煤氣化工藝技術(shù)比較及產(chǎn)生廢水水質(zhì)分析

1、氣體產(chǎn)物氣化劑流化床煤粒運(yùn)動(dòng)氣體穿過(guò)煤粒：3-5 mm氣化劑固定床煤粒不動(dòng)氣體穿過(guò)煤粒：6-50 mm氣體產(chǎn)物煤氣化工藝技術(shù)比較及產(chǎn)生廢水水質(zhì)分析一、煤氣化概述煤氣化是一個(gè)熱化學(xué)過(guò)程。以煤或煤焦為原料，以氧氣(空氣、富氧或純氧)、 水蒸氣或氫氣等作氣化劑，在高溫條件下通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將煤或煤焦中的可燃部分 轉(zhuǎn)化為氣體燃料的過(guò)程。煤氣化原理 理想過(guò)程得到氣體，達(dá)到熱平衡(放熱=吸熱)C + H2O = CO + H2 吸熱(Hr = 131 kJ/mol ) 2C + 02 = 2CO 放熱(Hr = -222 kJ/mol )二、煤氣化爐的基本原理國(guó)外煤氣化技術(shù)早在20世紀(jì)50年代已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，2

2、 0世紀(jì)70年代因石油天然 氣供應(yīng)緊張使得煤氣化新工藝研究和開發(fā)得到快速發(fā)展，并成功地開發(fā)出對(duì)煤種 適用性廣、氣化壓力高、氣化效率高、污染少的新一代煤氣化爐。其中，具有代 表性的有荷蘭的殼牌(shell)爐、美國(guó)的德士古(Texaco)爐和德國(guó)的魯奇(Lurgi) 爐等。按照氣化爐內(nèi)料流形式，氣化技術(shù)大致分為固定床、流化床和氣流床三大 類。依據(jù)煤運(yùn)動(dòng)方式的不同，有多種氣化方式：氣化劑 氣流床 煤粒與氣體 同時(shí)穿過(guò)煤粒：70%小于0075mm典型的固定床氣化爐有U. G. I、Lurgi等；流化床 HTW、Winkler、 恩德爐以及我國(guó)自主研發(fā)的灰熔聚粉煤氣化爐等；氣流床有Texaco、Des

3、tec、 shell、Gsp等。三、國(guó)內(nèi)外常用煤氣化爐類型1、間歇式固定床造氣爐（U. G. I爐）U. G. I爐是我國(guó)使用最多的一種成熟的氣化爐，適用的煤種為粒度25 mm 75 mm的無(wú)煙煤（最好是山西晉城的無(wú)煙塊煤）或焦炭。在固定床煤氣爐中交替送 入空氣（吹風(fēng)）和蒸汽（制氣）。送空氣時(shí)加熱床層，產(chǎn)生吹風(fēng)氣放空；通蒸汽時(shí)生 成煤氣，送氣柜。煤氣爐系列有2600 mm、0 3000 mm、0 3200mm、0 3600 mm 等，每臺(tái)爐產(chǎn)氣量為6000 m3/h-15000 m3 / h,煤氣中含有效氣體（CO+H2）為 65%72%。U. G. I爐雖然技術(shù)成熟可靠、投資省，但對(duì)煤質(zhì)要求

4、高，需用無(wú) 煙塊煤，資源利用率低，且該爐的動(dòng)力消耗大，過(guò)程不連續(xù)，間歇制氣中有吹風(fēng) 氣排空，釋放的CO、HS和粉塵對(duì)環(huán)境有一定污染，因此目前正逐步被新爐型所 2 替代。2、富氧連續(xù)氣化爐利用U. G. I爐進(jìn)行富氧一蒸汽連續(xù)上吹制取合成氨原料氣，是我國(guó)對(duì)U. G. I 爐的改進(jìn)和提高，目前已在福建三明化工廠、河南平頂山化肥廠和開封化肥廠成 功運(yùn)行。富氧氣化和空氣氣化的指標(biāo)對(duì)比見表l。表1富氧氣化與空氣氣化指標(biāo)的比較項(xiàng)目空氣氣化富氧氣化煤塊粒度/mm25-75825氣化強(qiáng)度/mK（nrLhT）1 5002 2901 000 m3(00+H2)的氧耗/m，2141 000 n?(OO+ %)的煤耗

5、/kg600542由表l可知，富氧氣化較空氣氣化煤的粒度降至8mm25mm，氣化強(qiáng)度提高了50%，比煤耗下降了 10%，比氧耗增加了 214 m3。3、加壓魯奇固定床氣化爐（Lurgi爐）Lurg i爐是目前世界上建廠數(shù)量較多的煤氣爐，運(yùn)行中的氣化爐達(dá)數(shù)百臺(tái)。Lurgi爐生產(chǎn)能力大，碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99. 9%，冷煤氣效率高（約89%），且由于氣 化爐煤氣出口溫度低，煤氣冷卻及凈化系統(tǒng)的材料要求也低。魯奇爐以8mm50 皿粒度、活性好、不黏結(jié)的煙煤或褐煤為原料，在固定床中用氧與蒸汽連續(xù)氣化 生產(chǎn)煤氣，氣化壓力3. 0MPa,氣化溫度900C1 050C,單爐投煤量一般為1 000 t/d（最大可達(dá)

6、1920t/d）,采用固態(tài)排渣方式運(yùn)行。20世紀(jì)70年代，單爐產(chǎn)氣量 35000m3 / h65000m3 / h； 20世紀(jì)80年代，單爐產(chǎn)氣量達(dá)到90000 m3 / h。我國(guó)山 西的天脊化肥集團(tuán)公司、云南解放軍化肥廠用該爐生產(chǎn)合成氣。燥干推區(qū)加煤斗煤氣氣化區(qū)灰懋盛區(qū)排灰斗Lurg i爐生產(chǎn)的煤氣中含有較多甲烷，且含焦油、酚等物質(zhì)，因此氣化爐需 設(shè)置龐大的污水處理裝置和甲烷分離裝置，生產(chǎn)流程長(zhǎng)，投資大。4、灰熔聚流化床氣化爐流化床氣化技術(shù)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件好，氣固兩相間擾動(dòng)強(qiáng)烈，傳熱過(guò)程加強(qiáng)， 氣化強(qiáng)度較大?；胰劬蹥饣菍?duì)普通流化床的發(fā)展，其原理是部分氧氣從爐底通 入，煤灰在爐中心射流區(qū)形成局

7、部高溫，操作溫度在“左右，煤灰相互黏結(jié)團(tuán)聚， 碳粒和灰球因重度差異而得到有效分離，渣中含碳較少，加上爐內(nèi)回流，總碳轉(zhuǎn) 化率可達(dá)90%左右，氣化爐操作壓力為0.03 MPa1.0 MPa，操作溫度為1000C 1150C。有關(guān)氣化指標(biāo)見表2。表2灰熔聚氣化爐主要?dú)饣笜?biāo)項(xiàng)目指標(biāo)p(CO+ H2)/%68-6碳轉(zhuǎn)化率/%90.6S(灰渣含C)/%7.8煤氣產(chǎn)率/m丸雇72.17(CO+H2)產(chǎn)率 /mkg11.491 OOOm3(CO+H2)的氧耗/n?1 000m3(00+H2)的煤耗（干）何灰熔融性溫度1 320(7!)4 380( T2) 4 430(T3)招夜氣體分布極水蒸汽,空氣或氧氣混

8、合Y心氣進(jìn)口流化床煤氣化爐內(nèi)必須維持一定的含碳量，且在流化狀態(tài)下渣與料層的分離 很困難，70%的灰及部分碳粒被煤氣夾帶離開氣化爐，熱損大；另外30%的灰粒 由于黏結(jié)而重量增大，進(jìn)入出灰系統(tǒng)，灰渣與飛灰的含碳量均較高。5、恩德爐恩德粉煤氣化爐是由winkler爐改型而來(lái)，噴嘴切線方向往爐內(nèi)送風(fēng)，采取 熱回流方式降低帶出物。一般在近常壓（1.4 kPa）、950C下用富氧空氣（或氧） 與蒸汽進(jìn)行煤的氣化，適用的煤種有褐煤、長(zhǎng)焰煤、不黏或弱黏結(jié)煤。國(guó)內(nèi)景德 鎮(zhèn)焦化煤氣總廠用恩德爐生產(chǎn)燃料氣，黑化焦團(tuán)、吉林長(zhǎng)化集團(tuán)和淮化集團(tuán)則是在原固定床氣化爐和重油制氣的基礎(chǔ)上改造后用于制氨。焦油物塵恩德爐工藝流程圖

9、恩德爐的主要技術(shù)特點(diǎn)是投資省，煤種適應(yīng)性較寬，操作彈性大，開、停爐 方便，氣化效率較高和氣化強(qiáng)度較大，煤氣中不含焦油及油渣，凈化系統(tǒng)簡(jiǎn)單、 污染少。該爐已經(jīng)系列化，單爐生產(chǎn)能力有5000、10000、20000、40000 m3 / h。恩德爐對(duì)煤的活性(950C時(shí)，65%)和灰熔點(diǎn)(T1250C以上)有一定要求， 但對(duì)灰分(W40%)和煤的粒度(W10 mm)等要求不高。6、德士古爐(Texaco爐)德士古(Texaco)水煤漿氣化爐是在1978年推出的。其技術(shù)特點(diǎn)是水煤漿帶來(lái)的，它較容易將氣化壓力升上去，節(jié)省了合成需要的壓縮能耗，對(duì)煤的活性沒(méi)有 嚴(yán)格的限制，但對(duì)煤的灰熔點(diǎn)有一定的要求。一般

10、灰熔點(diǎn)溫度1直低于1350C時(shí)3才有利于氣化。此外，煤的灰分、成漿性、黏溫特性也是影響德士古爐運(yùn)行的幾 個(gè)重要指標(biāo)。實(shí)踐表明，低灰分(13%15%)、成漿性能好、灰熔點(diǎn)低、黏溫特 性好的煤比較適合于德士古氣化。德士古氣化爐結(jié)構(gòu)圖德士古爐工藝流程圖德士古爐氣化壓力較高，工業(yè)裝置使用氣化壓力在2.7 MPa6.5 MPa，個(gè)別 項(xiàng)目達(dá)到8.4 MPa,氣化溫度維持在1350C1400C，合成氣質(zhì)量較好，氣化指 標(biāo)較為先進(jìn)，其有效氣體w（CO+H2）為80%，w（CH4）0.1%，碳轉(zhuǎn)化率95%98%， 冷煤氣效率70%76%。由于水煤漿中含有35%40%的水分，因而氧氣用量較 大。自引進(jìn)水煤漿氣化

11、爐以來(lái)，我國(guó)已有山東魯南、上海焦化、陜西渭化、安徽 淮化、金陵石化、南化公司等近30臺(tái)（套）裝置投運(yùn)，有些已具有10多年的操作經(jīng) 驗(yàn)，到目前為止運(yùn)行基本良好，顯示了水煤漿氣化的先進(jìn)性。但是，德士古爐氣 化的主要不足也與水煤漿有關(guān)。由于水煤漿中含有40%的水，使其熱值降低，因 而對(duì)煤質(zhì)的限制比較嚴(yán)格，成漿性差、灰分較高、灰熔點(diǎn)高的煤，經(jīng)濟(jì)性較差。 魯南和渭河兩廠原來(lái)都使用灰熔點(diǎn)較高、灰量偏大的煤種，添加助熔劑后頻受某 些設(shè)備及管道堵塞結(jié)垢的困擾，操作受到影響，魯南因此將五七煤改為北宿煤， 渭河也由省內(nèi)黃陵煤改用甘肅華亭煤，目前仍在尋找如何提高煤漿濃度、發(fā)揮裝 置能力的辦法。此外，水煤漿氣化爐還存

12、在耐火磚成本高（每爐50萬(wàn)美元100 萬(wàn)美元）、壽命短，煤燒嘴易受磨損（平均使用壽命僅為1400 h1500 h，運(yùn)行2 個(gè)月左右就需要拆下修理）等問(wèn)題。德士古水煤漿氣化爐單爐投煤量一般為1000 t/d，最大可達(dá)2000 t/d。氣流床一一德士古商業(yè)裝置（山東德州）7、多噴嘴水煤漿氣化爐與Texaco爐單噴嘴下噴式進(jìn)煤漿方式不同，我國(guó)自主開發(fā)了多噴嘴對(duì)置式水 煤漿氣化爐，經(jīng)袞礦國(guó)泰化工有限公司運(yùn)行實(shí)踐，表現(xiàn)出良好的運(yùn)行性能和先進(jìn) 工藝指標(biāo)，有效氣體p(CO+H )高達(dá)82%85%,碳轉(zhuǎn)化率N98%, 1000 m3(CO+H )22的氧耗和煤耗分別為309皿和535 kg，比單噴嘴分別降低約

13、7.9%和2.2%。繼國(guó) 泰化工使用后，相繼有山西豐喜集團(tuán)臨猗分公司、山東騰州鳳凰化肥有限公司、 江蘇靈谷化工有限公司、江蘇索普(集團(tuán))有限公司等應(yīng)用該氣化技術(shù)作為合成甲 醇和合成氨的氣頭。多噴嘴水煤漿氣化爐工藝流程圖8、殼牌(shell)粉煤氣化爐Shell氣化工藝于1972年開始研究，1978年在德國(guó)漢堡建成中試裝置，1987 年在美國(guó)建成投煤量250 t / d400 t / d的示范裝置，1996年在荷蘭建成大型煤 氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置(IGCC)，氣化爐為單系統(tǒng)操作，日處理煤量2000 t。國(guó)內(nèi) 從2006年開始先后有岳陽(yáng)洞氮、湖北雙環(huán)和廣西柳州等10余家企業(yè)引進(jìn)了 16臺(tái)該 氣化爐

14、。Shell爐采用干煤粉進(jìn)料，氣化溫度高達(dá)1400C1600C，對(duì)所用煤種 適應(yīng)性廣，不僅可使用較差的褐煤、次煙煤、煙煤和石油焦，而且可將兩種煤 摻混運(yùn)行。對(duì)煤的灰熔點(diǎn)適應(yīng)范圍比其他氣化工藝更寬，即使是高灰分、高水 分、高硫的煤種也能使用。2700 LFmolten slagGcws dowiwards360 - 66C psi外壁Shell爐氣化工藝流程Shell爐氣化溫度高，碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)98%以上；煤氣中甲烷含量極少，不含 重?zé)N，有效氣體UCO+H2）可達(dá)90%以上；與水煤漿氣化爐相比，氧耗可降低15% 20%,從而降低了配套空分裝置的投資和運(yùn)行費(fèi)用；單爐生產(chǎn)能力大，日投煤量 達(dá)2000

15、t；采用水冷壁結(jié)構(gòu)，無(wú)需耐火磚襯里，維護(hù)工作量很小，爐體壽命長(zhǎng)； 氣化過(guò)程無(wú)廢氣排放，系統(tǒng)排出的融渣和飛灰含碳低，氣化污水也不含焦油、酚 等污染物，易于處理，環(huán)境治理費(fèi)用低。shell爐最大缺點(diǎn)是投資高，設(shè)備造價(jià) 過(guò)高，配套的干燥、磨煤、高壓氮?dú)饧盎貭t激冷用合成氣加壓所需的功耗較大。氣流床一殼牌爐（Yueyang）9、GSPtm煤氣化爐GSPtm爐主要結(jié)構(gòu)是單噴嘴下噴式干煤粉加壓氣流床氣化，并采用水冷壁的氣 化爐。由于該爐采用了干煤粉進(jìn)料、水冷膜壁，因此既擴(kuò)大了煤種范圍，又避開 了耐火磚的麻煩，國(guó)內(nèi)高灰分（25%32%）、高灰熔點(diǎn)（1610C）的淮南煤已用該 爐進(jìn)行試燒，并取得成功。神華寧夏煤

16、業(yè)、安徽淮化、江蘇靈谷化工等公司也已 簽約使用該氣化技術(shù)。該爐目前還缺乏長(zhǎng)期生產(chǎn)運(yùn)行方面的考驗(yàn)，己運(yùn)行過(guò)的裝 置其單爐能力只有日投褐煤720t的規(guī)模，運(yùn)行時(shí)間的記錄也不是很長(zhǎng)，爐子在放 大到1000t、1500t、2000t,4000t的日投煤量時(shí)，一般單噴嘴容易受到限制。10、多元料漿新型氣化爐（技術(shù)）采用濕法氣流床氣化概念，以煤、石油焦、石油瀝青等含碳物質(zhì)和油（原油、重油、渣油等）、水等經(jīng)優(yōu)化混配形成多元料漿，與氧通過(guò)爐內(nèi)噴嘴混合后瞬間 氣化。該技術(shù)具有原料適用性廣、氣化指標(biāo)先進(jìn)、技術(shù)成熟可靠、投資費(fèi)用低等 特點(diǎn)。采用該技術(shù)的工藝裝置，w（料漿）60%68%，單爐日投煤量750 t1800

17、 t,氣化壓力 1.3 MPa6.8 MPa,有效氣體（C0+H2）80%86%, 1000 m（CO+H2） 的氧耗400 m3。2004年11月采用該技術(shù)建設(shè)的山東華魯恒升30萬(wàn)t / a合成氨已開 車并實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定運(yùn)行。目前，多套20萬(wàn)t/a60萬(wàn)t/a甲醇、16萬(wàn)t/a煤制油都 采用該氣化技術(shù)，并即將投入生產(chǎn)。四、煤氣化工藝的特點(diǎn)對(duì)比規(guī) 模 和 處 理 量 增 大煤粒徑變移動(dòng)床（固定床）要求塊煤，可處理水分、灰分高的劣質(zhì)煤溫度變化大，熱量利用好，產(chǎn)焦油固態(tài)排渣耗水蒸氣多，要求灰熔點(diǎn)高液態(tài)排渣可提高溫度、壓力，提高生產(chǎn)能力 流化床溫度均勻，低于灰的軟化點(diǎn)；煤轉(zhuǎn)化率較低煤預(yù)處理、進(jìn)料、焦粉回

18、收等系統(tǒng)復(fù)雜龐大煤氣粉塵含量高，后處理系統(tǒng)磨損、腐蝕較重 氣流床溫度高，碳轉(zhuǎn)化率高，生產(chǎn)能力大，無(wú)焦油都不宜用強(qiáng)粘性煤，灰的要求不一液態(tài)排渣，氧耗隨灰含量和熔點(diǎn)的增高而增加 備煤系統(tǒng)龐大，除塵系統(tǒng)龐大，廢熱回收昂貴J幾種常用煤氣化爐的主要?dú)饣に囆阅芎椭笜?biāo)比較表。麝3幾種常用煤汽化爐的工藝性能比較爐型shdlTexacoLutsi恩.德VGJy化工藝氣ift床掖態(tài)排渣氣洗床 液態(tài)排渣固定床 因態(tài)摧繭流化床 固態(tài)排液重化床 固態(tài)排晝固定床 國(guó)志排瞳適用燃神揭煤、煙煤、 石油焦燃煤、 石油短羯煤， 朔煤揭煤、長(zhǎng)婚虬弱裁或不黏煤無(wú)煙煤、 煙煤無(wú)煙煤、 焦寇氣化壓力/MPa2 0-4.0常壓氣化汨度/

19、C1 40Q-1 6WJ1 300-1 400930-1 030-10301 000-1 150T DOOK氣瓠氣機(jī)氣+蒸汽空氣或富g 覲氧+蒸汽/空/十燕汽進(jìn)料方式瑜目200 B干煤粉2d目卸翌65%水煤裝6 mfn 50 mm塊煤 10 mm脫煤0 mni6 mm 干燥25 rnni75 nun 塊煤?jiǎn)螤t最大2 0002 0001 9205001001001 QOQ mJ(CO+Ffe) 的甄耗而3330-360削430140-24(220-300300（00+電）/整90-8065?3686970-720.1999190%59-62系列配翌單豪列無(wú)備用套系列有備用名系列有著用有備用爐壁骨卻水冷壁熱爐壁寥層 持沖耐火磚_般 耐火時(shí)一般耐火材料股耐火材群股 耐火磚五、煤氣化廢水水質(zhì)煤氣化項(xiàng)目特點(diǎn)：L煤化工項(xiàng)目多，廢水排放量大L煤氣化裝備多種多樣；魯奇爐煤氣化裝備污水量大，污染嚴(yán)重。L國(guó)家對(duì)廢水排放要求高循環(huán)利用或“零排放”上魯奇爐煤氣溫度低、廢水成分復(fù)雜；廢水處理處理難度大1、煤氣化廢水的水質(zhì)特性目前在國(guó)內(nèi)煤氣化技術(shù)主要有三種：一為“德士古”工藝，采用水煤漿氣化 技術(shù)，廢水特性為高氨氮（400mg/L），由于采用高溫氣化工藝，水質(zhì)相對(duì)潔 凈，有機(jī)污染程度較低；二為“殼牌”工藝，采用粉煤灰氣化技術(shù)，廢水特性為 高氨氮（300mg/L）、高氤化物（50mg/L