13種煤氣化工藝的優(yōu)缺點(diǎn)及比較

13種煤氣化工藝的優(yōu)缺點(diǎn)及比較有煤炭資源的地方都在規(guī)劃以煤炭為原料的建設(shè)項(xiàng)目，這些項(xiàng)目都碰到亟待解決原料選擇問(wèn)題和煤氣化制合成氣工藝技術(shù)方案的選擇問(wèn)題?，F(xiàn)就適合于大型煤化工的比較成熟的幾種煤氣化技術(shù)作評(píng)述，供大家參考。1、常壓固定層間歇式無(wú)煙煤（或焦炭）氣化技術(shù)這是目前我國(guó)生產(chǎn)氮肥的主力軍之一，其特點(diǎn)是采用常壓固定層空氣、蒸汽間歇制氣，要求原料為25-75mm的塊狀無(wú)煙煤或焦炭，進(jìn)廠原料利用率低，單耗高、操作繁雜、單爐發(fā)氣量低、吹風(fēng)氣放空對(duì)大氣污染嚴(yán)重。從發(fā)展看，屬于將逐步淘汰的工藝。2、常壓固定層間歇式無(wú)煙煤（或焦炭）富氧連續(xù)氣化技術(shù)這是從間歇式氣化技術(shù)發(fā)展過(guò)來(lái)的，其特點(diǎn)是采用富氧為氣化劑，原料可采用8-10mm粒度的無(wú)煙煤或焦炭，提高了進(jìn)廠原料利用率，對(duì)大氣無(wú)污染、設(shè)備維修工作量小、維修費(fèi)用低，適合于有無(wú)煙煤的地方，對(duì)已有常壓固定層間歇式氣化技術(shù)的改進(jìn)。3、魯奇固定層煤加壓氣化技術(shù)主要用于氣化褐煤、不粘結(jié)性或弱粘結(jié)性的煤，要求原料煤熱穩(wěn)定性高、化學(xué)活性好、灰熔點(diǎn)高、機(jī)械強(qiáng)度高、不粘結(jié)性或弱粘結(jié)性，適用于生產(chǎn)城市煤氣和燃料氣，不推薦用以生產(chǎn)合成氣。4、灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)中科院山西煤炭化學(xué)研究所的技術(shù)，2001年單爐配套20kt/a合成氨工業(yè)性示范裝置成功運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，其特點(diǎn)是煤種適應(yīng)性寬，可以用6-8mm以下的碎煤，屬流化床氣化爐，床層溫度達(dá)1100左右，中心局部高溫區(qū)達(dá)到1200-1300，煤灰不發(fā)生熔融，而只是使灰渣熔聚成球狀或塊狀排出。床層溫度比恩德氣化爐高100-200，所以可以氣化褐煤、低化學(xué)活性的煙煤和無(wú)煙煤，以及石油焦，投資比較少，生產(chǎn)成本低。缺點(diǎn)是氣化壓力為常壓，單爐氣化能力較低，產(chǎn)品中CH4含量較高（1%-2%），環(huán)境污染及飛灰綜合利用問(wèn)題有待進(jìn)一步解決。此技術(shù)適用于中小氮肥廠利用就地或就近的煤炭資源改變?cè)下肪€。5、恩德粉煤氣化技術(shù)恩德爐實(shí)際上屬于改進(jìn)后的溫克勒沸騰層煤氣化爐，適用于氣化褐煤和長(zhǎng)焰煤，要求原料為不粘結(jié)或弱粘結(jié)性、灰分小于25%-30%，灰熔點(diǎn)高（ST大于1250）、低溫化學(xué)活性好的煤。至今在國(guó)內(nèi)已建和在建的裝置共有9套，14臺(tái)氣化爐。屬流化床氣化爐，床層溫度在1000左右。目前最大的氣化爐，用富氧氣化，最大產(chǎn)氣量為40000m3/h半水煤氣。缺點(diǎn)是氣化壓力為常壓，單爐氣化能力還比較低，產(chǎn)品氣中CH4含量高達(dá)1.5%-2.5%，飛灰量大、對(duì)環(huán)境的污染及飛灰綜合利用問(wèn)題有待解決。6、GE德士古（Texaco)水煤漿加壓氣化技術(shù)GE德士古（Texaco)水煤漿加壓氣化技術(shù)，屬氣流床加壓氣化技術(shù)，原料煤經(jīng)磨制成水煤漿后用泵送進(jìn)氣化爐頂部單燒嘴下行制氣，原料煤運(yùn)輸、制漿、泵送入系統(tǒng)比Shell和GSP等干粉煤加壓氣化要簡(jiǎn)單得多，安全可靠、投資省。單爐生產(chǎn)能力大，目前國(guó)際上最大的氣化爐日投煤量為2000t，國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)的最大氣化爐日投煤量為1000t。國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)中的氣化爐能力最大為1600t/d。該技術(shù)對(duì)原料煤適應(yīng)性較廣，氣煤、煙煤、次煙煤、無(wú)煙煤、高硫煤及低灰熔點(diǎn)的劣質(zhì)煤、石油焦等均能作氣化原料。但要求原料煤含灰量較低，煤中含灰量由20%降至6%，可節(jié)省煤耗5%左右，氧耗10%左右。另外，要求煤的灰熔點(diǎn)低。由于耐火磚襯里受高溫抗渣的限制，一般要求煤的灰熔點(diǎn)在還原性氣氛下的T41300 ，對(duì)于灰熔點(diǎn)稍高的煤，可以添加石灰石作助熔劑，降低灰熔點(diǎn)。還要求灰渣粘溫特性好，粘溫變化平穩(wěn)，煤的成漿性能要好。氣化壓力從2.7、4.0、6.5到8.5 MPa皆有工業(yè)性生產(chǎn)裝置在穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行，裝置建成投產(chǎn)后即可正常穩(wěn)定生產(chǎn)。氣化系統(tǒng)的熱利用有兩種形式，一種是廢熱鍋爐型，可回收煤氣中的顯熱，副產(chǎn)高壓蒸汽，適用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電；另一種是水冷激型，制得的合成氣水氣比高達(dá)1.31.4，能滿足后續(xù)CO變換工序的需要，變換工序不需要外供蒸汽同，適用于制氫、制合成氨、制甲醇等化工產(chǎn)品。氣化系統(tǒng)不需要外供蒸汽、高壓氮?dú)饧拜斔蜌饣迷厦旱腘2和CO2。氣化系統(tǒng)總熱效率高達(dá)94%-96%，高于Shell干粉煤氣化（為91%-93%）和GSP干粉煤氣化（為88%-92%）。氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為耐火磚襯里。氣化爐無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置或復(fù)雜的膜式水冷壁內(nèi)件，所以制造方便、造價(jià)低，同時(shí)由于采用熱壁爐，爐內(nèi)熱容量比較大，氣化爐升溫至1000以上后，即可直接噴水煤漿投料，生產(chǎn)安全可靠。在開停車和正常生產(chǎn)時(shí)無(wú)需連續(xù)燃燒一部分液化氣或燃料氣（合成氣）。煤氣除塵也比較簡(jiǎn)單，可以了只需要一個(gè)文丘里洗滌器和一臺(tái)洗滌塔就可以了，無(wú)需價(jià)格昂貴的高溫高壓飛灰過(guò)濾器，投資省。單爐年運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為270300天，碳轉(zhuǎn)化率達(dá)96%-98%，有效氣成分（CO+H2）為80%-83%；有效氣（CO+H2）比氧耗為336-410m3/km3，有效氣（CO+H2）比煤耗為550-620kg/km3。國(guó)外已建成投產(chǎn)的裝置有6套，15臺(tái)氣化爐；國(guó)內(nèi)已建成投產(chǎn)的裝置有8套，24臺(tái)氣化爐，正在建設(shè)、設(shè)計(jì)的裝置還有4套，13臺(tái)氣化爐。已建成投產(chǎn)的裝置最終產(chǎn)品有合成氨、甲醇、醋酸、醋酐、氫氣、一氧化碳、燃料氣、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。各裝置建成投產(chǎn)后，一直連續(xù)穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行。裝備國(guó)產(chǎn)化率已達(dá)90%以上，由于國(guó)產(chǎn)化率高，裝置投資較其它加壓氣化裝置都低。水煤漿加壓氣化與其它加壓氣化裝置建設(shè)費(fèi)用的比例為Shell法：GSP法：多噴嘴水煤漿加壓氣化：水煤漿法=(2-2.5)：(1.4-1.6)：(1.2-1.3)：1。對(duì)于水煤漿加壓氣化技術(shù)國(guó)內(nèi)已掌握了豐富的工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，已培養(yǎng)出一大批掌握該技術(shù)的設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、建筑安裝、煤種評(píng)價(jià)、試燒和工程總承包的單位及工程技術(shù)人員，所以從建設(shè)、投產(chǎn)到正常連續(xù)運(yùn)行的周期比較短，這是業(yè)主所期望的。缺點(diǎn)是氣化用原料煤受氣化爐耐火襯里的限制，適宜于氣化低灰熔點(diǎn)的煤。碳轉(zhuǎn)化率較低，比氧耗和比煤耗較高。氣化爐耐火磚使用壽命較短，一般為1-2年，國(guó)產(chǎn)磚壽命為一年左右，1臺(tái)投煤量為1000t/d的氣化爐耐火磚約需500萬(wàn)元左右，有待改進(jìn)。氣化燒嘴壽命較短，一般使用2個(gè)月后，需停車進(jìn)行檢查、維修或更換噴嘴頭部，有待改進(jìn)和提高。我國(guó)自魯南化肥廠第一套水煤漿加壓氣化裝置（2臺(tái)氣化爐）1993年建成投產(chǎn)以來(lái)，相繼建成了上海焦化廠氣化裝置（4.0 MPa氣化，4臺(tái)氣化爐，于1995年建成投產(chǎn)），渭河化肥廠氣化裝置（6.5 MPa氣化，3臺(tái)氣化爐，于1996年建成投產(chǎn)），淮南化肥廠氣化裝置（4.0 MPa氣化，3臺(tái)氣化爐，于2000年建成投產(chǎn)），金陵石化公司化肥廠氣化裝置（4.0 MPa氣化，3, , , ,臺(tái)氣化爐,于2005年建成投產(chǎn)），浩良河化肥廠氣化裝置（3.04.0 MPa氣化，3臺(tái)氣化爐，于2005年建成投產(chǎn)），南化公司氣化裝置（8.5 MPa氣化，2006年建成投產(chǎn)），南京惠生氣化裝置（6.5 MPa氣化，2007年建成投產(chǎn)）等裝置。由于我國(guó)有關(guān)生產(chǎn)廠的精心消化吸收，已掌握了豐富的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)，新裝置一般都能順利投產(chǎn)，短期內(nèi)便能連續(xù)穩(wěn)定、高產(chǎn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行。并且掌握了以石油焦為原料的氣化工藝技術(shù)。還有一點(diǎn)需要提一下的是煤耗和氧耗問(wèn)題，它與原料煤質(zhì)的關(guān)系比較大。無(wú)論是Shell法或GSP法，在用干粉煤氣化時(shí)，需向氣化爐內(nèi)輸入過(guò)熱蒸汽，其用量以有效氣（COH2）計(jì)為120150 kg/km3，過(guò)熱蒸汽與粉煤的比例為（0.220.25）1，相當(dāng)于水煤漿中含水20%。干粉煤氣化宣傳資料上介紹的煤耗和氧耗，實(shí)際上是忽略了生產(chǎn)過(guò)熱蒸汽所用的煤耗。在正常生產(chǎn)時(shí)，如需燃燒一部分然料氣，必將增加氧耗及燃料氣耗（折煤耗），備煤時(shí)煤干燥需要增加煤耗。宣傳資料介紹，這兩種方法的煤耗和氧耗比較低，有效氣（COH2）煤耗為550600 kg/km3，氧耗為330360m3/km3，加上以上這些煤耗和氧耗，實(shí)際上有效氣（COH2）總煤耗將為590670 kg/km3，總氧耗將為380410 m3/km3。煤耗和氧耗不僅不低，而且比水煤漿氣化法高或相仿。另外還要考慮制備干煤粉及輸送干煤粉增加的電耗和激冷用返回氣循環(huán)壓縮機(jī)增加的電耗。鑒于以上幾點(diǎn)，水煤漿加壓氣化工藝技術(shù)是一項(xiàng)成熟、國(guó)產(chǎn)化率高、投資省、建成后就能順利投產(chǎn)，長(zhǎng)周期穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的工藝技術(shù)。存在的缺點(diǎn)有待在生產(chǎn)實(shí)踐中改進(jìn)提高。7、多元料漿加壓氣化技術(shù)多元料漿加壓氣化技術(shù)是西北化工研究院提出的，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。其基本生產(chǎn)裝置與水煤漿加壓氣化技術(shù)相仿，屬氣流床單燒嘴下行制氣。典型的多元化料漿組成為煤60%-65%、油料10%-15%，水20%-30%，粘度不大于2500cP。但在制備多元化料漿時(shí)摻入油類的辦法與當(dāng)前我國(guó)氮肥工業(yè)以煤代油改變?cè)下肪€的方針不符合，是不可取的，有待改進(jìn)。8、多噴嘴（四燒嘴）水煤漿加壓氣化技術(shù)“九五”期間，華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠、中國(guó)天辰化學(xué)工程公司承擔(dān)了國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)課題“新型（多噴嘴對(duì)置）水煤漿氣化爐開發(fā)”。該技術(shù)為氣流床多燒嘴下行制氣，氣化爐內(nèi)用耐火磚襯里。開發(fā)成功后，相繼在山東德州華魯恒升化工有限公司建設(shè)了一套氣化壓力為6.5MPa、日處理煤750t的氣化爐系統(tǒng)，于2005年6月正式投入運(yùn)行，至今運(yùn)轉(zhuǎn)良好。在山東滕州兗礦國(guó)泰化工有限公司建設(shè)了兩套氣化壓力為4.0MPa、氣化溫度約為1300、日處理煤1150t的氣化爐系統(tǒng)，配套生產(chǎn)240kt/a甲醇，聯(lián)產(chǎn)IGCC聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，發(fā)電能力為71.8MW，現(xiàn)在實(shí)際發(fā)電能力已達(dá)到80MW。于2005年7月21日一次投料成功，運(yùn)行至今。經(jīng)考核驗(yàn)收，同樣以北宿洗煤為原料氣化，多噴嘴水煤漿加壓氣化與單燒嘴加壓氣化相比，氣化技術(shù)指標(biāo)見表1，氣化用煤種分析見表2。表1：多噴嘴氣化與單燒嘴氣化結(jié)果對(duì)比表項(xiàng)目多噴嘴氣化單燒嘴氣化(Texaco)有效氣（COH2）含量/%84.98283碳轉(zhuǎn)化率/%989698有效氣比煤耗/kg/km3535約547有效氣比氧耗/m3/km3314約336表2氣化用煤質(zhì)分析表工業(yè)分析數(shù)值元素分析數(shù)值灰熔點(diǎn)/數(shù)值水分（Mad）/%2.18全硫(Stad)/%2.84DT1090灰分(Ad)/%7.32碳(Cad)/%74.73ST1100揮發(fā)分(Vdaf)/%45.44氫(Had)/%5.13HT1120固定碳(FC)/%49.46氧(Oad)/%8.77FT1130氮(Nad)/%1.20多噴嘴氣化爐與單燒嘴氣化爐相比，有效氣成分提高23個(gè)百分點(diǎn)，CO2含量降低23個(gè)百分點(diǎn)，碳轉(zhuǎn)化率提高23個(gè)百分點(diǎn)，比煤耗可降低約2.2%，噸甲醇煤耗減少100150kg，比氧耗可降低6.68%，這是很有吸引力的。同時(shí)調(diào)節(jié)負(fù)荷比單燒嘴氣化爐靈活。適宜于氣化低灰熔點(diǎn)的煤。已建成及在建項(xiàng)目共12家，31臺(tái)氣化爐。已順利投產(chǎn)的有3家，5臺(tái)氣化爐。在建的最大氣化爐投煤量為2000t/d，6.5MPa。值得一提的是該技術(shù)現(xiàn)已跨出國(guó)門，美國(guó)Valero能源公司最近已決定采用多噴嘴水煤漿加壓氣化技術(shù)，采用石油焦為原料加壓氣化。目前已與華東理工大學(xué)簽訂了許可證授權(quán)合同，與中國(guó)天辰工程公司簽訂了基礎(chǔ)設(shè)計(jì)合同。該技術(shù)暴露出來(lái)的問(wèn)題是燒嘴使用壽命與GEGP法一樣較短；氣化爐頂部耐火磚磨蝕較快，以及同樣直徑同生產(chǎn)能力的氣化爐，其高度比GEGP德士古單燒嘴氣化爐高，又多了三套燒嘴和相應(yīng)的高壓煤漿泵、煤漿閥、氧氣閥、止回閥、切斷閥及連鎖控制儀表，一套投煤量1000 t/d的氣化爐投資比單燒嘴氣化爐系統(tǒng)多20003000萬(wàn)元。與一個(gè)有3套投煤量為1000t/d的氣化爐、日處理原料煤2000 t的煤氣化裝置比較，增加投資60009000萬(wàn)元，每年要多增加維護(hù)檢修費(fèi)用，且增加了單位產(chǎn)品的固定成本。但該技術(shù)屬我國(guó)獨(dú)有的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)，在技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)方面比引進(jìn)GEGP德士古水煤漿氣化技術(shù)要少得多，還是很有競(jìng)爭(zhēng)力的。該技術(shù)有待在生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)一步改進(jìn)提高。9、殼牌（Shell）干粉煤加壓氣化技術(shù)殼牌（Shell）干粉煤加壓氣化技術(shù)，屬于氣流床加壓氣化技術(shù)。可氣化褐煤、煙煤、無(wú)煙煤、石油焦及高灰熔點(diǎn)的煤。入爐原料煤為經(jīng)過(guò)干燥、磨細(xì)后的干煤粉。如需添加助熔劑，原料煤可以與助熔劑在磨煤機(jī)中混磨。干燥后的粉煤用氮?dú)鈿饬λ椭亮隙分校儆酶邏旱獨(dú)廨斔偷綒饣癄t，從氣化爐下部的噴嘴進(jìn)入氣化爐。屬多燒嘴上行制氣。目前最大的氣化爐是日處理2000t煤，氣化壓力為3.0MPa，國(guó)外只有一套用于商業(yè)化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的業(yè)績(jī)，尚無(wú)更高氣化壓力的業(yè)績(jī)。這種氣化爐采用水冷壁，無(wú)耐火磚襯里。熔融灰渣沿水冷壁南而下，排入爐底水槽。水冷壁內(nèi)壁涂有一層SiC耐火材料，熔渣在水冷壁上結(jié)成固體熔渣層，達(dá)到以渣抗渣的目的。為便于檢修，水冷壁與氣化爐殼體間留有800mm環(huán)隙。環(huán)隙間充有250-300的有壓合成氣。為調(diào)節(jié)爐溫，需向氣化爐內(nèi)輸入中壓過(guò)熱蒸汽。采用廢熱鍋爐冷卻回收煤氣的顯熱，副產(chǎn)蒸汽，氣化溫度可以達(dá)到1400-1600，氣化壓力可達(dá)3.0-4.0MPa，可以氣化高熔點(diǎn)的煤，但為了操作穩(wěn)定，仍需在原料煤中添加石灰石作助熔劑。該種爐型原設(shè)計(jì)是用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的，國(guó)內(nèi)在本世紀(jì)初至今開始有13家已簽訂技術(shù)引進(jìn)合同16套20臺(tái)氣化爐，其最終產(chǎn)品有合成氨、甲醇、氫氣、氣化壓力3.0-4.0MPa。其特點(diǎn)是干煤粉進(jìn)料，用高壓氮?dú)鈿鈩?dòng)輸送入爐，對(duì)輸煤粉系統(tǒng)的防爆要求嚴(yán)格；氣化爐燒嘴為多噴嘴，有4個(gè)（也可用6個(gè)）對(duì)稱式布置，調(diào)節(jié)負(fù)荷比較靈活；為了防止高溫氣體排出時(shí)夾帶的熔融態(tài)和粘結(jié)性飛灰在氣化爐后的輸氣導(dǎo)管換熱器、廢熱鍋爐管壁粘結(jié)，采用將高溫除灰后的部分330-350、含塵量2mg/m3左右的氣體與部分水洗后的160-165、含塵量1mg/m3左右的氣體混合，混合后的氣體溫度約200，用返回氣循環(huán)壓縮機(jī)加壓送到氣化爐頂部，將氣化爐排出的高溫合成氣激冷至900后，再進(jìn)入廢熱鍋爐熱量回收系統(tǒng)，返回氣的量很大，相當(dāng)于氣化裝置產(chǎn)氣量的80%85%，因返回氣溫度高達(dá)200、含塵、CO含量高達(dá)65%左右、又含有H2S，對(duì)返回氣循環(huán)壓縮機(jī)的密封性能和操作條件要求十分苛刻，不但投資高，多耗動(dòng)力，而且出故障的環(huán)節(jié)也多；出廢熱鍋爐后的合成氣，采用高溫中壓陶瓷過(guò)濾器，在高溫下除去夾帶的飛灰，陶瓷過(guò)濾器不但投資高，而且維修工作量大，每年需要更換一次過(guò)熱元件，以投煤量1000 t/d的氣化裝置為例，每年需500萬(wàn)元，維修費(fèi)用也高。廢熱鍋爐維修工作量也大，故障也多，維修費(fèi)用也高。據(jù)介紹碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)98-99%；可氣化褐煤、煙煤、無(wú)煙煤、石油焦；冷煤氣效率高達(dá)80-83%；合成氣有效氣（CO+H2）含量高達(dá)90%左右，有效氣（CO+H2）比煤耗為550-600kg/km3，比氧耗為330-360m3/km3（用河南新密煤時(shí)，比煤耗為709 kg/km3，比氧耗為367.2 m3/km3。所以在這里要說(shuō)明一點(diǎn)，無(wú)論哪一種煤氣化技術(shù)，資料上介紹的比煤耗和比氧耗都是在特定條件下的數(shù)據(jù)，某一煤種確切的數(shù)據(jù)，應(yīng)該在煤試燒后方能獲得，在做方案比較的時(shí)候可以用氣化工藝計(jì)算的方法求得，要用同一個(gè)煤種數(shù)據(jù)作為評(píng)價(jià)的依據(jù)。）；比蒸汽（過(guò)熱蒸汽）耗為120-150kg/km3，可副產(chǎn)蒸汽880-900kg/km3。其存在的問(wèn)題是氣化裝置的氮?dú)猓ɑ駽O2）消耗量相當(dāng)大，還需配套超高壓氮壓機(jī)、高壓氮壓機(jī)、低壓氮壓機(jī)，以及激冷氣壓縮機(jī)，不但投資高，而且能耗也高。生產(chǎn)上，煤的干燥、磨粉增加的動(dòng)力能耗，輸入中壓過(guò)熱蒸汽水蒸汽與煤比為（0.220.25）1，相當(dāng)于水煤漿中含水20%等所增加的煤耗、動(dòng)力能耗，相應(yīng)抵消了干法進(jìn)料的煤耗和氧耗低的優(yōu)點(diǎn)。另一點(diǎn)是專利商只有一套用于發(fā)電的裝置，缺乏用于煤化工生產(chǎn)的業(yè)績(jī)。荷蘭怒恩電力公司布根努姆電廠的（Demkolec）煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置為調(diào)峰電廠。據(jù)中國(guó)氮肥工業(yè)協(xié)會(huì)赴歐洲技術(shù)考察報(bào)告介紹，該發(fā)電裝置設(shè)計(jì)氣化爐投煤量為2000 t/d，設(shè)計(jì)發(fā)電能力284 MW，外送電253 MW（外送電應(yīng)為2216.28 GWh/a）,自用電31 MW，全部總投資（按1989年物價(jià)指數(shù)）為850106荷蘭盾，折350106歐元（3.5億歐元）其中：氣化裝置占27%折94.5106歐元空分裝置占9%折31.5106歐元燃?xì)庋h(huán)（IGCC）占31%折108.5106歐元發(fā)電機(jī)系統(tǒng)占5%折17.5106歐元自控系統(tǒng)占10%折35106歐元供配電系統(tǒng)占8%折28106歐元專利費(fèi)及界區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)費(fèi)占10%折35106歐元設(shè)計(jì)的發(fā)電能量利用率為43%44%，折單位發(fā)電投資額為1400美元/kW。建設(shè)期6年，1993年底建成，19941997年試運(yùn)轉(zhuǎn)，1998年1月開始進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行。自1999年至2003年的5年商業(yè)性運(yùn)行中，煤制氣發(fā)電平均年運(yùn)行時(shí)間為268 d（6432 h），占全年運(yùn)行時(shí)間的73.4%。煤制氣發(fā)電外送電量平均為906 GWh，為設(shè)計(jì)年外供電量（2216.26 GWh）的40.88%。煤制氣實(shí)際發(fā)電量（包括自用電199.4 GWh）為1105.4GWh，為設(shè)計(jì)年實(shí)際發(fā)電量的44.43%。按年平均運(yùn)行時(shí)間268天計(jì)，實(shí)際發(fā)電量應(yīng)為1826.7 GWh，設(shè)計(jì)日投煤量為2000 t，實(shí)際平均日投煤量為1210 t，生產(chǎn)負(fù)荷率只有60.5%。從以上分析看，這套煤制氣發(fā)電裝置平均年運(yùn)行時(shí)間為268 d（6432 h），與水煤漿氣化裝置的氣化爐平均年運(yùn)行時(shí)間（每臺(tái)270300 d/a）相仿，但是生產(chǎn)負(fù)荷率只有60.5%，長(zhǎng)期是低負(fù)荷，低運(yùn)行率。專利商明明知道這套示范發(fā)電裝置長(zhǎng)期低負(fù)荷、低運(yùn)行率的實(shí)際情況，還推薦在中國(guó)建的煤化工生產(chǎn)裝置，只建一臺(tái)氣化爐系統(tǒng)，不設(shè)備用爐，是有其難言的苦衷的。因?yàn)樵撁簹饣到y(tǒng)設(shè)備龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修困難、系統(tǒng)控制要求高、投資高、建設(shè)周期長(zhǎng)，建備用氣化爐系統(tǒng)，顯然投資太大、無(wú)競(jìng)爭(zhēng)力。但是煤化工生產(chǎn)要求全裝置常年連續(xù)穩(wěn)定高效生產(chǎn)，遠(yuǎn)比一座調(diào)峰電廠的生產(chǎn)要求嚴(yán)，調(diào)峰電廠除煤制氣發(fā)電系統(tǒng)外，還另有燃油或天然氣發(fā)電系統(tǒng)可作為備用。而我國(guó)引進(jìn)的Shell煤氣化裝置只設(shè)一臺(tái)氣化爐，單系列生產(chǎn)，沒(méi)有備用爐，在煤化工生產(chǎn)中能否常年連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)是沒(méi)有保證的。煤化工生產(chǎn)系統(tǒng)若因此而經(jīng)常開開停停，工廠年運(yùn)行率低、生產(chǎn)負(fù)荷低，工廠的經(jīng)濟(jì)損失將是很大的。一套不設(shè)備用爐的裝置投資相當(dāng)于設(shè)備用爐的GEGP德士古氣化裝置或多噴嘴水煤漿氣化裝置投資的22.5倍，排出氣化爐的高溫煤氣用龐大的、投資高的廢熱回收鍋爐回收顯熱副產(chǎn)蒸汽后，如用于煤化工，尚需將蒸汽返回后續(xù)一氧化碳變換系統(tǒng)，如用于制合成氨和氫氣，副產(chǎn)的蒸汽量還不夠用。同時(shí)另外還需要另設(shè)中壓過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)，供應(yīng)氣化所需的過(guò)熱蒸汽。本人認(rèn)為目前Shell帶廢熱鍋爐的干粉煤加壓氣化技術(shù)并不適用于煤化工生產(chǎn)的，有待改進(jìn)。所以業(yè)主和工程公司在做煤氣化方案選擇時(shí)，不能只聽專利商的一面之詞，被專利商牽著鼻子走，要將工程項(xiàng)目的全流程做技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，要把空分系統(tǒng)的投資和電耗差別，磨煤系統(tǒng)的電耗差別，原料煤干燥系統(tǒng)的煤耗差別，輸煤系統(tǒng)的電耗差別，備煤及輸煤系統(tǒng)的投資差別，輸入氣化爐的過(guò)熱蒸汽的煤耗及投資差別，一氧化碳變換工序投資及能耗差別等都考慮進(jìn)去，才能得出正確的結(jié)論。我國(guó)采用Shell干煤粉加壓氣化工藝的裝置自2006年開始，陸續(xù)投料試生產(chǎn)的，已有好幾家，但是至今尚無(wú)一家達(dá)到長(zhǎng)周期穩(wěn)定滿負(fù)荷正常生產(chǎn)。主要的原因是系統(tǒng)流程長(zhǎng)，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜。無(wú)論是采用高灰分、高灰熔點(diǎn)的煤還是低灰分、低灰熔點(diǎn)的煤進(jìn)行氣化，都會(huì)出現(xiàn)水冷壁能否均勻掛渣的問(wèn)題、氣化爐頂輸氣管換熱器和廢熱鍋爐積灰問(wèn)題、高溫中壓干法飛灰過(guò)濾器除塵效率和能力問(wèn)題、每天產(chǎn)生的大量飛灰的出路問(wèn)題、激冷氣壓縮機(jī)故障多的問(wèn)題、水洗冷卻除塵的黑水系統(tǒng)故障問(wèn)題。該工藝第一次用于煤化工（尤其是制合成氨、制甲醇、制氫），煤化工對(duì)除塵凈化、長(zhǎng)周期穩(wěn)定正常生產(chǎn)的要求程度，遠(yuǎn)高于發(fā)電。一套新裝置投入生產(chǎn)到正常穩(wěn)定生產(chǎn)，當(dāng)然需要有一個(gè)磨合期，但是不能太長(zhǎng)，否則企業(yè)很難承受。本人認(rèn)為可以首先在原料煤上作改進(jìn)，改進(jìn)多出故障的源頭，先采用低灰分、低灰熔點(diǎn)的煤為原料，摸索出長(zhǎng)周期穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)。第二是增設(shè)采用激冷流程的備用氣化爐，在現(xiàn)有Shell爐的基礎(chǔ)上改激冷流程是很難的，應(yīng)該采用多噴嘴下行制氣的氣化爐，這比較容易實(shí)現(xiàn)。Shell干煤粉加壓氣化工藝，在環(huán)保問(wèn)題上，對(duì)飛灰的出路和綜合利用應(yīng)給予高度重視。根據(jù)荷蘭示范電廠的操作數(shù)據(jù)，飛灰和粗渣排出量見表3。表3飛灰和粗渣逐年排出量統(tǒng)計(jì)年份飛灰/t粗渣/t199713524573681998111205317819998586385322000102054713520011146741227200218.7881.22粗渣含碳約為0.5%（質(zhì)量分率），飛灰含碳約為40%（質(zhì)量分率），原料煤含灰量平均約為13%（質(zhì)量分率），按實(shí)際發(fā)電量折算，實(shí)際平均日投煤量為1210 t。5年內(nèi)煤氣化操作1340天，排出飛灰量為54902t，平均日排飛灰量為41 t。如投煤量按2000 t/d計(jì)，每天從高溫中壓飛灰過(guò)濾器排出飛灰達(dá)68 t，如原料煤中含灰量為20%，每天排出飛灰達(dá)105 t。飛灰如何綜合利用，或回氣化爐、或找固定用戶是值得企業(yè)關(guān)注的大問(wèn)題，如找不到固定用戶而隨意堆放，將對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生污染?，F(xiàn)在問(wèn)題已充分暴露出來(lái)，Shell干煤粉加壓氣化廢熱鍋爐流程是為聯(lián)合循環(huán)發(fā)電而設(shè)計(jì)的，不適應(yīng)于煤化工生產(chǎn)。同時(shí)，裝置本身還存在不少缺點(diǎn)和問(wèn)題，有待解決。有些人士至今還不愿意承認(rèn)當(dāng)初選用Shell干煤粉加壓氣化工藝廢熱鍋爐流程，用于煤化工的決策和盲目推廣是錯(cuò)誤的，我認(rèn)為應(yīng)當(dāng)引起用戶、有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、規(guī)劃部門和工程公司的重視和深思。所以我國(guó)引進(jìn)的Shell煤氣化裝置只設(shè)一臺(tái)氣化爐單系列生產(chǎn)，沒(méi)有備用爐，在煤化工生產(chǎn)中能否常年連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)應(yīng)予高度重視。一套不設(shè)備用爐的Shell煤氣化裝置投資相當(dāng)于設(shè)備用爐的Texaco氣化裝置投資的2-2.5倍，排出氣化爐的高溫煤氣用龐大的、投資高的廢熱鍋爐回收顯熱副產(chǎn)蒸汽后，如用于煤化工，尚需將蒸汽返回后續(xù)一氧化碳變換系統(tǒng)，如用于制合成氨和氫氣，副產(chǎn)的蒸汽還不夠用。同時(shí)另外還需要另設(shè)中壓過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)用于氣化。目前Shell帶鍋爐的干煤粉加壓氣化技術(shù)并不適用于煤化工生產(chǎn)，有待改進(jìn)。10、西門子GSP干煤粉加壓氣化技術(shù)GSP干煤粉加壓氣化技術(shù)，屬于氣流床加壓氣化技術(shù)，是在1979年發(fā)展起來(lái)的。1979年前德國(guó)燃料研究所在弗來(lái)堡建立了一套熱負(fù)荷為3 MW的煤氣化中試裝置，氣化爐內(nèi)有耐火材料襯里。1996年又建了一套熱負(fù)荷為5 MW的煤氣化中試裝置，氣化爐為水冷壁結(jié)構(gòu)，曾試燒過(guò)各種不同原料和煤種。1984年在黑水泵市建立了一套熱負(fù)荷為130 MW的氣化裝置，氣化爐內(nèi)有水冷壁內(nèi)件，日投煤量為720 t褐煤，產(chǎn)氣量為50000 m3/h，是一套商業(yè)性示范裝置，用以生產(chǎn)燃料氣，氣化操作壓力為2.8 MPa，操作溫度為1400 。19841990年采用褐煤為原料氣化，有約6年氣化褐煤的經(jīng)驗(yàn)。后來(lái)又氣化過(guò)城市垃圾、工業(yè)廢物、焦油等物料，主要是氣化焦油。從1998年開始?xì)饣褂停a(chǎn)出來(lái)的煤氣與固定層氣化爐生產(chǎn)的煤氣聯(lián)網(wǎng)，用以生產(chǎn)甲醇和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）。這套裝置至今尚在正常運(yùn)行。2000年在英國(guó)巴斯夫工廠建成了一套GSP氣化裝置，用以處理化工廠排出含氯廢水，氣化爐熱負(fù)荷為30 MW，氣化壓力為2.9 MPa，氣化溫度為1400 ，激冷型流程。2004年在捷克Vresova工廠又建成了一套GSP氣化裝置，原料為焦油，氣化爐熱負(fù)荷為175 MW，氣化操作壓力為2.8 MPa，操作溫度為1400 ，用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。GSP氣化爐當(dāng)氣化煤炭時(shí)，原料煤需經(jīng)過(guò)干燥、磨細(xì)的干煤粉由氣化爐頂部進(jìn)入，屬單燒嘴下行制氣，底部排渣。氣化爐內(nèi)有水冷壁內(nèi)件，目前最大的GSP氣化爐是每天投煤量720t褐煤，操作壓力2.8MPa，操作溫度1400-1500，為調(diào)節(jié)爐溫需向氣化爐內(nèi)輸入過(guò)熱蒸汽，因此需另設(shè)供應(yīng)4.55 MPa過(guò)熱蒸汽的系統(tǒng)。有6年采用褐煤為原料進(jìn)行氣化的經(jīng)驗(yàn)。氣化高灰熔點(diǎn)的煤時(shí)，可以在原料中添加石灰石作助熔劑，因采用水冷激流程，所以投資比Shell爐要省得多，兩者投資是Shell爐：GSP爐=(1.34-1.67)：1（另外其它資料有1.431.56：1），適用于煤化工生產(chǎn)，據(jù)專利商介紹，噴嘴壽命長(zhǎng)，可用1年以上，但實(shí)際生產(chǎn)每隔1個(gè)半月左右需要停爐檢查一次和維修。碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)到98%-99%，可氣化褐煤、煙煤、次煙煤、無(wú)煙煤、石油焦及焦油，冷煤氣效率高達(dá)80%-83%，合成氣有效氣（CO+H2）含量高達(dá)90%以上，有效氣（CO+H2）比煤耗為550-600kg/km3，比氧耗為330-360m3/km3，比蒸汽（過(guò)熱蒸汽）耗為120-150kg/km3?；旧吓cShell法相似。正常時(shí)要燃燒液化氣或其他可燃?xì)怏w，以便于點(diǎn)火，防止熄火和確保安全生產(chǎn)。有文獻(xiàn)介紹，如燒液化氣，以一套日處理720 t褐煤的氣化裝置為例，每小時(shí)要消耗777.7 kg液化氣，即每天消耗19 t液化氣，以每噸液化氣5000元計(jì)價(jià)，每天要燒掉9.5萬(wàn)元，一年2850萬(wàn)元。如只在開工時(shí)用液化氣，正常生產(chǎn)時(shí)燒自產(chǎn)煤氣，按熱值折算，每小時(shí)要消耗自產(chǎn)煤氣約3500 m3，以煤價(jià)450元/t計(jì)，自產(chǎn)煤氣成本價(jià)0.450.5元/m3，每天要耗掉3.84.2萬(wàn)元，一年就是11401260萬(wàn)元，這筆費(fèi)用很可觀。該氣化爐水冷壁的盤管內(nèi)用壓力為4.0MPa（應(yīng)高于氣化爐壓力）、溫度達(dá)250的水冷卻，在盤管內(nèi)不產(chǎn)生蒸汽，只在器外冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中副產(chǎn)0.5MPa的低壓蒸汽。氣化爐外殼還設(shè)計(jì)有水夾套，用冷卻水進(jìn)行冷卻，外殼溫度低于60，所以熱損失比較大。世界上目前采用GSP氣化技術(shù)的有3家，但是現(xiàn)在都沒(méi)有用來(lái)氣化煤炭，其中黑水泵氣化廠的那一套裝置，只有6年氣化褐煤的業(yè)績(jī)，沒(méi)有長(zhǎng)期氣化高灰分、高灰熔點(diǎn)煤的業(yè)績(jī)，有待建立示范裝置作長(zhǎng)期運(yùn)行考驗(yàn)。在氣化用煤種選擇上還是應(yīng)該首選低灰分、低灰熔點(diǎn)的煤。目前國(guó)外在建的有加拿大能源公司的IGCC項(xiàng)目，投煤量為2000 t/d，及美國(guó)安全能源公司合成天然氣項(xiàng)目，投煤量為22000 t/d。國(guó)內(nèi)神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司已決定采用GSP干煤粉加壓氣化技術(shù)建設(shè)1670 kt/a甲醇制烯烴項(xiàng)目，投煤量為52000 t/d。此外還有山西蘭花煤化工有限公司300 kt/a合成氨及100 kt/a甲醇項(xiàng)目，投煤量為22000 t/d，以無(wú)煙煤為原料。作為商業(yè)性示范裝置，希望此兩項(xiàng)目早日建成，順利投產(chǎn)。11、兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)TPRI兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)是西安熱工研究院有限公司開發(fā)成功的，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，1997年建成一套0.7t/d的試驗(yàn)裝置,完成了14種典型動(dòng)力煤種的加壓氣化試驗(yàn)研究，2004年建成了處理煤量為36-40t/h的中試裝置，完成了4種煤粉的氣化試驗(yàn)，通過(guò)了168h連續(xù)運(yùn)行考核，累計(jì)運(yùn)行達(dá)2200h以上，達(dá)到了以下技術(shù)指標(biāo)：碳轉(zhuǎn)化率98.3%,有效氣（CO+H2）比煤耗為520kg/km3，比氧耗為300310m3/km3，有效氣（CO+H2）含量8993%，冷煤氣效率8184%，熱效率9095%，可氣化煤種為褐煤、煙煤、貧煤、無(wú)煙煤、以及高灰分、高灰熔點(diǎn)煤，可氣化煤種的水分范圍4%-35%，可氣化煤種灰分范圍5%-31%，可氣化煤種灰熔點(diǎn)范圍1200-1500。氣化壓力3.0-4.0MPa，氣化溫度范圍1300-1700，不產(chǎn)生焦油、酚等，其典型合成氣成分為CO 62.38%，H229.36%，CO222.76%，CH40.26%-0.5%，N24.87%，H2S等0.37%。其特點(diǎn)是采用兩段氣化，以四個(gè)對(duì)稱的燒嘴向氣化爐底部噴入干煤粉（占總煤量的80%-85%）、過(guò)熱蒸汽和氧氣，進(jìn)行一段氣化，熔融排渣。中部噴入占總煤量15-20%的煤粉和過(guò)熱蒸汽，利用下部上來(lái)的煤氣顯熱進(jìn)行二段氣化，同時(shí)將下部上來(lái)的14001500高溫煤氣急冷至900-1000，替代了Shell煤氣化技術(shù)中的循環(huán)合成氣激冷流程，可以節(jié)省投資，提高冷煤氣效率和熱效率；氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，其缺點(diǎn)是合成氣中CH4含量較高，對(duì)制合成氨、甲醇、氫氣不利。廢熱鍋爐型氣化裝置適用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。其示范裝置投煤量2000 t/d級(jí)兩段式干煤粉加壓氣化爐（全廢熱鍋爐流程）已決定用于華能集團(tuán)“綠色煤電”項(xiàng)目，設(shè)計(jì)氣化壓力3.03.5 MPa，氣化操作溫度14001500 ，產(chǎn)氣量 m3/h，有效氣（COH2）比氧耗310 m3/1000m3，冷煤氣效率83%,有效氣（COH2）含量91%，發(fā)電量250 MW。另一套示范裝置為兩段式干煤粉加壓氣化爐（激冷流程），已決定用于內(nèi)蒙古世林化工有限公司300 kt/a甲醇項(xiàng)目，設(shè)計(jì)氣化壓力為4.0 MPa，氣化操作溫度14001500 ，輸送干煤粉的氣體為CO2，單臺(tái)氣化爐設(shè)計(jì)投煤量為1000 t/d（激冷流程），有效氣產(chǎn)量71500 m3/h，有效氣（COH2）比氧耗310 m3/1000 m3。冷煤氣效率83%，有效氣（COH2）含量91%。第三套示范裝置用于山西華鹿200 kt/a甲醇項(xiàng)目，設(shè)計(jì)氣化壓力4.0 MPa，采用高灰熔點(diǎn)（FT1500 ）煤，氣化操作溫度1500，輸送干煤粉的氣體為CO2，單臺(tái)氣化爐設(shè)計(jì)投煤量為1000t/d（激冷流程），煤氣產(chǎn)量79700 m3/h，有效氣流量71500m3/h，有效氣（COH2）比氧耗330 m3/1000 m3，冷煤氣效率81%，有效氣（COH2）含量89%。希望這三套示范裝置能預(yù)期順利投產(chǎn)。兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)與Shell干煤粉加壓氣化技術(shù)的不同之處，在于兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)采用兩段氣化，將氣化爐出口的煤氣溫度從14001500 降至900 ，而Shell干煤粉加壓氣化技術(shù)是采用循環(huán)返回氣將氣化爐出口煤氣溫度激冷至900 ，雖然都達(dá)到了將氣化爐出口煤氣降至900 的目的，但兩段式氣化存在以下幾個(gè)問(wèn)題。（1）因?yàn)閺臍饣癄t中部噴入干煤粉和過(guò)熱蒸汽后，利用下部上來(lái)的14001500 高溫煤氣使中部噴入的干煤粉干餾熱解和氣化，存在氣化爐出口煤氣含CH4量較高的問(wèn)題，不利于制氨、制甲醇和制氫。（2）中部噴入的干煤粉產(chǎn)生的灰由于環(huán)境溫度低于灰熔點(diǎn)，不可能呈熔融態(tài)排出爐外。同時(shí)，由于二段氣化后產(chǎn)生的煤氣總量加大，二段氣化過(guò)程產(chǎn)生的灰渣和飛灰必將大量被煤氣從氣化爐頂部帶出。在二段氣化中部噴入的干煤粉量占總煤量的15%20%，帶出的灰渣和飛灰量也就會(huì)相應(yīng)增加，這部分飛灰的量（包括帶出的灰渣）必將大于Shell加壓氣化。再加上Shell爐的循環(huán)返回氣量為氣化裝置實(shí)際煤氣產(chǎn)量的80%85%，總氣量達(dá)氣化裝置實(shí)際煤氣產(chǎn)量（或煤氣流速）的180%185%，而改為兩段氣化后