【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 料煤熱值的13%通過(guò)鍋爐轉(zhuǎn)化為蒸汽；6%由設(shè)備和出冷卻器的煤氣顯熱損失于大氣和冷卻水?！hell煤氣化技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：采用干煤粉進(jìn)料，氧耗比水煤漿低15%；碳轉(zhuǎn)化率高，可達(dá)99%，煤耗比水煤漿低8%；調(diào)解負(fù)荷方便，關(guān)閉一對(duì)噴嘴，符合則降低50%；爐襯為水冷壁，據(jù)稱(chēng)其壽命為20年，噴嘴壽命為1年。主要缺點(diǎn)：設(shè)備投資大于水煤漿氣化技術(shù)；氣化爐及廢鍋爐結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，加工難度加大。迄今為止，世界上已投入運(yùn)行的4座250 MW以上的IGCC電站分別是美國(guó)的Wabash River( MW)和Tampa(250 MW)、荷蘭的Demkolec(253 MW)和西班牙的Puertollano(300 MW)。它們分別采用Destec、Texaco、Shell和Prenflo加壓噴流床煤氣化工藝。Destec和Texaco是水煤漿加壓氣化的主要代表，而Shell和Prenflo則是干粉進(jìn)料加壓噴流床氣化的主要代表。用于IGCC的4種煤氣化爐容量都達(dá)到2 000 t/d以上，都是這些氣化爐首次最大容量的工業(yè)應(yīng)用。它們的運(yùn)行狀況直接影響著IGCC的可用率和可靠性，是IGCC電站最關(guān)鍵的技術(shù)之一。4種氣化爐技術(shù)特點(diǎn)的綜合比較見(jiàn)表1。表1　　4種氣化爐的技術(shù)特點(diǎn)比較技　術(shù)　項(xiàng)　目TexacoDestec/DynergyShellPrenflo進(jìn)料方式濕法/水煤漿濕法/水煤漿干法/煤粉干法/煤粉反應(yīng)器形式噴流床噴流床噴流床噴流床氧氣純度/%95959585～95噴嘴/個(gè)13(+1)44噴嘴的壽命/h1 4401 440～2 160＞10 000待考檢氣化爐內(nèi)襯耐火磚耐火磚水冷壁+涂層水冷壁+涂層內(nèi)襯的壽命/a23＞10(待考驗(yàn))＞10(待考驗(yàn))冷煤氣效率/%71～7674～7880～8380～83碳轉(zhuǎn)化率/%96～9898＞98＞98單爐最大出力/2 200～2 4002 5002 0002 600示范電站的凈功率/MW最大容量氣化爐的最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間/h＞8 860＞7 500＞10 00040示范電站最長(zhǎng)追續(xù)運(yùn)行時(shí)間/h720～1 000＞324＞2 00025示范電站的氣化爐可用率/%80～8590～95 (一開(kāi)一備)95(待考驗(yàn))組成IGCC示范電站的效率/%設(shè)計(jì)值：(HHV)試驗(yàn)值：(HHV)設(shè)計(jì)值：(HHV)試驗(yàn)值：(HHV)43(LHV)(未公布試驗(yàn)值)45(LHV)(待試驗(yàn))組成的IGCC達(dá)到43%(LHV)效率的　可能性有可能(但必須改進(jìn)全熱回收)容易達(dá)到容易達(dá)到能達(dá)到存在的問(wèn)題噴嘴、耐火磚壽命短，全熱回收系統(tǒng)和黑水處理系統(tǒng)尚待改進(jìn)噴嘴、耐火磚壽命短，黑水處理系統(tǒng)待改進(jìn)黑水系統(tǒng)待改進(jìn)供料系統(tǒng)待改進(jìn)是否氣化過(guò)類(lèi)似于中國(guó)IGCC電站的煤種是否是否目前IGCC電站的造價(jià)低最低較高較高（三）煤氣凈化系統(tǒng)煤氣凈化：脫除煤氣中飛灰、焦油、萘、氨、硫化氫等雜質(zhì)的過(guò)程。煤氣凈化的主要內(nèi)容 干煤粉（或煤漿）在氣化爐內(nèi)生成粗煤氣，由于煤內(nèi)污染物的存在，通常煤氣中除CO、H、CH、CO和其他氣態(tài)碳?xì)浠衔锿?，還有COS、H2S、粉塵、鹵化物、堿金屬及焦油蒸汽等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會(huì)對(duì)后續(xù)系統(tǒng)特別是燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生腐蝕和磨損，也會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害。2．煤氣凈化的目的和要求煤氣凈化的主要目的是為了滿(mǎn)足燃?xì)廨啓C(jī)和環(huán)保的要求，粗煤氣中含有的粉塵、H2S、COS、鹵化物、NH堿金屬及焦油等雜質(zhì)，不但污染環(huán)境，而且對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)和余熱鍋爐等主要設(shè)備有強(qiáng)的磨損和腐蝕作用z了使IGCC機(jī)組正常運(yùn)行并達(dá)到較高的可靠性，必須在煤氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)之前，對(duì)其進(jìn)行凈化處理。燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)煤氣中含塵量的要求有濃度和粒度分布兩項(xiàng)指標(biāo)。一般要求是0～10－1～10um的粉塵含量應(yīng)小于（～）10－大于10um的粉塵顆粒應(yīng)全部除去。 對(duì)煤氣中硫的要求主要以環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，目前采用的脫硫方法所達(dá)到的脫硫效果已經(jīng)遠(yuǎn)超過(guò)了我國(guó)燃煤電廠對(duì)硫排放的標(biāo)準(zhǔn)要求。3．煤氣凈化的主要流程IGCC電站煤氣除塵IGCC電站除塵通常包括兩部分，干法除塵和濕法洗滌。干法除塵除去大部分固體顆粒物，濕法洗滌除去其余固體顆粒物外，并除去粗煤氣中的鹵化物。 1． 干法除塵干法除塵主要采用旋風(fēng)分離器和高溫高壓陶瓷管過(guò)濾器串聯(lián)方式來(lái)完成。旋風(fēng)分離器依靠粉塵的慣性離心力來(lái)完成，氣速一般為18～25m/s，能分離約90％的粉塵量。高溫高壓陶瓷管過(guò)濾器原理與布袋除塵器相同，采用特殊陶瓷材料做為濾件，經(jīng)過(guò)濾后，煤氣中含塵量不超過(guò)20mg/Nm3，最低可達(dá)到1－2 mg/Nm3。2． 濕法洗滌濕法洗滌系統(tǒng)包括文丘里洗滌塔、填充料床式洗滌塔，經(jīng)洗滌后，合成氣中固體含量不超過(guò)1mg/Nm3，并除去合成氣中的鹵化物、氨(NH3)及甲酸（HCOOH)。IGCC電站煤氣脫硫的幾種方法及特點(diǎn)以煤為原料進(jìn)化所產(chǎn)生的粗煤氣，其中所含的硫化物可分為無(wú)機(jī)硫和有機(jī)硫，無(wú)機(jī)硫主要是H2S，而有機(jī)硫一般為小分子量的COS、CS2和大分子量的硫醇 、硫醚和噻吩等組成。這些硫化物的存在不僅會(huì)污染環(huán)境，而且會(huì)直接對(duì)下游工藝及設(shè)備帶來(lái)危害，必須進(jìn)行脫除。煤氣脫硫的方法主要有高溫煤氣脫硫、干法脫硫和濕法脫硫。高溫煤氣脫硫借助于可再生的單一或復(fù)合金屬氧化物與硫化氫或其他硫化物的反應(yīng)來(lái)完成，操作溫度在400℃ ～1200℃之間，與冷煤氣脫硫相比，不會(huì)浪費(fèi)高溫煤氣中占總值10％～20％的顯熱，提高發(fā)電效率2％以上，但目前技術(shù)還未成熟，不能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。干法脫硫利用吸附劑和/或催化劑將硫化物直接脫除或轉(zhuǎn)化后再脫除，按脫硫劑種類(lèi)可分為鐵系脫硫劑、活性炭系脫硫劑、鋁系有機(jī)硫水解催化劑、鋅系脫硫劑和分子篩系脫硫劑。如CLAUS反應(yīng)的催化劑，在國(guó)內(nèi)曾使用天然鋁釩土、活性氧化鋁作為催化劑。干法的特點(diǎn)是脫硫精度高，投資低，運(yùn)行費(fèi)用低，幾乎沒(méi)有動(dòng)力消耗，適合進(jìn)口濃度低和處理氣體量少的脫硫要求。濕法脫硫利用液體將硫化物從粗煤氣中分離、富集，然后再氧化轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫或硫酸。從所用溶劑的不同，又可分為物理吸收法、化學(xué)吸收法和物理化學(xué)法等。濕法的特點(diǎn)是適合處理含硫量大或氣量大的場(chǎng)合，投資大，運(yùn)行費(fèi)用高。 IGCC電廠產(chǎn)氣量大，含硫量高，通常采用濕法脫硫。典型的濕法脫硫工藝有低溫甲醇洗法、環(huán)丁砜法、烷基醇胺法、NHD法 。低溫甲醇洗屬物理吸收法。溶劑： Rectisol174。 中文 甲醇。（1）溶劑的性質(zhì)：甲醇的分子式為 CH3OH，熔點(diǎn)－ ℃，℃， ℃ ，自燃點(diǎn)464 ℃ ；甲醇對(duì)COH2S等酸性氣體有較大的溶解能力，尤其是低溫下其溶解度更大；HNCO、CHNOx等氣體在甲醇中的溶解度很小，且溫度對(duì)他們的溶解度影響也不大。因而通過(guò)溫度和其他工藝參數(shù)的改變，甲醇能從原料氣中選擇性吸收H2S、COS和CO2。此外，低溫甲醇洗還可以脫除合成氣中的輕質(zhì)油和HCN等。 酸性氣體在甲醇中的溶解度隨著溫度的降低而增大，尤其是從30℃降到60℃以下時(shí)，溶解度急劇增加。 由上圖可見(jiàn)，常溫下甲醇的蒸汽分壓很大。為了減少操作中的溶劑損失，工藝上也應(yīng)選擇低溫吸收。（2）根據(jù)甲醇的性質(zhì)決定了工藝的選擇216。 壓力的選擇： 升高壓力，可以增加硫化物在甲醇中的溶解度。溶解度隨壓力的提高而增加，幾乎成直線(xiàn)的正比關(guān)系，而在減壓時(shí)被吸收的氣體即行放出。硫化氫在甲醇中的溶解度比二氧化碳還要大，吸收的速度更快，因此可以采用分段吸收和再生的方法來(lái)得到高濃度的硫化氫和二氧化碳。 216。 溫度的選擇： 酸性氣體在甲醇中的溶解度隨著溫度的降低而增大，尤其是從30℃降到60℃以下時(shí)，溶解度急劇增加，為減少操作中甲醇損失，應(yīng)采用低溫吸收。吸收溫度一般應(yīng)選擇在70℃～20℃。216。 再生條件： 吸收硫化物和CO2等酸性氣體后的甲醇，在減壓加熱條件下，解析出所溶解的氣體，使甲醇得以再生。（3）低溫甲醇洗工藝的優(yōu)缺點(diǎn)：178。 優(yōu)點(diǎn)：吸收能力大，溶液循環(huán)量小，能耗低；選擇性好，脫硫脫碳在同一個(gè)塔內(nèi)分段選擇性吸收，能同時(shí)脫除氣體中H2S、COS和CO2，尤其對(duì)COS的吸收能力強(qiáng)，并能回收高濃度的H2S和CO2；凈化度高，106并且相當(dāng)穩(wěn)定。即使生產(chǎn)工況有所波動(dòng)，凈化氣質(zhì)量仍能保證；操作彈性大：實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，凈化裝置能在30％～110％的范圍內(nèi)操作；吸收過(guò)程無(wú)副反應(yīng)，溶劑不起泡，不腐蝕設(shè)備。 178。 缺點(diǎn)：甲醇有毒，對(duì)工藝、管道、設(shè)備、閥門(mén)等的密閉性要求較嚴(yán)；由于在低溫下（30℃～60℃）操作，需要用耐低溫的鋼材；甲醇容易揮發(fā)，故溶劑的蒸發(fā)損失量較大，～ 最后，低溫甲醇洗凈化程度很高，但甲醇有毒，且流程比較復(fù)雜，吸收過(guò)程必須在低溫下進(jìn)行，投資大，運(yùn)行費(fèi)用高。對(duì)于純IGCC發(fā)電廠來(lái)說(shuō)，由于沒(méi)有后續(xù)的化學(xué)合成工藝，不需要特別高純度的凈化氣，無(wú)需采用造價(jià)高，運(yùn)行費(fèi)用高的低溫甲醇洗工藝。NMP（Purisol174。）屬物理吸收法。溶劑： Purisol174。（NMP） 中文名：N－甲基吡咯烷酮(1) 溶劑性質(zhì)：分子式為C5H9NO，沸點(diǎn)206℃， ℃ ，閃點(diǎn)95 ℃，燃點(diǎn)245 ℃，氣化潛熱494KJ/kg；低毒，無(wú)腐蝕，火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)低；對(duì)H2S和CO2在常溫下有高的溶解性和選擇性；對(duì)COS有適當(dāng)?shù)娜芙舛龋黄骄鶕p耗： Purisol174。（NMP）與Rectisol174。（甲醇）吸收系數(shù)對(duì)比由圖表中可以看出，常溫下，NMP對(duì)H2S和CO2的溶解能力比甲醇要高，選擇性也要比甲醇好.(2) NMP（Purisol174。）典型工藝流程圖(3) Purisol174。（NMP）濕法脫硫的特點(diǎn)： a. 物理吸收過(guò)程，酸性氣體雜質(zhì)被熔劑b. 對(duì)H2S和CO2的選擇性比較好 c. 與低溫甲醇洗相比，無(wú)需冷凍單元，產(chǎn)品氣中夾帶有痕量熔劑,需在吸收部加裝反洗裝置進(jìn)行脫除 ，容易采購(gòu) 4. Selexol（NHD） Selexol（NHD）屬物理吸收法，溶劑：Selexol（NHD），中文名：聚乙二醇二甲醚。（1） 溶劑性質(zhì)：分子式為CH3O(C2H4O)nCH3，其中 n 為3～9，冰點(diǎn)22～29℃ ,燃點(diǎn)157℃；對(duì)二氧化碳、硫化氫吸收能力強(qiáng)，選擇性好；對(duì)有機(jī)硫吸收能力強(qiáng) ；蒸氣壓低，揮發(fā)性小，不需加裝反洗裝置回收熔劑；無(wú)毒無(wú)腐蝕無(wú)臭味；具有很好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。 （2） Selexol（NHD）流程圖（3）Selexol（NHD）濕法脫硫的特點(diǎn)： a． 物理吸收過(guò)程，酸性氣體雜質(zhì)被熔劑吸收 b． 對(duì)H2S和CO2的選擇性比較好，無(wú)需冷凍單元 d．對(duì)COS吸收能力強(qiáng)，無(wú)需水解單元e．揮發(fā)性小，不需加裝反洗裝置回收熔劑 f．無(wú)毒無(wú)腐蝕，設(shè)備可采用碳鋼材料g．熔劑市場(chǎng)上大量供應(yīng)，容易采購(gòu) （Sulfinol） 環(huán)丁砜法（Sulfinol）屬物理化學(xué)吸收法。溶劑：環(huán)丁砜（二氧四氫噻吩）和烷基醇胺（一乙醇胺或二乙丙醇胺）的混合液作為吸收劑。 (1)溶劑性質(zhì)：環(huán)丁砜（sulfolane），學(xué)名二氧化四氫噻吩，分子式C4H8SO2，沸點(diǎn)285℃；環(huán)丁砜是硫化物（如H2S、COS、CS2）極好的物理吸收溶劑，對(duì)CO重?zé)N、芳香烴的吸收能力較低；環(huán)丁砜溶液中含有約20％～30％的乙醇胺，乙醇胺與硫化氫反應(yīng)可生成不穩(wěn)定的絡(luò)合物， 化學(xué)反應(yīng)方程式：二乙丙醇胺（用R2NH表示） R2NH＋H2S ? R2NH2HS R2NH＋CO2+ H2O ? R2NH2H CO3 該反應(yīng)強(qiáng)烈地依賴(lài)于溫度和壓力。溫度降低、壓力升高，反應(yīng)向右進(jìn)行并放出熱量；溫度升高、壓力降低時(shí)，反應(yīng)向左進(jìn)行，溶液中的胺鹽分解，放出硫化氫，溶液恢復(fù)吸收能力。 (2)環(huán)丁砜濕法脫硫的特點(diǎn)： a. 物理－化學(xué)吸收過(guò)程 b. 對(duì)H2S和CO2的選擇性比較好 c. 與低溫甲醇洗相比，無(wú)需冷凍單元 d. 對(duì)COS吸收能力強(qiáng)，無(wú)需水解單元 e. 熔劑濃度高，硫容量大，能耗低 f. 砜胺溶液是良好的溶劑，會(huì)溶解管、閥和設(shè)備的密封材料 硫回收及尾氣處理濕法脫硫系統(tǒng)所富集起來(lái)的酸性氣送往硫回收系統(tǒng)進(jìn)行處理。硫回收按最終產(chǎn)品分類(lèi)可分為：硫磺回收，一般采用CLAUS工藝；硫酸回收，采用WSA濕法硫酸工藝 克勞斯硫回收裝置包括下列單元 （1） 富氧克勞斯單元 燃燒爐中的化學(xué)反應(yīng)：H2S+3/2O2=SO2+H2O 克勞斯化學(xué)反應(yīng)：2H2S+SO2=3S+2H2O （2） 尾氣回收單元 加氫反應(yīng)器中的化學(xué)反應(yīng)： SO2+3H2＝H2S+2H2O COS+H2O＝H2S+CO2 CS2+2H2O＝2H2S+CO2 所生成的含硫化氫氣體在尾氣回收單元中的吸收塔和再生塔中被吸收富集后，返送會(huì)克勞斯單元中再次處理。沒(méi)有被吸收掉的殘氣自吸收塔排出至焚燒爐中焚燒。 （3）WSA濕法硫酸回收 WSA濕法硫酸工藝是丹麥托普索公司于上世紀(jì)八十年代開(kāi)始研發(fā)并工業(yè)應(yīng)用的濕法催化工藝，最終產(chǎn)品為硫酸。其工藝專(zhuān)有催化劑VKWSA，用于將SO2轉(zhuǎn)化為SO3 A. WSA濕法硫酸工藝流程 脫硫系統(tǒng)B. WSA濕法硫酸工藝化學(xué)反應(yīng) WSA濕法硫酸工藝特點(diǎn)： 252。 硫化物回收率超過(guò)99％252。 硫被回收為商品級(jí)的濃硫酸252。 處理各種硫化物，H2S濃度沒(méi)有限制，低至小于1％高至大于90％ 252。 冷卻水消耗低 252。 沒(méi)有廢水、廢固等二次污染物的產(chǎn)生、排放結(jié)論：IGCC電廠與常規(guī)燃煤電廠煙氣凈化的最根本區(qū)別在于IGCC電廠在燃燒前凈化，處理氣量要比常規(guī)電廠煙氣量小很多，硫的污染物以H2S氣體形式存在。各種濕法脫硫方式的目的僅在于將H2S氣體富集，形成高濃度的富含H2S氣體的酸性