煤气化技术类型与发展趋势

煤气化技术类型与发展趋势目录一、研究背景二、主要技术类型三、几种典型的煤气化技术四、发展趋势研究背景（1）能源储备结构特点为：富煤、少气、贫油；（2）总体储量大，但品质较低；（3）煤炭资源占能源生产与消耗总量的75%以上；（4）主要用于发电，火电占全国总装机容量的75%；（5）煤炭利用技术单一、落后；（6）污染大，面临严峻的减排压力。煤气化定义煤气化是指煤在特定的设备内，在一定的温度和压力下使煤中的有机物质与气化剂发生一系列的化学反应，将煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。煤CO、H2、CH4CO2、N2等煤气化产物工艺流程技术类型煤气化技术的核心是气化炉，按煤在炉内的流体力学行为进行分类，目前技术相对成熟而且已被广泛采用的煤气化工艺主要有：（1）固定床气化（2）流化床气化（3）气流床气化固定床气化固定床气化，是指原料煤从炉顶加入，高温气体不断向上流动，煤与气化剂逆流接触，整个物料自上而下移动，相对固定。煤在高温气化剂作用下发生气化反应，生成高温煤气，最后从上部煤气出口出炉。例如鲁奇炉。流化床气化增大炉内向上的气流速度，使煤粉处于沸腾悬浮状态，但又不被带出气化炉。以粒度为0-10mm的小颗粒煤为气化原料，煤与气化剂并、逆流接触，煤粒在气化炉内悬浮分散在上升的气流中，在沸腾状态进行气化反应，煤料层内温度均一、易于控制。与固定床气化相比，流化床气化的优点是气一固和固一固接触充分，传热、传质速率大，设备大型化。气流床气化在高温高压条件下，粉煤或水煤浆与气化剂同时由喷嘴喷入气化炉燃烧室内，煤料与气化剂并流接触，迅速气化，产生粗煤气和熔渣。因炉内气、固两相的流速基本相同，故称为气流床气化。气化炉的性能指标（1）碳转化率碳转化率=转化成煤气成分的碳量÷煤中的碳量（2）冷煤气效率冷煤气效率=所生成煤气的化学能÷气化用煤的化学能（3）热煤气效率。热煤气效率=(所生成煤气的化学能+在气化炉产生蒸汽时所利用的热能)÷气化用煤的化学能气化炉的性能指标（4）能量转化效率。能量转化效率=[(所生成煤气的化学能+煤气燃烧前的物理焓+在气化炉产生蒸汽时所利用的热能)—(气化用煤的物理焓+供气化炉的气化剂的物理焓+供煤气净化系统用的蒸汽和水的焓)]÷气化用煤的化学能。几种典型的气化炉（1）鲁奇炉Lurgi（固定床）（2）恩德炉（流化床）（3）德士古炉Texaco（气流床，水煤浆）（4）壳牌炉Shell（气流床，干煤粉）鲁奇炉•鲁奇炉为固定床加压气化、干化排渣，气化压力1.8-3.0MPa，用氧气+蒸汽作气化剂。鲁奇炉要求原料煤有较高的活性、较弱的粘结性和一定的粒度，能使用含水分和灰分很高的煤。•鲁奇(Lurgi)固定床气化工艺成熟可靠，气化温度900～1050℃，包括焦油在内的气化效率、碳转化率、气化热效率都较高，氧耗是各类气化工艺中最低的，原料制备、排渣处理成熟。煤气热值是各类气化工艺中最高的，它最适合生产城市煤气。•其缺点是：煤气中甲烷含量高，用于化工合成时需专门加以处理；煤气中夹带焦油和酚等杂质，给煤气净化和污水处理带来复杂性。鲁奇炉鲁奇气化炉结构图大唐公司鲁奇炉装置恩德炉•恩德粉煤气化技术是朝鲜恩德七七联合企业对原温克勒炉作了多项改进形成的实用新型粉煤气化技术，该技术成熟可靠，设备已完全实现了国产化。•气化炉底部为特殊形状的锥形，以布风喷嘴取代炉箅；气化炉出口设有旋风除尘器和返料装置，减轻了煤气中带出的飞灰对废热锅炉炉管受热面的磨损。•不足之处在于常压气化，气化效率和转化效率有待提高。恩德炉恩德炉的工艺流程恩德炉淮化长化黑化德士古气化炉•以水煤浆为原料、液态排渣气流床加压气化技术。磨机研磨制成浓度为60%～70%的水煤浆,由煤浆泵加压后与高压氧气一起经烧嘴混合后,呈雾状喷入气化炉燃烧室发生气化反应。•主要优点：对煤种适应性比较宽；单炉生产能力大；煤气质量好；甲烷含量低。•主要缺点：烧嘴运行周期短，由于水煤浆在较高线速下对金属材质的冲刷腐蚀，水煤浆气化喷嘴常面临喷口磨损问题；炉衬采用耐火砖存在成本高、寿命短的问题；相对于干粉气化，因气化煤浆中的水量要耗去人炉煤的8％，原料氧耗高12％～20％，所以效率偏低。德士古气化炉•水煤浆供料•液态排渣炉•内壁衬有多层耐火砖•水煤浆和氧气从炉顶的燃烧器高速连续地喷入部分氧化室，高温状态下工作的喷嘴设有冷却水装置，水煤浆喷入气化炉内迅速发生反应，数秒钟内完成气化过程。•气化炉的下部因冷却方式不同有2种形式，一种是激冷型冷却方式，一种是全热回收型。激冷式全热回收式德士古气化炉气化炉旋风分离水洗磨煤煤水水煤浆水煤浆氧氧水煤浆泵锁斗渣合成气热水蒸发塔酸性气体工艺流程图吊装现场图壳牌气化炉•采用干粉进料、氧吹、液态排渣工艺流程。煤粉由高压氮气送入气化炉喷嘴，来自空分的氧气经氧气预热器加热到一定温度后，与中压过热蒸汽混合并导人喷嘴，送入炉内的煤粉、氧气及蒸汽在高温加压条件下发生部分氧化反应。•主要优点：采用干煤粉进料，氧耗比水煤浆低15％；碳转化率高，可达99％，煤耗比水煤浆低8％；调节负荷方便，系统可通过调节一组或多组烧嘴来调节合成气输出量；炉衬为水冷壁，据称其寿命为20年，喷嘴寿命为1年；由于炉衬为水冷壁为提高气化温度提供条件，因此煤种适应性强，适合包括褐煤、烟煤、无烟煤到石油焦炭等气化原料。•主要缺点：设备投资大于水煤浆气化技术；气化炉及废热锅炉结构过于复杂，加工难度加大干；粉稳定输送的控制难度大。壳牌气化炉•干粉进料；•液态排渣；•内件采用复杂的膜式水冷壁结构；•有废锅流程，热效率高；•气化温度1500℃～1750℃；•煤粉粒度0.5mm，90%0.1mm。工艺流程图发展原则•制氧成本仍然是制约煤气化技术发展的最大因素。一方面应加速高效廉价的大规模制氧技术的开发，另一方面要注重氧耗低的气化技术的开发，重视过程集成概念和技术经济的优化。•煤气化技术发展的原则应为：（1）加压气化;（2）纯氧/蒸汽为气化剂;（3）低的出口煤气温度;（4）低的蒸汽过剩系数;（5）根据反应性变化特征分级气化。发展趋势•以粉煤代替粒煤，气流床和流化床代替固定床。•气化压力向高压化(8．5MPa)发展、气化温度向高温化(1500～1600~C)发展、气化剂向多样化发展和排渣方式向液态化发展。•我国煤化气技术发展趋势：(1)拓宽原料的适应性，集成优化不同技术。(2)装置规模大型化。(3)开发煤气化净化技术，实现煤气化技术的近零排放。谢谢观赏，欢迎指点。