褐煤气化清洁利用的重要意义

褐煤气化清洁利用对于我盟煤炭产业发展具有重要意义〖发布日期:2010-11-30〗〖作者:〗〖字体：大中小〗〖背景色：〗〖打印本稿〗〖关闭〗大力发展煤化工是我国未来能源发展的主要趋势，煤化工涉及煤的焦化、气化、液化以及煤化工制品等多个领域，随着科技进步和技术的不断成熟，煤的洁净化、高效燃烧、联合循环发电、干熄焦、炼焦过程自动化、煤炭气化以及环保洁净能源为主的煤化工能源技术越来越得到广泛的重视和应用。锡盟水资源相对短缺，不能满足大规模建设煤化工项目的用水。褐煤气化是一种最洁净的煤炭利用技术，能够避免煤直接燃烧的污染。因此，引进褐煤地上地下气化新技术（示范项目），待试验成功后大规模推广，可大大提升煤炭的清洁高效综合利用，实现“高碳能源、低碳发展”的目标，对于我盟充分利用褐煤资源有着重要而深远的意义。目前盟内应用的煤气化技术有三种，即美国比克比地上闪蒸气化技术和英伦金桥、中节能地下气化技术。试验项目有四项，分别是苏尼特碱业褐煤半焦油清洁利用（采用比克比技术）中试项目、锡市广厦比克比地上气化项目、英伦金桥地下气化项目和中节能地下气化项目。一、地上气化技术情况比克比地上气化技术源自美国比克比能源系统公司专利－闭环闪蒸气化技术，在整个工艺系统中共有40项关建的专利。该系统不燃烧煤，整个生产装置能在常压生产，不需要纯氧，开停灵活，操作弹性大，控制相对容易，热效率较高，能耗较低。核心是一台气化提质炉，只是将煤和催化剂投入到一个封闭环境中，通过“闪蒸气化”对煤进行加热，在数秒时间内，将水分、挥发成份“裂化”，被从煤当中分离出来。工作流程是将合格粒度（≤80毫米，理论上煤都可以处理成小于6mm的粉粒原料）的原煤在磨煤机进行干燥和研磨后，细度合格的煤粉由布袋收尘器进行过滤进入煤粉仓，后进入提质炉，在提质炉中短时间内被间接加热到高温，挥发份被从煤中分离出来，产生的煤气再经过冷却设施和除尘器、电捕焦油器等设备处理后产品为商用煤气（冷却、加压后的煤气，可直接送给终端用户）和煤焦油。提质后的煤粉经旋风收集、连续式间接冷却后送至制型煤工段，再通过拌合机、混碾机、成型机加工成型。每吨原煤通过干燥后可生产0.49吨活性炭，一台设备每天可产活性炭40吨。由于该工艺不燃烧任何东西，而且是在一个密封的容器里进行，所以不会产生任何排放。由于保留在产品中的碳的主体没有被燃烧，所以采用比克比技术比传统的燃煤发电或取暖工艺可以减少97%的二氧化碳排放。汞、硫、砷等仍然粘附在碳上，气体和碳物质可通过一种涡流萃取器（类似于旋风）轻易地分离。比克比系统只使用少量用于冷却的水，冷却水始终不接触任何物料，可以重复利用。比克比一台机器一天可以加工152吨煤（3000卡以上的任何质量的煤），能够生产40000立方米的天然气，成本仅为0.35元/立方米，大大低于石油燃气成本。同时，该技术对原料利用率较高，可有效处理易热粉碎原料煤，尤其适合于褐煤。生产的天然气经检验甲烷值可达到91.11%，热值高达15-18MJ/m3，副产品煤焦油固点低、粘度低、收率高，凝油收率达到铝甑干馏含油率值的75%-85%。该项目一台气化炉设备总投资仅为600美元，建设周期为8个月，生产运营期为20年，总投资为8400万元，投资回收期为7.8年，基准收益率达到了12%，在大规模利用的情况下，成本将会进一步降低。二、地下气化技术情况地下煤气化技术是一种在煤矿中直接将煤吹炼转化成合成气，这种合成气可以燃烧发电或作为生产氨水或化肥等其他煤化工产品的清洁煤化工技术。简称UCG。该种技术还特别适用于处理煤层埋藏很深难于开采的廉价煤田。煤炭地下气化与地面气化原理相同，煤气成分也基本相同，但其工艺型态不同，地面气化过程在气化炉内的煤块中进行，而地下气则在煤层中的气化通道中进行。将气化通道的进气孔一端煤层点燃，从气孔鼓入气化剂（空气，氧气，水蒸气等）。煤层燃烧后，则按温度和化学反应的不同，在气化通道形成3个带，即氧化带，还原带，干馏干燥带。经过3个反应带后，就形出了主要含有可燃组分一氧化碳、甲烷、氢气为主的煤气，这3个反应带沿气流方向逐渐向出气口移动，因而保持气化反应的不断进行。煤炭地下气化相关技术据生产阶段及技术类型可分为煤层勘探，煤炭地下气化炉建设，煤炭地下气化控制，气化煤气的处理等技术。一是煤层勘探技术。与其它勘探技术相同，主要利用地质，二维和三维地震及钻井研究煤层在地下的分布状态，厚度等。我国目前发展的主要是有井式气化（即通过人工巷道进行气化），利用废气煤矿进行地下气化，气化煤的分布状态在煤矿开采过程中多已清楚，所以这一环节在我国目前的煤炭地下气化中也不重要，但随着无井式气化（即通过钻孔进行气化）的发展，配合无井地下气化的独立的煤层勘探技术将被提到重要位置，目前的勘探技术完全能适应煤层勘探的需要。二是建炉技术。地下气化炉分为“有井式”和“无井式”两种。“无井式”气化是指气化通道通过钻孔来实现，建炉工艺简单，建设周期短，可用于深部及水下煤层气化，国外都采用无井式炉型，但由于气化通道窄小，影响出气量，钻探成本高。国内目前所建气化炉都采用有井式，气化炉建在运行中的矿井煤田上，借助矿井的巷道向气化煤层中延伸，气化炉的井下通道建好后，在气化炉与矿井巷道连接的通道中筑一道密闭墙，然后再进行气化炉的点火工作。“有井式”气化可利用老的竖井和坑道，减少建气化炉的投资，可回采旧矿井残留地下的煤柱（废物利用），气化通道大，容易形成规模生产，气化成本低。由于涉及到巷道的建设，有井式气化对于深部煤炭资源的气化由于较大的地应力和较高的地温并不适用。目前煤炭地下气化工艺按不同的气化剂种类可分为：空气连续气化、富氧气化、富氧—水蒸气化、加氢气化等。气化过程的控制工艺又可划分为双炉（多炉）交替运行，多点（移动点）供风气化，反向供风气化，脉动供风气化，压轴相综合等方法。煤炭地下气化的控制技术主要包括除去不需要的有害杂质，回收有价值副产品脱水，降温等两个内容。三是煤气处理技术。煤气中含有大量灰尘、焦油、水分、二氧化碳及氮气等。这种煤气称为热煤气或粗煤气，温度可达到200℃。因此须对粗煤气进行净化回收处理，以减少对设备、管道的堵塞和腐蚀，提高输送系统的效率，回收利用宝贵的化工产品，同时满足后续工序对原料气的要求。煤气的气净化的系统任务就是清除煤气中有害杂质，降温并获得有用的副产品。故煤气净化不但关系到煤气本身的质量，同时关系到整个气化过程的经济效益。（一）英伦金桥地下煤气化技术。该技术是将煤炭在地下矿床里面就地转化成合成燃气，是一种化学的采煤方式，整个过程把开采、气化、脱硫、脱二氧化碳、清洁除尘有机的结合在一起完成，实现井下无人、成本低廉、环保安全。该技术根据煤层厚度，在50-200米间距内开两口井至煤炭层，从进气井引入氧化剂（水、空气或水、氧气），从成品井将成品合成燃气输至地面，并且进气口和出气口可以交换使用。其特点一是可开采特深埋煤层、可开采高硫煤层，运营费用低；二是由于固体废弃物都被限制在地下，且地面设施规模小，并减少场地装置成本，不需地面燃气发生器；三是燃料成本较低，一吨煤可转换成1500-2000立方米合成气，纯利润600元/吨左右，可直接通过管道输送到最终用户，减少铁路或公路的基础设施建设。（二）中节能地下煤气化技术。该技术是将处于地下的煤炭进行有控制地燃烧，通过对煤的热解作用及化学作用产生可燃气体。将煤层中的气化通道进气孔一端的气化穴煤炭点燃，由进气孔鼓入空气、氧气和水蒸气等气化剂，由辅助孔鼓入氢气，煤炭燃烧后，按温度和化学反应的不同，在地下气化通道内形成氧气带、还原带和干馏干燥带，由此生成的粗煤气经过出气孔产出，后经分离、净化等处理，成为很好的燃料和化工原料。三、项目进展情况1、苏尼特碱业褐煤半焦油清洁利用中试项目，由锡林浩特博源清洁能源有限责任公司开发建设，建设规模为年处理褐煤20万吨，生产提质型煤9.8万吨/年，煤焦油5548吨/年，总投资8380.29万元。目前项目备案、公司注册登记、节能审批等工作已完成，环评、加气站和管网的审批文件正在办理，主设备已订购，预计明年3月底到位，4月开工建设。2、锡市广厦比克比地上气化项目：由锡林郭勒盟广厦科技发展有限公司投资建设，初步确定项目建设规模为年产约2000万立方米煤制气，总投资约8300万元。目前项目可研正在编制，项目主设备已运到锡林浩特市。因气候的原因目前设备无法安装试运行，预计明年4月开工建设。3、英伦金桥地下气化项目：由内蒙古英伦金桥清洁能源有限公司投资建设，建设总规模为40亿立方米/年煤制混合气，总投资25亿元。一期试验示范项目建设规模为8000万立方米/年煤制混合气，总投资5000万元。截止目前一期试验示范项目已完成备案工作，现正在办理公司注册登记、设计方案等有关事宜，预计明年5月开工建设。4、中节能地下气化项目：由内蒙古洁圣煤炭地下气化有限责任公司投资建设，建设规模为日处理褐煤130—160吨，总投资5.68亿元。目前项目可研已编制完成，因合作伙伴CCL（清洁煤有限公司）坚持要求按照国外的工程施工工作程序，在完成全部设计文件之后才可以动工，所以原计划今年9月提前完成钻井户外作业的计划相应调整。现正抓紧进行示范项目的设计与施工准备工作，预计明年年初开工建设。（能源、综合科供稿）