煤气化的行业现状

第一节煤气化的行业现状目前全球的化石燃料（煤炭、石油、天然气）面临枯竭，而全球一次能源消费以化石燃料为主，一次能源消费总量的85%都来自化石燃料，可再生能源（太阳能、风力、地热、潮汐、垃圾和生物能等）虽然具备环保、可再生等优点，但由于技术开发限制，短期内无法生产飞跃，因此仅占全球能源供应量的0.3%。从现在的能源可探明储量以及已存在的能源开发利用技术水平来看，我们在“能其决定了煤气化技术将大有用武之地。我国人均石油、天然气和煤炭的可采储量分别为世界平均水平的11.10%、4.30%和55.40%，石油资源仅占世界总储量的3.00%。因此相对而言，我国的煤炭资源远比石油和天然气丰富。中国一次能源消费历来以煤为主，电力的95%由燃煤提供，因此采用煤炭作为主要的一次能源消费方式，提高其燃烧转换效率、减少排污成为我国政府应对“能源过渡”阶段的优先选择。三煤气化的能耗与物耗煤气化是以煤炭为原料，采用空气、氧气、CO2和水蒸气为气化剂，在气化炉内进行煤的气化反应，可以生产出不同组分不同热值的煤气。由于使用的设备和方法不同，其煤气产气率也不相同。所消耗的能源也不相同。综合能耗和原材料单价表序号项目消耗单位折能/MJ能耗/CJ单价/元1原料煤t/1.47130.95045.5315702燃气煤/t1.01321.52021.8004803蒸汽/t-1.2093121.259-3.7441204电力/KW.H-13.92711.840-0.1650.475一次水/t18.7422.5120.04711.06燃料气/m3-40.9316.025-0.2470.507化学品43.778耐火砖更换21.67总能耗63.192操作成本1236.80第三节煤气化的生产设备每种气化炉都有其适宜气化的煤种要求，而这些要求又是因为炉型的特点而产生的。根据煤的性质和对煤气的不同要求有多种气化方法，相应的气化设备有固定床气化炉，流化床气化炉，气流床煤气化炉。各种炉型的气化条件和生成气特征均不相同。一常压固定床煤气发生炉二流化床气化设备e流化床气化工艺的反应动力学条件好，气固两相扰动强烈，气化强度大。适合于活性较高的年轻煤及褐煤半焦的气化。对原料的粒度一般要求为0.5~6mm，还适合于含灰较高的劣质煤，炉内温度不高，煤气出口为900℃，材料的选择容易。可用空气、氧或富氧气化，煤气热值较低，煤气中的焦油和酚类含量少，净化系统简单，污染少。可以进行炉内脱硫，环保性能好，总的造价较低。4B除U-Gas和KRW两种气化炉外，流化床汽化炉的运行温度一般不应超过煤灰的软化温度。与其他类型的气化炉相比，流化床气化炉的运行温度最低，其氧耗比液态排渣气化炉小，但它的碳转化率也最低。与气流床气化炉相比流化床气化炉的有点在于可以省去空分及磨煤系统，使用电减少。若气化反应的温度较低，会生成较多的二氧化碳。这就意味着要消耗较多的C和O2来生成不可燃气体二氧化碳。而煤气中CO2的存在，会影响湿法脱硫工艺中脱硫剂对H2S的吸收。此外，煤气中的NH3和CO2形成碳酸氢铵，当温度降低时会在管线上沉积而阻塞管路。但是，当高温净化技术投入商业化时，这些问题就不是很重要了。y-O;{1与气流床相比，流化床气化炉的负荷跟踪性能较好。与移动床相比，流化床气化炉的煤气中不含焦油、酚等杂质。6M5t4J!Y%u9D1、高温温克勒气化炉（HTW）（图五）HTW早已应用于甲醇等化工产品的生产过程中，其操作压力只有1.0MPa。HTW气化炉是8种典型煤气化工艺中惟一采用干法排灰的气化工艺。从HTW排出的灰渣含碳量较高，一般可以送到锅炉里再燃烧产生蒸汽。其它几种气化炉的灰渣含碳量相对较少，不需要设置这套附加的装置。虽然目前在研究如何滤掉HTW排出的灰渣中的有用成分，但这项技术远没有过关。HTW炉目前尚无在2.5MPa压力下运行的经历，它是否适合于IGCC系统，目前尚不能下定论。/O$a52、U-Gas气化炉U-Gas气化炉是应用灰团聚的原理，来进行反应和排灰的。在这种气化炉允许灰成分中熔点较低的部分先熔化，黏结其他未融熔化的灰，并形成团聚。这种工艺的优点是不需要熔化所有的灰，对灰渣的流动性要求不高。这种气化炉的灰渣比纯干式排灰的灰渣对环境的污染小。U-Gas气化炉允许床层高度的波动，也允许床层中炭灰比有波动。但是，它的运行温度的灵活性很小，特别是床层的最高温度要进行严格控制，以免过多的灰渣熔化。若灰熔化的部分过大。会导致灰团聚较多而阻塞排灰管，也有可能使床层不能流态化。因此，保持床层均匀的流动，是控制团聚正常化的重要手段。与其他几种气化炉相比，U-Gas气化炉对操作的要求较高。9N+r%E'B:W'z2F,w3、KRW气化炉三气流床气化设备用气化剂将粒度100μm以下的煤粉带入气化炉，也可将煤粉现制成水煤浆，再用泵打入，煤粉在高于熔融温度状态下与气化剂燃烧、气化，形成了气流床，灰渣以液态排出。当然，真正的气流床气化炉煤粉或水煤浆是和气化介质一起从烧嘴中喷涌而出，所以，气流床又可以叫做射流床。典型工艺设备有德士古水煤浆加压气化设备、壳牌干煤粉加压气化设备、GSP干煤粉加压气化设备、多原料浆加压气化设备、多喷嘴对置式水煤浆气化设备、两段式干煤粉加压气化设备。1德士古气化炉德士古气化炉是一种以水煤浆进料的加压气流床气化装置，水煤浆由气化剂夹带由专门的喷嘴喷入炉内，瞬间气化。1.1优点：l甲烷含量低，利于甲醇与氨的合成2设备结构简单，内件很少；理论上可以用于任何煤种3具有较长的实际运行经验，操作危险性小，可用率达80%-85%4利用水煤浆便于高压泵送的特点，可以制备压力很高的粗煤气5能充分利用一切污水源制作水煤浆6气化炉的运行费用较低7后续的除灰系统比较简化2壳牌气化炉壳牌气化炉主要由内筒和外筒组成．内筒上部为燃烧室，下部为熔渣激冷室．为了避免高温熔渣ahref=target=_blank腐蚀/a及开停车时因温度和压力突变对耐火材料的应力破坏，故内筒采用水冷壁结构，在向火表面上涂有一层薄的耐火材料涂层，正常操作时依靠挂在水冷壁上的熔渣层保护金属水冷壁．在气化炉内筒外壁和内筒之间有一层缓冲两筒压差的间隙，因而内筒仅承受微小压差．气化炉采用独特烧嘴，以气化炉生产能力大小，用４～～８个烧嘴并呈中心对称分布．优点（1）干煤粉进料，加压气体输送煤粉，连续性好，气化炉操作稳定，4}8`)z'p;T.d（2）气化温度约1400～1600℃，碳转化率5[!_#`$S,s:}+u3B)j（3）气化炉采用水冷壁结构，无耐火砖衬里，维护量较少，气化炉内无传动部件，运转周期长，无需备用炉（4）气化炉有多个烧嘴，采用成双对称布置，调节负荷容易（5）气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状颗粒，性质稳定，对环境几乎没有影响缺点（1）结构庞大、复杂。（2）投资大。（3）气化压力较低，第四节煤气化的生产工艺及排污节点三煤气化工艺煤气化技术总的分为地面气化技术和地下气化技术。地面气化技术是将煤从地下挖掘出来后再经过各种气化技术获得煤气的方法；地下气化就是将埋藏在地下的煤炭进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用及化学反应而产生可燃气体的过程，其过程集建井、采煤、气化工艺合二为一，将传统的物理采煤方法转变为无人无设备的化学采煤方法，省去了传统的采煤机械设备和地面气化炉笨重复杂设。煤气化技术流程图施，具有安全性好、投资少、见效快、污染少、效益高等显著优点。1、地面气化技术地面煤气化技术可按压力、气化剂、气化过程供热方式等分类，常用的是按气化炉内煤料与气化剂的接触方式区分，主要有固定床气化技术、流化床气化技1固定床气化技术（1）常压固定床间歇煤气化技术（2）加压固定床煤气化技术2流化床气化技术粗煤、石油焦煤灰再循环骤冷气磨粉烘干选煤干法去尘煤灰处理系统湿法洗涤水净化值清洁合成气高闪蒸汽中压蒸汽气化炉气化器硫盐煤烘干段炉渣流化床气化又称为沸腾床气化。其以小颗粒煤为气化原料，这些细颗粒在自下而上的气化剂的作用下，保持着连续不断和无秩序的沸腾和悬浮状态运动，迅速地进行着混合和热交换，从而使整个床层温度和组成均一。常见的流化床，有温克勒（Winkler）、灰团聚（U-Gas）、循环流化床（CFB）、加压流化床（PFB是PFBC的气化部分）等。（1）循环流化床气化技术CFB（2）灰熔聚流化床粉煤气化技术3气流床气化技术气流床气化是一种并流式气化。从原料形态分有水煤浆、干煤粉2类；从专利上分，Texaco、Shell最具代表性。前者是先将煤粉制成煤浆，用泵送入气化炉，气化温度1350～1500℃；后者是气化剂将煤粉夹带入气化炉，在1500～1900℃高温下气化，残渣以熔渣形式排出。在气化炉内，煤炭细粉粒经特殊喷嘴进入反流化床制气静电除尘器气柜罗茨机脱硫预脱碳压缩机1.2段变换二次脱碳压缩机3段压缩机4.5段精炼压缩机6氨的合成氨气应室，会在瞬间着火，直接发生火焰反应，同时处于不充分的氧化条件下，因此，其热解、燃烧以吸热的气化反应，几乎是同时发生的。随气流的运动，未反应的气化剂、热解挥发物及燃烧产物裹夹着煤焦粒子高速运动，运动过程中进行着煤焦颗粒的气化反应。这种运动状态，相当于流化技术领域里对固体颗粒的“气流输送”，习惯上称为气流床气化。气流床对煤种（烟煤、褐煤）、粒度、含硫、含灰都具有较大的兼容性，国际上已有多家单系列、大容量、加压厂在运作，其清洁、高效代表着当今技术发展潮流。（1）德士古（Texaco）气化技术合成气去甲醇系统煤浆氧气高压灰水文丘里洗涤塔冷凝液去闪蒸系统去闪蒸系统洗液塔循环系统气化炉。（2）壳牌Shell气化技术壳牌干煤粉加压气化技术的特点如下。(1)干煤粉进料用高压氮气气动输送入炉,对煤粉输送系统的防爆要求严格。(2)气化炉烧嘴为多喷嘴,由4个(或6个)喷嘴对称式布置,调节负荷比较灵活。(3)为防止高温气体排出时夹带的熔融态飞灰黏附在气化炉后的输气导管换热2、地下煤气化技术煤气化工艺性能比较图序号项目Shell工艺Texaco工艺Lurgi工艺间歇制气工艺1气化工艺气流床液态排渣气流床液态排渣固定床固态排渣固定床固态排渣氮气氧气水蒸气冷激气化炉废热锅炉流分湿洗COS水解冷却脱硫硫回收循环压缩机2适用煤种褐煤、烟煤、石油焦各种烟煤、石油焦褐煤、烟煤无烟煤、焦炭3气化压力/MPa2.0~4.04.0~6.52.0~3.0常压4气化温度/C1400-16001300-1400950-1050~10005气化剂氧氧氧+蒸汽空气+蒸汽6进料方式干煤粉60%水煤浆6-50mm块煤25-75mm块煤7单炉最大投煤量/t2000200019201008氧气量/m3330-360380-430140-2401700（空气）9碳转化率体积分数/%≥9995-9888-9659-6210冷煤气效率体积分数/%80-8570-7665-75~4111煤气中CO+H2体积分数/%~99~80~6570-7212煤气中CH4体积分数/%＜0.1＜0.19-120.6-313对环境影响较低较低污水含焦油酚处理复杂吹风气含硫化物、CO214技术成熟性高高高高15气化技术第2代第2代第1代第1代四排污节点图粉尘废气固废废渣标准第五节煤气化工业的污染核算（一）气化废水的来源及特性在煤的气化过程中，煤中含有的一些氮、硫、氯和金属，在气化时部分转化提煤机储煤仓煤气发生炉旋风除焦器旋风除尘器标准煤块静电除焦器废热锅炉固碳焦油菜）煤粉静电除尘器间接冷却器煤气加压器煤气脱硫塔用气车间固废冷凝废水噪声为氨、氰化物和金属化合物；一氧化碳和水蒸气反应生成少量的甲酸，甲酸和氨又反应生成甲酸氨。这些有害物质大部分溶解在气化过程的洗涤水、洗气水、蒸汽分流后的分离水和贮罐排水中，一部分在设备管道清扫过程中放空等。1．煤气发生站废水。煤气发生站废水主要来自发生炉中煤气的洗涤和冷却过程，这一废水的量和组成随原料煤、操作条件和废水系统的不同而变化，在用烟煤和褐煤做原料时，废水的水质相当恶劣，含有大量的酚、焦油和氨等。2．气化工艺废水。固定床、流化床和气流床三种气化工艺的废水情气化工艺废水水质污染种类污染物浓度