煤气化工艺技术的选择

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1、煤气化工艺技术的选择滑体之(中原大化集团有限责任公司，河南濮阳)2005-09-16   煤炭通过气化转化成煤气是煤炭化工、整体煤气化联合循环发电、煤气化多联产等技术的关键和龙头技术。自发展以煤为原料的石油替代能源战略在我国确立之后，各地纷纷上马或正在积极酝酿着各种规模的煤化工项目，掀起了又一轮煤化工热。本文对我国煤气化技术的现状作简单介绍，并对如何科学选择煤气化工艺提出建议。1 煤气化技术简介   煤气化工艺以煤炭(块煤、焦炭或粉煤)为原料，采用空气、氧气、二氧化碳和水蒸气为气化剂，在气化炉内高温环境

2、下进行热化学反应。其主要气化反应是煤与气体介质之间的反应，即气、固两相之间的非均相反应，同时也有气体反应物之间的均相反应。这些反应进行的程度决定于气化炉的操作条件，即温度、压力、气化剂与煤炭的接触时间及煤炭的化学反应活性、表面情况等。其产品可作为燃料气、原料气或合成气，与气化炉炉型有关。气化炉的分类按煤与气化剂的相对流动方式可分为逆流、并逆流和并流，与其相对应的则是固定床、流化床和气流床气化炉。1.1 固定床气化炉   常见的固定床(慢移动床)气化炉有间歇式气化炉(UGl)和连续式气化炉(鲁奇Lurgi

3、)两种，目前都是已淘汰或落后的气化技术。固定床间歇式气化炉国外已于20世纪60年代初废弃。我国于20世纪40年代引进UGI炉，50年代改烧无烟煤，主要用于制氨和甲醇；至今尚有600余家在使用。随着能源政策和环境的要求越来越高，不久的将来，会逐步为新的煤气化技术所取代。   连续式气化炉应用碎煤加压气化技术，20世纪30年代由德国鲁奇(Lurgi)公司开发成功，是逆向气化，煤在炉内停留时间长达1h，反应炉的操作温度和炉出口煤气温度低，碳转化率高，气化效率高，可以使用劣质煤气化，在世界各国得到广泛应用。但气

4、化炉结构复杂，炉内设有破粘和煤分布器、炉篦等转动设备，制造和维修费用大；入炉煤必须是不粘块煤，原料采购成本较高；出炉煤气中含焦油、酚等，污水处理和煤气净化工艺复杂、流程长、设备多，增加了投资和成本。   鲁奇炉的产品气适合做城市煤气。我国云南解化集团和山西天脊集团采用该技术生产合成氨。鲁奇气化炉生产合成气时，气体成分中甲烷含量高(8％～10％)，且生产流程长，投资大；因此，鲁奇气化炉不适宜生产合成气。1.2 流化床气化炉   流化床气化炉的气化剂由炉下部吹入，使细粒煤(小于6mm)在炉内呈并逆流反应，煤

5、粒(粉煤)和气化剂在炉底锥形部分呈并流运动，在炉上筒体部分呈并流和逆流运动，使炉内的煤粒在流化状态下气化，在燃烧产生的高温条件下，气固两相充分混合接触，发生煤的还原反应，最终实现煤的气化。   常见的流化床气化炉有温克勒(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)以及中国科学院山西煤炭化学研究所研发的灰熔聚气化炉等。目前较成功的流化床气化炉有鲁奇公司开发的循环流化床(CFB)和中国科学院山西煤炭化学研究所研发的灰熔聚气化炉。1.2.1 循环流化

6、床气化炉(CFB)   鲁奇公司开发的循环流化床气化炉(CFB)可气化各种煤，也可以用碎木、树皮、城市可燃垃圾作为气化原料，水蒸气和氧气作气化剂，气化比较完全，气化强度大，是固定床的2倍，碳转化率高(97％)，炉底排灰中含碳2％～3％，气化原料循环过程中返回气化炉内的循环物料是新加入原料的40倍，炉内气流速度为5～7m／s，有很高的传热、传质速度，气化压力0.15MPa，气化温度视原料情况进行控制，一般控制循环旋风除尘器的温度在800～1050℃之间。鲁奇公司的CFB气化技术在全世界已有60多个工厂采用

7、，正在设计和建设的还有30多个工厂。   CFB气化炉基本是常压操作，1kg煤消耗气化剂水蒸气1.2kg，氧气0.4kg，可生产煤气1.9～2.0m3。煤气成分(CO+H2)＞75％，甲烷含量2.5％左右，二氧化碳含量在15％，低于德士古炉和鲁奇MK型炉煤气中二氧化碳含量，有利于合成氨的生产。但国际上尚无生产合成气先例，在未取得应用于合成氨厂的工业化成功经验之前应慎重。1.2.2 灰熔聚流化床气化炉   自20世纪80年代开始，中国科学院山西煤炭化学研究所独立研究开发了具有国际先进水平的灰熔聚流化床粉煤

8、气化技术。灰熔聚炉属单段流化床，结构简单，煤种适应性宽，对煤的灰熔点没有特殊要求。以0～8mm粒径的干粉煤为原料，气化压力0.03MPa，用富氧(氧浓度为92％，压力不小于0.13MPa)、水蒸气作气化剂。粉煤和气化剂从气化炉底部连续加入，从中心管(射流区)送入部分氧气，在炉内1050～1100℃的高温下进行快速气化反应，被粗煤气夹带的未完全反应的残碳和飞灰，经两级旋风分离器回收，再返回炉内进行气化，碳转化率达90％以上。局部高温，有利于灰