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专家介绍山西省粉煤气化工程研究中心总工程师。在中科院山西煤化所长期从事流态化和煤化学工程研究开发，作为项目负责人成功地开发了灰熔聚流化床粉煤气化技术，为灰熔聚流化床气化技术第一发明人。作为首席科学家主持国家重点基础研究发展规划项目(973)“煤热解、气化及高温净化过程的基础性研究”，为形成新一代煤转化技术奠定了基础。作为博士生导师注重研究队伍和研究生培养，指导博士生12名，发表论文134篇。获中科院科技进步一等奖两次、国家八五科技攻关重大科技成果奖一次、国家发明三等奖一次及若干省、部奖，获国家发明专利和国家实用新型专利各一项。国内外煤气化技术介绍张永奇王洋中国科学院山西煤炭化学研究所山西省粉煤气化工程研究中心2006.5.28煤炭的特性煤气化原理现代煤气化技术发展介绍内容中科院山西煤化所研究所介绍1954年10月创建于大连市(中科院煤炭研究室)1961年迁至太原市1963年扩建为中国科学院煤炭化学研究所1965年－1978年改名为燃料化学研究所1979年复名为中国科学院山西煤炭化学研究所现有职工570人，其中科技人员393人，中科院院士1人，研究员40余人，副研究员及高级工程师110多人，另外还有在读博士、硕士研究生约150人。人员结构：主要研究学科方向煤化学与化工催化化学与工程新型炭材料化学反应工程承担国家重大科研项目973项目国家创新基金科技攻关国际合作项目863项目军工重点科研山西煤气化工程研究中心简介1980年成立灰熔聚煤气化课题组；1994年扩建为气化室；2001年改名能源环境工程实验室；2002年改名为煤气化工程研究中心；2005年成立山西煤气化工程研究中心；进行加压灰熔聚煤气化工艺大型化的开发。一.煤炭的组成和用途煤炭：复杂的有机含碳矿物（从褐煤到无烟煤），以碳为主，主要成份为C，H，O，N，S；高度芳香化；多少不等的无机矿物，Ash：1～50%，Water:X～60%，Volatile：3～45%用途能源燃烧发电（10～35MJ/kg）能源制合成气CO+H2，H2制燃料气CH4,CO,H2制还原剂（冶金焦，铁合金焦）制吸附剂（活性炭，活性焦）煤气化：CnHmOxNySz=C+CO+CO2+H2+NH3+HCN+H2S+COS+••••CoalOxygenSteamGasifierGasComposition(Vol%)H225-30CO30-60CO25-15H2O2-30CH40-5H2S0.2-1COS0-0.1N20.5-4Ar0.2-1NH3+HCN0-0.3Ash/Slag/PMC+1/2O2COC+O2CO2C+CO22COC+H2OCO+H2C+2H2CH4CO+H2OH2+CO2CO+3H2CH4+H2O〔S〕H2S+COS〔N〕NH3+HCN煤燃烧：C+O2CO2H+O2H2O〔S〕＋O2SOX〔N〕＋O2NOXHgHg,HgO水水蒸汽CoalAirFluegas燃烧煤量100100100100温度1000℃1000℃1500℃1500℃压力常压常压常压40atm介质空气空气氧氧介质量9003608383产物CO2，N2，H2O，NOx，SOx，灰H2CO，CO2，N2，NH3，H2S，COS，灰产物量1000460173173物理热化学热；易控制调节液渣；化学能80%或合成气气化燃烧和气化的对比煤气化的用途：煤气化净化（η=80%)CO2变换H2S,NH3,粉尘，K，Na,HgH2Fuelcell（η=80%)电力64%IGCC（η=60%)电力48%合成气H2炼油厂汽油柴油直接液化油品合成氨NH3合成气合成甲醇合成油甲醇DMEMTOMTPMTG煤气化过程的简单分析：煤气化通常不希望有焦油等液态产品存在，以消除净化的困难，通常要求温度在900℃以上，有足够的停留时间煤气化的主反应为C+H2OCO+H2和C+CO22CO，此二反应在高温是有利的，通常1000℃以上时已达足够平衡转化率高温高压有利于化学反应进行，但在1000-1200℃以上反应受扩散控制气化炉炭转化率取决于反应速度和停留时间，气相有效成份浓度（或热值）取决于热力学平衡和接近平衡的程度实际气化过程并非按化学计量进行，而是取决于过程的温度控制，以保证正常的气固流动备煤，进料，反应，渣排出和气体净化现代电力和能源化工对煤气化的要求大规模、高生产能力单台处理量达500~2000ton/day过程高效操作压力、操作温度合理能耗低设备投资低环境友好，净化成本低粗煤气、水、灰渣净化处理容易，无环境二次污染煤种适应性高可适用于高灰、高灰熔点煤国内外煤气化工艺已商业化和正商业化的工艺：●气流床气化GE-Texaco,Shell,GSP,E-Gas,K-T●流化床气化HTW，Winkler，AFB,●固定床气化LurgiLurgiHTWKRWAFBTexacoE-GasShellGSP●移动床●流化床●气流床典型的气化技术Lurgi炉加压固态排渣Lurgi德国，1930年，合成气O2/Steam鼓风运行装置：SASOL97台，南非大平原18台，美国中国11台固定床气化炉历史长，炉数多，使用可靠逆流热交换，出口温度低（250-650℃）热效率高气体干馏产物多，甲烷高，热值高焦油等杂质多，下游净化困难使用不粘块煤，价格高氧消耗低而蒸汽消耗高（1-2kg汽/kg煤）固定床气体分布影响大，处理能力有限（500-800吨）Lurgi氧气鼓风气化炉的典型操作结果煤种来源粒径（mm）泥煤褐煤次烟煤烟煤无烟煤Ireland15.2-40.6Germany1.0-10.1NorthDakota1.4-30.5Riotolbio5.1-30.5Sasoll5.1-30.5Westerfield5.1-30.5Charle-ston5.1-30.5Vietnam5.1-30.5工业分析（wt%）挥发份57.336.829.130.519.728.929.15.7固定炭25.232.630.438.738.343.047.687.3水分15.526.534.316.55.415.75.12.0灰分2.04.16.214.336.312.418.25.0高热值kJ/kg22865261682793531168300098321223333235193灰熔点/℃--1204124914271421139913821499操作压力/MPa2.032.523.033.032.862.452.242.86煤气组成，（vol%）CO17.019.115.920.221.424.224.820.3H234.137.239.238.938.439.738.345.3CH413.611.810.811.79.69.49.34.7CnHm0.60.41.20.40.51.00.60.3H2S0.10.20.40.30.20.80.50.1CO233.830.732.228.128.924.425.827.5N20.80.50.30.41.00.50.71.3煤气热值/kJ/m3116141144611409117481109611811114389836气流床常压K-T,1949年，德国，50台（29台1993年）加压Texaco（2.5－6.5MPa），德国，日本，美国，中国中国最多（鲁南，上海，淮化，渭河，南化，榆林…)Shell流化床Winkler,常压，1926年，70台，现已剩余很少HTW（1.0－3.0MPa），1986年AFB2001年常压商业运行常压低压（0.5MPa)推广中2006年，加压大型半工业试验装置建设Texaco气化炉气流床熔渣气化炉水煤浆（60-65％）（dp0.1mm)，O2鼓风；耐火衬里压力2.8-6.5MPa急冷或废热锅炉换热1350-1400℃熔渣急冷排出Texaco气化炉的运行结果（冷水工程）日期设计Jun.18,1984Sep.27,1984Nov.29,1984炭转化率,（%）95999898O/C原子比0.991.040.970.97水煤浆浓度,（%）60586059O2消耗量（[M3O2/103m3(CO+H2)]）421418382390冷煤气效率,（%）71.272.173.973.7Shell气化炉干煤粉（dp0.1mm)，锁斗O2/H2O鼓风；膜式水冷壁（垂直管）压力3.0MPa废热锅炉换热1500-1600℃熔渣急冷排出循环煤气降温固化飞渣壳牌气化炉的典型数据项目设计变化范围示范运行用煤量t/d229115-235229操作严厉MPa2.512.44-2.512.44煤气组成%H229.922.7-34.627.7-29.8CO62.954.8-69.066.5-69.0CO25.82.2-10.82.2-2.4CH40.040.001-0.0040.001-0.004H2S+COS1.01.1-1.81.1-1.2炭转化率98.598.597-98GSP气化炉干煤粉（dp0.1mm)，锁斗O2/H2O鼓风；膜式水冷壁（螺旋管）压力3.0MPa1500-1700℃熔渣急冷排出E-Gas气化炉二段,水煤浆进料无需循环气急冷固化飞渣1987年由DOW化学公司建成第一套工业化装置，整个工艺流程包括煤浆制备，气化炉和排渣系统，煤气的冷却净化及热量回收装置。气流床的备煤和进料●干粉粉煤90%100μm，干燥w2%，N2保护和输送锁斗加压系统，计量，能耗高●水煤浆水煤浆制备耗能较干粉少，泵送容易，控制容易；水煤浆浓度低，热值低，水蒸发和加热耗能高，对于水性煤如褐煤，年青烟煤，水煤浆浓度低；水煤浆浓度∝煤的平衡湿含量，固定炭，表面C/O官能团，自由膨胀数，Cf/V，粘土，可溶性Ca,Mg盐含量煤中矿物和渣的流动特性（气流床）●干粉煤都能气流床气化，但受灰渣影响●气化炉的操作温度150℃≥灰的流动温度●高温耐火材料磨蚀增大●气化炉材料质量要求提高●污水系统结垢增加建议灰渣流动温度＜1350℃（Texaco），粘度＜25pa.s，对非牛顿型流体渣，渣口温度＞tcrSlagviscosityasafunctionoftemperature●加助熔剂降低灰渣流动温度和粘度CaOX=酸/碱比＝OKONaMgOCaOOFeOAlSiO2232322)(Tf=13.545X-2＋29.08X＋1232CaO的加入：增加了成本增加了灰分增加了后系统结垢耐火衬里：耐火衬里的寿命－－气化炉的寿命寿命－－材料（＞70%Cr2O3，ZeO)渣流速渣性质气化炉结构渣的渗透性热震裂纹扩展措施低温操作减少开停车热震加强制造质量管理膜式水冷壁：渣的自平衡厚度∝操作温度，水冷壁换热量废锅：昂贵－还原性气氛下金属的高温腐蚀（H2S,HCl)和低温腐蚀（灰中金额熔性的Cl等）炉管温度限制－＜450℃流化床气化（1）HTW1926年德国Winkler发明流化床气化炉碎煤（0～6mm）以空气/蒸汽或氧/蒸汽鼓风气化气化温度～850-950℃，以防灰渣烧结，因而适用于生物质，泥浆，褐煤及高活性烟煤气化炉内温度均一，生成气不含焦油等高分子有机物设备简单，材料要求低，投资低氧消耗低（＜300m3O2/Km3(CO+H2))碳转化率约95％，需增加小型CFB燃炉HTW，25t褐煤/h,1.0MPa,1986年德国；泥炭，1988年芬兰Hybrid系统现备受关注；Transport-reactor，KBR美国Hybrid，Fosterwheeler，美国流化床气化（2）灰熔聚流化床气化1959年法国Jequire(Nancy大学)发明美国Westinghouse(KRW)，GasTechnologyInstitute（U-gas)开发，1980年……1994年上海焦化厂，1998年美国Pinonpine中科院山西煤化所（AFB)，1980年开始研发2001年：2400mm，常压100吨/天，制合成气成功2400mm，0.5MPa系统正商业推广1999年300mm，1.5MPa研发完成20