煤炭的高效清洁利用_煤气化技术.doc

第３０卷第１１期２００７年１１月Ｖｏｌ．３０Ｎｏ．１１Ｎｏｖ．２００７ 煤炭的高效清洁利用煤气化技术 张晓慧 （西北化工研究院，陕西 ［摘 西安 ７１０６００） 要］阐述了煤气化技术是当今煤炭高效洁净利用的关键技术之一。通过对目前几种工业化的煤气化技术的分析比较， 指出了煤气化技术的发展方向，并针对陕北能源基地的建设和煤化工的发展提出了一些建议。 ［关键词］煤气化技术；高效洁净；发展方向［中图分类号］ＴＱ５４ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１００３－５０９５（２００７）１１－００２３－０３ 煤炭是地球上储量最丰富、分布最广泛的化石燃 料，中国富煤贫油少气，加之油价的上涨，能源消费更依赖煤炭。陕西省是煤炭资源储藏量较大的主要省份，而陕北煤炭探明贮量超过２０００亿ｔ，占陕西省煤炭资源的９９％，储量大、易开采、质优价廉，可供开采几百年。为此，国家和陕西省政府决定在陕北地区建设大型煤炭能源重化工基地，充分利用陕北的煤炭资源优势带动陕西经济的发展。 从能源供应现状看，合成氨、甲醇和未来的煤直接液化及醇醚燃料大都以煤气化制合成气为基础，在全国范围内，目前仅氨合成和甲醇合成的气化煤量已达４０００万ｔ／ａ以上；预计今后煤制油所需气化煤量每年将达到亿吨；工业直接燃煤４亿ｔ／ａ以上，为解决污染问题，其中相当部分须采用先进的煤气化方案，需气化煤量上千万吨每年；炼油工业为提高油品质量每年需耗氢１００－２００亿ｍ３，煤气化是经济可靠的制氢方案，油品加氢需气化煤量１０００万ｔ／ａ；在未来２０年内，煤制油产量将达数千万吨，需增加１亿ｋＷ以上的装机容量，拟采用先进的煤气化技术为基础的联合循环发电系统，需气化煤量总计约１－２亿ｔ／ａ。因此，煤的气化是实现煤炭综合利用和洁净煤技术的重要技术单元和主要手段，是发展现代煤化工、煤造油、燃料煤气等重要工业化生产的龙头。 表１ 气化技术排灰形式原料煤特性粒度／ｍｍ灰含量／％操作压力／ＭＰａ煤气温度氧气消耗蒸汽消耗代表技术 干灰块煤１３－５０＜２０２．２４低低高Ｌｕｒｇｉ 气化技术的主要特性 流化床干灰粉煤０－８不限不限１．０中中中 灰团聚粉煤０－８不限不限 气流床熔渣粉煤／水煤浆 ０．２＜１３≦１３５０ 熔渣块煤５－５０＜１５２．２４低低低 固定床 灰熔点／℃＞１２５０＜１３００ ０．０３－２．５２．５－６．５中中中 高高高 操作温度／℃４００－１２００４００－１２００９００－１０００９５０－１１００１３５０－１７００ ｌｕｒｇｉＢＧＬ恩德粉灰团聚Ｓｈｅｌｌ／Ｔｅｘａｃｏ １煤气化技术发展现状 １．１煤气化技术的分类和特点 按煤在气化炉内移动方式分成固定床（移动床）、流化床、气流床，表１列出了各类气化技术的主要特点。 ［收稿日期］２００７－０９－１５ ［作者简介］张晓慧（１９７３－），女，工程师，主要从事煤气化工 艺研究工作。 固定床加压气化（Ｌｕｒｇｉ）热效率（或冷煤气效率） 高，氧耗量低，但适用于弱粘或不粘块煤，且煤气中含焦油、酚等物质，净化处理流程长、投资高，新建气化项目较少采用。 流化床气化以碎煤为原料（小于６ｍｍ），煤气中几乎不含焦油、酚和烃类，传统流化床为防止床内物料因灰含量高而烧结，必须控制在较低的操作温度（低于９５０℃），因而只适用于高活性的褐煤或次烟煤。我国开发的灰熔聚流化床气化技术，借选择性排灰提高了床内碳浓度，降低了结渣风险，提高了操作温度（达１１００℃），适用煤种已拓宽到烟煤甚至无烟煤。流化床操作温度适中，投资低，原料适应性宽，因此愈来愈受到重视。其不足之处在于目前的技术操作压力低、单台处理能力与气流床相比较小，同时由于细粉的带出，碳转化率还有待提高。 气流床气化以粒径＜０．２ｍｍ的细粉煤为原料，煤粉可以干态（Ｓｈｅｌｌ）或浆态（水煤浆，Ｔｅｘａｃｏ）进料，操作温度高，几乎适用任何煤种，煤气中不含焦油、酚和烃类，气化强度高。但同时投资高，氧耗量高。 针对不同原料煤的煤质情况与工艺特性，可选用 ・２４・河北化工第１１期 不同的气化工艺。１．２煤气化技术现状 １．２．１多元料浆气化技术 多元料浆气化方法是西北化工研究院的专利技术，该气化方法的原料可以是石油焦、石油沥青、煤、石油加工过程的各种固体残渣及残液等，采用合适的添加剂，通过一步法制浆技术，制备出合格的气化料浆，然后在高温、高压条件下和氧气反应生成ＣＯ、Ｈ２为主成分的合成气。多元料浆气化方法技术先进、成熟、可靠，环境达标，能耗低。在浙江丰登化工有限公司和浙江巨化有限公司合成氨厂两家企业中成功应用多年。 １．２．２水煤浆气化技术 水煤浆气化技术属加压气流床气化技术，是２０世纪５０年代由美国德士古公司开发的。通过多年的开发与改进，已在全世界范围内建立了许多套工业化装置。其技术特点（１）对原料煤适应性较强，对煤的活性没有严格要求，但对灰熔点过高的煤不适合，一般应低于１２５０℃；（２）气化生成有效组分高（ＣＯ＋Ｈ２≥８０％），适宜做合成气；（３）气化生成气不含焦油、酚类等污染物，气体净化简便，几乎无废气排出，废水排放也少，处理后完全达到国家有关排放标准；（４）碳转化率高，一般可达９５％－９８％；（５）单炉产气能力大。我国鲁南、渭河、上海三联供、安徽淮南已从国外引进了水煤浆气化装置，用于生产合成氨、甲醇、醋酸、发电等。 １．２．３谢尔煤气化技术 谢尔气化技术是荷兰壳牌公司专利技术，也属于先进的气流床气化技术。该技术主要是将煤通过粉碎研磨成干煤粉，喷入气化炉进行燃烧制得合成气。目前，该技术已用于电厂发电，在我国应用于大型合成氨生产尚未开始。该技术主要特点采用干煤粉作气化原料，气化炉采用水冷壁结构，气化温度在１４００－１６００℃，气化压力３．０ＭＰａ，碳转化率高达９９％，煤气中甲烷含量很少，ＣＯ＋Ｈ２达到９０％。岳阳中石化壳牌煤气化有限公司、云南沾化有限责任公司、柳州化学工业集团引进了壳牌公司干煤粉气化技术生产合成氨，正在建设期。１．２．４恩德粉煤气化技术 恩德粉煤气化技术是朝鲜“七・七”化工厂在常压温克勒气化技术的基础上改进形成的粉煤气化技术。气化用煤可使用粒度为０－１０ｍｍ的褐煤、不粘煤、弱粘煤和长焰煤，气化剂可采用过热蒸气与氧或富氧空 气。气化温度一般为９５０℃左右，常压气化，煤气中 （ＣＯ＋Ｈ２）为８０％。技术特点气体中不产生焦油，操作弹性大；单台气化炉的生产能力相对偏小，不适应大规模的高压合成气体的生产。景德镇焦化煤气总厂设计的工业燃气选用了该项技术。１．２．５循环流化床气化技术 循环流化床（ＣＦＢ）气化技术是２０世纪７０年代由鲁奇公司开发，主要用于制取燃料气和联合循环发电，适用于为水泥窑提供低热值燃料气。目前单炉最大日处理煤量达５００ｔ。技术特点多重循环，碳粒循环气化，碳的转化率可达９５％－９８％；用不同的气化剂可生产不同要求的煤气；单炉生产能力较小。１．２．６灰熔聚流化床气化技术 灰熔聚循环流化床气化炉是中科院山西煤化所开发的。在陕西城化股份公司建有工业示范装置。该工艺的造气指标常压气化，煤气组成（ＣＯ＋Ｈ２）为７０％，碳转化率为９０％。技术特点气化炉结构简单，是一个单段流化床，在炉内可同时完成煤的破粘、脱挥发份、气化和灰的团聚４个过程；煤种适应性宽；常压气化炉气化强度一般，粗煤气中不含焦油，含少量酚类，废水处理简单。无废气排空，对环保十分有利；整套装置的设备完全可以国产化。 该技术目前还处在小规模工业示范阶段，缺乏大规模工业化及长周期运行经验。１．２．７鲁奇碎煤加压气化技术 鲁奇炉是从德国鲁奇公司引进的一种固定床煤气化炉，它是以块状的弱粘结性贫瘦煤为原料，氧气（空气）和蒸气为气化剂在加压条件下连续气化制取煤气，该炉型适合于生产燃料煤气或间接液化制油的原料气。所产煤气中焦油及酚类物质，需设置甲烷转化（或分离）及废水处理等装置，生产流程长，投资较大。单纯生产合成气的厂家，较少采用鲁奇气化技术。我国有４家工厂使用这种炉型。１．２．８干法粉煤加压气化技术 国内大型先进煤气化技术与国外相比虽有一定差距，但近年来加大加快了开发速度。干法粉煤加压气化属高温加压气化，预计碳转化率高达９９％，（ＣＯ＋Ｈ２）达９２％，环境污染小，是煤气化的发展方向，国内目前没有成熟的干法粉煤加压气化技术可利用，对于该技术的应重点研发，为该技术的工业化示范和产业化应用创造条件。 ２煤气化技术发展的方向 ２．１技术先进 第１１期张晓慧煤炭的高效清洁利用煤气化技术・２５・ 目前，煤气化技术的发展种类较多，各具特色，气化指标差异较大，因此煤气化技术发展应具备技术先 进性，如干法粉煤加压气化技术具有先进的各种指标，被业内人士普遍看好，是今后煤化工技术研发的重中之重。 ２．２煤种的广泛性 国内煤炭资源相对分散，煤质的差异大，即使同一的矿区不同的采煤区域煤质也存在差异，因此，先进的煤气化技术，应该对煤种相对有较为范围宽广的适应性，以消除煤质变化给应用带来的不利影响。２．３生产能力 扩大单炉生产能力，不仅能减少投资，节省占地面积，而且可降低操作费用，从而降低产品成本。２．４增大压力 适当提高气化压力，有利于提高单炉生产能力、气化效率，对降低生产成本有重要的意义。煤的加压气化可实现后续工段的等压合成或降低合成气体的压缩比，这比压缩煤气要经济得多。２．５煤能源的综合利用 把煤气化与发电、化工联合起来，综合利用能源，可以提高总热效率，降低生产成本，如ＩＧＣＣ联合发电。 ２．６保护环境 煤中含有部分无机矿物质，以及在加工利用的过程中，存在废渣、废水、废气的排放，先进的煤气化技 术，这些排放物应相对较少或容易处理。这也符合国家的煤炭洁净利用政策的要求，使国民经济可持续发 展的重要保障。 ３建议 通过以上煤气化技术的分析可知，干法粉煤加压气化技术、水煤浆气化、多元料浆气化技术是当今煤化工应用中首选的煤气化技术。陕北作为我国能源化工基地，现正在建几个大型合成氨厂、甲醇厂及电厂，陆续还有其他辅助化工厂将在陕北建设，这些厂的建立绝大部分要采用煤气化技术，因此，根据陕北能源化工基地建设的特点及煤气化技术的现状，建议陕西省应尽快加大煤气化新技术研发的投入，组建煤化工技术研发中心，研发具有自主知识产权的专利技术，为建设陕北能源化工基地建设服务。 ［参 （２）． ［２］李仲来．煤气化技术综述［Ｊ］．小氮肥设计技术，２００２，（３）．［３］陈广智．煤气工艺的比较［Ｊ］．中氮肥，２００１，（１）． ［４］徐京磐．鲍礼堂．流化床和气流床气化技术综述［Ｊ］．小氮肥设计技术，２００２，（１）． ［５］周永顺．恩德粉煤气化技术在化肥生产中的应用［Ｊ］．小氮肥设计技术，２００２，（１）． ［６］贺永德．灰熔聚流化床粉煤气化工业示范装置考核小结［Ｊ］．煤化工，２００３，（３）． 考文献］ ［１］张东亮．中国煤气化工艺（技术）的现状与发展［Ｊ］．煤化工，２００４， ＴｈｅＣｏａｌＣｌｅａｎＥｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎＥｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ－ＣｏａｌＧａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＺＨＡＮＧＸｉａｏ－ｈｕｉ （ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ，Ｘｉ＇ａｎ７１０６００，Ｃｈｉｎａ） ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｐａｐｅｒｗａｓｅｘｐａｔｉａｔｅｄｔｈａｔｃｏａｌｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆｔｈｅｃｏａｌｅｆｆｉ－ｃｉｅｎｔｌｙｃｌｅａｎｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎｎｏｗａｄａｙｓ．Ｃｕｒｒｅｎｔｌｙａｆｅｗｋｉｎｄｓｏｆｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚｅｄｃｏａｌｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄ，ｃｏａｌｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｉｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ，ａｎｄｓｏｍｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｗｅｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｔｈａｔｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｃｏａｌｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆｔｈｅＳｈａｎ＇ｘｉｎｏｒｔｈｅｎｅｒｇｙｂａｓｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓｃｏａｌｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙｃｌｅａｎ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎ （上接第２２页） ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＴａｓｔｅＭａｓｋｉｎｇＭｅｔｈｏｄｓｉｎＯｒａｌＰｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ ＺＨＡＮＧＴａｏ，ＺＨＡＮＧＬｉ－ｘｉａ （ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＰｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌＮｅｗＤｒｕｇＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００１５，Ｃｈｉｎａ） ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｒｅｖｉｅｗｓｔｈｅｒｅｃｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔａｓｔｅｍａｓｋｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎｄｇｉｖｅａｂｒｉｅｆａｃｃｏｕｎｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ。Ｉｔｉｓａｃｈａｌｌｅｎｇｅｔｏａｐｐｌｙｔｈｅｓｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｗｉｔｈｏｕｔａｌｔｅｒｉｎｇｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｏｒｃｈｅｍｉｃａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｒｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｄｒｕｇｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｄｏｓａｇｅｆｏｒｍｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓｍｏｄｉｆｙｉｎｇｔｈｅｔａｓｔｅ；ｔａｓｔｅｍａｓｋｉｎｇ；ｏｒａｌｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ；ｂｉｔｔｅｒｔａｓｔｅ