直接還原講課材料煤制氣

一、當前煤制氣技術發(fā)展現(xiàn)狀由于我國煤炭資源豐富，且開采量巨大，但是油品資源卻尤為短缺。而國內傳統(tǒng)的煤制氣技術十分落后，已經不能滿足于現(xiàn)狀。我國的煤炭其化工藝仍然停留在過渡期，對各類粉煤氣化技術需求極強，目前，世界上已普遍使用現(xiàn)代化的煤制氣方法有德士古煤氣化技術，其次是殼牌煤氣化技術，還有噴嘴對置式氣化技術、魯奇氣化技術以及灰熔聚煤氣化技術。這些技術的成熟運用則是對資源利用率等方面綜合提高的有效保障。德士古煤氣化技術這種技術在生產過程中的氣化爐結果主要是由水煤漿構成的單噴嘴下噴式，工藝流程大都為水激冷工藝，某些也采用廢鍋流程。其單爐容量可達到兩千噸，壓力通常為4-6.5MPa，只有極少數(shù)項目能夠達到8.4MPa，山東魯南化肥廠是我國最早引進該項技術的工廠，發(fā)展到目前已有十幾家工廠使用該工藝。而德士技術歷經三十年，已經趨于成熟，在我國也有十多年的應用歷史，在技術上有著非常熟練的技巧，在設備材料商也有著很大的優(yōu)勢，而其主要優(yōu)勢是源自于水煤漿，這樣較為容易的將壓力提升上去。由于水煤漿中含水量達到40%，這樣大大降低了其熱值，從而嚴格限制了煤的質量。

這種技術的特點主要體現(xiàn)在其生產能力大、可操作溫度高、

煤氣質量能夠得到保證、含甲烷量較低、無焦油等污染物、處理起來較為簡單，簡便可持續(xù)發(fā)展。當然這種技術對于煤的品種要求也尤為嚴格：其要求煤內在含水量極低，如若含水量過高則會造成成漿性差的后果；含氧量不得超過百分之十五，因為含氧量高也回造成成漿性差；該技術對于灰渣的要求也即為苛刻，要求灰渣的粘度低且流動性好。而對于德士古煤氣化技術來說也有缺點：由于受到氣化溫度的影響，其爐內的耐火磚使用壽命得到限制；耐火磚長期遭受沖刷侵蝕，使得生產運行成本大大增加；噴嘴使用周期過短，進而影響了生產的持續(xù)性運行，進而增加了建設性投資；其次在生產過程中對于管道設備也有嚴格的要求，因此增加了一次性投資成本。

Texaco水煤漿氣化過程包括磨煤、煤漿制備、氣化、灰水處理等工序。經初步粉碎的碎煤與一定量的水混合進入磨煤機，磨成一定粒度分布、濃度約為65％一70%的水煤漿，然后進入煤漿槽。煤漿槽中煤漿由高壓煤漿給料泵送往氣化爐工藝噴嘴，與空分裝置來的氧氣一起進入氣化爐．在1350--1400"C溫度下進行部分氧化生成粗煤氣。通過輻射冷卻器和對流冷卻器，粗煤氣的溫度從1370℃降低到400℃左右，此過程中釋放的熱量用來產生蒸汽供底循環(huán)蒸汽輪機使用。

Shell煤氣化工藝(SCGP)以干煤粉為氣化原料，純氧作為氣化劑，液態(tài)排渣，屬加壓噴流床氣化。進料中基本上無液態(tài)水，而通過向氣化爐注入高壓飽和蒸汽滿足氣化反應的要求。干煤粉由少量氮氣吹入氣化爐．對煤粉粒度的要求比較靈活，一般不需要過分細磨，但對含水量較高的煤種需要熱風干燥。氣化中心溫度隨煤種不同介于1400一1700℃之間，出爐煤氣溫度為1300一1500℃。被高溫氣流帶出的細?；以杏姓辰Y性．所以出爐煤氣需與一部分冷卻后的循環(huán)氣混合，將其激冷至900℃左右再導入煤氣冷卻器(廢熱鍋爐)，產生高壓過熱蒸汽送往底循環(huán)作功。BGL氣化技術簡介

BGL熔渣氣化技術是20世紀70-90年代由英國天然氣公司和德國魯奇公司為生產SNG耗資3.5億英鎊，開發(fā)出來的新一代先進的煤氣化技術。BGL塊煤/碎煤熔渣氣化技術結合了熔渣氣化和移動床加壓氣化技術的優(yōu)點并克服了二者的不足，具有顯著優(yōu)勢。

BGL熔渣氣化技術利用各種煤炭及固體垃圾為原料，可用于工業(yè)燃氣、發(fā)電、替代天然氣（SNG）生產、化學品（合成氨、甲醇等）生產等領域。

BGL熔渣氣化技術是一種高效先進的煤氣化技術，可氣化石油焦、無煙煤、煙煤、次煙煤、褐煤，以及這些煤種的混合投料，冷煤氣效率高（>89％）、碳轉化率高（>99.5%）、熱效率高、氧耗低、系統(tǒng)運行可靠性高、維護費用低。BGL熔渣氣化技術可用于工業(yè)燃氣、發(fā)電、替代天然氣（SNG）生產、化學品生產等領域。99.5％以上的碳轉化為氣體后，煤中剩余的礦物質在高溫下熔化，經循環(huán)水激冷形成無滲濾性的玻璃質固體碎渣粒由爐底部排出，排出的熔渣無污染，可作為副產品在建筑和筑路中使用，或安全地回填或深埋。氣化廢水主要來自投料煤經爐內干燥后排出的冷凝蒸汽，水量小，有機含量的濃度高，有利于在較低生產成本下分離處理，回收的苯酚作為副產品具有較高商業(yè)價值。一、BGL熔渣氣化技術優(yōu)點1.綜合優(yōu)勢強

結合了熔渣氣化技術高氣化率、高氣化強度的優(yōu)點和移動床加壓氣化技術氧耗低和爐體結構廉價的優(yōu)點?？朔巳墼鼩饣夹g能耗高、建設成本高的缺點和移動床加壓氣化技術氣化強度低、蒸汽消耗大利用率低以及大量的氣化污水造成凈化成本高的缺點。具有建設投資少、周期短、生產率高、運行成本低、維護成本低的綜合優(yōu)勢，圖1為傳統(tǒng)魯奇爐和BGL氣化爐的對比。魯奇和BGL氣化爐的比較2.

有效氣（H2+CO）產氣率高

無煙煤和優(yōu)質煙煤氣化有效氣88-90%；褐煤氣化有效氣>84%。3.氣化強度高

BGL塊(碎)煤熔渣氣化爐內壁加入耐火磚襯，形成水夾套保護層，在爐下部沿周向裝置了一組噴嘴，將混合氧氣/水蒸氣高壓噴入爐內，形成爐內局部高溫（2000℃左右）燃燒區(qū)，氣化區(qū)溫度在1400~1600℃范圍，較大幅度提高了氣化率和氣化強度。噴入爐內的水蒸氣絕大部分參與氣化，蒸汽分解率超過90%，蒸汽使用量大幅度減少，與傳統(tǒng)魯奇爐相比有明顯優(yōu)勢，其結構區(qū)別見圖1。4.氧耗低

由于兼具現(xiàn)代高溫熔渣氣化和移動床的逆流氣化的整體流程原理，提高了氣化熱效率，使氣化過程的氧耗較其他熔渣氣化技術的氧耗大幅度降低，顯著節(jié)省了對空分等設備的投資。

5.廢熱回收成本低

粗氣的出口溫度僅為300～550℃，提高了氣化過程的熱效率，節(jié)省了氧氣消耗，大幅度降低了廢熱回收的需求和設備成本。6.設備制造、運輸、安裝成本低

由于BGL氣化技術的設計特點，爐內靠近爐壁處溫度和粗氣出口處溫度較低，氣化爐爐體和附屬設備可采用常規(guī)壓力容器鋼材，在中國就近加工制造，大幅度降低了制造，運輸和安裝的成本，大大縮短了建設周期。

7.煤種的選擇范圍寬

可氣化石油焦、無煙煤、煙煤、次煙煤、褐煤，以及這些煤種的混合投料；對高灰熔點煤種，僅需添加石灰石助熔劑。

8.煤種的適用性強

對操作過程中煤質的變化不敏感，可以在線切換不同氣化原料。

9.操作彈性大、開停車迅速負荷范圍從50%到110%，運行穩(wěn)定，可以以每分鐘5%速度增加負荷，以每分鐘20%速度降低負荷，見圖2，對改變煤質反應良好。可迅速開車和停車，氣化爐在冷備用狀態(tài)下8小時后開始制氣，氣化爐在熱備用狀態(tài)下10分鐘后開始制氣。10.資源利用率高，不帶來污染

99.5％以上的碳轉化為氣體后，煤中剩余的礦物質在高溫下熔化，經循環(huán)水激冷形成無滲濾性的玻璃質固體碎渣粒由爐底部排出。排出的熔渣無污染，可作為副產品在建筑和筑路中使用，或安全地回填或深埋。

氣化廢水主要來自投料煤經爐內干燥后排出的冷凝蒸汽，水量小，有機含量的濃度高，有利于在較低生產成本下分離處理，回收的苯酚作為副產品具有較高商業(yè)價值。在采用恰當?shù)纳疃人幚砑夹g后，可使凈化后的水質達到中國河流的一級排放標準要求，或全部回收做為工藝或冷卻用水循環(huán)使用。

11.與其他國外氣化技術技術相比優(yōu)勢大

BGL熔渣氣化技術的冷煤氣效率高（>89％）、碳轉化率高（>99.5%）、熱效率高、氧耗低、系統(tǒng)運行可靠性高、維護費用低。二、

BGL熔渣氣化原料要求1.原料要求

BGL氣化工藝要求投入氣化爐內的碎塊煤在干燥和干餾階段保持一定的顆粒度和熱穩(wěn)定性，從而控制氣化區(qū)料層的正常工作狀態(tài)、爐內氣流運動的均勻和流暢、降低粉塵的帶出量。此外，要求投料煤的水份不超過20%。

BGL熔渣氣化技術在氣化投料煤的選擇上有以下要求，氣化用煤以尺寸在6mm-60mm的塊/碎煤（粉煤量10%左右）為主直接投入氣化爐。2.粉煤和褐煤解決方案大量粉煤的解決方案：粉煤可制成型煤（無粘結劑沖壓型煤或采用瀝青擠壓制成的型煤）。特別是對高含水、易破碎的劣質褐煤，可通過制型煤，成為高效氣化的原料。位于德國的黑水泵廠利用發(fā)電廠廢熱蒸汽將含水量在55%～60%左右的褐煤粉碎、干燥和沖壓（無粘結劑）后制成含水量介于12%～18%的塊狀型煤，實現(xiàn)高效氣化。BGL氣化工藝推薦使用無粘接劑成型的型煤，圖為云南某項目的褐煤型煤樣品。收到基褐煤的含水量通常較高，煤質疏松易碎，熱穩(wěn)定型差，需要部分干燥和制成滿足要求的型煤塊煤。德國黑水泵氣化廠（SchwarzePumpe）的BGL氣化爐使用了當?shù)睾置褐瞥傻男兔海晒Ψ€(wěn)定運行了7年。BGL氣化工藝對褐煤型煤的要求概要如下：

尺寸要求：應在6-50mm之間，無棱角（保證較好的堆流動性）含水量要求：≤20%熱穩(wěn)定性要求：根據(jù)MT/T924-2004檢測標準，>6mm的殘焦比例應超過85%抗破碎性要求：根據(jù)BS1016-1089.1:1996標準，將型煤塊從2米高自由跌落到鋼板上，重復試驗4次后，粉煤（即破碎后尺寸≤6mm的碎煤）不超過5%。3.BGL熔渣氣化的主要技術指標不同壓力下BGL氣化爐的處理量BGL氣化爐典型氣體成分BGL氣化爐典型氣體成分shell煤氣化技術特點及國內應用概況一、shell煤氣化技術的發(fā)展歷史She]]煤氣化屬于第二代煤氣化技術，前后經歷了30多年的技術開發(fā)歷程。1972年開始在Shell阿姆斯特丹研究院進行研究開發(fā)，1976年煤氣化技術達到一定水平并建成了一座處理煤量為6t／d的試驗廠。1978年在德國漢堡建成日處理煤150t的氣化裝置．進行操作程序的優(yōu)化工作。1987年在美國休斯頓DeerPark石化中心建成SCGP一1示范廠。日處理高硫煙煤250t或日處理高灰分褐煤400t。對18種原料煤進行試驗工作。1988年在荷蘭Buggenun進行裝置建設．裝置設計能力為單爐日處理煤2000t。于1998年完成3年示范期，到2001年，氣化裝置運轉率達到95％以上，自此Shell公司開始向市場推出殼牌氣化工藝。2001年6月湖北雙環(huán)與Shell最先簽約．開始了sheⅡ煤氣化技術在我國的發(fā)展之路。二、shell煤氣化工藝簡介目前，Shell煤氣化大型工業(yè)化裝置均采用廢熱鍋爐流程，簡略流程見圖1。原煤從煤場送至磨煤系統(tǒng)。在微負壓環(huán)境下的磨煤機進行碾磨，并被熱風爐送過來的熱風所干燥。粉煤和熱氣一起被送至粉煤袋式過濾器，在此煤粉被收集下來，經螺旋被送至低壓粉煤貯倉。

煤粉通過煤鎖斗的承上啟下被送至煤進料罐，在煤進料罐出來的煤粉被煤加速器加速，通過煤燒嘴被送至氣化爐，氧蒸混合氣通過燒嘴環(huán)隙進入氣化爐。氣化溫度為1400~17000C，氣化壓力為3.5～4.0MPa．三種物料在極為短暫的時間內完成升溫、揮發(fā)分脫除、裂解、燃燒及轉化等一系列物理和化學過程。氣化反應產生的渣以液態(tài)的形式經氣化爐壁向下流入渣池，通過除渣系統(tǒng)送至渣場。產生的合成氣從頂部出氣化爐，在激冷El被激冷至9000C以下。然后分別經過水汽系統(tǒng)的激冷段、輸氣管、氣體返回室、蒸汽過熱器、合成氣冷卻器進行冷卻。被冷卻的合成氣被送至除灰系統(tǒng)，通過高溫高壓陶瓷過濾器除去里面的飛灰．潔凈的合成氣從過濾器頂部出來。分兩路送出，一路送往濕洗系統(tǒng)，另外少量的合成氣被送至激冷壓縮機。飛灰經過氣提和冷卻被送至灰?guī)臁＝涍^濕洗系統(tǒng)的合成氣被迸一步的濕洗和冷卻后，分兩路送出，一路被送往變換，一路被送往激冷壓縮機。第三路被送至合成氣緩沖罐作為燃料氣使用。氣流床氣化過程是煤炭在高溫下的多相熱力學反應，它所涉及的的化學反應和傳遞過程很多，反應過程十分復雜。三、Shell煤氣化技術特點1、干粉進科Shell煤氣化技術采用干煤粉進料，利用加壓N2輸送，連續(xù)性好，便于操作。2、煤種的適應性廣由于Shell氣化爐采用于煤粉進料和氣流床氣化．因而煤種的適應范圍較寬，在添加合適的助熔劑或嚴格的配煤比的條件下，對于較高水分、灰熔點、灰分和含硫量的煤種適應性較強。3、熱效率高Shell煤氣化工藝的熱效率很高，其中原煤中77％．83％的熱能被轉化為合成氣，約15％的熱能被廢熱鍋爐回收．產出高壓或中壓蒸汽，總的熱效率能夠達到98％左右。4、氣化度高Shell煤氣化溫度為1400-1600℃，在這樣的高溫下碳轉化率高達99％以上，所產氣體相對潔凈，不污染環(huán)境，并且所產粗合成氣中的有效氣體(CO+H2)可以達到85％以上。5、單爐生產能力大目前已投入運行的氣化爐日處理煤量高達1000～4000t．運行時氣化爐的壓力控制在3．0--4．0MPa。6、氧耗低Shell煤氣化技術與水煤漿氣化相比，02消耗低15％～25％，因而與之配套的空分裝置可以降低投資。7、采用水冷壁結構Shell氣化爐采用水冷壁結構．利用以渣抗渣原理．通過開車前的掛渣對爐壁進行保護，無需昂貴的耐火磚襯里，運轉周期長，維護量少，使用壽命一般都在lO年以上，無需備爐。8、先進的控嗣系統(tǒng)氣化操作采用了先進的工藝計算機控制技術，輸入輸出點多達3000多個，采用分程、串級、前饋、比值調節(jié)以及順序控制和邏輯控制，通過DCS、ESD、PLC實現(xiàn)生產中的監(jiān)控和管理，自動化程度高，保障系統(tǒng)能夠在最佳狀態(tài)下運行。9、燒疇運轉周期長Shell煤氣化燒嘴的設計使用壽命為8000h，保證了氣化裝置長周期運行。并且維護量小。10、粗合成氣激冷冷卻Shell煤氣化技術通過粗合成氣循環(huán)冷卻系統(tǒng)將氣化爐出口溫度激冷至900oC左右，氣體中夾帶的灰渣液漓被固化并冷卻。從而形成一種非粘性的飛灰顆粒，避免了飛灰在膜式壁上的凝固堆積。同時也避免了廢熱鍋爐的高溫材料限制。11、開車靈活Shell氣化爐為水冷壁結構，開車時先建立鍋爐給水循環(huán)系統(tǒng)．通過開工蒸汽對氣化爐進行預熱升溫，然后經開工燒嘴點火達到煤氣化的溫度要求。投入煤燒嘴，一般僅需要3-4小時就可以投入正常運行，靈活便捷。12、環(huán)境效益好Shell煤氣化在整個生產過程中對污染物都實行了全過程控制，高溫氣化不產生焦油、酚等凝聚物，排出的熔渣經水幕激冷后成玻璃狀顆粒，性質穩(wěn)定，可用作道路建設等材料。產生的飛灰被飛灰過濾器除塵回收，可用作水泥滲合劑等。氣化產生的污水中含氰化物少，易于處理，必要時可以做到零排放。1．熱力學機理氣化反應溫度很高，煤粉受熱速度極快，粉煤中的殘余水分能瞬間快速蒸發(fā)。同時快速脫除其中的揮發(fā)分。生成半焦和氣體產物，在富氧的環(huán)境下，氣體產物中的可燃成分與02迅速發(fā)生燃燒反應，并放出大量的熱維持反應[2]的進行。反應過程大致可分為三步，第一步；裂解及揮發(fā)分燃燒。當粉煤和02噴人氣化爐內后，被迅速加熱到較高的溫度，粉煤在此時發(fā)生干餾和裂解，釋放出焦油、甲醇、甲烷、酚、樹脂等揮發(fā)分，水分變成水蒸氣，粉煤變成煤焦。第二步；燃燒及氣化。煤焦一方面與剩余的O2發(fā)生燃燒反應，生成CO和CO2等氣體，放出熱量。另一方面與水蒸氣和CO2發(fā)生氣化反應，生成H2和CO。第三步；氣化。煤焦和CH4等與水蒸氣發(fā)生氣化反應生成H2和CO。四、Shell煤氣化技術的反應機理2．動力學機理氣化反應是氣化劑與焦渣接觸而發(fā)生的．它的反應歷程為氣化劑分子自氣流向焦渣外殼擴散\滲透過焦油的外殼灰層而達到未反應的焦油表面一滲透到焦渣的毛細孔而到達焦渣的內表面一與焦渣發(fā)生氣化反應一生成的產物循上述相反進行而擴散到氣流中去。五、應用情況

自湖北雙環(huán)公司。于2001年6月簽訂第一份技術轉讓協(xié)議至2012年6月，國內已有15家企業(yè)與shell公司簽訂了19份合同，引進了23臺氣化爐。其中9套裝置10臺氣化爐用于生產合成氨，9套裝置11臺氣化爐用于生產甲醇，l套裝置2臺氣化爐用于生產氫氣，基本情況見表1魯奇煤氣化技術一、魯奇氣化技術的發(fā)展歷史

固定床加壓氣化爐最早為德國魯奇公司開發(fā)，魯奇氣化技術由此得名。魯奇氣化技術的發(fā)展是以魯奇氣化爐的改進為核心，魯奇爐的發(fā)展主要經歷了3個階段。第1階段(1930—1954年)，第一代氣化爐直徑2.6m，主要用于生產城市煤氣，氣化爐的結構特點是有內襯和邊置灰斗，不設膨脹冷凝器，氣化劑通過爐篦的主動軸送入，該爐型只能氣化非粘結性煤，且氣化強度較低，產氣量5000～8000Nm3／h·臺。第2階段(1954—1969年)，第二代魯奇爐擴大了用煤范圍，可氣化弱粘結性煙煤，取消了內襯，改進了布氣方式和增加了破粘裝置，邊置灰斗調為中置灰斗，氣化爐直徑擴大到2.8m、3.7m2種，單爐生產能力得到提高，產氣量分別達14000—17000m3／h·臺、32000—45000m3／h·臺。第3階段(1969年～至今)，為了進一步擴大用煤范圍，使之達到氣化一般粘結性煤的目的，推出了Mark—IV型氣化爐，改進了布煤器和破粘裝置，可氣化除焦煤外的所有煤種，氣化強度進一步得到提高，氣化爐直徑3.8m，產氣量35000～65000m3／h·臺。此后，南非薩索爾(Sas01)在1980年開發(fā)了Mark—V型氣化爐，氣化爐內徑4.7m，產氣量達10萬m3／h·臺。二、奇氣化工藝流程及特點5—50mm塊煤經煤溜槽、煤鎖進入氣化爐。水蒸氣和氧氣混合后從氣化爐底部經爐篦進入氣化爐，在3.0MPa、1000℃的條件下，與煤發(fā)生氣化反應。從氣化爐出來的粗煤氣，溫度高達220—600℃，經噴冷器后溫度降至200～210℃左右，進入廢熱鍋爐回收余熱，溫度降至180。C左右，粗煤氣經氣液分離后進人下游工序。廢熱鍋爐可產生0.5MPa～0.6MPa的低壓蒸汽。從噴冷器洗滌下來的含焦油和傘的煤氣水隨煤氣一起進入廢熱鍋爐的底部的分離器，初步分離油水。一部分含塵煤氣水由循環(huán)泵返回到洗滌冷卻器，其余送煤氣水分離單元。氣化爐氣化產生的灰渣周期性通過灰鎖斗排出。三、魯奇氣化工藝主要有以下特點：(1)一般采用5～50ram的塊煤進料，且下限率不能過高。一般要求煤的反應性好、無粘結性和弱粘結性、機械強度較高、灰熔融性溫度較高。因此適宜的煤種為褐煤、次煙煤、貧煤和無煙煤，對一些水分較高(20％～30％)和灰分較高(如30％)的劣質煤也適用。與氣流床工藝相比，魯奇爐采用碎煤為原料，人爐煤的處理費用低。(2)氣化為干法排灰，使用純氧氣化，為防止結渣，采用較高汽氧比，因此氧耗較低，約為氣流床氧耗的70％，可在空分制氧設備上節(jié)省大量投資。(3)氣化產生的煤氣中CH。含量較高，達10％左右，適合于生產城市煤氣和代用天然氣(SNG)，將CH。轉化為CO和H：后也可以用于生產化工產品，比如甲醇和氨。(4)粗煤氣中H2／CO為2.0，不經變換或少量變換即可用于F—T合成、甲醇合成、天然氣合成等產品生產，對比氣流床氣化減少了CO變換工序。(5)該工藝最暈要