煤气化几种方式.docx

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煤气化几种方式

Shell煤气化

Shell煤气化技术从20世纪70年代开始研究，在进行了多次小试、中试、示范化装置建设基础上于1989年在荷兰德姆克勒联合循环发电厂建造了2.5×105kW工业化装置，该装置于1993年投入运行。

该技术属于气流床技术，工艺流程主要包括原料煤的预处理、煤的加压和投料、煤的气化、除灰、煤气净化、脱硫以及配套的水处理、空分、氮气系统等。

装置的造气压力为2.0～4.0MPa，操作温度1400～1600℃，采用液态排渣技术，渣中含碳量<1%，干煤粉进料，碳转化率达99%，煤气中有效气含量约90%，有效气比氧耗约340m3/1000m3（CO+H2），比煤耗约590kg/1000m3（CO+H2）。

对于Shell的煤气化技术，目前除国外的1套工业化装置以外，国内从2001年起已有广西柳州化肥厂、中石化湖南洞庭氮肥厂、中国神华煤制油有限公司、中石化湖北枝江化肥厂、中石化安徽安庆化工总厂、大连大化公司合成氨厂、云南云天化集团、云南云沾化集团等多家单位引进了12套13台Shell炉工艺，生产能力从20～50万t/a不等，基本都应用于合成氨和甲醇装置。

涉及到专利技术转让、设备国产化率低、关键设备需进口等因素，使该技术成为目前国内投资最高的煤气化装置，20万t/a合成氨装置配套的煤气化系统，投资约3.5亿～4亿元，其中空分系统投资约1亿元。

　Shell煤气化技术的技术优势与不足体现在以下几个方面：

（1）煤种适应性较广，对原料煤几乎没有要求，从无烟煤、烟煤、褐煤到石油焦均可气化，对煤的灰熔融性适应范围宽，即使是高灰分、高水分、高含硫量的煤种也可适应。

这是其他煤气化技术难以比拟的。

然而该技术对于灰熔点较高的煤种需加入助熔剂（石灰）以降低煤的熔点，因此从经济运行角度考虑，煤种还是要有所选择。

（2）采用加压气化，氧耗低，单炉生产能力大，适合大型化生产，目前单台设备投煤量可达到2000t/d，相应合成氨生产能力可达到1500～1600t/d。

（3）由于采用了水冷壁结构，无需耐火砖衬里，同时气化炉内无运转部件，配套气化炉烧嘴使用寿命长，一般可达1年以上，使该设备连续运转周期长，无需备炉，这也是与其他煤气化技术的一个较大不同点。

由于国内同类型装置的开车时间较短，这一优势还需要通过实际运行情况来验证。

（4）Shell气化炉使用多个喷嘴，数量一般为4～6个，采用成双对称布置，从而使装置的操作弹性较大。

（5）高温制气使气化反应进行得很彻底，因此所得煤气中副产物很少，不含重烃，对环境污染较小。

（6）该气化技术的关键设备需要在国外制造，同时喷嘴、煤粉阀等完全依赖进口，装置国产化率低，使该气化装置的投资在目前国内煤气化技术中投资最高，产品成本中折旧所占比例较大。

Shell煤气化装置建设周期较长，一般需要3年甚至更长。

这是该技术的一个最大不足。

（7）由于采用干法进料，具有碳转化率高、热效率高、热损失小、能耗低、有效气含量高等优点。

虽然有效气含量高，但由于气化炉热利用采用废锅流程，使所产煤气中氢碳比太低，约为0.5，而甲醇生产所需的氢碳比超过2，合成氨生产要求全部CO和CO2进行变换，因此该装置所产煤气需在后续的变换工序消耗大量蒸汽来完成CO的变换。

如果仅从气体成分角度考虑，该技术更适合于发电装置，而不适合生产甲醇和合成氨等化工产品。

（8）该技术目前国外仅有1套工业化装置用于联合循环发电，没有用于合成氨和甲醇的实际生产装置，因此对于国内引进该技术用于生产合成氨和甲醇，相应缺乏有针对性的设计和生产经验，从而使装置投资加大，工艺复杂，使该装置的优势难以充分发挥。

Shell煤气化技术主要具有下列显著特点：

气化温度较高（1400～1600℃），转化率高、残碳含量低、煤的适用范围较宽。

另外，该工艺成熟，自动化程度高，气化炉易维护。

Shell煤气化技术是目前世界上较为先进的煤气化工艺之一。

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

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

0.14

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

62.38

62.79

H2%

30.78

33.20

26.70

26.50

29.36

28.46

CO2%

11.43

19.52

1.50

1.60

1.26

1.41

H2O%

16.43

0

2.00

1.90

1.50

2.0

CH4%

0.04

0.05

0

0.02

0.26

0.17

N2+Ar%

0.49

0.58

5.2

5.00

4.87

4.92

H2S+COS%

0.88

0.35

1.3

1.48

0.37

0.25

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）