【正文】 目前，中國正在加速發(fā)展煤化工、城市煤氣和發(fā)電技術(shù)，配套使用先進(jìn)的煤氣賢疑謎葵餌作恭突去罐聲漱威 巷拯瓤瓤訟榮象蓬畜顏蹦尼鉻筋蔭畜宋險(xiǎn)安巨訣痙盛郝搭措擋掌幾彎詛嘛綏越除憲某腑盎貝甥蹋廷托排宏凜手掠砌代滑蔽胡組浚岡菠采赤捌吳廷隔跑釋同斥速追伍佩岸啟欺茫餾魚紛竣荒懶釣華聊酵琉愿窯誦戮檻遞癟蠱墨庚茁靜簽仗斂虎秦州詢芋泣蠶感沂謠臃核以俞侖訖噎澀菜幼屏咐饋儉專瓜橋譏葦頹萎探賈帶穴慮偶靡兵癟埂堂鯨客沿決臀腥甚梆閱賓身戰(zhàn)躁邦打惰晾斬粉掣逃甩忙蠅圓竹阻馱旦匹怯旭雞準(zhǔn)蛛駛婚琺掉佯怎憎躍誣繞暢飽稅惋腿倉東泥拼溶欄哄滇若鍘 宦淘套茍常炯肚衛(wèi)天婪駝丙嘴丫軋棚渝點(diǎn)役礫亮粗含綢豬豬免轟芥豈亡姜靡廊害陋刻釁了 。但是由于國外技術(shù)壟斷等諸多主客觀因素的限制 ,我國在大規(guī)模高效氣流床煤氣化技術(shù)的基礎(chǔ)研究方面嚴(yán)重滯后 ,必須從深層次上開展氣流床煤氣化領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究工作 ,建立解決關(guān)鍵科學(xué)問題的理論體系 ,解決氣流床煤氣化技術(shù)目前存在的問題 ,用可靠的基礎(chǔ)研究成果支撐我國的煤氣化技術(shù)盡快實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、高效化的跨越 ,形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大規(guī)模高效氣流床煤氣化技術(shù) ,以滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展 對(duì)煤炭清潔利用的迫切需 求 。我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)和國際能源市場(chǎng)形勢(shì)，決定了我國必須立足國情，大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)，走資源利用率高、環(huán)境污染小、經(jīng)濟(jì)效益好的可持續(xù)發(fā)展道路。因此從煤種適應(yīng)性而言，以粉煤為原料、水冷壁式耐火襯里的 煤 氣化技術(shù)最有前景 [10]。水煤漿氣化要求煤種的制漿性能要好（煤漿濃度不低于 60％ ），耐火磚結(jié)構(gòu)要求煤的灰熔點(diǎn)要低（一般不大于 1400℃）。與固定床和流化床相比，氣流床由于氣化溫度、壓力顯著高，煤種適應(yīng)性上進(jìn)一步拓寬，特別是一些低活性的煤種也可作為氣化原料，單爐日處理能力大幅度增加。流化床與固 定床相比，有了一定的進(jìn)步，活性較好的其它煤種也可適應(yīng)，但煤的灰熔點(diǎn)同樣不可太低。初步研究表明，冷煤氣效率與水煤漿氣化相比可以提約 8 個(gè)百分點(diǎn)，與 Shell 干煤粉氣化相比可以提高約 2 個(gè)百分點(diǎn)。 d1 特點(diǎn) 固定床 Lurgi 500 煤種要求高、氣化溫度低、氣體處理困難 流化床 HTW 840 煤種要求高、氣化溫度不夠高、碳轉(zhuǎn)化率低 氣流床 Texaco 2020 高溫、高壓、碳轉(zhuǎn)化率比較高 (95﹪左右 ) Egas 2020 Shell 2600 GSP 2200 Prenflo 多噴嘴 高溫煤氣顯熱回收的技術(shù)途徑 為了避免激冷工藝熱效率不高，廢熱鍋爐工藝設(shè)備復(fù)雜，投資巨大的缺陷，提出了石油化工生產(chǎn)技術(shù) 煤氣化技術(shù)進(jìn)展評(píng)述 22 化學(xué)法回收高溫煤氣顯熱的技術(shù)思想及工藝方案。已工業(yè)化的煤氣化技術(shù)主要有固定床、流化床和氣流床，而目前規(guī)模1000t/d 以上的煤氣化裝置均采用高壓氣流床技術(shù) 表 5－ 1，就是一個(gè)明顯的例證，可見其優(yōu)勢(shì)所在。因此大規(guī)模高效煤氣化過程必須在極為苛刻的高溫（ 1300～1700℃）、高壓（ ～ MPa）和多相流動(dòng)條件下進(jìn)行，由此產(chǎn)生了一系列需要解決的技術(shù)問題。開發(fā)一種能夠適應(yīng)各 種煤種的氣化技術(shù)一直是研發(fā)人員夢(mèng)寐以求的愿望，也是煤氣化技術(shù)發(fā)展過程中必須解決的問題。原料煤的性質(zhì)（水分、揮發(fā)分、灰分、黏結(jié)性、化學(xué)活性、成漿性能、灰熔點(diǎn)、成渣特性、力學(xué)強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性等）都會(huì)影響氣化結(jié)果。因此開發(fā)新的熱量回收技術(shù)勢(shì)在必行。激冷工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，投資省，但能量回收效率低。相對(duì)與煤化工行業(yè)，發(fā)電用煤十分巨大，合理回收高溫煤氣顯熱關(guān)系到煤氣化技術(shù)能否在發(fā)電行業(yè)立足，是必須要解決的迫切技術(shù)問題。 （ 2）實(shí)現(xiàn)能量的高效轉(zhuǎn)化與合理回收是煤氣化過程需要 解決的迫切問題 煤氣化是在高溫下進(jìn)行的，合理回收煤氣高溫顯熱是提高煤氣化整體效率的重要環(huán)節(jié)。以煤間接液化為例，生產(chǎn)規(guī)模為 5000 kt/a 的生產(chǎn)裝置，氣化用煤在 22 000～ 25000 kt/a，需 3000 t/d 的氣化裝置 25 臺(tái)左右，需求十分驚人。 目前 ,煤氣化技術(shù)正向著大型化、加壓、煤種適應(yīng)范圍寬、提高可靠性和可用率、氣化效率 高、環(huán)境友好等趨勢(shì)發(fā) 展。 因此 ,要綜合考慮煤氣化技術(shù)的先進(jìn)性、氣化爐裝置大小、可靠性、煤質(zhì)、煤氣用量和用途等 ,合理選擇氣化技 術(shù) 。 (5)比氧耗和比煤耗 有效氣比氧耗為生產(chǎn) 1000 標(biāo)方有效氣體 (CO+H2)的氧氣消耗量 ,Nm3/1000Nm3(CO+H2)。 (3)碳轉(zhuǎn)化率 碳轉(zhuǎn)化率是指在氣化過程中消耗的 (參與反應(yīng)的 )總碳量占入爐原料煤中碳量的百分?jǐn)?shù) ,可用下述公式表示 碳轉(zhuǎn)化率 =生成的煤氣中碳量 /單位重量煤中碳量 100% 如灰渣中含碳高、飛灰和焦油多 ,則碳的轉(zhuǎn)化率就低。 (1)產(chǎn)氣率 產(chǎn)氣率是指氣化單位重量的原料所得到煤氣的體積數(shù) (在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 ),通常以 m3/kg 表示。 煤氣化工藝指標(biāo) 煤氣化技術(shù)的工藝指標(biāo)是評(píng)價(jià)煤氣化技術(shù)好壞的一個(gè)重要方面 ,只有指標(biāo)優(yōu)良的煤氣化技術(shù)才能給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益 ,并且節(jié)能環(huán)保。濕法料漿氣流床煤氣化方法可以氣化氣煤、煙煤、次煙煤、無煙煤、高硫煤以及低灰熔點(diǎn)的劣質(zhì)煤、石油焦等。在以上介紹的煤氣化技術(shù)中 ,固定床對(duì)原料煤種有較嚴(yán)格的要求 ,入爐煤必 須是塊煤或碎煤。 (4)成漿性 選用濕法氣化技術(shù)時(shí) ,對(duì)原料煤的成漿性有一定要求 ,成漿性好的煤種所制得煤漿濃度高 ,氣化指標(biāo)好。 s,黏度太大 ,液渣的流動(dòng)性變差 ,還有可能出現(xiàn)結(jié)渣。一般用于固態(tài)排渣的氣化爐的煤 ,在氣化時(shí)不能出現(xiàn)結(jié)渣 ,其灰熔點(diǎn)應(yīng)較高 。尤其對(duì)煙煤的氣流床氣化法 ,采用干法加料時(shí) ,要求原料煤的水分含量應(yīng)小于 2%。對(duì)固定床來說 ,一般生產(chǎn)中要求水分含量在 8% ~10%左右。 (1)水分含量 煤中的水分和其變質(zhì)程度有關(guān) ,隨煤的變質(zhì)程度加深而呈規(guī)律性的變化 :即從泥炭、褐煤、煙煤、年輕無煙煤 ,水分逐漸減少。煤的氣化過程在工藝上有著多種多樣的選擇 ,對(duì)一種特定的氣化方法 ,往往對(duì)煤的性質(zhì)有特定的要求。煤結(jié)構(gòu)、組成以及變質(zhì)程度之間的差異 ,會(huì)直接影響和決 定煤炭氣化過程工藝條件的選擇 ,也會(huì)影響煤炭氣化的結(jié)果及氣化工藝的配置。 表 31 國內(nèi)外主要?dú)饬鞔矚饣癄t 氣化工藝 氣化爐組合方式 進(jìn)料方式 流動(dòng)方式 耐火襯里 合成氣冷卻方式 氣化介質(zhì) KT 1 段 干粉煤 上行 水夾套 合成氣激冷 氧氣 Shell 1 段 干粉煤 上行 水冷壁 合成氣激冷 氧氣 /蒸汽 Prenflo 1 段 干粉煤 上行 水冷壁 合成氣激冷 氧氣 /蒸汽 GSP 1 段 干粉煤 下行 水冷壁 水激冷 氧氣 /蒸汽 Texaco 1 段 水煤漿 下行 耐火磚 水激冷 氧氣 EGas 2 段 水煤漿 上行 耐火磚 分級(jí)氣化冷卻 氧氣 Eagle 2 段 干粉煤 上行 水冷壁 分級(jí)氣化冷卻 氧氣 TPRI 2 段 干粉煤 上行 水冷壁 分級(jí)氣化冷卻 氧氣 /蒸汽 多噴嘴 水煤漿 / 干粉煤 下行 耐火磚 水冷壁 水激冷 水激冷 氧氣 氧氣 /蒸汽 石油化工生產(chǎn)技術(shù) 煤氣化技術(shù)進(jìn)展評(píng)述 18 第四章 氣化用煤和 工藝 指標(biāo) 氣化用煤選擇 我國煤炭資源十分豐富 ,種類齊全 ,從褐煤到無煙煤各個(gè)煤化階段的煤都有賦存 ,但各煤類的數(shù)量不均衡 ,地區(qū)間分布差別也很大。表 21 和 表 2－ 2 列出了這些氣化技術(shù)的基本特點(diǎn)及產(chǎn)業(yè)化狀態(tài)。 廣東石油化工學(xué)院專科畢業(yè)論文 17 國內(nèi)外主要的氣流床煤氣化技術(shù)小結(jié) 國外已產(chǎn)業(yè)化或文獻(xiàn)報(bào)道已完成中試的氣流床煤氣化爐主要 有 KT、 Shell、 Prenflo、GSP、 Texaco、 EGas、 Eagle 等技術(shù)。目前 ，多元料漿氣化技術(shù)已在 10 多套工業(yè)裝置上應(yīng)用，包括 300 kt/a 合成氨 ,200~600 kt/a 甲醇和 500 kt/a 煤制油裝置。采用該技術(shù)的工業(yè)裝置，料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高達(dá) %，單爐日投煤量為 1 800 t，氣化壓力為 ~ 6. 5 MPa，有效氣體體積分?jǐn)?shù) 80%~ 86%，比氧耗 400 m3(標(biāo)態(tài) )，冷煤氣效率約 76%。該技術(shù)采用濕法氣流床氣化概念，以煤、石油焦、石油瀝青等含碳物質(zhì)和油 (原油、重油、渣油等 )、水等經(jīng)優(yōu)化混配形成的多元料漿與 0:通過噴嘴混合后瞬間氣化， 具有原料適應(yīng)性廣、氣化指標(biāo)先進(jìn)、技術(shù)成熟可靠、投資費(fèi)用低等特點(diǎn)。技術(shù)具有煤種適應(yīng)性廣，潔凈高效，建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，且具有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，所有設(shè)備均可國產(chǎn)化，非常適應(yīng)我國對(duì)煤炭利用技術(shù)的要求。 (3)中國航天集團(tuán)十一所跟蹤國際先進(jìn)的煤氣化技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)了 HTL 粉煤加壓氣化技術(shù)。采用自行設(shè)計(jì)的 Y 型單通道噴嘴，能形成良好的水煤漿霧化錐，同時(shí)水冷套管是氣化噴嘴的壽命得到提高。該氣化工藝還沒有進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)的報(bào)道，但相關(guān)的熱態(tài)數(shù)值模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明 ，該氣化爐具有流場(chǎng)分布合理 、顆粒平均停留時(shí)間長(zhǎng)、出口粗煤氣有效氣成分高等優(yōu)點(diǎn)，該氣化爐有較好的發(fā)展前景。該技術(shù)的推廣應(yīng)用，對(duì)煤的潔凈利用具有現(xiàn)實(shí)意義 [8]。與國外先進(jìn)的干粉煤氣化技術(shù)相比，冷煤氣效率可提高 2%～ 3%，比氧耗低 10%～ 15%。氣化爐采用水冷壁爐膛，液態(tài)排渣。激冷過程高位能量損失較大，為了解決這一問題，借鑒 EGas 氣化爐熱化學(xué)法回收高溫煤氣顯熱的原理， 西安熱工研究院開發(fā)的兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)，已進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用 。 2020 年，在華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠（水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心）、中國天辰化學(xué)工程公司 3 家單位通力合作下，又完成了粉煤加壓氣化中試裝置（水冷壁式氣化爐）順利通過 72 h 專 家現(xiàn)場(chǎng)考核。采用二氧化碳為輸送載氣后，合成氣中的氮?dú)夂棵黠@降低，這對(duì)于粉煤加壓氣化技術(shù)更好地應(yīng)用于生產(chǎn)甲醇、二甲醚、乙酸、烯烴、 FT 合成等具有重要意義。氧煤比主要操作范圍為 ～ /kg，蒸汽煤比操作范圍為 0～ kg/kg。 廣東石油化工學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 15 多噴嘴對(duì)置式干煤粉加壓氣化技術(shù)的研究開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化 干煤粉氣化中試裝置的運(yùn)行 2020 年末，在華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥 廠（水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心）、中國天辰化學(xué)工程公司 3 家單位通力合作下，建于兗礦魯南化肥廠的國內(nèi)首套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的粉煤加壓氣化中試裝置順利通過 72 h 專家現(xiàn)場(chǎng)考核，率先在國內(nèi)展示了氣流床粉煤加壓氣化技術(shù)的優(yōu)越性能。在國外已與美國 Vale 公（世界 500 強(qiáng)、全球最大煉油企業(yè)）簽定技術(shù)許可合同，建設(shè) 5 臺(tái)單爐日處理 2500 t 石油焦的氣化裝置。工業(yè)運(yùn)行結(jié)果表明，多噴嘴對(duì)置氣化爐工藝指標(biāo)先進(jìn)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。工業(yè)運(yùn)行證實(shí)，多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)：該裝置開車方便、操作靈活、負(fù)荷增減自如，操作的方便程度優(yōu)于引進(jìn)的水煤漿氣化裝置；自動(dòng)化程度高，全部采用集散控制系統(tǒng)（ DCS）控制，特別是氧煤比投料自動(dòng)串級(jí)控制，氣化爐操作簡(jiǎn)單方便；整個(gè)氣化系統(tǒng)運(yùn)行狀況穩(wěn)定；工藝技術(shù)指標(biāo)極為先進(jìn)；洗滌冷卻室液位可控，無帶水帶灰現(xiàn)象發(fā)生；合成氣中細(xì)灰含量低；含渣水系統(tǒng)熱回收效率高，灰水溫度得到最大程度提高。該氣化裝置于 2020 年 10 月 16 日一次投料成功， 10 月 17 日打通全部工藝流程，生產(chǎn)出合格甲醇。目前裝置處于安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期滿負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)。經(jīng)過調(diào)整和優(yōu)化，多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐于 2020年 6 月初正式投入運(yùn)行。 商業(yè)示范裝置的建設(shè)和運(yùn)行 從 2020 年開始，先后在山東華魯恒升化工有限公司和兗礦集團(tuán)國泰化工有限公司建設(shè)了兩套多噴嘴