煤氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢以與國內(nèi)研究建設(shè)現(xiàn)狀綜述

./煤氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢以與國內(nèi)研究建設(shè)現(xiàn)狀文獻(xiàn)綜述李澤原指導(dǎo)教師申峻XX理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院7目錄0引言1煤氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢分析1.1煤氣化技術(shù)的市場需求和政策導(dǎo)向1.2煤氣化技術(shù)發(fā)展面臨的主要問題和解決途徑2主要煤氣化技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r、工藝與設(shè)備特點(diǎn)簡介2.1固定床Lurgi/BGL2.2流化床2.2.1溫克勒/HTW2.3氣流床2.3.1GETexaco2.3.2GlobalE-Gas2.3.3ShellSCGP/Prenflo2.3.4GSP3國內(nèi)煤氣化技術(shù)發(fā)展歷程3.1煤氣化技術(shù)的引進(jìn)3.1.1Lurgi3.1.2恩德爐3.1.3Texaco3.1.4ShellSCGP3.2煤氣化技術(shù)的自主研發(fā)3.2.1發(fā)展歷程3.2.2灰熔聚3.2.3多噴嘴對置式水煤漿氣化3.2.4多噴嘴對置式干煤粉加壓氣化3.2.5TPRI兩段干煤粉氣化3.2.6MCSG多元料漿單噴嘴頂置氣化3.2.7HT-L航天爐4煤氣化工藝的總結(jié)比較5參考文獻(xiàn).0引言通過搜集整理相關(guān)文獻(xiàn)和資料形成本文,文章旨在闡明作者對于煤氣化知識有一定的了解并提出一些淺薄的比較和分析。煤氣化主要用于生產(chǎn)各種燃料氣,是干凈的能源,有利于提高人民生活水平和環(huán)境保護(hù)。煤氣化生產(chǎn)的合成氣,是合成液體燃料、甲醇、氨、乙酐等多種產(chǎn)品的原料。煤氣化在國內(nèi)外的發(fā)展經(jīng)過了一定時(shí)間的研究、實(shí)踐后逐漸趨于成熟,并因?yàn)槭袌霏h(huán)境的需求而加快了市場化、大型化的步伐。在國家政策的指導(dǎo)下,中國的煤氣化行業(yè)亟需總結(jié)以往引進(jìn)技術(shù)的經(jīng)驗(yàn),統(tǒng)籌安排在適應(yīng)當(dāng)?shù)刭Y源工業(yè)配置的情形下引進(jìn)并自主開發(fā)出更適宜更經(jīng)濟(jì)環(huán)保的氣化技術(shù)。1煤氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢分析1.1煤氣化技術(shù)的市場需求和政策導(dǎo)向20世紀(jì)80年代后期,作為煤化工的新突破,煤氣化制合成氣,再合成乙酸甲酯,進(jìn)一步進(jìn)行羰化反應(yīng)得乙酐的技術(shù)標(biāo)志著煤可以作為一種經(jīng)濟(jì)高效的原料應(yīng)用于化工行業(yè)。煤氣化在今天逐漸成為了煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化的核心,是發(fā)展煤基化學(xué)品合成〔氨、甲醇、乙酸、烯烴等〕,液體燃料合成〔二甲醚、汽油、柴油等〕、IGCC發(fā)電系統(tǒng)、多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、制氫、燃料電池、直接還原煉鐵等過程工業(yè)的基礎(chǔ),是這些行業(yè)的公共技術(shù)。世界X圍內(nèi)越來越重視低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排,預(yù)計(jì)到2050年煤炭能源將維持在26億t,每年集中排放CO230億t。作為把煤清潔高效轉(zhuǎn)化的手段,煤氣化在煤化工中的地位不斷上升。國家發(fā)改委發(fā)改工業(yè)[2006]1350號文件中明確指出應(yīng)在條件適宜的地區(qū)適當(dāng)加快石油替代品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目的在于降低我國對進(jìn)口原油的依賴的宏觀戰(zhàn)略考量。煤炭一直以來都是我國的傳統(tǒng)能源,其在我國能源結(jié)構(gòu)中的地位是不可取代的,20xx全國煤炭總產(chǎn)能已超36億t,相比之下煤氣化投資門檻低、經(jīng)濟(jì)效益好、資源和環(huán)境壓力較小,比較當(dāng)前我XX煤能力突出轉(zhuǎn)化能力不足的煤化工格局,煤氣化發(fā)展空間非常大。到目前為止中國已經(jīng)成為世界最大的煤氣化爐市場,從當(dāng)前市場發(fā)展的預(yù)期來看,2020年前我國將對煤氣化爐有巨大的需求,需求量預(yù)計(jì)達(dá)到2250套。目前我國國內(nèi)正在興起的煤制油、甲醇、合成氨與煤制烯烴等煤化工產(chǎn)業(yè),必然會需要大量的大型煤氣化爐。我國還有約占全國煤炭總儲量約20%以上的高硫煤,也必須以氣化技術(shù)為龍頭才能讓這些煤要獲得高效、清潔利用,如果2020年之前用煤基費(fèi)托合成制醇醚燃料替代5000萬t汽、柴油當(dāng)量,則需煤2.2億t～3.6億t；如果電煤中有1/3為煤氣化燃?xì)?、蒸汽?lián)合循環(huán)發(fā)電,則發(fā)電量約2.5億kW,以效率42%計(jì)算,需用煤6億t,兩者合計(jì)約9億t。由此預(yù)測,若以2000t/d的大型煤氣化爐計(jì)算,每臺爐每年處理煤600kt,則2020年前國內(nèi)共需大型煤氣化爐1500套,若再考慮到備爐,則大型煤氣化爐的需求量將超過2000套。一套殼牌煤氣化爐僅外殼的造價(jià)就為3億多元,水煤漿氣化爐的造價(jià)至少也在1000萬元以上。即使都按照水煤漿氣化爐的造價(jià)計(jì)算,2000套的總造價(jià)就達(dá)到200億元。這樣的需求數(shù)目是驚人的,它反映了我國能源結(jié)構(gòu)發(fā)展的特點(diǎn),促進(jìn)了我國煤氣化技術(shù)的進(jìn)步,使我國成為世界上最大的煤氣化了市場。1.2煤氣化技術(shù)發(fā)展面臨的主要問題和解決途徑煤氣化技術(shù)將在中國具有廣闊的市場前景。但技術(shù)的發(fā)展并不是一帆風(fēng)順的,由于當(dāng)前我國還不能掌握核心技術(shù),國內(nèi)先進(jìn)煤氣化爐的設(shè)計(jì)與制造還是一塊短板,長期完全依賴進(jìn)口,為此付出了很大代價(jià)。我國引進(jìn)的煤氣化技術(shù)裝備價(jià)格昂貴,有關(guān)專家介紹,近幾年國內(nèi)一些企業(yè)對廢鍋流程粉煤氣化技術(shù)的引進(jìn)帶有很大的盲目性,實(shí)際上這種技術(shù)有很多弊端,如煤氣化爐與廢熱鍋爐結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜,加工難度大,主要設(shè)備全部依賴進(jìn)口等。面對我國龐大的煤氣化爐市場,許多國外公司的煤氣化技術(shù)已經(jīng)在我國展開了新一輪競爭。有專家指出,面對這樣需求巨大的煤氣化爐市場,我國有必要對煤氣化爐的發(fā)展制定明確的戰(zhàn)略規(guī)劃,鼓勵和支持企業(yè)使用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國內(nèi)技術(shù),在立項(xiàng)、資金、銀行貸款貼息、減稅和其他政策等方面給予優(yōu)惠,為自主知識產(chǎn)權(quán)煤氣化技術(shù)的推廣創(chuàng)造寬松條件,從而一方面可加快國產(chǎn)化煤氣化技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用,減少巨額引進(jìn)費(fèi)用,同時(shí)也可加快我國化工裝備制造業(yè)的發(fā)展,提升機(jī)械行業(yè)的加工制造水平。生產(chǎn)規(guī)模大型化：現(xiàn)代過程工業(yè)〔化工、發(fā)電、多聯(lián)產(chǎn)、制氫等〕發(fā)展的一個顯著標(biāo)志就是大型化、單系列,下游大規(guī)模生產(chǎn)的氣化需求與現(xiàn)階段煤氣化技術(shù)產(chǎn)能水平的不符說明煤氣化技術(shù)必須向大型化方向發(fā)展。由于受制造、運(yùn)輸、安裝等客觀因素的限制,要求在現(xiàn)有的設(shè)備尺寸上通過提高單位時(shí)間單位體積的處理能力和處理效率實(shí)現(xiàn)處理能力的最大化。只能通過提高溫度、增加壓力、強(qiáng)化混合的方法解決。因此大規(guī)模高效煤氣化過程必須在高溫〔1300oC～1700oC〕,高壓〔3.0Mpa～8.5Mpa〕和多相流動條件下進(jìn)行。當(dāng)氣化壓力從0.1Mpa提高到4.0MPa,其投煤量也相應(yīng)從1提高到10。高溫氣化條件下,煤中的焦油、氮化合物、硫化合物、氰化物也可得到充分的轉(zhuǎn)化,其三廢也相對低害容易處理。表1煤氣化裝置的規(guī)模與特點(diǎn)[2]能量的高效轉(zhuǎn)化與回收：為了提高熱效率,例如設(shè)計(jì)動因是應(yīng)用于IGCC發(fā)電的Shell爐,采取了廢熱鍋爐以回收煤氣化高溫顯熱,但是龐大的廢熱鍋爐系統(tǒng)使其建設(shè)成本負(fù)擔(dān)過重。激冷工藝適合煤基化學(xué)品的生產(chǎn),比如可以用于等壓合成甲醇。其設(shè)備簡單可靠,但是能量回收效率低。除此之外,也提出了化學(xué)法回收高溫煤氣顯熱的方案。利用一段大型氣流床水煤漿氣化產(chǎn)生的高溫煤氣〔1300oC〕以上中含有20%H2O和約20%CO2這一特點(diǎn),將其通入二段固定床氣化爐內(nèi)與煤進(jìn)行反應(yīng),從而降低一段爐出口溫度,有效回收氣體顯熱。提高煤種適應(yīng)性：煤炭作為一種結(jié)構(gòu)、成分非常復(fù)雜且不確定的原料,所選用的料煤的性質(zhì)直接影響到氣化工藝的選擇和結(jié)果。開發(fā)出煤種適應(yīng)性強(qiáng)的煤氣化技術(shù),將大大提高生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)對市場變化的能力,有助于降低成本提高應(yīng)對風(fēng)險(xiǎn)的能力。早期的固定床只能用活性較高、揮發(fā)分較低的無煙塊煤,而且煤的灰熔點(diǎn)不可太低。流化床與固定床相比,可以采用一些活性較高的煤種,但灰熔點(diǎn)同樣有要求。由于固定床和流化床氣化溫度較低,煤中的碳轉(zhuǎn)化率一般都低于90%,而他們的特點(diǎn)也決定了難以大幅度提高氣化壓力,大型化有困難。氣流床的氣化溫度和壓力顯著提高,煤種適應(yīng)性上可以采用一些低活性的煤種,單爐日處理能力也顯著提高。已經(jīng)工業(yè)化的氣流床氣化爐從原料路線上講,有水煤氣和干煤粉之分；從氣化爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)上來看有耐火磚和水冷壁之分。水煤漿氣化要求煤種的制漿性能要好〔煤漿濃度不低于60%〕,耐火磚結(jié)構(gòu)要求煤的灰熔點(diǎn)要低〔一般不大于1400oC〕。相比較而言,干煤粉氣化沒有成漿性能的限制,水冷壁結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)灰熔點(diǎn)高的煤種〔1600～1700oC〕的煤種。煤氣化技術(shù)理論研究基礎(chǔ)氣化理論研究的熱點(diǎn)當(dāng)前集中于幾個方面：現(xiàn)有流化床、氣流床中煤的氣化特性和各種工藝因素對氣化特性的影響機(jī)理；氣化過程中的有害元素、堿金屬元素、微量元素和痕量元素等的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律以與氣化反應(yīng)過程中各種元素之間的相互作用機(jī)理；對煤氣化實(shí)驗(yàn)中難以測量的煤氣化特性進(jìn)行數(shù)值模擬研究的大型化、模型先進(jìn)化、格式精度精確化研究；近年來第二代增壓流化床聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)PFBC部分氣化燃燒繼承優(yōu)化技術(shù)中氣化特性機(jī)理與煤炭部分氣化產(chǎn)生半焦的燃燒特性研究也是常見的熱點(diǎn)問題。作為煤氣化新興研究課題的等離子體氣化技術(shù),它是利用直流電弧爐中的高溫直流電弧實(shí)現(xiàn)煤炭的氣化工藝,有望突破傳統(tǒng)固定床、流化床、氣流床反應(yīng)器反應(yīng)速度較慢、反應(yīng)過程不易控制、裝置繁雜龐大的劣勢。國外主要有俄羅斯學(xué)者進(jìn)行了許多基礎(chǔ)研究。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明,等離子體氣化條件碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)90.5%～95%,硫轉(zhuǎn)為氣體產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率可達(dá)94.3%～96.7%,有效氣成份CO和H2濃度可達(dá)84.7%～85.7%。并數(shù)值模擬了具有內(nèi)熱源〔電弧〕反應(yīng)器中煤粉的等離子體氣化過程等。國內(nèi)煤的等離子體氣化研究主要是在XX理工大學(xué)教育部與XX省沒科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行,有國內(nèi)唯一的煤等離子體氣化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置。研究X圍包括煤的等離子體氣化工藝過程,水蒸氣參與下的空氣等離子體煤氣化過程以與熱等離子體裂解煤制乙炔、富勒烯、碳納米管等的原理等。2主要煤氣化技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r、工藝與設(shè)備特點(diǎn)簡介氣化爐作為煤氣化技術(shù)的核心,本文著重整理了一些氣化爐的工藝特點(diǎn)以與技術(shù)適應(yīng)方向,作為比較分析的依據(jù)。良好的煤氣化工藝要求具備的基本素質(zhì)包括：基本投資和運(yùn)行費(fèi)用較低；盡量能適應(yīng)任何天然固體燃料；盡量使固體燃料的可燃性有機(jī)成分轉(zhuǎn)化為氣體；出口煤氣中盡量多的含有氫氣和一氧化碳等有用成份；不產(chǎn)生或少產(chǎn)生影響環(huán)境的有害物質(zhì)；氣體中幾乎不帶腐蝕性物質(zhì),氣體冷卻后不產(chǎn)生堵塞管道和設(shè)備的固體和漿狀物；操作安全可靠。2.1固定床常見固定床氣化分為間歇式氣化〔UGI〕和連續(xù)式〔Lurgi〕兩種。因間歇式固定床氣化技術(shù)原料單一、污染過大、能耗高,根據(jù)國家發(fā)改委發(fā)改工業(yè)[2006]1350號文件,禁止核準(zhǔn)和備案間歇式固定床氣化技術(shù)。Lurgi/BGLa歷史：以魯奇爐為典型的固定床加壓氣化爐自20世紀(jì)30年代在德國發(fā)明以來,經(jīng)歷了60多年的發(fā)展,出現(xiàn)了幾種改進(jìn)的爐型魯奇爐本質(zhì)是碎煤固定床加壓氣化,該技術(shù)現(xiàn)在發(fā)展到了第四代。1974年,魯奇公司與南非薩索爾合作開發(fā)了Φ5m的第四代加壓氣化爐,而改進(jìn)型BGL爐由固態(tài)排渣改為了液態(tài)排渣。b工藝：采用雙夾套外殼,爐內(nèi)裝有攪拌器和煤分布器,轉(zhuǎn)動爐篦采用寶塔結(jié)構(gòu),多層布?xì)狻２僮鲏毫?.0Mpa,采用50mm碎煤。第四代魯奇爐幾乎可適應(yīng)任何煤種,單爐產(chǎn)量可達(dá)75000m3/h。魯奇公司還開發(fā)了液態(tài)排渣氣化爐。大幅度提高氣化爐氣化溫度,這樣不但減少了蒸汽消耗量,提高了蒸汽分解率,使氣化爐出口有效氣成分增加。c適用和經(jīng)濟(jì)評價(jià)：BGL氣化技術(shù)粗煤氣中CH4含量高,如果直接用作合成氣將導(dǎo)致放空量增大,能耗高成本上升。因此該工藝多用于城市煤氣聯(lián)產(chǎn)化工產(chǎn)品,單獨(dú)用于制合成氣轉(zhuǎn)化CH4工藝復(fù)雜。同時(shí)這也是BGL技術(shù)的特點(diǎn),如果可以找到相應(yīng)的合理適宜的工藝方法,生產(chǎn)污水中的焦油、酚、氨等可用于直接液化。2.2流化床流化床〔或稱沸騰床〕煤氣化技術(shù)是氣化碎煤氣的一種主要技術(shù)。其過程是將氣化劑〔氧氣或空氣和水蒸汽〕從氣化爐底部鼓入爐內(nèi),使?fàn)t內(nèi)的碎煤粒呈沸騰狀〔流化態(tài)〕在一定的溫度下發(fā)生燃燒和氣化的反應(yīng)。流化床又有灰熔聚流化床和循環(huán)流化床改進(jìn)。其中采用灰熔聚原理的主要有U-Gas、KRW、和中科院XX煤化所的灰熔聚氣化技術(shù)。2.2.1溫克勒/HTWa歷史：1926年,第一個溫克勒流化床煤氣化技術(shù)在德國投入運(yùn)轉(zhuǎn),后針對溫克勒爐的缺點(diǎn),開發(fā)出了高溫溫克勒爐HTW工藝。b工藝：HTW為加壓流化床技術(shù),適宜于氣化褐煤、長焰煤以與其它一些粘結(jié)性不強(qiáng)化學(xué)反映活性高的煤種,原料煤入爐力度0～10mm,氣化溫度950oC～1100oC,操作壓力1.0Mpac適用和經(jīng)濟(jì)評價(jià)：比較早期溫克勒爐,HTW相對提高了氣化指標(biāo)減少了污染,從塊煤變?yōu)榉勖哼M(jìn)料適應(yīng)了現(xiàn)代采煤業(yè)發(fā)展降低了原料成本,提高了碳轉(zhuǎn)化率,煤氣有效成份高﹥70%。2.3氣流床氣流床氣化工藝分為濕法與干法兩種,其中Texaco工藝屬于濕法,Shell屬于干法。2.3.1GETexacoa歷史：Texaco氣流床氣化技術(shù)開發(fā)始于20世紀(jì)40年代,1950年首先在天然氣非催化部分氧化上取得成功,1956年又應(yīng)用于渣油氣化。在50年代Texaco公司就有將其技術(shù)應(yīng)用于煤氣化的計(jì)劃。70年代石油危機(jī)促使他們在70年代末建成兩座示X裝置,分別為德國RAG和美國加州CoolWater,1983～1985年分別為日本UBE和美國Eastman公司建設(shè)了3套商業(yè)化裝置,90年代Texaco煤氣化技術(shù)共有9套裝置投入運(yùn)轉(zhuǎn),5套在中國,4套在美國。目前在建和運(yùn)轉(zhuǎn)的Texaco氣化爐約有80多臺b工藝：濕法氣流床氣化工藝是指將煤或石油焦等固體碳?xì)浠衔?以水煤漿或水碳漿的形式與氣化劑一起通過噴嘴告訴噴出混合霧化反應(yīng)的工藝過程。碳轉(zhuǎn)化率高95%～99%；負(fù)荷調(diào)節(jié)X圍50%～105%；冷煤氣有效成份70%～76%,CH4﹤0.1%。c適用和經(jīng)濟(jì)評價(jià)：煤種適應(yīng)性較好,水煤漿進(jìn)料易控制,工藝流程簡單設(shè)備布置緊湊,廢氣處理可采用傳統(tǒng)方式,產(chǎn)品可適用于化工合成、城市煤氣、IGCC等；設(shè)備全部國產(chǎn)造價(jià)合理、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富。但Texaco水煤漿的制漿過程需要消耗大量的水,故不適宜在缺水地區(qū)建廠。水煤漿中水分蒸發(fā)消耗一部分熱量,而且由于水蒸氣含量高而導(dǎo)致合成氣中CO2含量也高,達(dá)到12%左右。因?yàn)闊靿勖瘫仨氂袀錉t、國產(chǎn)耐火磚壽命一年而維修跟換時(shí)間長達(dá)一個月,還存在黑水系統(tǒng)結(jié)垢、氣化爐帶水等問題。GlobalE-Gasa歷史：E-Gas氣化技術(shù)最早由Destec公司開發(fā),后被Dow公司收購,現(xiàn)屬康菲石油公司。E-Gas氣化技術(shù)的開發(fā)始于1978年,在美國Plaguemine建立了投煤15t/d的中試裝置,于1983年建立了單爐1600d/t的煤氣化裝置,配套165MW的IGCC電站。后在TerraHaute建立了單爐2500t/d的氣化裝置,配套WabashRiver的260MW的IGCC電站,1996年投入運(yùn)行。b工藝：氣化爐內(nèi)襯采用耐火磚,85%的煤漿與氧氣通過噴嘴射流進(jìn)入氣化爐第一段高溫氣化反應(yīng),一段出口的高溫氣體中含量分別接近20%；15%左右的煤漿從氣化爐第二段加入,與一段的高溫氣體進(jìn)行熱質(zhì)交換,煤在高溫下蒸發(fā)、熱解,殘?zhí)颗cCO2和H2O進(jìn)行吸熱反應(yīng),可以使上段出口溫度降低到1040oC左右。此時(shí),合成氣通過一個火管鍋爐進(jìn)行降溫,降溫后的合成氣進(jìn)入陶瓷過濾器,分離灰渣,灰渣循環(huán)進(jìn)入氣化爐一段。c適用和經(jīng)濟(jì)評價(jià)：E-Gas是世界上唯一一種可以全煤切換全油給料或混燒的氣化技術(shù),適應(yīng)煙煤、次煙煤和石油焦。凈熱效率39.7%,同時(shí)氣化產(chǎn)品較清潔無黑水灰渣具備環(huán)保優(yōu)勢,副產(chǎn)建筑材料惰性爐渣和高純度硫磺。缺點(diǎn)是二次水煤漿停留時(shí)間較短談轉(zhuǎn)化率較低。并設(shè)置有一個龐大的分離器以處理一次煤氣中攜帶的灰渣與二次煤漿的灰渣與殘?zhí)肌?.3.3ShellSCGP/Prenfloa歷史：Shell和Prenflo氣化技術(shù)十分相似,都是在K-T爐基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,后來兩家公司分道揚(yáng)鑣,造成兩種爐型的差別主要在廢熱鍋爐的設(shè)置上,Shell在經(jīng)過橋管的左側(cè),Prenflo在頂部。殼牌沒氣化技術(shù)屬于第二代氣流床氣化技術(shù),其可追溯到20世紀(jì)50年代,當(dāng)時(shí)開發(fā)了以渣油為原料的殼牌氣化工藝〔SGP〕,隨后于20世紀(jì)70年代初期在此基礎(chǔ)上又開發(fā)了殼牌粉煤氣化技術(shù)〔SCGP〕。該技術(shù)從1972年開始進(jìn)行中試到20xx在荷蘭投入商業(yè)運(yùn)行,前后經(jīng)歷了30多年開發(fā)。b工藝：其以干粉進(jìn)料,純氧作為氣化劑,液態(tài)排渣。干煤粉由少量N2〔或CO2〕氣體吹入氣化爐,該爐型對煤粉的粒度有一定要求〔75%通過200目篩〕,煤粉需經(jīng)熱風(fēng)干燥〔含水﹤2%〕,根據(jù)煤種不同氣化中心溫度在1600oC～2200oC之間,出爐煤氣須臾一部分冷卻后的循環(huán)煤氣混合,激冷至900oC左右后再導(dǎo)入廢熱鍋爐,產(chǎn)生高壓過熱蒸汽,以回收氣化顯熱。c適用和經(jīng)濟(jì)評價(jià)：采用膜式水冷壁氣化爐而非耐火磚,水冷壁爐體使高溫氣化〔1700oC〕可行,因此降低了運(yùn)行成本的同時(shí)拓寬了原料選擇X圍。氣化后產(chǎn)生的CO2含量低,有效氣體〔CO+H2〕的體積分?jǐn)?shù)約占90%,氧耗比水煤漿氣化約低10%。膜式壁的設(shè)計(jì)壽命25年,噴嘴1年。加壓氣化減小了設(shè)備體積。干煤氣有效成份﹥90%,甲烷含量很低。煤中約有83%以上的熱能轉(zhuǎn)化為有效氣,約有15%左右的熱能一高壓蒸汽的形式回收。氣化溫度高塔轉(zhuǎn)化率高,副產(chǎn)物和灰很少比較清潔。存在的主要問題是投資大,設(shè)備造價(jià)高,7大工序系統(tǒng)I/O控制點(diǎn)共達(dá)3000多個對人員素質(zhì)提出了很高的要求,干燥、磨煤、高壓氮?dú)馀c回爐激冷用合成氣的加壓所需功耗較大,同時(shí)疲勞設(shè)備多、施工難度大也提高了建設(shè)成本。2.3.4GSPa歷史：GSP是20世紀(jì)70年代由前XX德國燃料研究所開發(fā)的,最初用于高灰分生產(chǎn)民用煤氣,后西門子氣化研究中心1979、1996年建立了兩套中試工業(yè)裝置。1984年在黑水泵氣化廠建成了單爐720t/d投煤量的示X裝置運(yùn)行至1991年,后將原料改為焦油、油渣等。20xx英國BASF建立塑料廠30MW氣化生產(chǎn)廢料的氣化裝置,20xx捷克Vresova175MW氣化焦油IGCC工業(yè)裝置開車。GSP技術(shù)自1989年起氣化過60余種物料,其中包括各種變質(zhì)程度和灰分含量的煤、城市污泥、工業(yè)廢渣、石油焦以與一些固體廢物的干流產(chǎn)物等。b工藝：合格粉煤制備與輸送,有低壓N2濃相輸送和高壓CO2濃相輸送系統(tǒng),通過煤鎖斗、壓力供料倉將粉煤、純氧、蒸汽在4Mpa壓力下經(jīng)三通道噴嘴從頂部噴入氣化室,1400oC～1500oC下煤轉(zhuǎn)化成煤氣和熔融的渣。高溫煤氣在激冷室被噴灑的水冷卻到220oC進(jìn)入文丘里洗滌器,將煤氣中塵體積濃度降至1mg/m3<干〕,煤氣中飽和的水供變換用。熔渣在激冷室降溫固化成粒狀落入下部的水浴中,通過灰鎖斗排入渣水槽,用撈渣機(jī)撈出渣,含塵廢水排出后經(jīng)處理大部分回用。c適用和經(jīng)濟(jì)評價(jià)：GSP采用干煤粉進(jìn)料,盤管式水冷壁結(jié)構(gòu)簡單,擴(kuò)大了煤種選擇X圍同時(shí)也避開了耐火磚的使用。下噴的直接激冷使其設(shè)備造價(jià)大幅度下降,流程簡單,激冷后合成氣中的水蒸氣也基本能滿足后續(xù)工段的變換使用,也可用廢熱鍋爐回收熱量產(chǎn)生高壓蒸汽,如IGCC用戶。除了噴嘴均為碳鋼制造,造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用均低,還有運(yùn)行可靠周期長的特點(diǎn)?？捎糜诙喾N工業(yè)、生活肥料氣化處理,經(jīng)濟(jì)適用度高。目前存在的問題是工業(yè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不足,國內(nèi)可參考數(shù)據(jù)不足。3國內(nèi)煤氣化技術(shù)發(fā)展歷程3.1煤氣化技術(shù)的引進(jìn)煤氣化技術(shù)早期的引進(jìn)確實(shí)推動了我國經(jīng)濟(jì)和煤化工技術(shù)實(shí)力的進(jìn)步,但是應(yīng)該看到盲目的引進(jìn)不完善技術(shù)和重復(fù)建設(shè)令政府和企業(yè)蒙受了慘重的損失。3.1.1Lurgi我國50年代引進(jìn)魯奇技術(shù),在XX解放軍化肥廠建設(shè)第一代加壓氣化爐,用于氣化褐煤生產(chǎn)合成氨原料氣。XX煤氣廠的魯奇爐80年代引進(jìn),生產(chǎn)城市煤氣,屬于第二代魯奇爐。XX天脊煤化工公司80年代由原聯(lián)邦德國引進(jìn)Mark-Ⅳ魯奇三代加壓氣化爐,用于用于生產(chǎn)合成氨原料氣。90年代XX氣化長引進(jìn)5臺、XX義馬氣化廠引進(jìn)2臺用于生產(chǎn)城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇。XX氣化廠已經(jīng)成功用氣化污水中的焦油加氫直接液化成汽油柴油。原料對塊煤的要求也可以通過型煤技術(shù)解決,XX義馬氣化廠已經(jīng)完成了15%摻燒實(shí)驗(yàn)并取得成功。魯奇加壓氣化爐多臺并運(yùn)同樣可以大型化、多聯(lián)產(chǎn),XX廣匯新能源和中國大唐電力都準(zhǔn)備成規(guī)模建設(shè)魯奇氣化項(xiàng)目。3.1.2恩德爐溫克勒氣化是流化床煤氣化技術(shù)的代表,至今世界上運(yùn)轉(zhuǎn)的工業(yè)裝置已不多。國內(nèi)目前用于工業(yè)生產(chǎn)的恩德爐粉煤氣化技術(shù)屬溫克勒煤氣化技術(shù)。由中國XX恩德機(jī)械XX自朝鮮引進(jìn),做出了三項(xiàng)重大改進(jìn)。恩德爐氣化爐底改為噴嘴布風(fēng),解決了爐壁易結(jié)渣的問題,有利提高氣化溫度和運(yùn)轉(zhuǎn)率。氣化爐上部設(shè)二次進(jìn)風(fēng)噴嘴,出口增設(shè)干式旋風(fēng)除塵器,將煤氣夾帶的細(xì)煤粒和熱灰回收返回氣化爐內(nèi),再次流化氣化,形成熱物料循環(huán)。目前恩德爐最大爐型單爐產(chǎn)40000m3/h,可處理褐煤、長焰煤、不黏煤、弱黏煤等。要求原料煤灰分﹤40%,水分﹤8%,粒度﹤10mm,根據(jù)所產(chǎn)煤氣的用途氣化既可以有空氣加水蒸汽、富氧空氣加水蒸汽、純氧加水蒸汽等選擇。氣化爐的生產(chǎn)負(fù)荷可以在設(shè)計(jì)負(fù)荷的60%～105%X圍內(nèi)調(diào)節(jié)。恩德爐的技術(shù)成熟可靠、運(yùn)行安全穩(wěn)定、煤種適應(yīng)性優(yōu)良、氣化效率較高操作彈性大、建設(shè)投資小生產(chǎn)成本低。氣化爐年運(yùn)轉(zhuǎn)率可達(dá)90%以上。但存在氣化壓力低設(shè)備體積大、煤氣有效成份較低、煤氣中夾帶粉塵多灰渣含碳量高煤氣洗滌水處理難度大等缺點(diǎn)。3.1.3Texaco1978年后,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,國外不同的煤氣化技術(shù)先后引進(jìn)到國內(nèi),目前有60臺GE〔Texaco〕氣化技術(shù)在運(yùn)轉(zhuǎn)或建設(shè)。其中20余臺在我國,魯南化肥廠用于合成氨原料氣,激冷流程操作壓力3.0Mpa；XX化肥廠用于合成氨原料氣,激冷流程,操作壓力6.5Mpa氣化爐3臺；XX焦化三聯(lián)供裝置氣化壓力4.0Mpa氣化爐4臺。引進(jìn)Texaco的專利費(fèi)用很高,國內(nèi)的水煤漿氣化技術(shù)將具有相當(dāng)競爭力。3.1.4ShellSCGP殼牌公司自從20xx6月在中國簽訂第一個技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議,至今已陸續(xù)與國內(nèi)17家企業(yè)簽訂了19份技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議。國內(nèi)目前已簽約引進(jìn)19套SCGP共23臺氣化爐,其中9套〔10臺〕用于生產(chǎn)合成氨,9套〔11臺〕用于生產(chǎn)甲醇,1套〔2臺〕用于生產(chǎn)氫氣,已有13套〔14臺〕建成投產(chǎn)。加快殼牌煤氣化技術(shù)的本土化與關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化,可以大幅度降低煤氣化項(xiàng)目的總成本,并提高售后服務(wù)效率。20xx殼牌與中國船舶重工集團(tuán)公司第711研究所簽訂了首個授權(quán)協(xié)議,制造的粉煤燒嘴已通過了殼牌全球解決方案國際公司認(rèn)證,是國內(nèi)首次國產(chǎn)化。同年,東方鍋爐〔集團(tuán)〕股份XX、XX華光鍋爐股份XX和XX海陸重工股份XX相繼與殼牌簽約,獲授權(quán)制造關(guān)鍵設(shè)備,主要生產(chǎn)氣化爐與合成器冷卻器內(nèi)件。目前,殼牌氣化爐設(shè)備的國產(chǎn)化率已達(dá)到95%。3.2煤氣化技術(shù)的自主研發(fā)3.2.1發(fā)展歷程改革開放30年來,在國家政策的支持下,國內(nèi)在消化和改進(jìn)引進(jìn)技術(shù)方面做了大量工作：70年代起西北化工研究院開發(fā)了水煤漿氣化技術(shù)并建設(shè)了中試裝置,為此后魯南、淮化、渭河、XX焦化4家單位引進(jìn)Texaco水煤漿氣化技術(shù)提供了豐富的經(jīng)驗(yàn)；"九五"期間就"整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)〔IGCC〕關(guān)鍵技術(shù)〔含高溫凈化〕"立項(xiàng),有十余個單位參加公關(guān)；1999年科技部立項(xiàng)的國家973項(xiàng)目"煤的熱解、氣化與高溫凈化過程的基礎(chǔ)研究"已完成；20xx科技部立項(xiàng)973項(xiàng)目"大規(guī)模高效氣流床煤氣化技術(shù)的基礎(chǔ)研究"。華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠、中國天辰化學(xué)工程公司共同承擔(dān)國家"十五"科技攻關(guān)計(jì)劃課題"粉煤加壓氣化制備合成氣新技術(shù)研究與開發(fā)"。20xx完成了熱膜式氣化爐中試裝置運(yùn)行考核20xx完成了水冷壁式氣化爐中試裝置的運(yùn)行考核。國電熱工研究院承擔(dān)863計(jì)劃課題,進(jìn)行具有自主知識產(chǎn)權(quán)的干粉煤氣化工藝的開發(fā),建設(shè)中試裝置并通過了科技部驗(yàn)收,目前正在建設(shè)單爐2000t/d工業(yè)示X裝置,配套200MWIGCC發(fā)電列入"十一五"863計(jì)劃。中國科學(xué)院XX煤炭化學(xué)研究所在中試的基礎(chǔ)上進(jìn)行了流化床氧氣/蒸汽鼓風(fēng)制合成氣的工業(yè)示X裝置開發(fā),煤處理能力為100t/d、常壓,目前已投入生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。清華大學(xué)建立了富氧氣流床分級煤氣化實(shí)驗(yàn)裝置。3.2.2灰熔聚XX秦晉煤氣化工程設(shè)備XX開發(fā)的灰粘聚流化床粉煤氣化技術(shù)也屬于流化床煤氣化技術(shù)。XX城化股份XX建成一套Φ2.4m氣化裝置,于20xx通過專家組72h考核。XX堿廠采用該技術(shù)以XX煙煤代替原料渣油對合成氨造氣工藝進(jìn)行改造。XXXX飛行化工〔集團(tuán)〕也采用此技術(shù)對其合成氨粉煤氣化工程進(jìn)行了改造。中科院XX煤化所1990年完成灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)的大規(guī)模低壓中間實(shí)驗(yàn)。20xx,常壓下單爐100t/d合成氨在XXXX固城化肥廠運(yùn)行。20xx設(shè)建立了大型加壓灰熔聚流化床粉煤氣化半工業(yè)化裝置,現(xiàn)能夠達(dá)到操作壓力0.03MPa～0.6Mpa,單爐處理能力100t/d～300t/d配套20kt/a～60kt/a合成氨或甲醇。目前有XXXX無煙煤礦業(yè)集團(tuán)天溪煤制油分公司用于生產(chǎn)煤制油合成氣,操作壓力0.6Mpa6臺；XX霍煤雙興煤氣化公司用于生產(chǎn)煤氣；XXXX金石化肥廠用于生產(chǎn)合成氨原料氣。3.2.3多噴嘴對置式水煤漿氣化從20xx開始,先后在XX華魯恒盛化工XX和兗礦集團(tuán)國泰化工XX建設(shè)了兩套多噴嘴對置水煤漿氣化技術(shù)的商業(yè)性示X裝置,建設(shè)納入了國家"863"和其它科技計(jì)劃。此技術(shù)包括4個工序：磨煤制漿、多噴嘴對置式水煤漿氣化、合成氣初步凈化、含渣水處理。該工藝基于成熟的水煤漿制備技術(shù),創(chuàng)新點(diǎn)主要集中在后三個工序。運(yùn)行結(jié)果表明：有效氣成分約83%,比相同條件下的Texaco高2%～3%；碳轉(zhuǎn)化率＞98%,比Texaco高2%～3%；比煤耗、比氧耗均比Texaco低7%左右。表2多噴嘴對置氣化爐中試裝置與Texaco水煤漿氣化爐工業(yè)裝置工藝指標(biāo)比較[2]該成果已被國內(nèi)外同行廣泛了解、認(rèn)可,目前在國內(nèi)已推廣到XX滕州鳳凰甲醇、XX靈谷合成氨、XX索普甲醇與乙酸、兗礦魯南化肥廠改造、兗礦國泰第三套氣化爐、XX寧煤600kt/甲醇項(xiàng)目、XX九泰1800kt/a甲醇項(xiàng)目、"十一五"863計(jì)劃的兗礦XX1000kt/a煤制油和華電IGCC發(fā)電項(xiàng)目等,截至20xx3月運(yùn)轉(zhuǎn)和在建的氣化爐18家企業(yè)共50臺,占到國內(nèi)大型煤氣化裝置市場的1/3左右,已于美國Valero公司簽訂技術(shù)許可合同,建設(shè)5臺單爐日處理量2500t石油焦的氣化裝置。3.2.4多噴嘴對置式干煤粉加壓氣化華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠、中國天辰化學(xué)工程公司合作,20xx建于魯南化肥廠的國內(nèi)首套自主知識產(chǎn)權(quán)粉煤加壓氣化中試裝置通過72h專家現(xiàn)場考核。20xx以二氧化碳為輸送載氣進(jìn)行氣流床粉煤加壓氣化的中試裝置的運(yùn)行,試驗(yàn)結(jié)果與Shell、GSP技術(shù)指標(biāo)基本一致。20xx,完成了粉煤加壓氣化中試裝置〔水冷壁式氣化爐〕通過72h專家現(xiàn)場考核。中試裝置氣化溫度1300～1400oC,氣化壓力為2.0Mpa～3.0Mpa,根據(jù)一對噴嘴或4個噴嘴運(yùn)行情況不同,裝置操作負(fù)荷可調(diào)X圍較大,為15～45t/d。氧煤比主要操作X圍為0.5m3/kg～0.6m3/kg,蒸汽煤比操作X圍0kg～0.3kg。該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化列入國家"十一五"863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目,將在XX建成1000t/d的工業(yè)化示X裝置,配套生產(chǎn)合成氨,計(jì)劃于20xx投入生產(chǎn)。3.2.5TPRI兩段干煤粉氣化采用一段氣化的氣流床煤氣化技術(shù)為了使熔融態(tài)氣化灰渣迅速凝固,都采取激冷辦法,但問題同樣是激冷過程高位能量損失較大。國電熱工研究院借鑒E-Gas氣化爐化學(xué)法回收濕煤氣顯熱的原理,提出兩段式干粉煤氣化工藝〔TPRI〕。工藝氣化溫度X圍1300oC～1700oC,反應(yīng)壓力0.5Mpa～4.0Mpa,碳轉(zhuǎn)化率﹥99%,有效氣體成分﹥90%。從褐煤到無煙煤,灰分5%～13%,水分4%～35%,灰熔點(diǎn)1200oC～1500oC.與同類氣流床氣化技術(shù)相比裝置尺寸小造價(jià)低40%～50%。目前有中國華能集團(tuán)投資處理2000t/d〔兩段廢鍋〕配套250MWIGCC發(fā)電的工業(yè)示X裝置在XX開發(fā)區(qū)即將建成。內(nèi)蒙世林化工XX300kt/a甲醇項(xiàng)目采用的處理1000t/d〔兩段激冷〕即將投運(yùn)。3.2.6MCSG多元料漿單噴嘴頂置氣化該技術(shù)是由西北化工研究院開發(fā)的大型粉煤氣化技術(shù),20xx實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用,已有三套工業(yè)裝置實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行。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)和油水等配合形成多元料漿。3.2.7HT-L航天爐原航天十一所借鑒Shell、GSP、Texaco工藝的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)、配置自行研制的盤管式水冷壁氣化爐形成該設(shè)計(jì),原料煤種適應(yīng)性廣,高灰高硫高水分煤種同樣適用。燒嘴同GSP采用單燒嘴頂置,爐體采用Texaco激冷工藝,氣化溫度1400oC～1600oC,氣化壓力2.0Mpa～4.0Mpa。氣化數(shù)據(jù)與Shell和Texacao相近,各方面經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理。缺點(diǎn)是激冷工藝熱損失較大。4煤氣化工藝的總結(jié)比較工業(yè)大型煤氣化技術(shù)的選擇一般遵循以下的原則：環(huán)境友好,廢棄物可循環(huán)或易處理。多方面綜合考慮技術(shù)使用成本以盡量獲得最大經(jīng)濟(jì)效益。煤氣化裝置對原料和生產(chǎn)規(guī)模的適應(yīng)性,綜合考量企業(yè)整體生產(chǎn)。技術(shù)先進(jìn)并成熟可靠的平衡。操作靈活,開、停車,調(diào)荷簡便容易。自控完善。與下游發(fā)電或合成工藝有良好的兼容性?？傮w上來說當(dāng)下煤氣化的發(fā)展趨勢也是技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)的評判標(biāo)準(zhǔn)。加壓高溫氣化基本代表了提高氣化工藝指標(biāo)、高效潔凈生產(chǎn)的程度；粉煤氣化有助于提高煤資源利用率；液態(tài)排渣代表了氣化工藝可操作性的提高。各種工藝綜合評價(jià)時(shí)對于不同用途、地區(qū)的要求可選擇不同的氣化技術(shù)。而相應(yīng)的,煤氣化技術(shù)都基于不同目的開發(fā),具有各自的技術(shù)特點(diǎn)。舉例來說,魯奇氣化技術(shù)落后但投資最省,如果用途主要為生產(chǎn)城市煤氣或需要利用魯奇煤氣化技術(shù)中冷煤氣CH4含量高的特點(diǎn)就非常合適。同類的BGL投資較高但氣化指標(biāo)更加先進(jìn)、資源使用更高效、生產(chǎn)過程更潔凈,環(huán)保壓力比舊魯奇技術(shù)要小的多。而流化床相對固定床生產(chǎn)能力、煤種適應(yīng)性有很大提高,使用經(jīng)驗(yàn)和國產(chǎn)化成本遠(yuǎn)低于最領(lǐng)先的進(jìn)口氣流床氣化技術(shù)。氣流床技術(shù)是目前應(yīng)用于工業(yè)的最先進(jìn)技術(shù),雖然建設(shè)投資過高使用經(jīng)驗(yàn)也不豐富,但引進(jìn)消化其技術(shù)進(jìn)行國產(chǎn)化和改進(jìn)研究對我國煤氣化整體水平和自主研發(fā)能力都有極大的促進(jìn)作用。影響煤氣化工藝選擇的因素是多方面的,既有宏觀方向的把握又有具體如廠址、人工條件的考量。我國的煤化工、化肥、陶瓷等行業(yè)的企業(yè),需要根據(jù)各自的情況具體分析,在保護(hù)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的前提下最大化經(jīng)濟(jì)、社會效益,切不可走上先污染后治理的老路或貪功冒進(jìn)一位追尋高科技的虛名。表3五種煤氣化工藝技術(shù)性能比較[7]表4四種氣化工藝主要參數(shù)比較[8]表5氣流床氣化爐技術(shù)參數(shù)[9]參考文獻(xiàn)X斌.煤氣化的科學(xué)發(fā)展.XX煤氣.2011,4:30-32王輔臣,于廣鎖,龔欣,X海峰,王亦飛,梁欽