煤炭气化技术评价分析.docx

1、煤炭气化技术评价分析煤炭气化技术评价及分析目 录一、煤气化技术概况 11固定床 12流化床 13气流床 1二、GE-Texaco水煤浆加压气化 2三、Shell干粉煤加压气化 3四、喷嘴对置式煤气化炉 4五、三种气化技术比较 6六、关于采用国产炉的可行性 11七、关于不同气化工艺对甲醇成本的影响问题 12煤炭气化技术评价及分析一、煤气化技术概况 煤的气化是煤化工生产的基础。由于煤的品质、目标产品、建设及生产条件的变化不同，决定了煤气化工艺的多样性和复杂性。至今尚未开发出能适应各种不同情况的十全十美的煤气化技术。气化的核心装置是气化炉，国内外工业上使用过的气化炉型非常繁多，各有其特点和优缺点，适

2、用范围各不相同。按照物质在气化过程中的状态一般将炉型按固定床（也称移动床）、流化床（也称沸腾床）、气流床三类划分，现将有代表性的炉型分别简介如下： 1固定床 UGI炉以块状无烟煤或焦炭为原料，煤块5275m/m，常压操作，空气与蒸汽底吹间歇制气。此法古老，为我国中小氮肥厂普遍采用，原料利用率低、单耗高、操作繁杂、污染严重、属落后技术未来会被淘汰。 Lurgi加压气化炉主要用于褐煤、弱粘结性煤，要求煤热稳定性高，化学活性好，灰熔点高，机械强度高。因气化温度较低，煤气中含焦油、酚及高碳氢化物，甲烷含量高，一般适用于作城市煤气。 2流化床 恩德炉原型为Winkler沸腾炉，经朝鲜改进适用于气化褐煤和

3、长焰煤，要求煤种灰分小于25%30%，灰熔点ST1250，低温活性好，弱粘接性，床层温度10001050，富氧常压气化。该炉尚存在飞灰量大、污染重、单炉气化能力低等缺点，一般可用于中小型氮肥厂改变原料路线。 灰熔聚粉煤气化炉为中科院山西煤化所开发研制技术，煤种适应性强，可用褐煤、低化学活性烟煤及无烟煤6m/m的碎煤作原料，床温1100，煤灰不熔融而只使之熔聚成球状或块状排出。此工艺用于2007年完成了1MPa下的工业试验，此技术仅适用于中小氮肥厂就地利用资源的改造。 3气流床以煤浆为原料有GE Texaco炉、Dow 二段炉（Texaco炉改进）、Destec气化炉、四喷嘴对置气化炉（国内首创

4、）、多元料浆炉之分。 以粉煤为原料有Shell炉（SCGP）、西门子GSP气化炉（原东德黑水泵厂工艺）、二段进料式炉以及科林炉、航天炉等等。近年我国大型煤化工工程的气化技术大都选择优点较多的Texaco水煤浆气化炉、Shell干粉煤气化炉及国内自主研发的四喷嘴对置气化炉。这些技术效率高、污染小、规模大、对煤种适应性强，本报告仅对这几种气化技术作介绍和比较其优缺点。二、GE-Texaco水煤浆加压气化 原料煤适应性较广，气煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、高硫煤及低灰熔点劣质煤皆可用，但要含灰量低、灰熔点小于1300，灰渣粘温特性要好、原料煤经棒磨机磨制成粉（25m/m以下），制成60%65%的水煤浆，

5、泵送至气化炉顶部单烧嘴，与氧气混合同时下行进气化炉，气化压力从2.5、4.0、6.5至8.5MPa皆有工业生产装置在运行，稳定可靠。气化炉结构简单，制造方便，造价较低。Texaco炉由喷嘴、气化室、激冷室（或废热锅炉）组成，炉体用耐火材料衬里，炉内无转动装置，单喷嘴设计水煤浆及气化剂氧气并流下行。喷嘴为三通道，工艺氧走一、三通道，水煤浆走二通道，介于两股氧射流之间，开停车和正常生产中不需连续燃烧部分液化气（LPG）或合成气（CO+H2），煤气除尘较简单，无需飞灰过滤器等设施。碳转化率可达96%98%，有效气成分CO+H2约为80%83%，有效气比氧耗336410m3/km3，比煤耗550620

6、kg/km3，投煤量气化炉衬里耐火砖寿命较短，仅12年（国产耐火砖寿命1年），烧嘴寿命更短，一般使用23个月即需停车检查维修或更换，为不影响连续开车生产，最好设置备用炉。 国外已建成投产的Texaco气化装置6套共15台炉，产品有电力、合成氨、甲醇、二氧化碳等。至2004年国内引进投产的有7套21台炉，具体见表1。从上世纪九十年代开始，国内各企业对Texaco气化炉不断探索和熟悉，目前已充分掌握了气化工艺特性，积累了丰富的工程技术经验，培养出一批从设计、设备制造、安装、开车到正常运营的技术骨干力量。表1 至2004年我国引进的Texaco气化炉一览序号企业规模产品引进时间1鲁南化肥厂（原属兖矿

7、集团）期2台750t/a合成氨1990年2上海焦化厂城市CO、甲醇、煤气1995年3陕西渭河化肥厂合成氨1996年4安徽淮南合成氨2000年5黑龙江浩良河化肥厂合成氨2000年6中石化金陵石化公司合成氨2000年7神木2004年2004年至今又有十余家企业引进Texaco炉，它们是中石化齐鲁分公司丁辛醇装置，南京惠生煤制甲醇及CO，渭河、期合成氨、甲醇，山东兖矿国宏甲醇，上海焦化、期，神木期，榆林炼油厂、吉林长山化肥厂“油改煤”等等。由此可见，Texaco气化技术在我国有广阔市场。 三、Shell干粉煤加压气化最早的干粉煤气化炉为K-T炉（Koppers-Totzek），在此领域Shell公司

8、开发出了全新的 SCGP工艺流程。早在1976年Shell公司对30余种煤炭进行了试验，随后在美国Houston的Peer Park建立日处理250吨高硫烟煤和日处理400吨高灰分高水分褐煤的工业试验装置。1990年才在荷兰布根努姆（Buggenum）电厂建设单炉日处理煤2000吨的气化装置，1993年开车。该装置用于IGCC发电（Integrated gasification combined cycle）而不是用于化工生产。 Shell炉壳体直径4.5m，总质量约500吨，设四个进料喷嘴于底部同一水平面上，沿圆周对置，借助撞击以强化传热传质过程，喷嘴寿命为1年。炉壁为水冷壁，不衬耐火砖，据

9、称寿命在20年以上，炉壳与水冷管排之间有0.5m的间隙，用于安装检修空间。气化系统中，装置有废热锅炉以回收热能。 Shell炉一般不用设备用炉。煤粉由氮气携带送入喷嘴，同时送入气化剂：95%的氧气及蒸汽，工作压力为3.5MPa，气化温度1500左右。为了防止高温气体排出时夹带熔融态和粘结性飞灰在输气导管换热器及废热锅炉管壁上沉积，采用将高温除灰后的部分300350气体与部分水洗后的160165气体混合，用返回气循环泵加压送至气化炉顶部，将气化炉排出的合成气降温至900再进入废热锅炉系统回收热量，返回的气量相当于产气量的80%85%，对返回气循环压缩机的操作条件要求十分严格。出废锅炉的合成气，用

10、高温中压陶瓷过滤器除去夹带的飞灰。 据资料介绍，Shell炉可气化褐煤、烟煤、无烟煤、石油焦等，适用煤种范围较宽。碳转化率高达99%，冷煤气效率高达80%83%，合成气有效成分（CO+H2）高达90%，有效气比煤耗550600kg/km3，比氧耗330360 kg/km3。 值得注意的是，国外至今只有一套Shell炉装置用于联合循环发电（同时设有备用调峰电厂），尚没有化工生产的经验。近年我国许多化工企业对Shell炉的功能看好，认为该炉对煤种适应性强，单台能力大、效率高，代表了煤转化发展的方向，故纷纷引进，截至目前，有16家引进了20台炉，详见表2。表2 近年国内引进的Shell炉装置序号企业

11、产品类型煤处理量（t/d）炉数（台）1湖北双环化工集团合成氨90012广西柳州化工股份公司合成氨110013中石化岳阳壳牌煤气化公司合成氨、氢气200014中石化湖北化肥分公司合成氨200015中石化安庆分公司合成氨、氢气200016云南天安化工有限公司合成氨270017云南沾化有限责任公司合成氨270018大连大化集团甲醇110019神华煤制油公司氢气4400210河南永城煤电集团公司甲醇2100111河南中原大化公司甲醇2100112河南义马开祥化工甲醇1100113大唐国际发电公司（内蒙多伦）甲醇8400314天津渤海化工集团天津碱厂甲醇、合成氨4400215贵州天福化工甲醇、合成氨20

12、00116河南鹤壁煤电股份公司甲醇27001 以上可见，Shell气化技术的引进，在我国大有后来居上之势。 四、喷嘴对置式煤气化炉 华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂及中国天辰化学工程公司共同开发研制了有自主知识产权的水煤浆气化技术，2000年10月由原国家石油和化工局对投煤量22t/d的中试炉进行了鉴定，认为已达到水煤浆气化领域的国际先进水平。此项技术取得发明专利和实用新型专利共15项，获得国内各等级的科技进步奖11项。国内开发的水煤浆气化技术特点在于以下几个方面。 1全新设计的四喷嘴对置式气化炉及新型预膜式喷嘴的气化效率高，与采用国外引进技术的兖矿鲁南化肥厂同期运行结果相比，有效气成份提高23个

13、百分点，CO2含量降低了23个百分点，碳转化率提高了23个百分点，比氧耗降低7.9%，比煤耗降低2.2%。 2气化炉喷嘴之间有协同作用，可大幅度调节气化负荷，如关闭一对喷嘴，负荷即降低50%，负荷调节速度快，适应能力强，有利于灵活操作。 3煤气洗涤冷却用的复合床传质传热效果好，液位平移，避免了带水带灰等问题。 4分级式合成气初净化工艺节能高效，表现为系统压降低，分离效果好，合成气中细灰含量低于1mg/Nm3。 5渣水处理系统采用直接换热，热回收效率高，克服了设备易结垢和堵塞等难题。 “十五”期间，这一国产化技术已成功应用于工业生产装置中。 2004年12月山东华鲁恒升化工股份有限公司建成了75

14、0t/a投煤量、6.5MPa的气化装置，该装置开车以来，气化炉运转正常，稳定可靠，工艺指标达到先进。 2005年7月兖矿国泰化工有限公司（山东鲁南）建成1150t/d投煤量、4.0MPa的气化装置，生产24万t/a甲醇，联产71.8MW的发电。气化压力40MPa，气化温度1300，该装置由天辰化学工程公司设计，气化炉由哈尔滨锅炉厂制造，中国化学工程第三建设公司施工建设（包括空分工程），从2005年10月正式运行以来，至今A号和B号炉累积运行超过3.5万小时，2006年甲醇产量已达30万吨。 经考核，该装置主要技术指标达到： 比氧耗 309Nm3/km3（CO+H2） 比煤耗 535kg/km3 合成气有效成分 CO+H2 84.9% 碳转化率 98% 由于国产化四喷嘴水煤浆气化技术已经受了长周期工业运行的考验，在稳定性、可靠性方面表现良好，工艺技术指标较先进，因此国内多家企业的煤气化项目纷纷选择该技术。目前已签约专利实施许可合同12项，合计拟建气化炉31台，见表3。据测算，这些装置日处理总煤量约4000吨，可生产甲醇、合成氨、CO、氢气、二甲醚及发电等，年产值约200亿元。表3 四喷嘴气化炉国内用户情况单位压力（MPa）台数规模(单台日投煤量，t/d)产品所处阶段华鲁恒升6.51750甲醇、合成氨2004年12月投产兖矿国泰4.031150甲醇、发电2005年10月投产2台