國內(nèi)外煤氣化技術(shù)比較

1、國內(nèi)外先進(jìn)煤氣化技術(shù)比選(2008-11-17) -氣化工藝各有千秋 1.常壓固定床間歇式無煙煤（或焦炭）氣化技術(shù) 目前我國氮肥產(chǎn)業(yè)主要采用的煤氣化技術(shù)之一，其特點(diǎn)是采用常壓固定床空氣、蒸汽間歇制氣，要求原料為準(zhǔn) 2575mm的塊狀無煙煤或焦炭，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)放空氣對(duì)大氣污染嚴(yán)重，屬于將逐步淘汰的工藝。 2.常壓固定床無煙煤（或焦炭）富氧連續(xù)氣化技術(shù) 其特點(diǎn)是采用富氧為氣化劑、連續(xù)氣化、原料可采用?準(zhǔn) 810mm粒度的無煙煤或焦炭，提高了進(jìn)廠原料利用率，對(duì)大氣無污染、設(shè)備維修工作量小、維修費(fèi)用低，適合用于有無煙煤的地方，對(duì)已有常壓固定層間歇式氣化技術(shù)進(jìn)行

2、改進(jìn)。 3.魯奇固定床煤加壓氣化技術(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。其產(chǎn)生的煤氣中焦油、碳?xì)浠衔锖考s1%左右，甲烷含量約10%左右。焦油分離、含酚污水處理復(fù)雜，不推薦用以生產(chǎn)合成氣。 4.灰熔聚煤氣化技術(shù) 中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所技術(shù)。其特點(diǎn)是煤種適應(yīng)性寬，屬流化床氣化爐，煤灰不發(fā)生熔融，而只是使灰渣熔聚成球狀或塊狀灰渣排出?？梢詺饣置?、低化學(xué)活性的煙煤和無煙煤、石油焦，投資比較少，生產(chǎn)成本低。缺點(diǎn)是操作壓力偏低，對(duì)環(huán)境污染及飛灰堆存和綜合利用問題有待進(jìn)一步解決。此技術(shù)

3、適合于中小型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) 屬于改進(jìn)后的溫克勒沸騰床煤氣化爐，適用于氣化褐煤和長焰煤，要求原料煤不粘結(jié)或弱粘結(jié)性，灰分25%30%，灰熔點(diǎn)高、低溫化學(xué)活性好。在國內(nèi)已建和在建的裝置共有13套22臺(tái)氣化爐，已投產(chǎn)的有16臺(tái)。屬流化床氣化爐，床層中部溫度10001050。目前最大的氣化爐產(chǎn)氣量為4萬m3/h半水煤氣。缺點(diǎn)是氣化壓力為常壓，單爐氣化能力低，產(chǎn)品氣中CH4含量高達(dá)1.5%2.0%，飛灰量大、對(duì)環(huán)境污染及飛灰堆存和綜合利用問題有待解決。此技術(shù)適合于就近有褐煤的中小型氮肥廠改變?cè)下肪€。 6.GE水煤漿加壓氣化技術(shù) 屬氣流床加壓氣化技術(shù)，

4、原料煤運(yùn)輸、制漿、泵送入爐系統(tǒng)比干粉煤加壓氣化簡(jiǎn)單，安全可靠、投資省。單爐生產(chǎn)能力大，目前國際上最大的氣化爐投煤量為2000t/d，國內(nèi)已投產(chǎn)的氣化爐能力最大為1000t/d。設(shè)計(jì)中的氣化爐能力最大為1600t/d。對(duì)原料煤適應(yīng)性較廣，氣煤、煙煤、次煙煤、無煙煤、高硫煤及低灰熔點(diǎn)的劣質(zhì)煤、石油焦等均能用作氣化原料。但要求原料煤含灰量較低、還原性氣氛下的灰熔點(diǎn)低于1300，灰渣粘溫特性好。氣化系統(tǒng)不需要外供過熱蒸汽及輸送氣化用原料煤的N2或CO2。氣化系統(tǒng)總熱效率高達(dá)94%96%，高于Shell干粉煤氣化熱效率（91%93%）和GSP干粉煤氣化熱效率（88%92%）。氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為耐火磚襯里

5、，制造方便、造價(jià)低。煤氣除塵簡(jiǎn)單，無需價(jià)格昂貴的高溫高壓飛灰過濾器，投資省。國外已建成投產(chǎn)6套裝置15臺(tái)氣化爐；國內(nèi)已建成投產(chǎn)7套裝置21臺(tái)氣化爐，正在建設(shè)、設(shè)計(jì)的還有4套裝置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、CO、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)定長周期運(yùn)行。裝備國產(chǎn)化率已達(dá)90%以上，由于國產(chǎn)化率高、裝置投資較其他加壓氣化裝置都低，有備用氣化爐的水煤漿加壓氣化與不設(shè)備用氣化爐的干煤粉加壓氣化裝置建設(shè)費(fèi)用的比例大致為Shell法 : GSP法 : 多噴嘴水煤漿加壓氣化法 : GE水煤漿法=（2.02.5）:（1.41.6）:1.2:1

6、.0。缺點(diǎn)是氣化用原料煤受氣化爐耐火磚襯里的限制，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12年；氣化爐燒嘴使用壽命較短。 7.多元料漿加壓氣化技術(shù) 西北化工研究院開發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)，屬氣流床單燒嘴下行制氣。典型的多元料漿組成為含煤60%65%，油料10%15%，水20%30%。筆者認(rèn)為在制備多元料漿時(shí)摻入油類的辦法不符合當(dāng)前我國氮肥工業(yè)以煤代油改變?cè)下肪€的方針，有待改進(jìn)。 8.多噴嘴（四燒嘴）水煤漿加壓氣化技術(shù)由華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠、中國天辰化學(xué)工程公司共同開發(fā)。屬氣流床多燒嘴下行制氣，氣化爐內(nèi)用耐火磚襯里。在山東德

7、州華魯恒生化工股份有限公司建設(shè)1套氣化壓力為6.5MPa、處理煤750t/d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。在山東滕州兗礦國泰化工有限公司建設(shè)2套氣化壓力為4.0MPa、處理煤1150t/d的氣化爐系統(tǒng)，于2005年7月21日一次投料成功，運(yùn)行至今。以北宿洗精煤為原料氣化，多噴嘴水煤漿加壓氣化與單燒嘴加壓氣化氣化技術(shù)指標(biāo)見表1。表1 多噴嘴氣化與單燒嘴氣化結(jié)果對(duì)比 kg/km3 有效氣成分/ 碳轉(zhuǎn)化率/ 有效氣比煤耗/m3km-3 有效氣比氧耗多噴嘴氣化 84.9 98.8 535 314單燒嘴氣化8283 9698 547 336多噴嘴氣化爐調(diào)節(jié)負(fù)荷比單燒嘴氣化爐靈

8、活，適宜于氣化低灰熔點(diǎn)的煤。已建成及在建的有11套裝置30臺(tái)氣化爐。已順利投產(chǎn)的有3套裝置4臺(tái)氣化爐。在建最大的氣化爐投煤量為2000t/d，氣化壓力6.5MPa。目前暴露出來的問題是氣化爐頂部耐火磚磨蝕較快；同樣直徑同等生產(chǎn)能力的氣化爐，其高度比GE單燒嘴氣化爐高，多了3套燒嘴和與其相配套的高壓煤漿泵、煤漿閥、氧氣閥、止回閥、切斷閥及連鎖控制儀表，1套投煤量1000t/d的氣化爐投資比單燒嘴氣化爐系統(tǒng)的投資多2000萬3000萬元。但該技術(shù)屬我國獨(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)GE水煤漿氣化技術(shù)具有競(jìng)爭(zhēng)力。 9.Shell干煤粉加壓氣化技術(shù) 屬于氣流床加壓氣化技術(shù)。可氣化褐煤、

9、煙煤、無煙煤、石油焦及高灰熔點(diǎn)的煤。入爐原料煤為經(jīng)過干燥、磨細(xì)后的干煤粉。干煤粉由氣化爐下部進(jìn)入，屬多燒嘴上行制氣。目前國外最大的氣化爐處理量為2000t/d煤，氣化壓力為3.0MPa。這種氣化爐采用水冷壁，無耐火磚襯里?？梢詺饣呋胰埸c(diǎn)的煤，但仍需在原料煤中添加石灰石做助熔劑。國內(nèi)2000年以來已引進(jìn)19臺(tái)，其目標(biāo)產(chǎn)品有合成氨、甲醇，氣化壓力3.04.0MPa。我國引進(jìn)的Shell煤氣化裝置只設(shè)1臺(tái)氣化爐單系列生產(chǎn)，沒有備用爐，在煤化工生產(chǎn)中能否常年連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行尚待檢驗(yàn)。1套不設(shè)備用爐的裝置投資相當(dāng)于設(shè)備用爐的GE氣化裝置或多噴嘴水煤漿氣化裝置的投資的22.5倍，排出氣化爐的高溫煤氣用龐大的

10、、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)CO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)還需要另設(shè)中壓過熱蒸汽系統(tǒng)用于氣化爐的過熱蒸汽。筆者認(rèn)為目前Shell帶廢熱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.GSP干煤粉加壓氣化技術(shù) 屬于氣流床加壓氣化技術(shù)，入爐原料煤為經(jīng)過干燥、磨細(xì)后的干煤粉，干煤粉由氣化爐頂部進(jìn)入，屬單燒嘴下行制氣。氣化爐內(nèi)有水冷壁內(nèi)件，目前國外最大的GSP氣化爐投煤量為720t/d褐煤。因采用水激冷流程，投資比Shell爐省，適用于煤化工生產(chǎn)。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

11、全生產(chǎn)。目前世界上采用GSP氣化工藝技術(shù)的有3家，但是現(xiàn)在都沒有用來氣化煤炭，其中黑水泵煤氣化廠只有6年氣化褐煤的業(yè)績，沒有長期氣化高灰分、高灰熔點(diǎn)煤的業(yè)績。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)83萬t/a二甲醚，一期60萬t/a甲醇項(xiàng)目，單爐投煤量約2000t/d。 11.兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù) 西安熱工研究院開發(fā)成功的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)。可氣化煤種包括褐煤、煙煤、貧煤、無煙煤，以及高灰分、高灰熔點(diǎn)煤，不產(chǎn)生焦油、酚等。其特點(diǎn)是采用兩段氣化，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

12、煤量2000t/d級(jí)兩段式干煤粉加壓氣化爐（廢熱鍋爐流程）已決定用于華能集團(tuán)“綠色煤電”項(xiàng)目，另一套示范裝置投煤量1000t/d級(jí)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30萬t/a甲醇項(xiàng)目。 12.四噴嘴對(duì)置式干粉煤加壓氣化技術(shù) 由華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠（水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心）和中國天辰化學(xué)工程公司通力合作開發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)。中試裝置投煤能力為1545t/d，建于兗礦魯南化肥廠。氣化爐為熱壁爐，內(nèi)襯耐火磚。干粉煤由氣化爐上部經(jīng)4個(gè)燒嘴加入，產(chǎn)生的合成氣下行經(jīng)水激冷后出氣化爐。屬氣流床煤氣化爐。以兗礦魯南化肥廠GE水煤漿氣化工業(yè)裝置

13、生產(chǎn)用煤為原料進(jìn)行試驗(yàn)。中試裝置作了以氮?dú)夂虲O2為輸送載氣的試驗(yàn)。氣化溫度為13001400，氣化壓力為2.03.0MPa，工藝數(shù)據(jù)見表2。 表2 四噴嘴對(duì)置式干粉煤加壓氣化技術(shù)中試數(shù)據(jù) kg/km3有效氣 碳轉(zhuǎn)化冷 煤氣效 有效氣比 有效氣比 有效氣比成分/ 率/ 率/ 煤耗 氧耗/m3km-3 蒸汽耗8993 98 8384 530-540 300-320 110-130該氣化爐屬熱壁爐，適用于氣化低灰熔點(diǎn)的煤，在技術(shù)指標(biāo)上與多噴嘴水煤漿加壓氣化爐相差并不太大，但是增加了過熱蒸汽的投資及消耗和加壓氮?dú)饣駽O2載氣的投資及能耗。有待在冷壁爐上再做些工作，以期取得完善的成果。工藝技術(shù)選擇和評(píng)

14、述 評(píng)價(jià)煤氣化工藝技術(shù)必須建立在其是否屬于潔凈煤氣化技術(shù)的基礎(chǔ)上。目前為止，還沒有開發(fā)出萬能的煤氣化爐型和技術(shù)，各種煤氣化爐型和氣化技術(shù)都有其特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)和不足之處，都有其對(duì)煤種的適應(yīng)性和對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品的適用性。建設(shè)煤化工項(xiàng)目必須選擇經(jīng)過大量試驗(yàn)、工業(yè)性示范和工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐的工藝，要擇優(yōu)選用節(jié)能、投資省、成本低、效率高、對(duì)環(huán)境無污染或輕度污染但能很好處理的潔凈煤氣化技術(shù)。在評(píng)價(jià)時(shí)要從全廠總流程的觀點(diǎn)上作技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析評(píng)價(jià)，切不可只從某一種煤氣化工藝技術(shù)的角度作局部和不客觀的評(píng)價(jià)。同時(shí)，也切不可以只聽專利商的片面性介紹，作局部的不全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)?，F(xiàn)有的12種煤氣化工藝技術(shù)，可以分為以下幾種類型。 （1

15、）逐步淘汰型如常壓固定層間歇式無煙煤（或焦碳）氣化技術(shù)。 （2）適用于中小型氮肥廠改變?cè)下肪€和進(jìn)行技術(shù)改造如常壓固定層無煙煤（或焦碳）富氧連續(xù)氣化技術(shù)、灰熔聚煤氣化技術(shù)和恩德粉煤富氧氣化技術(shù)。 （3）適用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電如GE水煤漿加壓氣化技術(shù)、Shell干煤粉加壓氣化技術(shù)。 （4）已完成中間試驗(yàn)，有待經(jīng)受商業(yè)化運(yùn)行考驗(yàn)如兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)、四噴嘴對(duì)置式干粉煤加壓氣化技術(shù)。 （5）國內(nèi)外已有成功經(jīng)驗(yàn)，適用于大型化裝置如GE水煤漿加壓氣化技術(shù)、多元料漿加壓氣化技術(shù)、多噴嘴（四燒嘴）水煤漿加壓氣化技術(shù)。 （6）國外已有商業(yè)化運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)正在建立示范裝置如GSP干煤粉加壓氣化技術(shù)。 （7）適

16、用于制造城市煤氣和燃料氣如魯奇固定層煤加壓氣化技術(shù)。本土氣化工藝經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)異 選擇Shell和GSP兩種干煤粉加壓氣化工藝技術(shù)與多噴嘴和GE兩種水煤漿加壓氣化工藝技術(shù)（激冷流程）作技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，比較結(jié)果見表4表6。比較的基準(zhǔn)是： （1）采用北宿水洗精煤為原料，原料物相數(shù)據(jù)見表3。 表3 原料物相數(shù)據(jù) 灰熔點(diǎn) 項(xiàng)目 灰分含量 DT ST HT FT 水煤漿濃度指標(biāo) 7.32% 1090 11001120 1130 61% 表4 4種煤氣化工藝（可比部分）消耗指標(biāo)比較kg/km3項(xiàng)目 Shell GSP 多噴嘴 GE有效氣比煤耗 515 515 535 547日投煤量/t 20002000 2

17、0672100有效氣比氧耗/m3km-3 305 305 314 336氧氣/m3h3 48800 48800 50240 53760電/kWh 103709000 400040005MPa過熱蒸汽/th1 20 20 4.5MPa過熱蒸汽/th1187 56 副產(chǎn)4.5MPa蒸汽/th1 -130 -40 -22 -22副產(chǎn)0.5MPa蒸汽/th1-20 -38 -10 -10脫氧脫鹽水/th1 209 86 36 36注：GSP法中尚未計(jì)入經(jīng)常的安全防護(hù)用液化氣或煤氣消耗表5 4種煤氣化工藝（可比部分）投資比較表萬元項(xiàng)目 Shell GSP 多噴嘴 GE煤貯運(yùn) 4200 4200 4200

18、4200干煤粉制備及輸送 12500 12500 水煤漿制備及輸送 50005000氣化裝置 85400 55500 50000 41000氣化裝置（含軟件費(fèi)） 91920 58827 51386 43772煤氣化裝置 97900 68000 55000 46000煤氣化裝置（含軟件費(fèi)） 104420 71327 56386 48772投資比 2.14 1.46 1.16 1空分 30000 30000 30000 32000CO變換 7600 7600 52005200可比項(xiàng)目合計(jì) 139700 109800 94400 87400可比項(xiàng)目合計(jì)（含軟件費(fèi)） 146220 113127 95786 90172表6 4種煤氣化工藝（可比部分）有效氣成本估算 元/Nm3項(xiàng)目 Shell GSP 多噴嘴 GE有效氣成本 0