【正文】 IGCC 是把高效聯(lián)合循環(huán)總能系統(tǒng)和潔凈燃煤技術(shù)結(jié)合起來(lái)的先進(jìn)發(fā)電系統(tǒng)，為當(dāng)今世界能源界關(guān)注的熱點(diǎn)。一期工程投資 20億美元，將建設(shè) 2套 80萬(wàn)噸／年甲醇生產(chǎn)線和 800MW 聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，年煤炭加工能力 500 萬(wàn)噸。 （ 7）由中煤蒙發(fā)有限公司與美國(guó) CME 公司、 GE 公司共同投資 40 億美元建設(shè)的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（ IGCC）煤電化多聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目即將在內(nèi)蒙古鄂爾多斯市開工 。殼牌正在與業(yè)務(wù)伙伴神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)在中國(guó)合作開發(fā)煤制油項(xiàng)目，并于今年 2月簽署了一份煤制油項(xiàng)目合作備忘錄。另外，殼牌與中石化在湖南岳陽(yáng)有一家各持股百分之 50%的合資企業(yè)，共同建設(shè)一座日投煤量為 2020 噸的煤氣化廠，為緊鄰的中石化巴陵化 肥廠提供合成氣作為生產(chǎn)原料。雙環(huán)公司的氣化爐日投煤量為 900 噸，以煤氣化生產(chǎn)的合成氣作為原料，生產(chǎn)合成氨。 湖北雙環(huán)科技股份有限公司董事長(zhǎng)吳黨生介紹：殼牌的煤氣化技術(shù)為合成氨生產(chǎn)提供了經(jīng)濟(jì)而清潔的本地原料，每年可節(jié)省成本約兩億元人民幣。據(jù)殼牌中國(guó)集團(tuán)主席林浩光介紹，殼牌在中國(guó)已有 15 個(gè)煤氣化技術(shù)轉(zhuǎn)讓項(xiàng)目，雙環(huán)公司項(xiàng)目是第一個(gè)簽約的，也是第一個(gè)投產(chǎn)的。 據(jù)悉，天津堿廠在開車過(guò)程中對(duì)原有工藝技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行了大小共 421 項(xiàng)創(chuàng)新和改進(jìn)，使灰融聚循環(huán)流化床粉煤氣化生產(chǎn)技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。 天津堿廠煤氣化項(xiàng)目采用自主的灰融聚循環(huán)流化床粉煤氣化潔凈生產(chǎn)技術(shù)，是我國(guó)第一套大型灰融聚循環(huán)流化床粉煤氣化技術(shù)工業(yè)化生產(chǎn)裝置。德士古技術(shù)適合于灰熔點(diǎn)較低的煤，恩德爐技術(shù)適合于儲(chǔ)藏時(shí)間較短的褐煤， UGI 固定床適合于機(jī)械強(qiáng)度高的無(wú)煙塊煤或焦炭。 據(jù)介紹，煤氣化環(huán)節(jié)是發(fā)展煤化工的核心。 （ 4） 2020 年 8月 7日，天津堿廠建設(shè)的目前國(guó)內(nèi)最大灰融聚循環(huán)流化床粉煤氣化示范裝置，成功實(shí)現(xiàn)了單爐運(yùn)行 45 天、連續(xù)運(yùn)行 150 天、累計(jì)運(yùn)行 305 天的預(yù)期目標(biāo)。為提高煤氣制氣產(chǎn)量，緩解河南省煤制氣供不應(yīng)求的局面，河南省煤氣化公司還于 2020 年上馬了二期工程，預(yù)計(jì)今年 9 月底前進(jìn)入試生產(chǎn)階段。截至目前，已累計(jì)輸送城市煤氣 8． 5億立方米，解決了鄭州、洛陽(yáng)、義馬沿線近 10萬(wàn)戶居民、18家大型工業(yè)企業(yè)和 350 余家商業(yè)、服務(wù)業(yè)企業(yè)的用氣問(wèn)題。 河南省煤氣化項(xiàng)目工程整體包括義馬氣化廠、義馬至鄭州輸氣管道及沿線城市煤氣輸配管網(wǎng)等工程，利用澳大利亞政府貸款和國(guó)內(nèi)配 套資金建設(shè)，概算總投資 19． 02億元，設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為日產(chǎn)凈煤氣 120 萬(wàn)立方米，每年聯(lián)產(chǎn)甲醇 5 萬(wàn)噸。 （ 3） 2020 年 8 月 12 日，國(guó)家“九五”重點(diǎn)工程、全國(guó)首家實(shí)施煤炭就地轉(zhuǎn)化成煤氣的項(xiàng)目河南省煤氣集團(tuán)公司煤氣化一期工程竣工投產(chǎn)。 兗礦國(guó)際焦化一級(jí)冶金焦的成功生產(chǎn)，使我省鋼鐵業(yè)可以少花巨資 從國(guó)外購(gòu)進(jìn)焦炭，對(duì)促進(jìn)山東冶金業(yè)的發(fā)展有重要意義。在引進(jìn)德國(guó)魯爾工業(yè)區(qū)愷撒斯圖爾焦化廠設(shè)備技術(shù)的同時(shí)，兗礦進(jìn)行了技術(shù)升級(jí)改造，使每孔每次推焦 噸僅需 60 噸煤炭，并綜合利用了兗礦生產(chǎn)的氣煤、肥煤、主焦煤。 兗礦國(guó)際焦化公司是兗礦集 團(tuán)與兩家世界五百?gòu)?qiáng)企業(yè)巴西 CVRD 公司和日本伊藤忠商事株式會(huì)社合資成立的，項(xiàng)目總投資 億元。而煤氣的凈化回收中采用比較先進(jìn)的高效冷卻、洗滌、脫硫、回收設(shè)備和工藝，使產(chǎn)品純度達(dá)到 %。兩座焦?fàn)t共120 孔，從進(jìn)煤到出焦僅需 25 小時(shí)，每孔容量 立方米，設(shè)計(jì)每孔每次推焦 噸，兩座焦?fàn)t年產(chǎn)焦炭 200 萬(wàn)噸，相當(dāng)于國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的 6 米焦?fàn)t 4 座的產(chǎn)量。 這標(biāo)志著我國(guó)第一套特大型焦?fàn)t，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)德國(guó)技術(shù)的消化吸收，中國(guó)煉焦技術(shù)由此一步向前跨越 20 年。該技術(shù)自今年初進(jìn)入我國(guó)以來(lái)引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注，目前已與寧夏煤業(yè)集 團(tuán)簽定了技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同，還有數(shù)家煤化工企業(yè)正在進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)與商務(wù)談判。煤等劣質(zhì)煤的氣化難題被攻克，突破了制約煤化工發(fā)展的瓶頸。它標(biāo)志著長(zhǎng)期困擾我國(guó) 39。雙高 39。以自身或附近的原料煤源為基礎(chǔ)，以產(chǎn)品煤氣的用途為目標(biāo)，同時(shí)考慮煤氣工程的生產(chǎn)規(guī)模與氣化設(shè)備的生產(chǎn)能力相配套。但就全國(guó)范圍來(lái)看，煤化工普遍存在著散、亂、小、雜的弊病。待示范成功，將扭轉(zhuǎn)我國(guó)煤氣化技術(shù)長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的局面，為發(fā)展我國(guó)的潔凈煤技術(shù)奠定良好的基礎(chǔ)。加速開發(fā)和應(yīng)用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的加壓氣流床氣化技術(shù)不僅迫在眉睫，而且時(shí)機(jī)成熟。相對(duì)而言，加壓氣流床氣化工藝在大型煤炭氣化工藝研究及開發(fā)中處于優(yōu)勢(shì)地位，也符合目前世界上煤炭氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。加壓固定床氣化技術(shù)因受到煤種資源影響和煤氣處理費(fèi)用高而限制其用途。 (3) 發(fā)展我國(guó)煤炭氣化技術(shù)的戰(zhàn)略 我國(guó)發(fā)展煤炭氣化技術(shù)的總體目標(biāo)是基 于我國(guó)煤炭自身的特點(diǎn)，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，為新型煤化工和能源轉(zhuǎn)化提供滿足不同需要的龍頭技術(shù)。這五套裝置均用于生產(chǎn)合成氣，制氨或甲醇。 (2) 工業(yè)運(yùn)行情況 上世紀(jì) 80 年代末以前，我國(guó)的煤氣化完全依賴常壓固定床技術(shù)，國(guó)內(nèi)有常壓固定床氣化爐數(shù)千臺(tái)，配套小型合成氨生產(chǎn)裝置及少量甲醇和聯(lián)醇裝置，這些氣化裝置中一部分至今仍在運(yùn)轉(zhuǎn) 。 2020 年底，裝置建設(shè)初具規(guī)模，部分裝置進(jìn)入試車階段，氣化裝置將于 2020 年上半年投入試運(yùn)行。“新型水煤漿氣化技術(shù)”已獲“十五”國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃 (863計(jì)劃 )立項(xiàng)，由兗礦集團(tuán)有限公司、華東理工大學(xué)承擔(dān)，在兗礦魯南化肥廠建設(shè)多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐及配套工程，利用兩臺(tái)日處理 1150 噸煤多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐 ()配套生產(chǎn) 24 萬(wàn)噸甲醇、聯(lián)產(chǎn) 發(fā)電，總投資為 ~16 億元。 “九五”期間華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠、中國(guó)天辰化學(xué)工程公司承擔(dān)了國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“新型 (多噴嘴對(duì)置 )水煤漿氣化爐開發(fā)” (22 噸煤 /天裝置 )，中試裝置的結(jié)果表明：有效氣成分 ~83%，比相同條件下的 ChevronTexaco 生產(chǎn)裝置高~2 個(gè)百分 點(diǎn)；碳轉(zhuǎn)化率 98%，比 ChevronTexaco 高 2~3 個(gè)百分點(diǎn)；比煤耗、比氧耗均比 ChevronTexaco 降低 7%。 國(guó)內(nèi)的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) (1) 研究開發(fā)現(xiàn)狀 中國(guó)自煤的商業(yè)化和社會(huì)化迄今已 100 余年，但沒有形成能與國(guó)際抗衡的商業(yè)化自主產(chǎn)權(quán)煤氣化技術(shù)。冷煤氣效率為 ~81%。工藝氧與蒸汽也由噴嘴進(jìn)入。煤灰總量的 70~80%以熔融態(tài)流入氣化爐底部，激冷凝固，自爐底排出。爐殼與水冷管排之間有約 間隙，作安裝、檢修用。 Shell 氣化爐殼體 直徑約 ，高約 30m， 4個(gè)噴嘴位于爐子下部同一水平面上，沿圓周均勻布置，借助撞擊流以強(qiáng)化熱質(zhì)傳遞過(guò)程，使?fàn)t內(nèi)橫截面氣速相對(duì)趨于均勻。該裝置的設(shè)計(jì)工作為時(shí) 年， 1990 年 10 月開工建設(shè)， 1993 年開車， 1994 年 1月進(jìn)入為時(shí) 3年的驗(yàn)證期，目前已處于商業(yè)運(yùn)行階段。 美國(guó) Port Arthur GCC Project 計(jì)劃采用 EGas 氣化技術(shù)氣化石油焦，將于 2020年建成 3 臺(tái)氣化爐，生產(chǎn)的煤氣用于發(fā)電 (1100MW)。 EGas氣化爐采用壓力螺旋式連續(xù)排渣系統(tǒng)。為提高冷煤氣效率，在第二段中，采用總煤漿量的 25%進(jìn)行冷激，反應(yīng)溫度約 1040℃，出口煤氣進(jìn)火管鍋爐回收熱量。爐型類似于 KT，分第一段 (水平段 )與第二段 (垂直段 )。 從已投產(chǎn)的水煤漿加壓氣化裝置的運(yùn)行情況看，由于工程設(shè)計(jì)和操作經(jīng)驗(yàn)的不完善，還沒有達(dá)到長(zhǎng)周期、高負(fù)荷、穩(wěn)定運(yùn)行的最佳狀態(tài)，存在的問(wèn)題還較多。水煤漿氣化噴嘴經(jīng)常面臨 噴口磨損問(wèn)題，主要是由于水煤漿在較高線速下 (約 30m/s)對(duì)金屬材質(zhì)的沖刷腐蝕。 Texaco 氣化爐由噴嘴、氣化室、激冷室 (或廢熱鍋爐 )組成。目前 ChevronTexaco 最大商業(yè)裝置是 Tampa 電站，屬于 DOE的 CCT3， 1989 年立項(xiàng)，1996 年 7 月投運(yùn)， 12月宣布進(jìn)入驗(yàn)證運(yùn)行。它們是以水煤漿為原料的 ChevronTexaco(Texaco)、 Global EGas(Destec)，以干粉煤為原料的Shell、 Prenflo、 Noell(GSP)。 國(guó)外技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 180 年以來(lái)的煤氣化技術(shù)發(fā)展史，特別是近十多年來(lái)的大容量 IGCC 電站示范與商業(yè)化運(yùn)行證明，與固定床、流化床相比，氣流床具有較大的煤種與粒度適應(yīng)性和更優(yōu)良的技術(shù)性能，是煤基大容量、高效潔凈、運(yùn)行可靠的燃?xì)馀c合成氣制備裝置的首選技術(shù)。氣流床煤氣化的優(yōu)點(diǎn)并不僅僅在于減少空氣排放物，它也生成許多具有商業(yè)價(jià)值的副產(chǎn)品，如高純度的硫、 CO2 和無(wú)毒的爐渣。 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(yīng)生成潔凈合成氣 (CO、 H2 的混合物 )，是對(duì)煤炭進(jìn)行化學(xué)加工的一個(gè)重要方法，是實(shí)現(xiàn)煤炭潔凈利用的關(guān)鍵。在未來(lái)幾十年內(nèi)，煤炭在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中仍將占主導(dǎo)地位，它是我國(guó)戰(zhàn)略上最安全和最可靠的能源。 組合氣化爐煤氣化法 組合爐煤氣化法需視具體生產(chǎn)廠家而定，顧在此不再作具體說(shuō)明。 由于煤地下氣化技術(shù)的誘人前景，我國(guó)在這方面也進(jìn)行了大量的研發(fā)工作，取得了一系列工業(yè)化試驗(yàn)成果。之后，前蘇聯(lián)、美國(guó)、英國(guó)、日本、比利時(shí)等國(guó)先后進(jìn)行了大量的研發(fā)工作。該法集建井、采煤、轉(zhuǎn)化工藝為一體，可以用來(lái)開采高硫煤、薄煤層及劣質(zhì)煤層，可顯著提高資源利用率，是一項(xiàng)綠色能源開采技術(shù) 。近年來(lái)，我國(guó)南方地區(qū)正大力發(fā)展核能，預(yù)計(jì)到 2020 年將有 20 多座核電機(jī)組投入使用，如能在得到核電的同時(shí)，利用核能余熱進(jìn)行煤氣化制備高質(zhì)量合成氣，綜合效益更理想，該技術(shù)在我國(guó)具有非常好的應(yīng)用前景。 目前日本、瑞士、摩洛哥等國(guó)已開始核能煤氣化的研究。 此外，太陽(yáng)能直接輻射反應(yīng)物可使熱量高效、直接地傳遞到反應(yīng)區(qū)，避免熱交換器的限制，可使氣化爐的材料問(wèn)題減至最少 。 煤的太陽(yáng)能氣化 由于傳統(tǒng)的煤氣化工藝是燃燒部分煤來(lái)提供反應(yīng)所需要的熱量，這不僅增加了能源的消耗，而且由于煤的部分燃燒，既降低了煤氣的產(chǎn)率，又增加了氣體產(chǎn)品中 CO2的含量，造成氣體產(chǎn)品中可燃成分的比例及熱值的下降，且大量 CO2 的排放又容易引起溫室效應(yīng)。 目前，該技術(shù)在世界范圍內(nèi)已經(jīng)得到初步研究，俄羅斯、美國(guó)、加拿大等國(guó)已進(jìn)行了小型等離子體煤氣化的研究，國(guó)內(nèi)清華大學(xué)、大連理工大學(xué)、太原理工大學(xué)等單位也已進(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn)和理論研究。 在煤的等離子體氣化中，等離子體既是熱載體又是參加反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)物。 煤的等離子體氣化 煤的等離子體氣化是指煤在氧化性電弧燈離子體氣氛中生成合成氣的過(guò)程?？梢灶A(yù)見，煤的催化氣化技術(shù)取得突破性進(jìn)展 后必將為煤化工業(yè)帶來(lái)革命性的轉(zhuǎn)變。 煤的催化氣化技術(shù) 煤的催化氣化是煤在固體狀態(tài)下進(jìn)行的，催化劑與煤的粉粒按照一定的比例均勻地 混合在一起，煤表面分布的催化劑通過(guò)侵蝕開槽作用，使煤與氣化劑更好地接觸并加快氣化反應(yīng)。這也直接促使了以煤的催化氣化為代表的第三代煤氣化技術(shù)的研究。 四、 其它煤氣化技術(shù) 第三代煤氣化技術(shù) 目前已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的煤氣化技術(shù)盡管各有優(yōu)勢(shì)，但存在的缺點(diǎn)和不足也相當(dāng)明顯。 GSP 單位產(chǎn)品 (CO+H )煤氣成本約 0． 21元／ m2， Texaco 單位產(chǎn)品 (CO+H2)煤氣成本約 0． 26 元／ m2。而 Texaco 氣化對(duì)一個(gè) 60萬(wàn) t／ a甲醇工廠，僅水煤漿添加劑消耗需每年增加運(yùn)行費(fèi)約 1200 萬(wàn)元，耐火材料增加維修費(fèi) 2020 萬(wàn)元2500 萬(wàn)元。 Texaco 氣化爐內(nèi)含鉻、鋯的昂貴耐火材料只能用一年，噴嘴正常只能用 60 天，就要更換維修，運(yùn)行周期短，需要有備用氣化爐。 b、 GSP 與 Texaco 相比，原料適應(yīng)性更寬、更強(qiáng)。 (2) GSP 與 Texaco 煤制合成氣的比較； 雖然 GSP 和 Texaco 煤氣化技術(shù)都屬氣流床加壓、液態(tài)排渣技術(shù)，采用粗煤氣冷激、洗滌除塵流程，但由于 GSP是干粉煤供料， Texaco 是水煤漿供料，所以產(chǎn)生了二者的較大差異。 e、 GSP 粗煤氣成本低粗煤氣成本集中反映了氣化技術(shù)的先進(jìn)性和適用性。 d、 GSP水冷壁結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，屬圓筒盤管型，水路簡(jiǎn)單，碳鋼易制造。 c、 GSP 原料適應(yīng)性廣。因此要增設(shè)一臺(tái)氣量約為 190000m3／ h的離心式壓縮機(jī)，將除塵后溫度為 40℃ 的煤氣返回氣化爐出口的冷激管。 Shel1 用于煤輸送和吹掃的 C02 量要比 GSP 高 倍， C02 的壓力高 1 倍。 b、 GSP 電耗低。 GSP 是簡(jiǎn)單將煤氣噴水冷激 220℃ 左右，這時(shí)煤氣中飽含的水蒸氣量完全滿足 C0 變換所需的蒸汽； Shel1 氣化花近 3 億元的投資生產(chǎn)出的蒸汽約 70％用于變換，若用于制純 H 這個(gè)比例更大。 然而用于制合成氣，無(wú)論生產(chǎn)甲醇、合成油、二甲醚，還是制合成氨、制氫等產(chǎn)品， H2／ C0=1～ 2之間，或者 C0 全部轉(zhuǎn)化 H2。 GSP 煤氣化技術(shù)開發(fā)時(shí)，其目標(biāo)定位在煤制合成氣生產(chǎn)甲醇，所以采用簡(jiǎn)單特殊的水冷壁和冷 激、洗滌除塵流程。由水冷壁回收少量蒸汽，除噴嘴外材質(zhì)全為碳鋼。 干粉煤供料，頂部單噴嘴。承壓外殼內(nèi)有水冷壁，廢鍋流程，充分回收廢熱產(chǎn)蒸汽。 Texaco、 Shell、 GSP三種氣化技術(shù)對(duì)比 Texaco、 Shell、 GSP氣化工藝比較 名稱 Texaco Shell GSP 原料要求 (1)煙煤、無(wú)煙煤、油渣； (2)粒經(jīng) 40%～ 45%200 目