒及轉(zhuǎn)化等一系列物理和化學(xué)過(guò)程。2.1 Shell煤氣化工藝來(lái)自煤場(chǎng)的煤和石灰石通過(guò)稱重給料機(jī)按一定比例混合后進(jìn)入磨煤機(jī)混磨后,并由熱風(fēng)作為動(dòng)力帶走煤中的水,再經(jīng)過(guò)袋式過(guò)濾器過(guò)濾,干燥的煤粉進(jìn)入煤粉倉(cāng)中貯存。來(lái)自空氣的氧氣經(jīng)氧壓機(jī)加壓并預(yù)熱后與中壓過(guò)熱蒸汽混合后導(dǎo)入燒嘴。出煤粉倉(cāng)的煤粉通過(guò)鎖斗裝置,由輸送氣體加壓至4.2MPa,并以輸送氣體作為動(dòng)力送至燒嘴,與蒸汽、氧氣一起進(jìn)入氣化爐內(nèi)燃燒,反應(yīng)溫度1500 1600,壓力3.5MPa。出氣化爐的氣體先在氣化爐頂部被激冷壓縮機(jī)送來(lái)的冷煤氣激冷至900,然

7、后經(jīng)輸氣管換熱器、合成氣冷卻器回收熱量后溫度降至350,再進(jìn)入高溫高壓陶瓷過(guò)濾器除去合成氣中99%的飛灰。出高溫高壓過(guò)濾器的氣體分為兩股,一股時(shí)入激冷氣壓縮機(jī)壓縮后作為激冷氣返回氣化爐上的氣體返回室。另一股進(jìn)入文丘里洗滌器和洗滌塔,經(jīng)高壓工藝水除去其中剩余的灰并將溫度降至150 300后去氣體凈化裝置。處理后的煤氣塵含量小于1mg/m3,送后續(xù)工序。氣化爐內(nèi)產(chǎn)生的溶渣沿氣化爐爐壁流入氣化爐底部的渣池,遇水固化成玻璃狀爐渣,然后通過(guò)收集器、渣鎖斗,定時(shí)排放至渣脫水槽,再通過(guò)撈渣機(jī)撈出送至渣場(chǎng),作為商品出售。在高溫高壓過(guò)濾器中收集的飛灰經(jīng)飛灰氣提塔氣提并冷卻至100后進(jìn)入飛灰貯罐,一部分飛灰返回至

8、磨煤機(jī),另一部分作為商品出售。氣化爐膜式壁內(nèi)和各換熱器的水由泵進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán),產(chǎn)生的5.4MPa飽和蒸汽進(jìn)入汽包,經(jīng)汽水分離后進(jìn)入蒸汽總管,水循環(huán)使用。2.2 對(duì)Shell工藝的改進(jìn)意見(jiàn)國(guó)內(nèi)對(duì)于Shell工藝的意見(jiàn)主要不是在爐子上,而是在它的后續(xù)工藝上。各方面提出的改進(jìn)方法有以下三種。(1維持干煤粉“由上到下”的下噴式氣化爐,氣化出口仍在氣化爐的上部,這對(duì)于激冷流程中的文丘里洗滌器和激冷洗滌塔有一個(gè)明顯的位差,連接它們的不再是廢熱鍋爐,而是一根高壓管道加一個(gè)激冷室。這個(gè)辦法是全激冷法,已經(jīng)在兩段式粉煤氣化中實(shí)施。(2采用干煤粉“由上而下”的上噴式氣化爐,這就雷同于GSP和Texaco 工藝,保持

9、Shell多噴嘴的特色。這個(gè)辦法已經(jīng)在多噴嘴粉煤氣化中實(shí)施。(3維持干煤粉“由下而上”的下噴式氣化爐及相關(guān)設(shè)備,氣化出口仍在氣化爐上部,仍然可以有返回原激冷氣體。將氣化爐上部出口的熱合成氣加冷氣體激冷后,從1600冷卻到900,之后進(jìn)入水冷激冷室,噴入霧化的水將溫度進(jìn)一步降低到500。然后用一級(jí)旋風(fēng)分離器除去大部分的干灰。此后,用兩級(jí)文丘里洗滌器洗去合成氣中殘留的飛灰,并進(jìn)入洗滌塔。出溫洗塔后的合成氣溫度為220230,水蒸氣含量達(dá)到60%,可以完全滿足耐硫變換對(duì)水蒸氣的要求,部分冷氣體返回作激冷氣源。這就是Shell公司提出的“半激冷法”,是用循環(huán)氣冷卻后再激冷。這個(gè)辦法仍然需要循環(huán)壓縮機(jī),

10、存在耗能不合理的問(wèn)題,目前沒(méi)有在國(guó)內(nèi)實(shí)施5。3.GSP煤氣化GSP工藝技術(shù)(或稱為“加壓氣流床氣化技術(shù)”是20世紀(jì)70年代末由前民主德國(guó)GDR燃料研究所開發(fā)并投入商業(yè)運(yùn)行的大中型粉煤氣化技術(shù)。該技術(shù)是以煤為原料發(fā)電、燃料與制備化工產(chǎn)品,化學(xué)殘?jiān)臍饣蜕镔|(zhì)液化為主要目的的煤化工技術(shù)。與其它同類氣化技術(shù)相比,該技術(shù)因采用氣化爐頂干粉加料與反應(yīng)室周圍水冷壁結(jié)構(gòu),因此在氣化爐結(jié)構(gòu)以及工藝流程上有其不同之處。3.1 GSP煤氣化工藝與其它煤氣化工藝一樣,GSP氣化工藝過(guò)程主要是由給料系統(tǒng)、氣化爐、粗煤氣洗滌,即備煤、氣化、除渣三部分組成。固體氣化原料被碾磨至不大于0.5mm的粒度后,經(jīng)過(guò)干燥,然后通

11、過(guò)濃相氣流輸送系統(tǒng)送至燒嘴。對(duì)于液態(tài)或污泥狀的氣化原料則可用泵送至燒嘴。氣化原料與其它氣化劑(氧氣、水蒸氣經(jīng)燒嘴同時(shí)噴入氣化爐內(nèi)的反應(yīng)室,然后在高溫(14001600、高壓(2.54.0MPa下發(fā)生快速氣化反應(yīng),產(chǎn)生以CO和H2為主要成分的熱粗煤氣。氣化原料中的礦物部分形成溶渣。熱粗煤氣和熔渣一起通過(guò)反應(yīng)室底部的排渣口進(jìn)入下部的激冷室。冷卻后的粗煤氣去洗滌系統(tǒng),使渣粒固化成下班狀,然后通過(guò)鎖斗系統(tǒng)排出,溢流出的激冷水送至污水處理系統(tǒng)。氣化溫度的選擇是由原料煤的物理化學(xué)性質(zhì)來(lái)決定的,氣化壓力的確定主要取決于產(chǎn)品煤氣的利用工藝。3.2 對(duì)GSP工藝的評(píng)述(1GSP氣化技術(shù)有十發(fā)廣闊的應(yīng)用前景煤炭氣

12、化技術(shù)作為煤炭嘗試加工、轉(zhuǎn)化的先導(dǎo)技術(shù),是中國(guó)潔凈煤技術(shù)的優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域之一。目前,中國(guó)在加速發(fā)展大型煤化工(氫、氨、醇、油和城市煤氣、發(fā)電的過(guò)程中,需要配套使用大中型先進(jìn)煤氣化技術(shù)。GSP煤氣化技術(shù)的特點(diǎn)是:煤種適應(yīng)性強(qiáng)、氣化效率高、設(shè)備制造安裝周期短、投資成本低、運(yùn)行成本低,開停車操作維護(hù)方便,它是當(dāng)今世界比較先進(jìn)的煤氣化技術(shù)之一。此技術(shù)在合成氨、碳一化工、發(fā)電、制氫和燃料合成領(lǐng)域的應(yīng)用,會(huì)帶來(lái)大巨大的經(jīng)濟(jì)效益。因此,GSP氣化技術(shù)是一項(xiàng)比較好的候選技術(shù),在中國(guó)應(yīng)該具有十分廣闊的應(yīng)用前景。(2有足夠吸引人的優(yōu)點(diǎn)GSP氣化爐兼?zhèn)銽exaco和Shell氣化爐的優(yōu)點(diǎn),即自上而下的噴射和水內(nèi)冷壁的

13、氣化爐,六通道的燒嘴也比較合理,因此,這個(gè)技術(shù)有足夠吸引人的地方。(3煤氣化技術(shù)實(shí)際上是包括備煤、氣化爐、氣化后工藝三個(gè)部分GSP技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是它的氣化爐和燒嘴,并非是西門子公司的全套煤氣化技術(shù),除了氣化爐和燒嘴以外,我們都有豐富的經(jīng)驗(yàn)。國(guó)內(nèi)引進(jìn)的煤氣化技術(shù)已經(jīng)有很多了,在這個(gè)時(shí)候,我們應(yīng)該考慮是否可以采用以下辦法:僅僅引進(jìn)氣化爐單元。備煤和氣化后工藝由國(guó)內(nèi)根據(jù)用戶的實(shí)際情況,進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化的配置,這已經(jīng)有成熟的經(jīng)驗(yàn),具備了工程化的能力!我們可以自信地說(shuō),國(guó)內(nèi)的工程公司已經(jīng)羽翼豐滿!4.Lurgi煤氣化固定床加壓煤氣化爐是Lurgi公司所開發(fā)的煤氣化技術(shù),其主要特點(diǎn)是帶有夾套鍋爐固態(tài)排渣的加壓煤氣化

14、爐,原料是碎煤,經(jīng)加壓氣化得到粗煤氣(CO+H26。4.1 Lurgi煤氣化工藝原料煤由煤鎖加入氣化爐后,在約3.0MPa壓力下,自上而下依次經(jīng)過(guò)干燥、干餾、氣化層(或稱還原層后達(dá)到燃燒層。在此,煤中的殘留碳與氣化劑中的氧發(fā)生燃燒反應(yīng),灰渣將熱量傳遞給氣化劑后爐箅排入灰鎖。氣化劑中的氧自下而上在燃燒層全部參與反應(yīng),然后進(jìn)入氣化層,在此水蒸氣與碳、CO2與碳分別反應(yīng),生成了CO、H2、CH4、焦油、苯和酚等組分,即成為粗煤氣,冷凝和洗滌下來(lái)的污水處理系統(tǒng)比較復(fù)雜。4.2 對(duì)Lurgi煤氣化工藝的評(píng)述(1Lurgi爐在初期僅限于生產(chǎn)城市煤氣,后來(lái)南非將其產(chǎn)出的氣休用于生產(chǎn)合成油、蠟等產(chǎn)品,國(guó)內(nèi)將其

15、運(yùn)用于合成氨生產(chǎn),拓寬了Lurgi爐的應(yīng)用領(lǐng)域。(2小化肥一般為常壓水煤氣發(fā)生爐,該爐型能耗高,氣化效率低,單爐產(chǎn)氣量小,且為間歇造氣,應(yīng)逐步淘汰。但要選擇Lurgi爐改造,則由于需要空分等原因,認(rèn)為投資比較大。(3Lurgi爐在國(guó)內(nèi)運(yùn)行了10年多,它的運(yùn)行、操作、技術(shù)管理等經(jīng)驗(yàn)已基本掌握,通過(guò)實(shí)踐、摸索,一些技術(shù)改造已獲得成功,使Lurgi爐達(dá)到了長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo)。Lurgi 爐作為一種成熟的氣化技術(shù)會(huì)逐漸被人們所認(rèn)可，在 不斷地改進(jìn)和技術(shù)進(jìn)步下，Lurgi 爐會(huì)變得更趨合理、完善，對(duì)發(fā)展我國(guó)的煤化 工事業(yè)是非常必要的。Lurgi 爐作為中型煤氣化技術(shù)盡管存在不足，但是還有競(jìng) 爭(zhēng)的余地，仍然可以成為大中型碳一化工的領(lǐng)頭技術(shù)之一，因此在我國(guó)仍將有廣 闊的發(fā)展前景。 5小結(jié) 對(duì)四種煤氣化技術(shù)的工藝進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹， 并綜合了在應(yīng)用過(guò)程中對(duì)其的 評(píng)價(jià)，這些氣化爐技術(shù)都各有優(yōu)點(diǎn)，但也各有其缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中要結(jié)合 實(shí)際情況，選取最符合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和煤質(zhì)的氣化爐，以取得較好的效益。 1 唐宏青