BGL爐技術經濟評價與最佳運行方案

1、BGL爐技術經濟評價與最佳運行方案BGL氣化爐，為碎煤加壓氣化液態(tài)排渣移動床氣化爐，它是在原碎煤加壓氣化固態(tài)排渣移動床魯奇氣化爐基礎上發(fā)展而來。它克服魯奇氣化爐水蒸汽分解率低、工藝廢水量大、氣化溫度低、固定碳利用率不高、裝置能力低等弊病。它是目前以煤氣化為核心的傳統(tǒng)煤化工、現(xiàn)代煤化工主要氣化技術之一。BGL氣化爐工作原理氣化劑為純氧和水蒸汽，隨著爐內壓力、溫度增加，氣化、干餾強度與裝置能力加大，產油率（尤其是輕質油）和油品質量提升，煤氣熱值也隨壓力增加而提高。對煤質要求：煤的強度、熱穩(wěn)定性要好（尤其是熱穩(wěn)定性），非粘結性，灰熔點要低，煤具有一定粒度（5-50mm）。該爐非常適合于高揮發(fā)分煤，如

2、低階煤當中的煙煤（長煙煤、不粘煤、弱粘煤等）、褐煤等。該爐，從上到下分為干燥層、干餾層、甲烷層、還原層、氧化灰熔層。1、氧化灰熔層。也叫燃燒層，或放熱層，在此半焦與氧充分接觸燃燒，并形成高溫區(qū)，促使灰熔，同時也為上面各層反應提供熱量。氧化灰熔層溫度>2000，主要化學反應。C+O2CO2+Q2C+O22CO+Q2CO+O22CO2+Q2、還原層。也叫氣化層，或吸熱層，它是水煤氣主要產生層。還原層溫度>800，溫度越高越有利于還原反應，主要化學反應。CO2+C2CO-QCO+H2OCO2+H2+QC+H2OCO+H2-QC+2H2OCO2+2H2-Q3、甲烷層。該層也是一個放熱反應，

3、增加壓力、降低溫度有利于甲烷生成。同時，也有利于輕質油的生成。甲烷層溫度550-800，主要化學反應。C+2H2CH4+QCO+3H2CH4+H2O+Q2CO+2H2OCH4+2CO2+QCO2+4H2CH4+2H2O+Q2C+2H2OCH4+CO2+Q輕質油生成反應nCO+（2n+1）H2CnH2n+2+nH2O+Q2nCO+（n+1）H2CnH2n+2+nCO2+Q（3n+1）CO+（n+1）H2OCnH2n+2+（2n+1）CO2+QnCO2+（3n+1）H2CnH2n+2+2nH2O+Q總反應：2CO+2H2 CH2 +CO2+Q4、干餾層。也叫熱解層，屬于吸熱層，它是熱解焦油、熱解煤

4、氣產生層，也是產生液體燃料關鍵層。同時部分重油在該層熱分解，生成輕質油。干餾層溫度300-550，主要化學反應。煤+Q半焦+焦油+熱解煤氣+熱解水-Q重油+H2輕質油1+輕質油2-Q5、干燥層。水分蒸發(fā)、預熱層，屬于吸熱層，煤吸附的水、氣體在此析出，并得到預熱。該層耗能比較多，因水的汽化潛熱大。干燥層溫度150-300，主要化學反應。煤+Q干煤+吸附氣+游離水-QBGL氣化爐主要特點與最佳運行方法BGL爐主要特點：與目前主流氣化氣流床（粉煤和水煤漿氣化）及流化床相比，BGL爐可實現(xiàn)煤炭分級分質階梯利用，并在同爐內一并完成。既爐內有氣化，也有熱解，所產生的煤氣為氣化煤氣和熱解煤氣的混合煤氣。也就

5、是說，煤經歷了先熱解，半焦后氣化、燃燒過程，并在同一爐內分階段進行。熱解煤氣當中含有較多的油和甲烷等輕烴物質，所以非常適合煤制油、煤制氣。如從混合煤氣當中回收油、甲烷等輕烴物質，解析煤氣用來制氫對煤焦油加氫，富余煤氣主要成分H2+CO，可作為合成氣（如合成油、甲烷、甲醇、烯烴、芳烴、乙二醇、氨等）。便可形成煤制油、煤制氣一體化，或油、氣、化一體化的傳統(tǒng)、現(xiàn)代煤化工產業(yè)鏈?；拿簹猓饣簹?揮發(fā)分）實現(xiàn)分級利用，回收油和甲烷等輕烴物質及H2+CO合成氣，品種多元化（油、LNG、LPG、合成氣，再以合成氣為原料進行后續(xù)合成），也增強了市場抗風險能力。而流化床、氣流床氣化，則是把煤中所有的有機質（油

6、和輕烴物質既所謂的揮發(fā)分及固定碳）全部轉變成H2+CO合成氣，再以此進行后續(xù)合成，加工工藝路線及產品相對比較單一，產品易受市場因素影響。若用于煤制油或煤制氣豈不走了彎路（煤熱解本身就產生油和氣-揮發(fā)分）；BGL爐為移動床（或稱固定床），爐體呈直筒狀，內襯耐火磚，煤靠自身重力由上向下自行移動（無需動力），與上升的高溫煤氣進行充分直接換熱，從而發(fā)生煤的干餾及預熱、干燥。因此，爐出口煤氣溫度低，帶出顯熱少；同時是熱壁爐，熱損小，耐火磚外側也設置有水夾套，副產少量蒸汽。所以，BGL爐是目前熱利用率最高、動力消耗最低的加壓氣化爐之一。BGL爐對煤粒度雖然有一定要求，但備煤系統(tǒng)（破碎、篩分、輸送）要比氣流

7、床簡單得多，有利于投資和過程成本的降低；且氣化爐對入爐煤水分要求不高，也就是說，水分高點、低點對爐子正常運行無不良影響，因該爐有干燥、預熱功能（當然入爐煤水分還是越低越好）。BGL爐最佳運行方案：除常規(guī)BGL氣化爐外，BGL也延伸出了高產油干餾氣化一體爐，在原BGL爐的基礎上強化設計了熱解段，使其提供利于增加油產率的反應條件，充分增強氣化爐的熱解功能，提高油品的產量和質量。與通常單獨熱解技術相比：（1）充分利用了氣化煤氣顯熱，并實現(xiàn)了加壓、富氫環(huán)境下熱解，有利于油品產率和質量提高。煤加氫熱解成了介于氣化和液化之間的第三條具有吸引力的煤轉化途徑。一般的加氫熱解需要純氫作為熱解反應氣，昂貴的氫氣原

8、料以及制氫所必需的氣體分離、凈化與循環(huán)等復雜的工藝過程，增加了加氫熱解工藝的成本與投資費用。所以，尋找廉價的富氫氣氛代替純氫進行煤加氫熱解以降低其成本已成為加氫熱解工藝發(fā)展方向。本技術就是利用氣化產生的富氫煤氣作為熱解氣源，同時又利用煤氣顯熱，一舉兩得。富氫環(huán)境下熱解機理：煤在熱解過程中，形成大量自由基，在富氫環(huán)境下很容易得到飽和，便析出。否則，自由基與自由基之間結合，形成大分子（重油、瀝青質、半焦）。自由基與半焦之間聚合，形成半焦組分。自由基為了自身穩(wěn)定，形成雙鍵物質等。也就是說，通過外加氫來飽和煤熱解產生的自由基，避免自由基間相互聚合反應，使自由基與氫結合生成油，并且又能提高油品的飽和度。

9、同時，對油品當中的氧、氮、硫、金屬等有良好的脫除效果，使其分別形成水、氨、硫化氫、金屬氫化物等得以脫除。富氫環(huán)境下熱解，油產率大于鋁甑低溫干餾試驗的焦油產率，油品當中的O、N、S、金屬離子等雜質也比通常熱解少60%-80%，隨壓力增加，效果越明顯。此外，由于氫分子小，傳熱系數(shù)大、效率高，也非常適合作為熱解氣體熱載體。該熱解方式另一大特點：輕質油產率高。該熱解為漸溫熱解過程，熱解產生的油氣逐漸上升，遇冷的煤重質油凝析，隨煤的下行又進入高溫區(qū)，屆時重質油在富氫環(huán)境下二次熱解，產生輕質油；在高壓下熱解，油氣在富氫環(huán)境下停留時間相對較長，也有利于輕質油產生。油品質量和煤氣熱值，隨壓力增加而提高。（2）

10、固定碳化學潛熱得以充分利用，熱效率高，無半焦產品。高溫高壓下，碳與氧、水蒸汽會得到充分接觸和反應，所以固定碳利用率高。加壓氣化干餾爐是一種自熱式反應爐，通過燃燒層的C+O2CO2這個主要放熱反應，產生大量熱量。提供給氣化、干餾、干燥及各種損失等所需的熱。這種自熱式過程熱的利用效果好、效率高、熱量損失小，無需外部供熱，熱量來自半焦中的固定碳化學潛熱，無需考慮半焦利用問題。（3）煤氣熱值高，便于后續(xù)加工利用。煤氣（氣化煤氣+熱解煤氣）沒被其它惰性氣體稀釋，并隨著壓力增加，煤氣當中的甲烷等輕烴物質含量增加。所以，煤氣熱值高，便于后續(xù)加工利用。如從煤氣當中回收CNG（或LNG）、LPG后，通過CO轉換

11、、變壓吸附等獲得氫氣源，用于油品的加氫。富余煤氣可作為合成氣，如合成氨、甲醇、制氣、制油、烯烴、芳烴、乙二醇等，形成煤化產品多元化，提高市場抗風險能力。（4）煤灰含碳少，活性好，便于后續(xù)開發(fā)利用。本移動床自熱式加壓氣化富氫環(huán)境干餾爐，不同于一般干餾爐，沒有半焦產品。煤是在高壓、高溫下干餾、氣化，所產生的半焦又在富氧高溫下燃燒，所以有利于灰當中的Si、Al、Ca、Mg、Fe等離子活化，對其加工成建材制品，或提取化學品（如白炭黑、氧化鋁等）十分有利。（5）技術成熟，風險小。是在BGL氣化爐基礎發(fā)展而來，在保持原來優(yōu)良氣化性能基礎上，充分利用其煤氣顯熱及富氫特點，作為干餾熱源，用以干餾高揮發(fā)份煤，獲

12、得液體燃料和高熱值熱解煤氣。（6）資源利用率高。該移動床自熱式加壓氣化富氫環(huán)境干餾爐，非常適合高揮發(fā)份低階煤，如褐煤、長煙煤、不粘煤、弱粘煤等，對原料的灰分、水分要求不高。由于氣化、干餾壓力較高，氣流速度低，可以氣化、干餾較小粒度的煤（5-50mm）。比其它氣體熱載體干餾爐（<20mm粒度無法利用），資源利用率要高。同時，<5mm煤制粉或制漿，從爐子底部進入作為燃料，資源可以做到100%利用。該設計已在黑龍江龍煤天泰項目上示范，預計16年5月份點火試車。針對該段熱解工藝，筆者認為還可添加適當催化劑（如廉價無需再生的含鐵系催化劑），實現(xiàn)催化加氫熱解，在高壓富氫環(huán)境下進一步提高油產率和

13、油品質量。BGL氣化爐優(yōu)點非常明顯，既能產合成氣又能產油及甲烷等輕烴物質，但也存在不足，可在工藝設計、組合、運行過程當中加以完善和解決。1、氣化廢水問題BGL爐產生的工藝廢水，要比魯奇爐少得多，但有機物含量高（COD高），處理難度大，雖然能達標回用、排放，如中煤圖克實現(xiàn)廢水零排，但處理成本相對于氣流床廢水處理而言要高。氣化廢水的主要來源為煤本身所帶的水、化合水（熱解水及氫與氧反應生成水）以及氣化未分解的水蒸汽。其中化合水比較少，一般情況為煤的4%-8%，主要取決于煤中礦物質結晶水的多少；水蒸汽未分解的水也比較少，因液態(tài)排渣氣化溫度高，水蒸汽分解率高，可達95%以上。所以，BGL爐氣化廢水絕大部

14、分來自于入爐煤本身。如何降低入爐煤水分便是從源頭解決廢水量的關鍵。入爐前煤干燥脫水，最好采用非蒸發(fā)形式（安全、節(jié)能、環(huán)保、提質），煤脫水的同時還能增加煤的強度和熱穩(wěn)定性（BGL爐，對煤的強度、熱解穩(wěn)定性有要求）。同時，還可回收水資源，緩解煤化工水資源容量大的問題。入爐煤水分降低，不但可以減少氣化廢水量，還大大減少了熱解、干燥的供熱量，有利于爐子效率提高（主要是熱解段），也相對降低了煤氣水分離工段的負荷，同時提高了廢水酚氨濃度，有利于酚氨回收經濟性的提高?？傊霠t煤干燥脫水，可大大提高BGL爐運行經濟性，也是降低運行成本和提高裝置運行效率重要手段之一。2、<5mm粒度煤無法利用問題可采用

15、水煤漿氣化，與BGL爐氣化互補，將系統(tǒng)產生的有機廢水（如酚氨回收后的廢水）或高濃鹽廢水制成煤漿，一來降低廢水處理難度，使其簡單化，解決煤化工廢水、廢渣處理難技術屏障；二來降低了廢水處理工段的投資和運行成本，有效解決煤化工廢水、廢渣處理投資大和費用高問題；三來廢水、廢渣當中的有機質，又得以回收利用；四來水煤漿氣化也解決了<5mm粒度煤無法利用的問題，使其資源利用率100%。目前BGL也發(fā)展出了塊粉一體爐，由于BGL底部設置有6個噴嘴，且處于高溫燃燒層，因此可將原僅噴蒸汽氧氣氣化劑的單通道噴嘴改成雙通道噴嘴，同時噴入物料進BGL爐氣化燃燒層，進行燃燒氣化反應，物料可選擇粉煤進料或水煤漿進料，

16、最好采用水煤漿進料可解決自產的一部分廢水，進一步降低廢水的外排水量。該技術早已在黑水泵運行成功。3、BGL爐對煤質有要求BGL爐非常適合高揮發(fā)分低變質煤（如煙煤、褐煤等），但熱穩(wěn)定性差、具有粘結性的煤不適合。評價與結論BGL氣化爐，若與煤非蒸發(fā)干燥、水煤漿氣化或燃燒相組合，優(yōu)勢互補，形成“黃金搭檔”，不但有效解決當前煤化工水容量大，廢水、廢渣難處理等技術屏障，而且由于裝置效率提高，投資及運行成本降低，可有效緩解低油價對煤化工的沖擊。BGL爐實現(xiàn)了煤化產品分級多元化，增強了市場抗風險能力，完全符合我國能源清潔利用“十三五”規(guī)劃當中煤炭分級分質階梯利用要求，煤的燃燒、氣化、熱解、干燥一體化，并在一

17、個爐子內完成，資源利用率100%。對熱解來講，做到了加壓富氫環(huán)境下熱解，無需提供熱解熱源，充分利用氣化煤氣顯熱，熱效率高，無需考慮半焦利用問題，煤氣熱值高、粉煤灰活性好便于后續(xù)加工利用。強化熱解功能的BGL爐可以拓展到油頁巖行業(yè)。油頁巖加工利用是以低溫熱解獲得頁巖油（頁巖油質量要好于一般原油，它可以直接進入目前石油煉化裝置）為目的，只要針對油頁巖特點（與煤相比：水少、灰多、揮發(fā)分高、固定碳少、熱值低、冷熱強度好等），在裝置結構上、運行操作上加以優(yōu)化、強化完全可應用到油頁巖領域。屆時徹底解決油頁巖行業(yè)固定碳不好利用、無法利用和產油率低、熱解煤氣（油頁巖行業(yè)稱之為瓦斯氣）熱值低不好利用等技術瓶頸，同