煤气化几种方式Word文档格式.docx

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Shell煤气化工艺采用干煤粉进料系统。

Shell煤气化干粉进料的煤粉磨制中，块煤经预破碎后进入煤的干燥系统，使煤中的水分小于2%，然后，进入磨煤机中被制成煤粉。

对烟煤，煤粉细度R90一般为20%~30%，磨煤机在常压下运行，制成粉后用N2气送入煤粉仓中；

然后，进入2级加压锁斗系统；

再用高压N2气，以较高的固气比将煤粉送至4个气化炉喷嘴，煤粉在喷嘴里与氧气（95%纯度）混合并与蒸汽一起进入气化炉反应。

Shell煤气化技术对粉煤输送线的稳定性要求高，在相同时间内要求煤种质量稳定。

原煤的干燥和磨煤系统与常规电站基本相同，但送料系统是高压N2浓相输送。

与水煤浆不同，Shell煤气化整个系统必须采取防爆措施。

两段式干煤粉加压气化

自1994年开始，西安热工研究院就开始进行干煤粉气流床气化技术的研究。

在国家电力公司和科技部的资助下，西安热工研究院于1997年建成了中国国内第一套干煤粉加压气化特性试验装置并进行了试验研究。

该装置的气化能力为0.7～1.0t/d煤粉，压力为3.0MPa。

利用该装置完成了14种中国典型动力煤种的干煤粉加压气化试验研究。

研究的目标是积累中国主要动力煤在干粉气化状态下的气化数据库，形成一套干煤粉加压气化评价方法，对不同煤种在干煤粉加压气化条件下的气化反应特性进行了评价，研究了煤粉气化的着火和熔渣特性、煤种与煤气成分的关系以及操作条件与气化特性的规律等等。

小型气化试验研究的成果为更大型的气化装置的设计和运行提供了依据，小型试验装置见图3-3。

在进行干煤粉加压气化小试的基础上，西安热工研究院提出了两段式干煤粉加压气化工艺，并在中国科技部“十五”863计划的支持下，以西安热工研究院为牵头单位，联合国内其他六家研究院所和生产单位，于2004年在陕西渭河化肥厂建成日处理36～40t煤的两段式干煤粉加压气化中试装置。

2005年完成试验研究，中试装置如图3-4所示。

2006年5月16日通过中国科技部的验收。

西安热工研究院在该装置上完成了若干种煤的气化试验研究，取得了充分的煤气化过程数据。

试验煤种的灰分试验范围为5％～30％，挥发分试验范围为8％～40％，灰熔点试验范围为1100℃～1600℃，覆盖了从褐煤、烟煤、贫煤到无烟煤的各种煤种。

不同煤种的气化煤气成分见表3-3。

表3-3不同煤种的气化煤气成分

煤种

神木煤

华亭煤

神华褐煤

黄陵煤

晋城无烟煤

伊南煤

CO（%）

62.38

62.79

61.9

62.36

69.93

64.96

H2（%）

29.36

28.46

27.84

28.98

21.78

26.61

CH4（%）

0.26

0.17

0.05

0.14

0.01

CO2（%）

2.76

3.41

3.59

4.29

4.52

7.64

H2O+COS（%）

0.37

0.25

0.11

0.24

0.19

N2（%）

4.87

4.92

6.51

3.99

3.61

0.59

试装置气化试验达到的气化指标如下：

碳转化率98.9％，冷煤气效率为83.2％，比氧耗298.6Nm3/1000Nm3（CO+H2），比煤耗518kg/1000Nm3（CO+H2），有效气成分（CO+H2）为91.7％。

与主要进口煤气化工业装置的合成气成分指标的对比显示：

两段式气化炉的煤气成分明显好于水煤浆进料的TEXACO气化炉，与干法进料的SHELL气化炉相当，在部分成分上甚至高于SHELL气化炉。

具体比较指标及结果见表3-4：

表3-4与主要进口煤汽化炉合成气成分指标对比

煤气成分

TEXACO

SHELL

两段式气化炉

CO%

39.35

46.30

63.30

63.5

H2%

30.78

33.20

26.70

26.50

CO2%

11.43

19.52

1.50

1.60

1.26

1.41

H2O%

16.43

2.00

1.90

2.0

CH4%

0.04

0.02

N2+Ar%

0.49

0.58

5.2

5.00

H2S+COS%

0.88

0.35

1.3

1.48

目前该技术已经进入工程放大阶段，计划首先建设日气化原煤2000吨级的“绿色煤电”煤气化发电示范装置，预计2009年投运。

另外，在化工行业中，已与内蒙世林化工有限公司签订技术转让合同，目前已进入施工设计阶段。

另外，1000吨/天级两段式干煤粉加压气化炉（激冷流程）已经应用于山西华鹿煤炭化工有限公司年产30万吨甲醇项目。

两段式干煤粉加压气化技术是一种先进可行的具有广阔应用前景的气化技术，是具有自主知识产权的加压气流床气化技术。

归结起来，两段式干煤粉加压气化技术具有以下特点：

（1）加压操作，两段式气化，气化温度高；

（2）干煤粉进料，煤种适应范围广；

（3）碳转化率高，冷煤气效率高，耗氧低，总热效率高达98%左右。

气体产品相对洁净，不含重烃，煤气中有效气体（CO+H2）体积分数高达90%以上。

高灰熔点（粉）煤加压气化

高灰熔点（粉）煤加压气化是兖矿集团承担的十一五“863”项目，针对我国煤炭中高灰（平均23%）、高灰熔点（流动温度大于1500℃）的煤占总储量的50%左右的情况，研究和开发适应高灰、高灰熔点煤的新型工业气化技术，以满足未来大规模气化需求，具有重要的战略意义。

高灰熔点（粉）煤加压气化技术开发项目的研究目标是建成一套日处理1000吨煤，具有自主知识产权的加压气流床气化工业示范装置，对高灰熔点煤排渣关键技术和设备进行试验研究，完成中国典型高灰熔点煤的工业示范装置气化试验，通过长周期运行稳定性考核，主要技术指标达到国外同类技术水平。

该项目的研究内容是通过千吨级工业示范装置的建立和运行，重点研究工业规模高灰熔点粉煤输送与供料过程，排渣工艺、加压气流床气化工艺及关键设备和工程放大技术，过程控制系统及系统模拟，示范装置设计、调试与优化运行，研究解决影响示范装置长周期、稳定、高效运行的技术问题。

主要的技术指标如下：

（1）单台气化炉日处理煤量≥1000吨；

（2）采用灰熔点（FT）≥1500℃的煤种为气化原料煤；

（3）碳转化率≥98%（干煤粉），≥95%（水煤浆）；

（4）冷煤气效率≥79%（干煤粉），≥73%（水煤浆）；

（5）合成气有效气成分（CO+H2）含量≥89%（干煤粉），≥80%（水煤浆）；

（6）比氧耗≤350Nm3O2/1000Nm3（CO+H2）（干煤粉），≤380Nm3O2/1000Nm3（CO+H2）（水煤浆）；

（7）满负荷考核连续稳定运行≥72小时。

兖矿贵州能化公司计划2010年前在贵州建成处理量1200吨/天的工业示范装置，目前兖矿在山东滕州的水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心建立了一套中试装置。

灰熔聚流化床粉煤气化

流化床粉煤气化工艺是众多煤气化方法之一。

我国在20世纪50年代就从国外引进了Winkler煤气化技术，并经长期不断改进，运行水平不断提高，但始终没有成为一种国内主流的煤气化技术。

目前全国绝大部分中、小化肥和化工企业仍采用固定床气化炉，其原料煤主要为山西、宁夏等地的无烟块煤，运输费用以及涨价因素导致原料煤成本大幅度上升，企业经济效益受到较大影响。

采用灰熔聚循环流化床粉煤气化技术，企业可使用当地价格相对较低的粉煤，实现原料煤本地化，节约运输费用，降低产品成本，让利于农民，达到支援农业、反哺农业的目的。

灰熔聚流化床粉煤气化技术由我国自主开发，并已实现了工业化运用。

该技术具有以下特点：

（1）煤种适应性广，可实现气化原料本地化；

（2）操作温度适中，无特殊材质要求；

（3）操作稳定，连续运转可靠性高；

（4）工艺流程简单，气化炉及配套设备结构简单，造价低，维护费用低；

（5）产品气中不含焦油和挥发份，洗涤水净化容易；

（6）设备投资低，气化条件温和，消耗指标低，煤气成本低。

从1994年起，中科院山西煤化所已进行了加压灰熔聚流化床气化技术小型装置的研究开发，气化炉设计压力1.5MPa（表压），直径200mm（后改用为300mm），处理能力3t/d，完成了神木煤、无烟煤和石油焦加压气化试验。

已取得的阶段性成果表明，2400mm工业气化炉加压到1.0MPa时，单炉处理量可达500t煤/d，配套10万t/a合成氨或甲醇；

加压到2.5MPa~3.0MPa时，单炉处理量可达1000t煤/d，配套20万t/a合成氨或甲醇。

2004年在山西省发改委的支持下中科院山西煤化所与山西晋城无烟煤业集团合作成立了“山西省粉煤气化工程研究中心”。

2005～2006年设计并建立了可获得工业放大数据和经验的大型加压灰熔聚流化床粉煤气化半工业装置。

2007年初完成建设，经半年的设备调试和完善，进行了17次实验，2007年12月完成了1.0MPa压力的长周期试验，取得了较好的数据并积累了运行经验。

中科院山西煤化所在3．0MPa半工业化加压灰熔聚流化床粉煤气化技术平台上完成1.OMPa的72小时长周期加压试验，设备运行平稳，达到了预期技术指标，标志着加压灰熔聚流化床粉煤气化技术取得重大突破。

这次试验以晋城无烟煤为原料，煤处理量2.5吨／小时（60吨／天），操作温度为1020℃~1050℃，试验结果为：

碳转化率—87％，煤气产率—1.8Nm3干煤气／kg煤，有效气体（CO+H2）含量65％~66％。

结果表明：

1.0MPa工业气化装置（Φ2.4m）处理能力将可达到600吨煤／日，单台炉可配套12万吨甲醇（或氨）／年系统。

图3-6为加压灰熔聚流化床粉煤气化技术半工业化装置照片：

陕西秦晋煤气化工程设备有限公司、陕西秦能天脊科技有限公司在部分借鉴陕西煤化所灰熔聚流化床粉煤气化技术的基础上也独立研究开发具有自主知识产权的灰熔聚循环流化床粉煤气化技术（CAGGTM）。

在常压灰熔聚循环流化床粉煤气化技术的基础上，陕西秦晋煤气化工程设备有限公司和陕西秦能天脊科技有限公司的加压技术的开发也一直在进行着。

陕西秦能天脊科技有限公司联合相关单位，正在进行加压（3.0MPa）工艺开发单（PDU）的开发研究工作。

目前PDU的设计方案已编制完成，正在进行专家评审，PDU装置有望2007年下半年开工建设。

届时，我国将拥有自己的加压PDU装置，可开展煤质活性评价以及煤种试烧试验工作，为加压（3.0MPa）粉煤气化技术的中试开发提供详实的基础设计数据。

加压（3.0MPa）粉煤气化技术的成功开发，将可以满足国内广阔的煤化工市场以及煤气化整体联合发电（IGCC）的要求。

在现阶段中、小规模煤气化装置原料结构调整中又掀起了利用流化床气化法进行原料煤本地化改造的热潮。

2004年国家发改委、中氮协会、小氮协会等已正式将此技术向全国中、小化肥企业推荐，其市场前景良好。

在常压灰熔聚循环流化床粉煤气化技术工业示范装置成功运行的基础上，目前工业化装置的市场推广工作进展顺利，已签定技术许可合同的项目有天津碱厂油改煤项目、天脊潞化甲醇补碳项目、平煤飞行公司合成氨改造项目（一期、二期）以及太化集团合成氨改造项目等。

天津碱厂油改煤项目已于2005年9月成功开车。

天脊潞化项目详细设计工作已结束，预计2007年下半年投料运行。

平煤飞行公司项目（一期）计划2006年下半年投料运行，二期工程预计在2007年上半年投料运行。

太化集团项目目前正在进行详细设计工作，关键设备订货已结束，计划2006年下半年投料运行。

另有若干项目已进入可行性报告编审阶段，山东、河南、湖南以及山西多家化肥企业经过考察已有合作意向。

灰熔聚循环流化床粉煤气化技术在燃料气领域的应用灰熔聚循环流化床粉煤气化技术除用于合成氨（或甲醇）原料气生产以外，还可以用于工业燃料气的生产，并且根据对燃料气压力的不同要求，将气化炉操作压力提高至0.3～0.5MPa，并保证可靠、稳定地运行。

另外，根据对燃料气热值的不同要求，可进行纯氧、富氧或空气造气。

灰熔聚循环流化床粉煤气化技术制氢及羰基合成随着国家环保要求的不断提高，对成品油的质量要求越来越高，成品油需加氢以制得高质量油料。

一般炼油厂用炼油过程中所得干气即可实现加氢能力的平衡，而目前石化企业普遍加氢能力不足。

用炼油企业的副产品——石油焦进行气化制氢是可选方案之一，但国内尚无石油焦气化制氢的工业化运行业绩。

另外，石油焦的市场价格远高于粉煤，与粉煤相比，石油焦气化制氢经济性不足。

因此，煤制氢技术将成为石化行业补充氢源的理想选择。

相对于国外煤气化技术，具有我国自主知识产权的灰熔聚循环流化床粉煤气化技术的投资、消耗、成本低并且产业化装置已成功运行，单套制氢能力分别为12500m3/h（标态，常压）、32000m3/h（标态，加压），可满足不同规模的氢源要求，市场应用前景广阔。

另外，灰熔聚循环流化床粉煤气化技术用二氧化碳代替部分水蒸气进行气化，以提高煤气中的一氧化碳产量，可作为羰基合成的

在使用该项技术时，炉煤粉的筛分干燥十分重要，煤中水份大于8%则进煤不畅，并且使气化炉进煤量时大时小，操作难以稳定。

一般要求入炉煤含水小于5%，粒度小于1毫米的细粉占比重不要大于20%，最好控制在10%以下。

灰熔聚流化床粉煤气化对原料煤的具体要求为：

（1）入炉煤的粒度≤6mm，其中≤1mm的不超过40%，≤0.14mm的不超过10%，≥6mm的不超过1%；

（2）灰熔点要高，一般要求ST≥1250℃为好，若太低，将影响气化炉能力的发挥；

（3）焦渣特性≤6，以2～4为最好；

（4）水分<

5%（指煤的外表水分），以确保入炉煤的输送畅通；

（5）灰分≤40%便可使用，但灰分为18%～20%时最佳。

航天炉煤气化

国产航天炉气化技术又称HT-L粉煤气化技术，由中国航天科技集团公司下属北京航天石化技术装备工程公司开发。

航天炉煤气化技术特性如下:

（

）干煤粉进料：

20～90微米煤粉颗粒惰性气体输送：

氮气或二氧化碳高压气化炉：

2.0～4.0MPa。

其优点表现在：

干煤粉进料气化效率高严格控制进料煤粉的水含量。

与湿法比较，1Kg水煤浆可以减少蒸发0.35Kg水，节约～2600KJ的能量，折算标煤0.113Kg（5500Kcal/Kg），占进煤量的17％。

粉煤气化比水煤浆气化：

冷煤气效率提高10％，氧耗量降低15～25％。

有效气产量提高6％。

先进成熟的干煤粉密相输送技术悬浮速度7～10m/s，固气比480Kg/m3，载气量少。

强化燃烧，提高了单位体积的产气率，气化强度高在同样生产能力下，与常压炉相比，设备尺寸最小，结构紧凑，占地面积小，燃烧效率提高。

）气化炉膛允许操作温度：

1400～1900℃，其优点表现在：

煤种适应性范围广煤的灰熔点可选范围宽（1250～1650℃），气化原料可选范围广；

碳转化率高、粗合成气品质好，CH4含量低碳转化率设计值≥99.5%，出口合成气有效气体（CO+H2）体积≥90%，CH4体积≤130PPm。

提高反应速率，可缩短反应停留时间高温、高压提高反应速率。

与水煤浆气化工艺比，更容易达到平衡状态。

平均炉内停留时间10S。

干煤粉纯氧燃烧，提高火焰中心温度，火焰短燃烧器火焰的中心温度：

1800～2150℃。

）单烧嘴顶烧组合燃烧器优点：

燃烧火焰、炉内物料流场与炉膛结构有较好的符合炉内煤粉热解区、火焰燃烧区、烟气射流区、烟气回流区以及二次反应区分布合理。

反应停留时间满足气化要求

燃烧负荷调节范围大负荷调节范围：

60%～120%

燃烧器结构设计合理、具有良好的燃烧性能中心氧与旋流煤粉混合充分，煤粉反应完全；

火焰形状、稳定性好；

安装、调试、维护方便集高能电点火装置、液化气（柴油）点火烧嘴、火检为一体，独立冷却水外盘管，拆装维护方便。

精良的加工制造工艺关键材料采用进口材料或同类特制国产材料，焊接和组装工艺严格按规范执行，整体热处理消除热应力。

烧嘴的设计寿命大大延长水冷夹套式烧嘴冷却方案，可保证烧嘴长周期运行稳定可靠。

设计寿命20年，烧嘴头部局部维护时间6月一次。

）密闭式盘管水冷壁辐射室结构，设计寿命20年优点：

水流量分布均匀“四进四出”结构可以保证管程流阻分布均匀。

控制盘管内水汽化率，调节炉内热平衡水汽化率6.5%，蒸汽产量～22000Kg/H（满负荷）。

盘管焊接接头少单根直管可达12m。

盘管轴向热膨胀量较小盘管热应力分析表明，径向热膨胀量6mm。

多组冷却水盘管便于维护和更换烧嘴盘管、渣口盘管分别进水，易于调节和更换

制造加工工艺成熟专用盘管热弯、焊接、组装、检验生产线。

）“自我修复式”耐火材料结构，维护量少优点：

“自我修复式”耐火材料结构，提高材料的使用寿命水冷壁外可以形成稳定的固渣层3～5mm，“以渣抗渣”，抵抗气体和熔渣的冲刷和磨损

水冷壁降低耐火材料的蚀损率保证SiC材料的使用温度＜1400℃，保证高温强度不降低

耐火材料的组合结构，降低炉膛散热损失炉内向外依次有液渣、固渣、SiC耐火材料、水冷壁、惰性气体保护层、高铝不定型耐火材料、外保温层，散热损失小

耐火材料的选材具有低的气孔率、较高的高温强度、较好的热稳定性不定型耐火材料最大粒径小于4mm，高温耐压强度≥85N/mm2，永久热变形≤0.73%，有效的不定型结构设计

耐火材料的施工、养护、维护和更换方便，价格低

）急冷、水浴式合成气冷却及洗涤方案，可靠性好优点：

技术方案成熟可靠Texaco工艺成熟结构，理论分析和模拟计算结果与实际情况符合很好。

对急冷环有成熟的工程业绩和分析数据对急冷环结构有长期的研究，形成独有的急冷环技术。

合成气急冷效果明显降低合成气流速、保持液膜厚度有助于急冷。

除渣、除灰效果明显水浴比喷淋、气体降温更有利于合成气中固相的除去⒌合成气中增加的饱和水可直接用于变换工序

）燃烧效率高、环保性能好优点：

冷煤气效率、热效率都高于湿法工艺控制煤粉进料水含量降低能量消耗，冷煤气效率比湿法提高10％，热效率提高6％

高温煤气化，C转化率高于湿法工艺C转化率≥99.5%，比湿法工艺提高1%，降低固渣排放

纯氧燃烧，比常压炉降低空气排烟损失额定工况热效率不小于95%

盘管冷却水副产中压蒸汽回收炉内燃烧热量3~5%

控制N2进炉量，可以降低NOx的排放固气比达12:

1，载气量较少

废水有害成分极少，生化处理后可直接排放；

固渣捕集完全，可用做建筑材料或深埋，对环境无其他污染。

）连续运行时间长、生产调幅能力强优点：

采用成熟的工艺路线充分吸收现有煤化工工艺及粉煤锅炉成熟技术，生产工艺流程容易打通，降低投资风险和研制周期；

关键设备有大量的工程业绩和专业制造厂家Texaco炉、燃烧器、水冷壁等都已国产化和在其他类似的工业产品中使用，产品的质量可以保证

粉煤燃烧器的使用周期长烧嘴头部的冷却条件比Texaco炉好，冷却盘管降低烧嘴头部的局部温度，可以延长材料的使用寿命

粉煤燃烧器更换维护方便

炉膛操作比Shell炉方便单烧嘴的点火、燃烧负荷调节、控制系统都比多烧嘴优越

水冷壁提高耐火材料的使用寿命，更换维护简便

归结起来，国产航天炉煤气化技术具有一下显著特点：

（1）干煤粉进料，惰性气体输送（N2或CO2）；

（2）加压操作（2.0~4.0MPa），高温煤气化（1400~1900℃）；

（3）碳转化率高（≥99%），冷煤气效率高（≥82%），有效气体成分（≥90%）；

（4）煤种适应范围广，控制系统自动化程度高，燃烧效率高，环保性能好；

（5）具有自主知识产权，主要设备可完全实现国产化。

航天炉煤气化工艺采用干法进料，运用先进成