【正文】 煤氣化技術(shù) GSP 工藝介紹 GSP 工藝 技術(shù)由前民主德國的德意志燃料研究所 (German Fuel Institute) 開發(fā) , 始于上世紀 70 年代末。 (7)氣化爐高溫排出的熔渣經(jīng)激冷后成玻璃狀顆粒，性質(zhì)穩(wěn)定，對環(huán)境幾乎沒有影響。 (4)單爐生產(chǎn)能力大，目前已投入運轉(zhuǎn)的單爐氣化壓力 ，日處理煤 2020噸。 技術(shù)特點 (1)干煤粉進料，氣化溫度高，煤種適用廣，從無煙煤、煙煤、褐煤到石油焦均可氣化，對煤的灰融點范圍比其它氣化工藝更寬。 廢熱鍋爐用于回收高溫煤氣的顯熱，既要承受高溫高壓，又要承受煤氣中粉塵的沖刷，操作條件比較惡劣。 Shell 煤 氣化裝置的核心設備是氣化爐和廢熱鍋爐 : Shell 煤氣化爐主要由內(nèi)筒和外筒兩部分構(gòu)成。 (3)經(jīng)廢鍋回收熱量后的煤氣進入干式除塵及濕法除塵洗滌系統(tǒng)，處理后的煤氣含塵量小于 lmg/m 送至后工序。 目前， shell 煤氣化裝置從示范裝置到大型工業(yè)化裝置均采用廢鍋流程。 1987 年在美國休斯敦殼牌 Deer Park 總廠設計建設第二套日投煤量 250～ 400 t 示范裝置 , 積累了 15000h 的操作經(jīng)驗 , 進一步規(guī)范了實際操作規(guī)程并充分驗證了其煤氣化技術(shù)的可靠性、原料適用 性、負荷可調(diào)性。 2020 年 ,我國從國外進口原油 億噸 ,今后該數(shù)值還將持續(xù)增大。 (5) 將有助于各水煤漿氣化企業(yè)充分利用本地的煤炭資源 ,減少生產(chǎn)成本 ,不必再從山西、陜西、內(nèi)蒙古等地調(diào)運無煙煤。 (3) 將更加有利于那些工藝落后、規(guī)模較小的固定床和流化床煤氣化裝置低成本地轉(zhuǎn)型為水煤漿氣化裝置。由此可見，這種新型氣化爐是 Texaco 氣化爐的有力替代者。 1996 年 10 月原國家計委批準立項 ,把“多噴嘴水煤漿氣化技術(shù)”列為“九五”攻關課題和“ 863”計劃，目的旨在開發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的水煤漿氣化裝置和技術(shù)。 (8)操作負荷可變范圍寬、跟蹤能力強。 (4)灰渣以液態(tài)形式排出后成玻璃狀，無污染和公害，并可用作建筑材料。除褐煤、泥煤及熱值低于 22940kJ/kg、灰熔點高于 1350℃的煤不太適用外，其他粘結(jié)性煤、含灰量較高的煤、石油焦、煙煤均可作原料。 Texaco 煤氣化過程包括磨煤及煤漿制備、氣化、黑水處理等工序。 (2)上海華誼焦化有限公司于 1995 年建成 4 臺 ,單臺日處理原煤 500t。水煤漿氣化噴嘴經(jīng)常面臨噴口磨損問題，主要是由于水煤漿在較高線速下 (約 30m/s)對金屬材質(zhì)的沖刷腐蝕。 目前 ChevronTexaco 最大商業(yè)裝置是 Tampa 電站，屬于 DOE的 CCT3， 1989 年立項， 1996 年 7 月投運， 12 月宣布進入驗證運行。 (3)凈煤氣中 H2／ CO 比為 1． 6～ 1． 7，不用變換即可直接利用 FT或改良 FT工藝合成各種液體燃料，聯(lián)產(chǎn)甲醇，調(diào)節(jié)城市煤氣季節(jié) 性、時段性平衡和發(fā)展甲醇化學，提高整個系統(tǒng)的經(jīng)濟性。 (4) 燃燒 半焦在燃燒區(qū)氧化生成 CO 和 CO2。從基本概念上講 , 固定床層由上而下可分為干燥區(qū)、干餾區(qū)、氣化區(qū)、燃燒區(qū)和灰渣區(qū)五部分。 在 Lurgi Mark 型系列氣化爐內(nèi)，煤料自下而上大致可分成灰渣層、第 1 反應層 (即氧化層，放出熱量，生成 CO )、第 2反應層 (即還原層，吸收熱量，生成大量 H 和 CO)、甲烷層 (生成甲烷 )、干餾層和干燥層等 6個理論層。其中以 Texaco、 Shell、 GSP、 Dow氣流床煤氣化技術(shù)為主要發(fā)展對象，下文將對這些煤氣化工藝進行詳細介紹，并將對Texaco、 Shell、 GSP、氣流床煤氣化技術(shù)的各類參數(shù)作橫向比較。 其他煤氣化技術(shù) 以上介紹的各類煤氣化技術(shù)分別屬于第一、第二代 煤氣化工藝。經(jīng)激冷粗煤氣去洗滌系統(tǒng)。 GSP 工藝技術(shù)適用于各種原料 , 可用于處理城市廢料等在內(nèi)的各種碳氫化合物。 謝爾 (Shell)粉煤氣流床氣化工藝 該工藝是由謝爾國際石油公司在柯伯斯一托切克粉煤氣流床氣化工藝的基礎上開發(fā)成功的。 德士古 (Texaco)水煤漿加壓氣化工藝 該工藝是由美國德士古公司于 20 世紀 70 年代開發(fā)的。一般要求反應溫度和操作壓力都比較高。 U— Gas 爐操作壓力在 ～ ，有帶壓的煤斗和灰斗，煤氣中無焦油，不排廢氣；主要問題：出口氣帶灰較多，不能長周期運行?，F(xiàn)以 UGas 氣化爐為代表介紹一下該技術(shù)。 循環(huán)流化床粉煤氣化工藝 (CFB、 20 世紀 70 年代魯奇公司開發(fā) ) 特點：其工藝過程和恩德粉煤氣化工藝非常相似，所不同的是 CFB 技術(shù)的旋風分離器分離的粉塵直接從氣化爐上部進入氣化爐爐膛，多重循環(huán)，使循環(huán)物料和新鮮物料之比高達 40 倍以上，促使炭粒反復氣化，故碳轉(zhuǎn)化率很高，可達 90％。 溫克勒 (WinkIer)常壓流化床氣化工藝 該工藝是由前西德“萊茵褐煤公司”和“伍德公司”于 20世紀 20 年代開發(fā)的，是世界上最早的流化 床氣化工藝。 固定層加壓氣化工藝 (魯奇公司開發(fā) ) 特點：加壓氣化，固體加料 555m，固體排渣，連續(xù)氣化，氧氣和蒸汽作氣化劑，設有加壓的煤鎖斗和灰儲斗：優(yōu)點：加壓氣化 ()，生產(chǎn)強度大，碳轉(zhuǎn)化率約 90％；缺點：反應溫度略低，煤氣中含有焦油和酚類物質(zhì)，氣體凈化和廢水處理復雜，且流程較長，投資比較大。 二、煤氣化技術(shù)： 固定層制氣工藝（移動床） 常壓固定層間歇制氣工藝 特點：常壓氣化，固體加料 10— 70m，固體排渣，間歇氣化，空氣和蒸汽作氣化劑，吹風和制氣階段交替進行。 煤炭氣化，即在一定溫度、壓力條件下利用氣化劑 (O H2O或 CO2)與煤炭反應生成潔凈合成氣 (CO、 H2 的混合物 )，是對煤炭進行化學加工的一個重要方法，是實現(xiàn)煤炭潔凈利用的關鍵。 專家研究認為，在未來相當長時期內(nèi)，一次能源消費結(jié)構(gòu)中煤炭仍將居主導地位，到 2050 年將維持在 50％以上。 國內(nèi)外各種先進 煤氣化技術(shù) 一、引言 二、煤氣化技術(shù)概述： 固定層制氣工藝（移動床） 流化床氣化工藝 氣流床氣化工藝 其他煤氣化技術(shù) 三、國內(nèi)主流煤氣化技術(shù)詳解 Lurgi（魯奇）煤氣化技術(shù) Texaco（德士古）煤氣化技術(shù) Shell 煤氣化技術(shù)工藝 GSP 煤氣化技術(shù) Dow 煤氣化工藝 Texaco、 Shell、 GSP三種氣化技術(shù)對比 四、 其它煤氣化技術(shù) 第三代煤氣化技術(shù) 組合氣化爐煤氣化法 五、國內(nèi)外煤氣化的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 國外技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 國內(nèi)的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 國內(nèi)工業(yè)化煤氣化裝置技術(shù)最新成果 一、引言 我國石油資源相對短缺，僅占化石能源探明儲量 的 ％，開采量僅為世界開采量的 ％，石油供需矛盾日益突出。煤炭在一次能源消費結(jié)構(gòu)中占有主導地位， 20 世紀 80年代以來一直在 70％上下。本文針對這一情況綜合介紹國內(nèi)煤氣化技術(shù)現(xiàn)狀，并對目前主流煤氣化技術(shù)作一橫向?qū)Ρ?。隨著環(huán)境標準的日趨嚴格，氣流床氣化的優(yōu)勢越來越突出。 固定層連續(xù)制氣工藝的技術(shù)突破在于以氧氣或富氧空氣加蒸汽做氣化劑，由于氣化劑中氧含量的增加，在氣化反應過程中，燃燒產(chǎn)生的熱量與煤 和蒸汽分解所需要的熱量能夠?qū)崿F(xiàn)平衡，這樣可得到穩(wěn)定的反應溫度和固定的反應床層，實現(xiàn)連續(xù)制氣，不用專門吹風，無廢氣排放，生產(chǎn)強度和能源利用率都有了很大的提高。氣流床反應，物料間的傳熱和傳質(zhì)速率更快，過程易控制，生產(chǎn)能力也有了較大的提高。特點：常壓氣化，粉煤進料粒度小于 10mm，干法排渣，氧氣或空氣加蒸汽作氣化劑，取消了爐箅，改為布風噴嘴向爐內(nèi)送氣，解決了爐 底結(jié)渣的問題，在爐氣出口增設旋風分離器，返料從爐底入爐循環(huán)使用；優(yōu)點：煤種適應性寬，返料循環(huán)利用使碳轉(zhuǎn)化率可達 76％，極少產(chǎn)生焦油；缺點：氣化壓力低，難以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，排灰含碳量高。 灰熔聚粉煤循環(huán)流化床氣化工藝（ UGas 氣化爐） 該工藝是由美國煤氣研究所 (IGT)于 20 世紀 70 年代開發(fā)的。 特點：灰熔聚循環(huán)流化床氣化工藝具有循環(huán)流化床工藝的一切優(yōu)點，氣化劑分兩路進入爐內(nèi)：一路從爐底四周進入，另一路從爐底中心排灰 管進入，排灰管處的氧含量高以實現(xiàn)灰熔聚。 氣流床氣化工藝 該工藝的共同特點是煤進料的粒度比粉煤流化床 氣化更小，反應物料被氣化劑夾帶，以氣流床的形式進行反應，因而反應進行的更快。產(chǎn)生的灰分被爐內(nèi)的高溫熔化沿氣化爐的爐壁流入激冷槽內(nèi)冷卻固化，然后經(jīng)灰斗去渣池再由撈渣機排出；特點：粉煤進料小于 ，熔融排渣，常壓氣化，操作簡單，所產(chǎn)煤氣中無焦油、酚及烴類等，甲烷含量低等；缺點：氧耗高，氣化爐耐火磚的要求高，要求煤的活性高，灰熔點適宜，顯熱回收設備多，投資比較大。 另我國在原德士古 (Texaco)水煤漿工藝的基礎上，兗礦集團魯南化肥廠、華東理工大學和天辰設計院等部門經(jīng)過 4 年的刻苦攻關 ,在 2020 年 12 月 ,建于兗礦集團魯南化肥廠的日處理原煤 22t 的“四噴嘴對置式水煤漿氣化爐”中試裝置通過了國家有關部門的驗收 ,其氣化的各項技術(shù)指標均優(yōu)于美國的 Texaco 水煤漿氣化爐。最初的目的是用高灰分褐煤 生產(chǎn)民用煤氣。然后在高溫 (1400～ 1600℃ )、高壓 (～ Pa) 下發(fā)生快速氣化反應 , 產(chǎn)生以 CO 和 H2 為主要成分的熱粗煤氣。工藝特點：其第 1段反應產(chǎn)生的熱煤氣由頂部進人第 2段后，在第 2段利用氣化顯熱把射入的水煤漿的水分氣化，除了水分被加熱及蒸發(fā)外，煤顆粒同時加熱，裂解以及吸熱氣化反應，降低了混合物的溫度到 1038℃，保證了后系統(tǒng)的正常工作。 三、國內(nèi)主流煤氣化技術(shù)詳解 目前國內(nèi)各煤化工企業(yè)所使用的煤氣化技術(shù)主要以魯奇（ Lurgi）煤氣化、Texaco、 Shell、 GSP、 Dow 氣流床煤氣化工藝為主。 工藝介紹 Lurgi 固定床 (移動床 )煤氣化方法的一般規(guī)律，通常以塊煤 (5～ 75 mm)、焦炭塊或型煤 (煤球 )作入爐原料，要求原料煤的熱穩(wěn)定性高、反應活性好、灰熔融性溫度高(高活性煤，軟化溫度 (ST )1200 ℃，低活性煤最好高于 1400℃ )、機械強度高、不黏結(jié) (或弱黏結(jié) )等． 出于經(jīng)濟性及減少機械故障率考慮，對煤的灰分及水分含量也有所限制 (通常兩者均應小于 20％ )。 魯奇爐的示意圖見（圖 1）。 (3) 氣化 多相氣化反應和均相水煤氣變換反應。 (2)凈煤氣成分中含有 lO～ 15％的甲烷成分，不僅可以降低煤氣化的耗氧量，而且特別適宜于聯(lián)產(chǎn)城市煤氣。 Texaco（德士古）煤氣化技術(shù) 工藝介紹 美國 Texaco(2020年初成為 Chevron公司一部分， 2020年 5月被 GE 公司收購 )開發(fā)的水煤漿氣化工藝是將煤加水磨成濃度為 60～ 65％的水煤漿，用純氧作氣化劑，在高溫高壓 下進行氣化反應，氣化壓力在 ～ 之間，氣化溫度～ 1400℃，液態(tài)排渣，煤氣成份 CO＋ H2 為 80％左右，不含焦油、酚等有機物質(zhì)，對環(huán)境無污染，碳轉(zhuǎn)化率96～ 99％，氣化強度大，爐子結(jié)構(gòu)簡單，能耗低，運轉(zhuǎn)率高，而且煤適應范圍較寬。其中噴嘴為三通道，工藝氧走一、三通道，水煤漿走二通道，介于兩股氧射流之間。目前在中國約有15 臺水煤漿氣化爐用于化工生產(chǎn) ,主要分布在： (1)兗礦集團魯南化肥廠 3 臺，其中 1989 年建成 2 臺， 2020 年建成 1 臺，單爐均為日處理原煤 450t 。 (5)山東華魯恒升化工公司 2 臺 (一共配套 3 臺水煤漿氣化爐 ,其中 1 臺為我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的四噴嘴對置式氣化爐 ) 。 Texaco 水煤漿氣化對煤質(zhì)適應性較廣。 (3)使用固體為原料時，將煤水混合成水煤漿用高壓泵進料，加料系統(tǒng)既安全又易控制。 (7)煤氣凈化可在壓力下進行，且可與現(xiàn)有的煤氣凈化技術(shù)兼容。 (11)模塊化結(jié)構(gòu)，有較好的組合靈活性 Texaco 氣化技術(shù)工藝改進 目前我國國內(nèi) Texaco 氣化技術(shù)使用廣泛，針對原有 Texaco 氣化技術(shù)的技術(shù)改進也層出不窮，其中有代表性的是“四噴嘴對置式水煤漿氣化爐”。在相同的原煤和煤漿濃度下 ,同 Texaco 氣化爐相比較 ,前者的有效氣成份高 ％～ 2％ ,碳轉(zhuǎn)化率 2％～ 3％ ,比氧耗可降低 2％～ 4％。 (2) 該新型煤氣化 (爐 ) 技術(shù)幾乎適用于所有的煤種 ,包括高硫煤和褐煤 ,使煤炭氣化領域擺脫了原有對無煙煤和焦炭的依賴 ,從而可以更加優(yōu)質(zhì)高效地利用各種煤炭資源。另外 ,新型水煤漿氣化爐對煙煤和褐煤的直接利用 ,可以解放一大批的煉焦企業(yè) ,減少了對環(huán)境的一大污染源。煤氣化產(chǎn)業(yè)的自主化和大型化 ,也會有利于我國即將起步的“煤煉油”產(chǎn)業(yè)