13种气化炉工艺

13种煤气化工艺的优缺点及比较我国是一个缺油、少气、煤炭资源相对而言比较丰富的国家，如何利用我国煤炭资源相对比较丰富的优势发展煤化工已成为大家关心的问题。近年来，我国掀起了煤制甲醇热、煤制油热、煤制烯烃热、煤制二甲醚热、煤制天然气热。有煤炭资源的地方都在规划以煤炭为原料的建设项目，这些项目都碰到亟待解决原料选择问题和煤气化制合成气工艺技术方案的选择问题。现就适合于大型煤化工的比较成熟的几种煤加压气化技术作评述，供大家参考。1、常压固定层间歇式无烟煤（或焦炭）气化技术这是目前我国生产氮肥的主力军之一，其特点是采用常压固定层空气、蒸汽间歇制气，要求原料为25-75mm的块状无烟煤或焦炭，进厂原料利用率低，单耗高、操作繁杂、单炉发气量低、吹风气放空对大气污染严重。从发展看，属于将逐步淘汰的工艺。2、常压固定层间歇式无烟煤（或焦炭）富氧连续气化技术这是从间歇式气化技术发展过来的，其特点是采用富氧为气化剂，原料可采用8-10mm粒度的无烟煤或焦炭，提高了进厂原料利用率，对大气无污染、设备维修工作量小、维修费用低，适合于有无烟煤的地方，对已有常压固定层间歇式气化技术的改进。3、鲁奇固定层煤加压气化技术主要用于气化褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤，要求原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱粘结性，适用于生产城市煤气和燃料气，不推荐用以生产合成气。4、灰熔聚流化床粉煤气化技术中科院山西煤炭化学研究所的技术，2001年单炉配套20kt/a合成氨工业性示范装置成功运行，实现了工业化，其特点是煤种适应性宽，可以用6-8mm以下的碎煤，属流化床气化炉，床层温度达1100℃左右，中心局部高温区达到1200-1300℃，煤灰不发生熔融，而只是使灰渣熔聚成球状或块状排出。床层温度比恩德气化炉高100-200℃，所以可以气化褐煤、低化学活性的烟煤和无烟煤，以及石油焦，投资比较少，生产成本低。缺点是气化压力为常压，单炉气化能力较低，产品中CH4含量较高（1%-2%），环境污染及飞灰综合利用问题有待进一步解决。此技术适用于中小氮肥厂利用就地或就近的煤炭资源改变原料路线。5、恩德粉煤气化技术恩德炉实际上属于改进后的温克勒沸腾层煤气化炉，适用于气化褐煤和长焰煤，要求原料为不粘结或弱粘结性、灰分小于25%-30%，灰熔点高（ST大于1250℃）、低温化学活性好的煤。至今在国内已建和在建的装置共有9套，14台气化炉。属流化床气化炉，床层温度在1000℃左右。目前最大的气化炉，用富氧气化，最大产气量为40000m3/h半水煤气。缺点是气化压力为常压，单炉气化能力还比较低，产品气中CH4含量高达1.5%-2.5%，飞灰量大、对环境的污染及飞灰综合利用问题有待解决。6、GE德士古（Texaco)水煤浆加压气化技术GE德士古（Texaco)水煤浆加压气化技术，属气流床加压气化技术，原料煤经磨制成水煤浆后用泵送进气化炉顶部单烧嘴下行制气，原料煤运输、制浆、泵送入系统比Shell和GSP等干粉煤加压气化要简单得多，安全可靠、投资省。单炉生产能力大，目前国际上最大的气化炉日投煤量为2000t，国内已投产的最大气化炉日投煤量为1000t。国内设计中的气化炉能力最大为1600t/d。该技术对原料煤适应性较广，气煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、高硫煤及低灰熔点的劣质煤、石油焦等均能作气化原料。但要求原料煤含灰量较低，煤中含灰量由20%降至6%，可节省煤耗5%左右，氧耗10%左右。另外，要求煤的灰熔点低。由于耐火砖衬里受高温抗渣的限制，一般要求煤的灰熔点在还原性气氛下的T4＜1300℃，对于灰熔点稍高的煤，可以添加石灰石作助熔剂，降低灰熔点。还要求灰渣粘温特性好，粘温变化平稳，煤的成浆性能要好。气化压力从2.7、4.0、6.5到8.5MPa皆有工业性生产装置在稳定长周期运行，装置建成投产后即可正常稳定生产。气化系统的热利用有两种形式，一种是废热锅炉型，可回收煤气中的显热，副产高压蒸汽，适用于联合循环发电；另一种是水冷激型，制得的合成气水气比高达1.3～1.4，能满足后续CO变换工序的需要，变换工序不需要外供蒸汽同，适用于制氢、制合成氨、制甲醇等化工产品。气化系统不需要外供蒸汽、高压氮气及输送气化用原料煤的N2和CO2。气化系统总热效率高达94%-96%，高于Shell干粉煤气化（为91%-93%）和GSP干粉煤气化（为88%-92%）。气化炉结构简单，为耐火砖衬里。气化炉无转动装置或复杂的膜式水冷壁内件，所以制造方便、造价低，同时由于采用热壁炉，炉内热容量比较大，气化炉升温至1000℃以上后，即可直接喷水煤浆投料，生产安全可靠。在开停车和正常生产时无需连续燃烧一部分液化气或燃料气（合成气）。煤气除尘也比较简单，可以了只需要一个文丘里洗涤器和一台洗涤塔就可以了，无需价格昂贵的高温高压飞灰过滤器，投资省。单炉年运转时间为270～300天，碳转化率达96%-98%，有效气成分（CO+H2）为80%-83%；有效气（CO+H2）比氧耗为336-410m3/km3，有效气（CO+H2）比煤耗为550-620kg/km3。国外已建成投产的装置有6套，15台气化炉；国内已建成投产的装置有8套，24台气化炉，正在建设、设计的装置还有4套，13台气化炉。已建成投产的装置最终产品有合成氨、甲醇、醋酸、醋酐、氢气、一氧化碳、燃料气、联合循环发电。各装置建成投产后，一直连续稳定、长周期运行。装备国产化率已达90%以上，由于国产化率高，装置投资较其它加压气化装置都低。水煤浆加压气化与其它加压气化装置建设费用的比例为Shell法：GSP法：多喷嘴水煤浆加压气化：水煤浆法=(2-2.5)：(1.4-1.6)：(1.2-1.3)：1。对于水煤浆加压气化技术国内已掌握了丰富的工程技术经验，已培养出一大批掌握该技术的设计、设备制造、建筑安装、煤种评价、试烧和工程总承包的单位及工程技术人员，所以从建设、投产到正常连续运行的周期比较短，这是业主所期望的。缺点是气化用原料煤受气化炉耐火衬里的限制，适宜于气化低灰熔点的煤。碳转化率较低，比氧耗和比煤耗较高。气化炉耐火砖使用寿命较短，一般为1-2年，国产砖寿命为一年左右，1台投煤量为1000t/d的气化炉耐火砖约需500万元左右，有待改进。气化烧嘴寿命较短，一般使用2个月后，需停车进行检查、维修或更换喷嘴头部，有待改进和提高。我国自鲁南化肥厂第一套水煤浆加压气化装置（2台气化炉）1993年建成投产以来，相继建成了上海焦化厂气化装置（4.0MPa气化，4台气化炉，于1995年建成投产），渭河化肥厂气化装置（6.5MPa气化，3台气化炉，于1996年建成投产），淮南化肥厂气化装置（4.0MPa气化，3台气化炉，于2000年建成投产），金陵石化公司化肥厂气化装置（4.0MPa气化，3,,,,台气化炉,于2005年建成投产），浩良河化肥厂气化装置（3.0～4.0MPa气化，3台气化炉，于2005年建成投产），南化公司气化装置（8.5MPa气化，2006年建成投产），南京惠生气化装置（6.5MPa气化，2007年建成投产）等装置。由于我国有关生产厂的精心消化吸收，已掌握了丰富的连续稳定运转经验，新装置一般都能顺利投产，短期内便能连续稳定、高产、长周期运行。并且掌握了以石油焦为原料的气化工艺技术。还有一点需要提一下的是煤耗和氧耗问题，它与原料煤质的关系比较大。无论是Shell法或GSP法，在用干粉煤气化时，需向气化炉内输入过热蒸汽，其用量以有效气（CO＋H2）计为120～150kg/km3，过热蒸汽与粉煤的比例为（0.22～0.25）∶1，相当于水煤浆中含水20%。干粉煤气化宣传资料上介绍的煤耗和氧耗，实际上是忽略了生产过热蒸汽所用的煤耗。在正常生产时，如需燃烧一部分然料气，必将增加氧耗及燃料气耗（折煤耗），备煤时煤干燥需要增加煤耗。宣传资料介绍，这两种方法的煤耗和氧耗比较低，有效气（CO＋H2）煤耗为550～600kg/km3，氧耗为330～360m3/km3，加上以上这些煤耗和氧耗，实际上有效气（CO＋H2）总煤耗将为590～670kg/km3，总氧耗将为380～410m3/km3。煤耗和氧耗不仅不低，而且比水煤浆气化法高或相仿。另外还要考虑制备干煤粉及输送干煤粉增加的电耗和激冷用返回气循环压缩机增加的电耗。鉴于以上几点，水煤浆加压气化工艺技术是一项成熟、国产化率高、投资省、建成后就能顺利投产，长周期稳产高产的工艺技术。存在的缺点有待在生产实践中改进提高。7、多元料浆加压气化技术多元料浆加压气化技术是西北化工研究院提出的，具有自主知识产权。其基本生产装置与水煤浆加压气化技术相仿，属气流床单烧嘴下行制气。典型的多元化料浆组成为煤60%-65%、油料10%-15%，水20%-30%，粘度不大于2500cP。但在制备多元化料浆时掺入油类的办法与当前我国氮肥工业以煤代油改变原料路线的方针不符合，是不可取的，有待改进。8、多喷嘴（四烧嘴）水煤浆加压气化技术“九五”期间，华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司承担了国家重点科技攻关课题“新型（多喷嘴对置）水煤浆气化炉开发”。该技术为气流床多烧嘴下行制气，气化炉内用耐火砖衬里。开发成功后，相继在山东德州华鲁恒升化工有限公司建设了一套气化压力为6.5MPa、日处理煤750t的气化炉系统，于2005年6月正式投入运行，至今运转良好。在山东滕州兖矿国泰化工有限公司建设了两套气化压力为4.0MPa、气化温度约为1300℃、日处理煤1150t的气化炉系统，配套生产240kt/a甲醇，联产IGCC联合循环发电，发电能力为71.8MW，现在实际发电能力已达到80MW。于2005年7月21日一次投料成功，运行至今。经考核验收，同样以北宿洗煤为原料气化，多喷嘴水煤浆加压气化与单烧嘴加压气化相比，气化技术指标见表4，气化用煤种分析见表5。表4：多喷嘴气化与单烧嘴气化结果对比表项目多喷嘴气化单烧嘴气化(Texaco)有效气（CO＋H2）含量/%84.982～83碳转化率/%＞9896～98有效气比煤耗/kg/km3535约547有效气比氧耗/m3/km3314约336表5气化用煤质分析表项目数值项目数值项目数值工业分析元素分析灰熔点/℃水分（Mad）/%2.18全硫(Stad)/%2.84DT1090灰分(Ad)/%7.32碳(Cad)/%74.73ST1100挥发分(Vdaf)/%45.44氢(Had)/%5.13HT1120固定碳(FC)/%49.46氧(Oad)/%8.77FT1130氮(Nad)/%1.20多喷嘴气化炉与单烧嘴气化炉相比，有效气成分提高2～3个百分点，CO2含量降低2～3个百分点，碳转化率提高2～3个百分点，比煤耗可降低约2.2%，吨甲醇煤耗减少100～150kg，比氧耗可降低6.6～8%，这是很有吸引力的。同时调节负荷比单烧嘴气化炉灵活。适宜于气化低灰熔点的煤。已建成及在建项目共12家，31台气化炉。已顺利投产的有3家，5台气化炉。在建的最大气化炉投煤量为2000t/d，6.5MPa。值得一提的是该技术现已跨出国门，美国Valero能源公司最近已决定采用多喷嘴水煤浆加压气化技术，采用石油焦为原料加压气化。目前已与华东理工大学签订了许可证授权合同，与中国天辰工程公司签订了基础设计合同。该技术暴露出来的问题是烧嘴使用寿命与GEGP法一样较短；气化炉顶部耐火砖磨蚀较快，以及同样直径同生产能力的气化炉，其高度比GEGP德士古单烧嘴气化炉高，又多了三套烧嘴和相应的高压煤浆泵、煤浆阀、氧气阀、止回阀、切断阀及连锁控制仪表，一套投煤量1000t/d的气化炉投资比单烧嘴气化炉系统多2000～3000万元。与一个有3套投煤量为1000t/d的气化炉、日处理原料煤2000t的煤气化装置比较，增加投资6000～9000万元，每年要多增加维护检修费用，且增加了单位产品的固定成本。但该技术属我国独有的自主知识产权技术，在技术转让费方面比引进GEGP德士古水煤浆气化技术要少得多，还是很有竞争力的。该技术有待在生产实践中进一步改进提高。9、