煤气化技术方案比较及选择Word格式.docx
《煤气化技术方案比较及选择Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤气化技术方案比较及选择Word格式.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
SHELL和GE两种煤气化技术的主要特点
SHELL煤气化工艺与GE水煤浆气化工艺，是当前先进而又成熟的两种煤气化技术，已成功地在工业上应用多年。
两种气化工艺对比分析如下。
2.1
原料的适应性
SHELL煤气化是洁净的煤气化工艺，可以使用褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤等煤种以及石油焦为原料，也可使用两种煤掺合的混煤。
并可气化高灰分（5.7%～24.5%，最高35%）、高水分（4.5%～30.7%）和高硫分的劣质煤。
对于原料煤和燃料煤价差较大的地区有可能使其两者合一，既简化贮运系统又可降低生产成本。
对SHELL煤粉气化工艺，煤种选择已经不是气化技术的制约因素，而是经济因素。
可见该工艺在煤种选择上有很大灵活性。
GE水煤浆气化工艺也能使用较多煤种：
如烟煤、次烟煤、石油焦和煤液化残渣。
但是在煤种选择上需考虑以下两点：
①应选用含水低，尤其是内水低的煤种，否则不利于制取高浓度的水煤浆；
②选用灰熔点低和灰粘度适宜的煤种。
灰熔点FT（T3）宜低于1300℃，否则会影响气化炉内耐火砖的使用寿命。
2.2
煤的准备
原料用煤通常是粉、粒混杂不均，需筛选和研磨破碎使其达到一定粒度，以满足输送和气化操作要求。
在SHELL煤气化工艺中，将煤研磨至气化合适粒度的同时，用惰性气体的热风进行干燥。
出磨机时90%的煤粒度<
100μm，煤中含水量控制在2%以下，以利于气相输送干粉进料的要求。
在GE水煤浆气化工艺中，通常采用湿磨工艺，小于10mm粉煤与水、添加剂同时加至磨煤机，过筛后制得高浓度水煤浆。
制浆要求煤粉的“粗”“细”颗粒要有合理比例：
一般通过420μm煤粉占90%～95%，通过44μm占25%～35%较为适宜。
研磨操作中加入稳定剂后，可使煤浆浓度提高1%～2%，达到60%～67%工业应用的水平。
2.3
加煤方式与安全性
在SHELL煤气化工艺中，干燥后煤粉用氮气（或二氧化碳气）输送至贮仓，经煤锁斗入加压粉煤仓，再由高压氮气（或二氧化碳气）将煤粉均匀送至气化炉烧嘴。
由于整个过程用氮气（或二氧化碳气）密封输送，并由程序控制自动进行，实践证实这种加压下输送粉煤的进料方式，操作可靠，安全性有保证。
但对系统的防爆和防泄漏要求严格，锁斗系统操作相对比较复杂。
在GE水煤浆气化工艺中，制备的煤浆通过中间槽、低压泵、煤浆筛入煤浆槽，再由高压煤浆泵送至气化炉。
因而输送过程操作非常安全。
但是对重要设备如高压煤浆泵的质量要求较高，泵内隔膜衬里需定期更换，才能使该泵能长期稳定运行。
2.4
气化系列配置
由于SHELL煤气化工艺在开发过程中做了大量基础工作，在不同规模的试验装置中解决了各种技术关键。
因而在工业装置中采用单系统配置，不设备用系列，并已在投煤量为2000t/d生产装置中得到验证，气化装置运转率达到95%以上。
而GE水煤浆气化装置通常是多系列配置，且必须设有备用系列。
根据生产规模要求，设2～4台气化炉，可以是1开1备（2×
100%能力），2开1备（3×
50%能力）方式运行。
2.5
气化炉结构
SHELL气化炉为水冷壁结构，运行时熔融灰渣在壁面形成渣层，不仅提供气化炉壁隔热功能，而且使热能损失减少到最低，因此冷煤气效率高，合成气中CO2含量低；
同时渣层“以渣抗渣”，即使高热负荷的变化亦可保护气化炉壁免受熔渣的侵蚀，因此牢固可靠，设备维护量小。
相比之下水冷壁结构比较复杂，制造难度高。
GE气化炉结构比较简单。
以耐火砖为衬里，高温合成气与熔融灰渣直接侵蚀耐火衬里，因此衬里使用周期受到限制，寿命一般为1～2年。
2.6
烧嘴
SHELL煤粉气化炉通常是使用多个烧嘴，采用成双对称布置。
遇到负荷变动时，可以增减进烧嘴的粉煤量，也可调整烧嘴运行个数来适应生产要求。
平时维护量极少，可连续使用8000h，目前最长使用寿命已超过16000h。
而GE水煤浆气化炉，仅有一个装在气化炉顶部的烧嘴。
用于合成气生产时，烧嘴通常是三流道型固定式非可调的，只能由烧嘴本身的弹性范围来适应生产负荷变动的工况。
目前运行1500h左右就需要进行检查和维护，并需作预防性更换。
2.7
合成气冷却与热量回收
在SHELL煤气化工艺中，出气化炉高温煤气用粗煤气冷激至900℃，经合成气冷却器回收热量后，煤气温度降至350℃左右。
合成气冷却器可根据需要，生产高压蒸汽、中压蒸汽或过热蒸汽。
出合成气冷却器煤气经干法除尘后，再经热水洗涤，作合成气用时可控制煤气中水分含量在10%～20%之间，使高温煤气显热得到充分利用。
在GE水煤浆气化工艺中，煤气显热回收采用水激冷，在洗涤的同时将煤气的显热直接转化成蒸汽。
出激冷室煤气中水/气可达1.3～1.45，虽然热利用率很高，但是回收激冷室排出黑水的热量是影响回收效率高低的一个重要因素。
2.8
煤气除尘
煤气中含灰量应达到1×
10－6水平，以防止给后工序带来不良影响。
在SHELL煤气化工艺中，采用干法（高温高压过滤器）+湿法洗涤（水洗塔）的除灰流程。
干法（高温高压飞灰过滤器）除下的细灰可以出售，亦可返回磨煤系统。
在湿法洗涤除灰的同时，也脱除了煤气中NH3、HCN、Cl－等有害微量组分。
在GE水煤浆气化工艺中，通过激冷室、文丘里洗涤器、高效洗涤塔组成的湿法洗涤操作来分离煤气中固体颗粒。
2.9
渣水分离
煤气在湿洗过程中排出含灰洗涤水，又称黑水。
通常经过减压闪蒸、澄清增浓操作进行灰水分离。
两种气化工艺由于排水温度及含灰量差异，致使渣水分离流程繁简程度有所不同。
在SHELL煤气化工艺中，煤气中携带之细灰大部分（99%）在干法除尘中分离，因而湿法洗涤之排水含灰低，温度也不高，大部分循环使用。
少量排水经一级减压放出溶解气后，经过汽提、澄清、沉降后去生化处理，分离出的细煤泥可返回至磨煤系统。
在GE水煤浆气化工艺中，夹带在煤气中的所有灰分全部转入激冷室排出之黑水中，温度高（220℃）、水量大，通常设置2～4级减压闪蒸装置回收热量，再经澄清絮凝，灰浆经真空过滤以滤饼形式排出。
分离后的洗涤水返回气化，少量送污水处理。
渣水系统流程较长，而且减压阀、部分管道磨损较为严重。
2.10
炉渣与细灰
煤中的灰分经气化后，大部分以粒状炉渣从渣斗中排出，小部分成细灰从系统中分离。
灰渣中还含有少量的碳。
在SHELL煤气化工艺中，因炉内气化温度高、反应速度快，碳的转化率＞99%，因而排出的炉渣中含碳＜1%。
干法除尘排出之细灰含碳＜5%，可直接用作水泥生产原料。
在GE水煤浆气化工艺中，碳转化率为96%～98%，由于碳转化率随气化温度上升而增大，出于延长气化炉砖使用寿命考虑，实际碳转化率经常在94%～96%。
因此排出炉渣含碳2%～5%，而在滤饼中含碳量达15%～30%。
由于气化炉结构上的差异导致气化炉运行周期有较大差别。
GE气化炉内砌耐火砖，目前国产耐火砖使用寿命不到一年，国外耐火砖也只有1～2年。
GE气化装置受耐火砖的寿命、气化烧嘴运行时间等关键设备的影响，连续运行周期受到限制。
SHELL煤气化炉采用水冷壁结构，无耐火砖内衬，对气化炉操作温度的要求比GE气化炉宽松，同时气化烧嘴运行周期长，故能保证气化装置长周期运行。
两种煤气化技术的主要特点列于表1、表2。
表1
SHELL干煤粉气化工艺与GE水煤浆气化工艺比较
注：
GE工艺制得的煤气含大量水蒸气。
表2
两种煤气化工艺的典型气体成分（以大同煤峪口矿煤为基准）
3
SHELL工艺与GE工艺的应用与比较
3.1
两种煤气化技术的工程应用
目前两种煤气化技术在国内外都有较好的应用业绩，GE（TEXACO）工艺推广较早，应用业绩较多，SHELL工艺总起步较晚，但是发展迅速，后来居上。
现将两种煤气化技术的工程应用列于表3。
表3
3.2
两种煤气化技术的主要流程配置
两种煤气化技术用于生产甲醇的经典工艺流程配置如图1、表4。
图1
生产甲醇的经典配置
表4
生产甲醇的经典配置（年产600kt精甲醇）
流程说明如下。
原料煤经备煤装置（制成合格的煤粉或水煤浆）后，与空分装置来的氧气一起被分别加压送至煤气化装置的煤气化炉内，发生部分氧化反应，产生的粗煤气经煤气洗涤、CO变换、酸性气体脱除等工序，得到合格的精合成气，再经合成气压缩机压缩送至甲醇合成工序，合成的粗甲醇经甲醇精馏工序后送罐区装车，甲醇合成工序弛放气经氢回收后送燃料气管网，回收的氢返回合成气压缩机入口作为原料气使用。
两种煤气化技术主要消耗及投资的综合比较见表5、6，操作费用比较见表7。
表5
两种煤气化技术的主要消耗比较（以每小时产75t精甲醇计）
表6
两种煤气化技术投资的比较（以年产600kt精甲醇计）
万元
①甲醇装置包含变换+酸性气体脱除+压缩及甲醇合成+氢回收+甲醇精馏
表7
两种煤气化工艺操作费用的比较（以年产600kt精甲醇计）
3.3
比较结论
以上为以大同煤矿的煤峪口矿煤为基准（注：
以上比较假设该煤种是可以制成60%以上浓度的水煤浆的情况，如不能，则没有比较的必要），采用SHELL或GE的煤气化工艺年产600kt精甲醇的投资及运行费用比较。
可以看出，虽然SHELL方案投资比GE方案约高10%，但从技术先进性及操作费用上看，采用SHELL干粉煤气化工艺明显优于GE水煤浆气化工艺，其吨甲醇操作费用比GE约低7%，静态差额投资回收期约3.6年。
此外SHELL干粉煤气化工艺可以不受煤种的限制，在经济允许的情况下，可以使用目前大同煤矿提供的任何一种煤制取合成气。
本文比较所选取的煤价为每吨200元，如果煤价再升高，采用SHELL干粉煤气化工艺技术的优越性将更加显著。
以上比较结论是假设煤种是可以制成60%以上浓度水煤浆的情况，如果我们所能得到的煤种（中国有很多地方的煤质量很差）中含水分太高，或不能制成合格水煤浆，将只能选择SHELL煤气化工艺方案，特别是世界能源越来越紧张的今天，煤粉价格不断上涨，对煤种适应范围宽的煤气化技术将越来越受到重视和关注。
4
煤气化技术选择的推荐意见
根据以上比较，我们可以看出SHELL煤气化工艺在以下几方面都有明显的优越性。
①原料煤种的适应性。
SHELL煤气化工艺可以使用褐煤等煤种，可以不受煤种的限制，使用原料范围更广，属洁净煤技术，为环保性新工艺。
②工艺特点。
SHELL煤气化工艺碳转化率高、热效率高、氧耗低，气化关键设备及控制系统安全可靠。
③投资、消耗及运行费用。
虽然SHELL方案投资比GE方案约高，但从技术先进性及操作费用上，采用SHELL干粉煤气化工艺明显优于GE水煤浆气化工艺。
④运转周期。
SHELL煤气化工艺煤烧嘴可以连续运行8000h以上；
GE水煤浆气化工艺煤烧嘴运行1500h就需检查更换。
⑤环保。
SHELL煤气化工艺排出的炉渣含碳＜1%、飞灰含碳<
5%，可以再利用，同时排出的废水少；
GE水煤浆气化工艺排出的炉渣含碳2%～5%，难以再利用，同时排出的废水也多。
因此，在今后相当长的一段时间内，我们推荐采用SHELL煤气化工艺方案改造或新建化肥或甲醇装置，而且这也是大势所趋。
煤气化技术进展
李永恒（湖南湘氮实业有限公司，湖南株洲412005）2001-09-16
当前化肥生产形势严峻，企业为了生存和发展，从降低化肥生产成本着手，狠抓造气技术改造。
为此，本文介绍一些技术先进、效益好的煤气化方法，供大家借鉴。
德士古水煤浆气化技术
兖矿鲁南化肥厂的德士古水煤浆加压气化装置于1993年投入运行，经过几年的摸索，取得了较好的成果。
国家为了推广德士古技术，专门成立了“水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心”。
该中心设计出多种完整的方案，供我国中小型化肥厂技术改造时选用。
1.1
水煤浆气化原理
水煤浆气化属于气流床气化技术，即水煤浆与气化剂（纯氧）经特殊喷嘴混合后，快速进入气化炉反应室，遇室内灼热的耐火砖瞬间燃烧，直接发生火焰反应。
微小的煤粒与气化剂在火焰中并流流动，煤粒在火焰中来不及相互熔结就迅速发生气化反应，反应在数秒钟内完成。
此间放热反应和吸热反应几乎是同时进行的。
因此，水煤浆中的碳基本上全部参加了反应，高温下所有干馏产物都迅速分解转变为均相水煤气的组分，所以产生的煤气中只含有极少量的CH4。
1.2
水煤浆气化特性
（1）该气流床气化的特点是每颗煤粒均被气流隔开，能单独膨胀、软化、燃烧尽而形成熔渣，与邻近的颗粒互不相干。
燃料颗粒不易在塑性阶段凝聚和熔结。
因此，燃料的粘结性、机械强度、热稳定性等不会对气化过程产生影响。
（2）气化炉结构简单。
该技术关键设备气化炉属于加压气流床湿法加料液态排渣，不需要机械传动装置。
（3）开停炉方便，加减负荷较快。
（4）煤种适应性较广，可以利用无烟粉煤、烟煤、次烟煤、石油焦、煤加氢液化残渣等作原料。
（5）相同条件下，半水煤气价格低。
（6）碳转化率高。
该工艺的碳转化率为97％～98％。
（7）煤气质量好。
CO+H2含量≥80％，且H2与CO含量之比约为0.77，可以对CO全部或部分进行变换，以调整其比例用来生产合成氨、甲醇等。
另外后系统气体的净化处理也很简单。
（8）德士古水煤浆气化是在高压（4.0～6.7MPa）下进行，单炉产气量较高，容易形成规模化生产。
目前单炉日气化200t煤的气化炉已在运行中。
（9）三废排放物中有害物质较少。
1.3
进展情况
鲁南化肥厂对德士古水煤浆气化技术进行了改造，为我国煤气化技术的发展作出了贡献。
自1995年以来，该厂的德士古装置多次创出了新纪录，合成氨日产量最高达到346.68t，1999年生产合成氨107846t。
德士古水煤浆气化技术已很成熟，国内外已建成了多套德士古装置。
该技术在鲁南化肥厂的成功应用，为大中小化肥厂提供了成功的经验。
常压间歇式流化床技术
该技术是国内开发的常压粉煤气化技术，其特点是不用氧气，以空气和蒸汽为气化剂，对0～13mm粉煤进行气化。
生产过程只有吹风和制气。
该技术已在我国煤气工业上应用，完全可应用于化肥生产。
原化工部化肥工程技术中心曾派专家到现场考察，并在现场对流化床所产的半水煤气进行了测定。
其成分（％）如下：
从以上分析数据看，制得的半水煤气可作为生产合成氨的原料气。
该技术的特点是：
以各种粉煤（粉焦）为原料，而且可以做到蒸汽自给。
气化时没有干馏过程，焦油和酚等有机物在高温区燃烧干净，不需要建焦油和污水处理系统。
所以工程投资和煤气成本与固定床煤气炉相比可节约30％以上。
另外还具有操作简单和设备维修量小等优点。
原理与流程：
气化炉开炉前先用油点火升温，当气化炉内部温度达到要求时，粉煤由螺旋机送入炉内底部。
经过预热的空气和过热蒸汽交替从炉底进入，分别进行吹风（放热），制气（吸热）。
流程如下：
第一废锅和第二废锅所产蒸汽，经减压后进入蒸汽缓冲罐，再进入蒸汽过热器，最后进入气化炉作气化剂。
若该技术应用于化肥生产，不但能解决我国化肥行业的煤炭资源问题（可以利用本地廉价粉煤），而且也可大幅度降低化肥生产成本，保护环境。
焦载热循环流化床制气工艺
由清华大学煤燃烧工程研究中心与鞍山焦化耐火材料设计研究院及鞍山锅炉厂合作，共同开发的焦载热循环流化床制气新技术，小试成功后，1997年在清华大学试验厂，完成了每小时处理2t煤的中间试验，效果较好。
该技术工艺流程为：
粉煤由煤仓底部螺旋加煤机送入提升段，与底部进入的提升用空气发生燃烧反应，生成的热半焦被提升至顶部分离装置。
分离下来的热半焦大部分通过J型阀进入气化罐，其余进入流化床锅炉燃烧。
进入气化罐的热半焦被从罐底进入的蒸汽流化生成水煤气。
焦载热制气工艺是两个快速循环流化床的有机结合，利用高温焦炭为载热体，为粉煤干馏及部分气化提供热量，制取优质煤气。
特别是通过S型阀和L型阀，将提升段和气化罐可靠地隔断，而通入少量蒸汽又可实现热半焦的流通，从而将提升段和气化罐连在一起，巧妙地实现了干馏、气化反应与燃烧反应的有机结合。
该技术与循环流化床锅炉配合，以粉煤为原料，联供廉价的水煤气及蒸汽作为合成氨的原料气。
不仅技术先进，而且经济合理。
拟在平安化肥厂建设一套每小时处理5t煤的制气装置。
谢尔干粉煤气化技术
谢尔干粉煤气化技术是目前世界上较为先进的第二代粉煤气化技术之一，气化过程也是在高温加压下进行的。
其进料方式是将粉煤磨成0.1mm以下的细粉，高压氮气通过特殊的喷嘴将粉煤送进炉膛，与纯氧及蒸汽在高温高压下进行放热和吸热气化反应，最终生成水煤气（CO+H2≥90％）或半水煤气。
该技术工艺流程较简单，原煤经破碎后送至磨煤机，磨成的细粉被热空气干燥，由高压氮气将干煤粉送人气化炉，另外高压氧气和中压过热蒸汽混合后也由喷嘴喷人炉内。
炉口1500℃的高温煤气被冷煤气冷却至900℃后进入废锅，然后再进入干式除尘器和洗涤系统。
该技术有如下优点。
（1）煤种适应性强。
烟煤、次烟煤、褐煤、无烟煤等均可。
（2）采用水冷壁结构，仅在向火一面有一层薄的耐火涂料层。
正常操作时依靠挂在水冷壁的熔渣层保护金属冷壁，不需要砌筑昂贵的耐火砖。
（3）由于是干法进料，不需要庞大的制浆系统，降低了生产成本。
（4）气化炉使用寿命长，不需要备用炉。
单炉气化能力大，一台气化炉日产合成氨600t以上。
（5）气化效率高，碳转化率可达到99％以上，生成的煤气中CH4含量低。
另外，污染少，有利于三废治理。
5
灰熔聚流化床粉煤气化技术
灰熔聚流化床粉煤气化技术是中国科学院山西煤炭化学研究所开发的一项新技术。
5.1
特点
（1）气化炉是一个单段流化床，在炉内同时完成煤的破粘、脱挥发分、气化和灰的团聚等4个过程，设备结构简单。
（2）气化剂（空气或氧气）从气化炉底部进入，使炉内形成一个局部高温区，促使灰团聚成球形，从而保证灰与煤的有效分离，提高了碳的利用率。
（3）水蒸气从分布板进入气化炉，形成一个周边的相对低温区，有效地防止了炉内结渣。
另外炉内半焦量较多，使得过程操作稳定，抗负荷波动能力强。
（4）高温煤气夹带的细粉煤大部分经旋风除尘系统捕集下来，并通过料腿返回气化炉，再进行燃烧气化，碳的利用率高。
煤气中少量粉尘经二次除尘后送出。
（5）气化炉出口温度适中，煤气经废锅后进入洗涤系统。
（6）该技术煤种适应性强，凡是小于8mm的各种煤均可气化，对煤种无特殊要求。
（7）气化强度高（是固定床煤气炉的3～5倍），气化温度适中，可以在炉内预脱硫。
三废污染小，有利于环保。
（8）投资少，仅是引进的粉煤气化技术的40％～70％，容易推广应用。
5.2
原理与流程
根据射流原理，将气化剂（空气加蒸汽、氧气加蒸汽、富氧空气加蒸汽）从炉体底部吹入，使由螺旋机送入炉内的煤产生沸腾气化，在灰团聚分离装置中形成床内局部高温区，实现煤的破粘、挥发物逸出、气化和灰的团聚成球，借助重量的差别达到灰球与煤粒的分离，并连续排出含碳量低的灰渣。
煤气夹带的飞灰经旋风分离后再返回炉内气化。
该技术流程如下：
5.3
试验情况
已完成日处理1t煤的小型试验和24t煤的中间试验，以及相配套的冷态试验。
近期在陕西固城氮肥厂，建设￠2400mm常压气化炉工业化示范装置，2001年可得到工业示范成果。
另外还在云南解放军化肥厂建设一套￠2400mm加压气化炉工业示范装置。
6
恩德粉煤气化技术
升级会员 