1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上淺談幾種煤氣化工藝的優(yōu)缺點我國石油、天然氣資源短缺，煤炭資源相對豐富。發(fā)展煤化工產業(yè)，有利于推動石油替代戰(zhàn)略的實施，滿足經(jīng)濟社會發(fā)展的需要，煤化工產業(yè)的發(fā)展對于緩解我國石油、天然氣等優(yōu)質能源供求矛盾，促進鋼鐵、化工、輕工和農業(yè)的發(fā)展，發(fā)揮了重要的作用。因此，加快煤化工產業(yè)發(fā)展是必要的。1各類氣化技術現(xiàn)狀和氣化特征煤化工要發(fā)展，一個重要的工藝環(huán)節(jié)就是煤氣化技術要發(fā)展。我國自上世紀80年代就開始引進國外的煤氣化技術，包括早期引進的Lurgi固定床氣化、U-gas流化床氣化、Texaco水煤漿氣流床氣化，Shell氣流床粉煤氣化、以及近期擬引進的BGL碎煤熔渣氣化、GSP氣

2、流床粉煤氣化等等，世界上所有的氣化技術在我國幾乎都是有應用，正因為我國是一個以煤為主要燃料的國家，世界上也只有我國使用如此眾多種類的煤氣化技術。隨著煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)、煤制油(CTL)、煤基甲醇制烯烴(MTP&MTO)等煤化工技術的發(fā)展，用煤生產合成氣和燃氣的加壓氣化工藝近年來有了較快的發(fā)展。Lurgi固定床氣化、Texaco水煤漿氣化、Shell干粉加壓氣化、GSP干粉加壓氣化、BGL碎煤熔渣氣化、以及我國自有知識產權的多噴嘴水煤漿氣化、加壓兩段干煤粉氣流床氣化、多元料漿氣化等等技術在我國的煤化工領域展開了激烈的競爭，對促進煤化工的發(fā)展做出了貢獻。Lurgi固定床氣化工藝

3、在我國有哈氣化、義馬、天脊、云南解肥、蘭州煤氣廠等6個廠；Texaco水煤漿氣化工藝已在我國魯南、上海焦化、渭化、淮化、浩良河、金陵石化、南化等9個廠投入生產，情況良好；Shell干粉加壓氣化技術在我國已經(jīng)有雙環(huán)、洞氮、枝江、安慶、柳化等5個廠投產，還有10余個項目正在安裝，將于今后幾年陸續(xù)投產；多噴嘴水煤漿氣化已在山東華魯恒升、兗礦國泰2個廠投運，還有7個廠家正在安裝，最晚在2009年投產；GSP干煤粉氣化技術在神華寧夏煤業(yè)集團和山西蘭花煤化工有限責任公司的煤化工廠也將投入建設；加壓兩段干煤粉氣流床氣化技術已通過中試驗收，華能集團“綠色煤電”項目2000t/d級和內蒙古世林化工有限公司100

4、0t/d級的氣化裝置正在設計安裝中。在我國，目前不少煤化工生產企業(yè)都在選擇適合自己的氣化工藝技術，有不少想采用氣流床氣化工藝。現(xiàn)有的氣流床氣化工藝按進料形式不同，可分成干煤粉進料和水煤漿進料兩大類；以爐內氣流方向分，可分為上行和下行兩類；以工藝流程可分為廢鍋型和激冷型兩類；按噴嘴的數(shù)量和布置來分，又可分為單噴嘴直噴和多噴嘴對噴兩類；以氣化爐內是否襯有耐火保溫材料來分，又有熱爐壁和水冷壁兩種；以進料方式來分，又有一段和兩段兩種。氣化爐特點分類氣化特點shellTexaco多噴嘴水煤漿GSP兩段干煤粉氣化Lurgi進料形式干煤粉水煤漿水煤漿干煤粉干煤粉碎煤塊氣流方向上行下行下行下行上行上行噴嘴的數(shù)

5、量多個單個多個單個多個單個（氣化劑）爐壁形式水冷壁耐火磚耐火磚水冷壁水冷壁夾套水冷壁進料方式中間對噴頂部直噴中間對噴頂部直噴中間二段頂部排渣方式液態(tài)排渣液態(tài)排渣液態(tài)排渣液態(tài)排渣液態(tài)排渣固態(tài)排渣熱量回收廢鍋激冷激冷激冷廢鍋和激冷廢鍋2各類氣化技術的特點2.1 Lurgi固定床氣化工藝魯奇加壓氣化是移動床逆流固定床氣化爐工藝過程，屬于是固態(tài)排渣。魯奇碎煤加壓氣化對原料煤種的適應性廣，能氣化從無煙煤到褐煤的各種煤系列，要求煤的灰熔點高、煤的活性和揮發(fā)性較高、入爐煤粒度范圍限制在430mm，蒸汽消耗是比較高的。氣化可用空氣、富氧、純氧作氣化劑，制取低熱值工業(yè)燃料氣、中熱值城市煤氣和合成氣，由于煤氣中含

6、有較多甲烷，適宜作城市煤氣，或在生產合成氣時聯(lián)產城市煤氣。若把其中甲烷再轉化成合成氣，將使生產流程復雜。而且煤氣化排水中含有較多的焦油、酚類、氨等物質，需要配置龐大污水處理裝置。現(xiàn)在我國運行的除云南解化和山西天脊是用來生產合成氨外，其余均是用來生產城市煤氣。工廠名稱氣化爐數(shù)量氣化壓力MPa氣化爐規(guī)格產品投產時間云南解化化肥廠5臺2.952760合成氨不詳山西天脊化肥廠5臺2.953800合成氨1992蘭州煤氣廠5臺2.952760城市煤氣1994哈爾濱依蘭氣化廠5臺2.953800城市煤氣1988長春第一汽車制造廠3臺2.951800城市煤氣1988河南義馬煤氣廠4臺2.953800城市煤氣1

7、996 2.2 德士古(Texaco)水煤漿氣化工藝德土古氣化技術是下噴式單噴嘴水煤漿氣化技術，在它應用的工程項目中，大部分是采用水激冷工藝流程，但在用于IGCC發(fā)電項目時，也采用廢鍋流程。國內單爐容量目前最大可達1000td投煤量，操作壓力大都采用4.0MPa、6.5MPa，個別項目也已達到8.4MPa。我國引進該技術最早的是山東魯南化肥廠，于1993年投產，目前已有近十個廠家使用。工廠名稱氣化爐數(shù)量氣化壓力MPa投煤量t/d熱量回收產品投產時間魯南化肥廠2臺2.7360激冷合成氨1993上海焦化廠4臺4.0500激冷甲醇、CO1995渭河化肥廠3臺6.5500激冷合成氨1996淮南化肥廠3

8、臺4.0500激冷合成氨2000金陵石化廠3臺4.0800激冷合成氨2005浩良河化肥廠3臺4.0480激冷合成氨2005南化公司2臺8.41000激冷合成氨、甲醇2006神木化工廠3臺4.0450激冷甲醇2006南京惠生化學4臺4.0500激冷甲醇、CO2007德士古氣化技術在我國經(jīng)過10多年的應用，無疑是最成熟的技術。從技術的掌握和操作的熟練，到設備的國產化和配套的耐火材料的制造都有較大的優(yōu)勢。它的主要優(yōu)點是較易升高壓力，南化的氣化爐壓力達到了8.4MPa；這樣就可能實現(xiàn)甲醇的等壓合成，對合成氣的生產十分有利。它存在的主要問題是水煤漿中約有40的水，使合成氣的熱值降低。對煤質的要求較嚴格，

9、如煤的含水率不能高于8%、灰分不宜大于20%、灰熔點不宜高過1350，而且氣化效率相對較低(碳轉化率約為94-95，氣化效率約65)，比氧耗是各種氣流床氣化工藝中最高的，約為420450m3/km3(CO+H2)；耐火襯里的壽命短，噴嘴易磨損。2.3 殼牌(Shell)干粉煤氣化技術殼牌(Shell)干粉煤氣化技術是采用多噴嘴上行干煤粉氣化工藝，采用水冷壁爐，冷煤氣回爐激冷熱煤氣煤氣冷卻國內目前采用的均是廢鍋流程，Shell公司目前正在開發(fā)激冷流程。該氣化工藝具有如下特點：(1)采用干煤粉作氣化原料，煤粉用惰氣輸送，操作十分安全。對煤種的適應性比較廣泛，從較差的褐煤、次煙煤、煙煤到無煙煤、石油

10、焦均可使用；對煤的灰熔點適應范圍比其它氣化工藝更寬，即使是高灰分、高水分、高硫的煤種也能使用。(2)氣化溫度高，一般在14001600，碳轉化率高達99%，合成氣質量好。煤氣中甲烷含量極少，不含重烴，CO+H2達到90%。由于氣體中有效組分高，煤氣總量有所減少，因而氣化消耗煤量也可降低。(3)氧耗低。采用干煤粉進料與水煤漿氣化相比不需在爐內蒸發(fā)水分，氧氣用量因而可減少1525%，從而降低了成本。配套空分裝置規(guī)模相對縮小，投資也可相應降低。(4)氣化爐采用水冷壁結構，無耐火磚襯里。水冷壁設計壽命按25年考慮。正常使用維護量很小，運行周期長，也無需設置備用爐。單臺爐日處理煤量大,目前已達2800噸

11、。(5)每臺氣化爐設有46個燒嘴，故對生產負荷調節(jié)比GSP或Texaco單個燒嘴更為靈活，范圍也更寬。Shell燒嘴保證壽命為8000小時，已超過連續(xù)16000小時運行。燒嘴的使用壽命長，也是氣化裝置能長期運行的一個重要保證。(6)熱效率高。Shell煤氣化的冷煤氣效率達到7883%，其余15%副產高壓或中壓蒸汽，總的原料煤的熱效率達98%，處于很高水平。(7)對環(huán)境影響小。氣化過程無廢氣排放。系統(tǒng)排出的融渣和飛灰含碳低，可作為水泥等建筑材料，堆放時也無污染物滲出。氣化污水不含焦油、 酚等，容易處理，需要時可作到零排放。該技術由于采用了廢鍋流程，其最大的缺點就是投資較大。我國引進該技術最早的是

12、湖北雙環(huán)化工廠，于2006年5月投產，目前已有15個廠家使用。工廠名稱氣化爐數(shù)量氣化壓力MPa投煤量t/d熱量回收產品投產時間湖北雙環(huán)化工廠1臺2.81000廢鍋20萬噸/年合成氨2006.5中石化洞庭化肥廠1臺4.02000廢鍋30萬噸/年合成氨2006.12中石化安慶氮肥廠1臺4.02000廢鍋30萬噸/年合成氨2006.11中石化湖北化肥廠1臺4.02000廢鍋30萬噸/年合成氨2006.12柳州化肥廠1臺4.01300廢鍋30萬噸/年合成氨2007.1云天化股份有限公司1臺4.02600廢鍋50萬噸/年合成氨預計2007.12云維集團沾化股份公司1臺4.02600廢鍋50萬噸/年合成氨

13、預計2007.12大連大化集團公司1臺4.01300廢鍋30萬噸/年甲醇預計2008.1河南開祥煤電公司1臺4.01300廢鍋30萬噸/年甲醇預計2008.2中原大化集團1臺4.02200廢鍋50萬噸/年甲醇預計2008.2河南永城煤電集團1臺4.02200廢鍋50萬噸/年甲醇預計2008.1神華煤制油公司2臺4.02400廢鍋100萬噸/年油品預計2008.6大唐國際發(fā)電公司3臺4.02800廢鍋48萬噸/年聚丙烯預計2009.8天津堿廠2臺4.02200廢鍋30萬噸/年合成氨50萬噸/年甲醇預計2009.5貴州天福化工有限公司1臺4.02200廢鍋30萬噸/年合成氨15萬噸/年二甲醚預計2

14、009.102.4 GSP氣化技術GSP氣化技術是單噴嘴下噴式干煤粉加壓氣流床氣化技術，國外現(xiàn)在沒有用戶，根據(jù)煤氣用途不同可用直接水激冷，也可用廢鍋回收熱量。該技術由我國神華寧煤集團與德國西門子合資組建的北京杰斯菲克公司負責在我國推廣這項技術。GSP技術采用了干煤粉進料、水冷膜壁，既擴大了煤種范圍，又避開了耐火磚的麻煩。下噴的直接水激冷使其裝置投資大幅度下降。干煤粉氣化有諸多優(yōu)點，如適用煤種廣、效率高、可用水冷壁、氧耗低。在GSP氣化爐采用的是一個組合式的噴嘴，噴嘴中心有一個點火噴嘴，點火初期用天然氣，正常生產時可以改用合成氣馳放氣。目前采用設計能力1000td以下的氣化爐，應該不會有太大的風

15、險。再放大（如2000td）時，一般單噴嘴容易受到限制，這也是應該考慮的。但GSP氣化技術目前最大的缺點是沒有一個成功運行的經(jīng)驗，在單爐生產能力和長期運行方面還存在不足。目前已運行過的裝置在德國黑水泵廠也只有運行2000多小時的運行記錄，單爐能力只有720 t/d的規(guī)模。2000td的裝置還需幾年后才能在寧夏投入生產（52萬噸/年煤基烯烴）。安徽淮化廠和江蘇靈谷集團都已經(jīng)和杰斯菲克公司簽定了GSP的技術轉讓合同，但是在看到神華寧煤集團公司的40萬噸/年二甲醚項目中GSP工藝包遲遲不能交付、工藝包中的問題較多以及將GSP技術不用在該（40萬噸/年二甲醚）項目的消息后，先后停止了與GSP技術的合作

16、，而改為德士古(Texaco)水煤漿和多噴嘴水煤漿技術生產合成氣。2.5多噴嘴水煤漿氣化技術該項技術是由兗礦集團有限公司、華東理工大學共同承擔“十五”國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）的重大課題，2000年10月通過國家石油和化學工業(yè)局組織的鑒定和驗收。示范廠為兗礦國泰化工有限公司，建設了2套日處理煤1150t的多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置(40MPa)，配套生產24萬噸甲醇，聯(lián)產718MW發(fā)電，裝置已于 2005年10月投入運行。2005年7月，氣化裝置化工投料一次成功，10月裝置實現(xiàn)正常運行，目前正處于穩(wěn)定的運轉狀態(tài)。該技術從工藝技術到設備的國產化和配套的耐火材料的制造都具有較大的優(yōu)勢。由

17、于該技術還是采用的水煤漿的氣化原理，它仍然存在著同德士古(Texaco)一樣對煤質要求較嚴格的主要問題，如水煤漿中約有40的水，使合成氣的熱值降低。，如煤的含水率不能高于8%、灰分不易大于20%、灰熔點不易高過1350，而且氣化效率相對較低、氧耗高、對煤質要求高、耐火磚壽命短、噴嘴壽命短等，不會有根本性的改變，多噴嘴多路控制系統(tǒng)還增加了設備投資和維修工作量。 2005年12月對該裝置進行了考核，碳轉化率98；比氧耗309m3/km3(CO+H2)；合成氣中有效成分CO+H2 84.9，氣化溫度1300。工廠名稱氣化爐數(shù)量氣化壓力MPa氣化爐規(guī)格投煤量t/d產品投產時間兗礦國泰2臺4.03400

18、1150甲醇、發(fā)電2005華魯恒升1臺6.52800750甲醇2005兗礦國泰1臺4.034001150甲醇、醋酸預計2007.8魯南化肥廠1臺4.034001150合成氨、甲醇預計2008.6江蘇靈谷2臺4.038801800合成氨預計2009.1滕州鳳凰化肥廠2臺6.534001500合成氨、甲醇預計2008.11江蘇索普有限公司3臺6.534001500甲醇、醋酸預計2009.3神華寧煤集團3臺4.038802000甲醇預計2009.7寧波萬華聚氨酯公司3臺6.532001000甲醇、CO預計2009.72.6加壓兩段干煤粉氣化技術加壓兩段干煤粉氣化技術是由西安熱工研究院等單位在科技部支

19、持下，于1994年開始研究，2004年建成一套日處理煤量3640噸（10MW/h）的中試裝置。該技術同shell干粉煤氣化技術理念相同，是采用多噴嘴上行干煤粉氣化工藝，采用水冷壁爐，上部噴煤粉激冷。該氣化爐的外殼為一直立圓筒，爐膛采用水冷壁結構，爐膛分為上爐膛和下爐膛兩段，下爐膛是第一反應區(qū)，用于輸入煤粉、水蒸氣和氧氣的噴嘴設在下爐膛的兩側壁上。渣口設在下爐膛底部高溫段，采用液態(tài)排渣。上爐膛為第二反應區(qū)，其內徑較下爐膛的內徑小，高度較長，在上爐膛的側壁上開有兩個對稱的二次粉煤和水蒸氣進口。運行時，由氣化爐下段噴入干煤粉、氧氣(純氧或富氧)以及蒸汽，所噴入的煤粉量占總煤量的8085，在上爐膛進口

20、處噴入過熱蒸汽和粉煤，所噴入量占總煤量的1520。該裝置中上段爐的作用主要有二：其一是代替循環(huán)合成氣使溫度高達1400的煤氣急冷至約900，其二則是利用下段爐煤氣顯熱進行熱裂解和部分氣化，提高總的冷煤氣效率和熱效率。煤氣冷卻可以采用廢鍋流程和激冷流程。避免了水煤漿氣化中對煤質要求較嚴格的問題、煤的含水率、灰分、灰熔點不易高、氧耗高、耐火磚壽命短、噴嘴壽命短等問題。該氣化技術同樣具有對煤種的適應性比較廣泛、氣化溫度高、氧耗低、氣化爐采用水冷壁結構壽命長、多燒嘴、熱效率高、對環(huán)境影響小等干煤粉氣化所具有的優(yōu)點。目前最大的缺點是沒有一個工業(yè)化成功運行的經(jīng)驗。該技術目前已有2個廠家使用。工廠名稱氣化爐

21、數(shù)量氣化壓力MPa投煤量t/d熱量回收產品投產時間華能集團“綠色煤電”項目1臺2.82000廢鍋250MW IGCC發(fā)電預計2009內蒙古世林化工有限公司1臺4.01300激冷30萬噸/年甲醇預計20092.7 BGL碎煤熔渣氣化技術BGL(British Gas-Lurgi英國燃氣魯奇)碎煤熔渣氣化爐技術是在原魯奇固定床加壓氣化爐2、3、4型爐技術基礎上，由當時的英國燃氣公司科技開發(fā)部(現(xiàn)Advantica公司)在德國魯奇公司的協(xié)助下，在位于英國愛丁堡附近的西田(Westfield)煤氣化試驗廠開發(fā)出來的新型煤氣化技術。BGL熔渣氣化技術將高溫熔渣氣化與加壓固定床氣化的技術結合在一起，上部還

22、是Lurgi固定床區(qū)域，下部增加了一個高溫熔渣區(qū)，克服固定床氣化技術的一些缺點，提高了氣化強度、降低了氧耗、提高了氣化效率。BGL氣化技術開發(fā)的初期，主要針對大規(guī)模高效生產替代天然氣，應對當時可能發(fā)生的歐美天然氣供應源由于國際政治原因或開采生產原因枯竭。云南解化集團與Advantiea公司合作，采用英國西田煤氣化試驗廠的設計方案，改造了一臺Lurgi固定床加壓氣化爐，作為試驗和示范爐，探索直接試燒當?shù)馗吆?約35水分)褐煤的途徑。2006年7月完成爐體改造，截至2007年5月，進行了8次開車試驗，并未達到預期目標。合成氣中CH4的含量仍然高達68%，目前在改進中。目前最大的缺點是沒有一個工

23、業(yè)化成功運行的經(jīng)驗。3 各類技術中特點的優(yōu)缺點對比目前工業(yè)生產上各類可采用的氣化技術如上所述，這些工藝各有優(yōu)缺點。在具體的氣化工藝選擇中，還要考慮擬使用的煤種的水含量、灰份、灰融點、可磨性、氣化特性等等；以及合成氣的用途和質量要求；作為業(yè)主和設計人員，在選擇新技術時，首先考慮的應是技術成熟性、可靠性及經(jīng)濟性等方面的因素。3.1 水煤漿與干粉 水煤漿中近40的水會吸收大量的熱，為了維持熱平衡，所以合成氣中的CO2含量高。水煤漿氣化工藝對耐火磚內層是要求較高的，沒有好的耐火磚內襯，水煤漿氣化就無法進行。為了維持耐火磚的一定壽命，爐內的操作溫度不得高過1400C。煤漿濃度對煤的成漿性有要求；對煤中的

24、灰含量和灰熔融性溫度也會有要求等，這些要求造成可用煤的范圍變窄。但水煤漿的制備和加壓輸送比干煤粉要容易，投資和運行成本低，在高壓下氣化可以節(jié)省后面工序的壓縮功。3.2 水冷壁爐和耐火磚熱壁爐 對于高溫熔融態(tài)排渣的加壓氣化技術來說，冷、熱壁爐是影響氣化溫度的主要因素。氣化溫度越高，所適用的煤質范圍就越廣；氣化后的氣體成分也就越好。內襯耐高溫熔渣侵蝕的耐火磚雖然可以大量減少爐壁的熱量損失，有利于較好氣化熱平衡的實現(xiàn)，但在長期高溫熔渣沖蝕的耐火襯里容易損壞，為了滿足工藝生產的需要，它必須要有備用爐，我國現(xiàn)在對耐火襯里材料的生產也基本實現(xiàn)了國產化。水冷壁爐雖然可以承受較高溫度的生產，也不需備用爐，但它

25、也需要采用高鉻鎳的特種鋼制造，制造難度和制造成本較高，國內目前無法生產。 3.3 單噴嘴和多噴嘴水煤漿的德士古工藝和干煤粉的 GSP工藝均采用單噴嘴直噴，而殼牌（shell）、華東理工大學和西安熱工研究院的都采用多噴嘴對噴。單個噴嘴的容量總是受一定的限制，要擴大單爐的投煤量和調節(jié)生產負荷，多噴嘴是比單噴嘴要較為方便的多；如殼牌大容積的氣化爐(4000td)就考慮增加一對噴嘴，即6噴嘴的；單噴嘴在結構制造和維護上要比多噴嘴的復雜和難度大些；多噴嘴在對噴過程中因氣流對撞和折流的結果使氣固相間的相對速度加大，有利氣化反應進行，多噴嘴水煤漿氣化技術的運行結果中的碳轉化率比德士古工藝提高就是證明。3.4 廢鍋流程與激冷流程德士古、GSP、多噴嘴水煤漿氣化的幾種工藝均采用激冷流程，激冷工藝設備簡單、投資低、煤氣中夾帶的大量水蒸氣可供后邊CO變換使用，一般認為較適合于合成氣生產使用。廢鍋流程可回收高溫煤氣中的大量顯熱，產生高壓蒸汽，達到較高的熱效率，但燃氣在廢鍋前的煤氣激冷、去除渣塵等措施使得該系統(tǒng)變得龐大、復雜、和投資較高。采用冷合成氣激冷，需要對大量的冷合成氣加壓，投資和動力消耗都增加了。結合中國的國情，在用于化工合成氣生