【正文】 對置水煤漿氣化技術(shù)的商業(yè)性示范裝置，示范裝置的建設(shè)得到了國家863 計劃和其它科技計劃的支持。鑒于水煤漿制備為成熟的工藝技術(shù)，研究開發(fā)工作及主要的創(chuàng)新點主要集中 在后面 3 個工序。 為多噴嘴對置式水煤漿氣化工藝流程示意 如 圖 3－ 1。該氣化爐最大優(yōu)勢之一是整個爐膛溫度分布均勻，最高與最低溫度差一般為 50～ 150 ℃，最高溫度也不超過 1300 ℃。清華大學(xué)建立了富氧氣流床分級煤氣化實驗裝置 [7]?！笆?”期間，國電熱工研究院等承擔(dān) 863石油化工生產(chǎn)技術(shù) 煤氣化技術(shù)進展評述 12 計劃課題，進行具有自主知識產(chǎn)權(quán)的干煤粉氣化工藝的開發(fā)，建設(shè)中試裝置，并通過了科技部驗收，在國家“十一五” 863 計劃重大項目支持下正在建設(shè)單爐 2020 t/d 的工業(yè)示范裝置，配套 200 MW IG CC 發(fā)電。該技術(shù)填補了國內(nèi)空白，中試工藝指標(biāo)達到國際先進水平。 2020 年完成了熱壁式氣化爐中試裝置運行考核?！熬盼濉逼陂g華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠、中國天辰化學(xué)工程公司承擔(dān)了國家重點科技 攻關(guān)項目“新型（多噴嘴對置）水煤漿氣化爐開發(fā)”（ 22 噸煤 /天裝置）， 2020 年完成了中試裝置的運轉(zhuǎn)，通過國家驗收和鑒定。 國內(nèi) 煤氣化技術(shù)的研究與開發(fā)歷程 國內(nèi)煤氣化技術(shù)的研發(fā)始于 20 世紀 50 年代末，“文革”期間因動亂而中止。目前，世界上只有我國使用如此眾多種類的煤氣化技術(shù)，許多盲目和不成熟的引進令我國付出了慘重代價。 廣東石油化工學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 11 第三章 國內(nèi)煤氣化技術(shù)的發(fā)展 國內(nèi)煤氣化技術(shù)的引進 1978 年后，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，國外不同的煤氣化技術(shù)先后引進到國內(nèi)，目前有 60臺 GE（ Texaco）氣化技術(shù)在運轉(zhuǎn)或建設(shè)，有 20 套 Shell 氣化裝置在建設(shè)（其中 7 套在試運轉(zhuǎn)），與 GSP 簽訂引進合同的有兩家企業(yè)。GSP 氣化技術(shù)氣化原料來源廣泛，氣化效率高，可達 %，投資及運行成本較低，兼?zhèn)? Texaco 和 Shell 氣化爐的優(yōu)點，自上而下的噴射和內(nèi)水冷壁結(jié)構(gòu)，六通道的 燒嘴也比較合理。氣化過程中，水冷壁上形成固態(tài)熔渣層，固態(tài)熔渣層的增厚和減薄能夠自動調(diào)節(jié)氣化過程的穩(wěn)定。氣化爐由組合燒嘴、水冷壁氣化室和激冷室組成的加壓 氣流床，整個反應(yīng)器呈圓筒結(jié)構(gòu)。 (4)GSP 粉煤氣化 為了進一步開發(fā)褐煤及其它煤種的氣化，原民主德國的黑水泵公司于 1976 年開發(fā)了 GSP 粉煤氣化工藝。對于高灰分煤種而言 Prenflo 不如 Shell，但其總體熱效率和氣化效率也較高，冷煤氣率達 80%以上。與 Shell 相比較，在爐墻結(jié)構(gòu)上 Prenflo 氣化爐水冷壁為盤管，而 Shell 氣化爐是立管管排；在煤氣冷卻設(shè)備上， Prenflo 采用輻射回收設(shè)備，用回流冷煤氣或水進行激冷， Shell采用冷煤氣激冷工藝。 (3) Prenflo 氣化 Prenflo 氣化爐繼承了原 KT 爐頂優(yōu)點。 圖 23 Shell 煤氣化工藝流程 圖 雖然 Shell 煤氣化技術(shù)是目前國際上最先進的煤氣化技術(shù)之一，但也存在一些突出問題，如 Shell 煤氣化的指標(biāo)數(shù)據(jù)是在發(fā)電上得到的；氣化爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大，石油化工生產(chǎn)技術(shù) 煤氣化技術(shù)進展評述 10 要求高；粉煤的加壓進料的安全操作性能不如濕法氣化；對水冷壁管的水質(zhì)有要求，同時對水汽系統(tǒng)配管、設(shè)備安裝及試車要求也很高；高壓氮氣結(jié)合超高壓氮氣的用量過大，部分抵消了其節(jié)能的優(yōu)勢；對煤種有一定的要求，并非所有的煤種都適合 Shell 氣化，選用低灰熔點、活性好、灰分含量較低的煤種能夠確保工 藝長周期安全穩(wěn)定運行，灰分質(zhì)量分數(shù)在 8%～ 15%為佳。 Shell 煤氣化過程與 KT 煤氣化過程相比：采用加壓氣化，單爐生產(chǎn)能力增強同時碳轉(zhuǎn)化效果明顯提高；爐內(nèi)操作溫度比 KT 爐略高，保證了氣化爐內(nèi)熔融灰的團聚、分離和順利排渣；采用飛灰循環(huán)，提高了氣化的補渣率，使碳轉(zhuǎn)化率提高 至 99%；采用冷煤氣激冷工藝，冷煤氣循環(huán)冷卻可使氣化爐煤氣冷卻到 900 ℃，更有利于廢熱的回收。氣化爐燒嘴是 Shell 煤氣化工藝的關(guān)鍵設(shè)備之一。氣化爐由內(nèi)筒和外筒兩部分組成，內(nèi)筒上部為燃燒室，下部為激冷室。 (2) Shell 氣化 Shell 煤氣化工藝簡稱 SCGP，是由荷蘭 Shell 國際石油公司開發(fā)的一種加壓氣流床粉煤氣化工藝。 KT 爐氣化作為 第一代成熟的氣流床氣化工藝，早于 1952 年在芬蘭實現(xiàn)了工業(yè)化。氣化煤氣先通過余熱鍋爐回收顯熱，后進入煤氣凈化系統(tǒng)。氣化爐采用全冷壁的耐火襯里，爐壁為水夾套，起到以渣抗渣的作用，同時能回收爐壁散失的熱量，產(chǎn)生的低壓蒸汽（ MPa）可作氣化劑使用。早期的 KT 常壓氣化爐只有兩個爐頭，后 來發(fā)展為呈十字形排列的四爐頭氣化爐。但該氣化爐不足之處是爐型結(jié)構(gòu)難于承受高壓，隨著二氧化碳排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴格，爐型的應(yīng)用受到限制 [5]。 1040℃的合成氣通過一個火管鍋爐（合成氣走管內(nèi)）進行降溫，降溫后的合成氣進入陶瓷過濾器，分離灰渣，過濾器分離出的灰渣循環(huán)進入氣化爐一段。 圖 22 為 EGas 氣化爐示意圖。 EGas 氣化技術(shù)的開發(fā)始于 1978 年，在美國路易斯安娜州的 Plaguemine 建立了日處理 15 t 煤的中試裝置，其后于 1983 年建立了單爐 550 t/d 煤的示范裝置，于 1987年建設(shè)了單爐 1600 t/d 煤氣化裝置，配套 165MW IGCC 電站，這兩套裝置均位于Plaguemine。落入激冷室底部的固態(tài)熔渣 ,進入鎖斗系統(tǒng) ,用于定期收集爐渣 [4]。水煤漿經(jīng)加壓后與高壓氧氣經(jīng)德士古燒嘴混合后呈霧狀噴 入氣化爐燃燒室 ,在里面進行了復(fù)雜的氣化反應(yīng) ,生成的煤氣又稱為合成氣和熔渣經(jīng)激冷環(huán)及下降管進入氣化爐激冷室底部冷卻、固化 ,定期排出。該流程設(shè)備簡單 ,投資少。凈化后的合成氣被送入后續(xù)工序。③是氣化反應(yīng) ,主要進行的煤焦、甲烷等與水蒸汽、 CO2發(fā)生的氣化反應(yīng)生成 CO 和 H2。 在氣化爐內(nèi)進行的反應(yīng)相當(dāng)復(fù)雜 ,一般分為 3 步進行 :①是煤的裂解和揮發(fā)分的燃燒 ,煤粉變成煤焦 ,放出大量的反應(yīng)熱 。德士古氣化技術(shù)是 上置噴嘴式水煤漿氣化技術(shù) ,在用于化工合成時 ,Texaco 氣化爐采用激冷工藝 ,但在用于 IGCC 發(fā)電項目時 (如 Cool Water 電站和 Tampa電站 ),則采用廢鍋流程。 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(yīng) ,氣化壓力在 (~)MPa 之間 ,氣化溫度約 1400℃ ,煤氣成分CO+H2 為 80%左右 ,碳轉(zhuǎn)化率 96%~99%,氣化強度大 ,爐子結(jié)構(gòu)簡單。 90 年代 Texaco 煤氣化技術(shù)共有 9 套裝置投入運轉(zhuǎn)，其中 5 套在中國， 4 套在美國。 70 年代的石油危機促使 Texcao 公司將目光再一次投向煤氣化技術(shù)。 水煤漿進料 (1)GE（ Texaco）氣化技術(shù) Texaco 氣流床氣化技術(shù)的開發(fā)始于 20 世紀 40 年代， 1950 年首先在天然氣非催化部分氧化上取得成功， 1956 年又應(yīng)用于渣油氣化。但當(dāng)蒸汽 /煤比過高時，將使?fàn)t溫降低，阻礙 CO2的還原和水蒸氣的分解反應(yīng)，影響氣化過程。所以，為了獲得理想的氣化效果，必須選擇合適的氧煤比。一方面，氧煤比的增加使燃燒反應(yīng)放熱量增加，從而提高反應(yīng)溫度，促進 CO2 還原和 H2O 分解反應(yīng)的 進行，增加煤氣中 CO和 H2的含量，從而提高煤氣熱值和碳轉(zhuǎn)化率 。當(dāng)用作化工原料氣時，氣化壓力應(yīng)考慮與合成壓力相適應(yīng)，可節(jié)省動力消耗。提高壓力還有利于H2與 CO 之間進行的甲烷化反應(yīng)，使煤氣中 CH4含量顯著增加，因而提高了煤氣熱值。同時，由于爐內(nèi)反應(yīng)速度的提高，爐中的煤粉即使在很短的時間內(nèi)也能完全氣化，獲得很高的碳轉(zhuǎn)化 率。所以，在加煤量一定的條件下，氣化爐內(nèi)的溫度是由氧氣和水蒸氣氣化劑的加入量所決定的。 影響氣流床氣化的主要因素有以下幾方面。已工業(yè)化的氣流床氣化技術(shù)根據(jù)入爐原料的輸送性能可分為干法進料和濕法進料。由于并流操作，制得的煤氣與入爐的燃料之間不能產(chǎn)生熱交換，出口煤氣溫度很高。 （ 5）需設(shè)置較龐大的磨粉、余熱回收和除塵等輔助裝置 。所以要求煤的 灰熔點應(yīng)低于爐內(nèi)氣化溫度，以利于熔渣的形成。 （ 4）液態(tài)排渣 。 （ 3）煤氣中不含焦油 。 氣流床氣化屬于高溫氣化技術(shù)，通常直接用氧氣和過熱水蒸氣作為氧化劑，爐內(nèi)反應(yīng)區(qū)溫度可高達 2020 ℃，出爐煤氣溫度都在 1400 ℃廣東石油化工學(xué)院專科畢業(yè)論文 5 左右。值得注意的是，褐煤不適合制成水煤漿燃料。 在氣化爐反應(yīng)區(qū)內(nèi)，煤粒懸浮在氣流中，隨著氣流并流運動。氣流床煤氣化的主要特征如下。在高溫輻射下，煤氧混合物瞬間著火、迅 速燃燒，產(chǎn)生大量熱量。 d1) 500600 3001200 排渣方式 固態(tài)排渣 固態(tài)排渣 專利商 恩德公司 美國 SES 公司 氣流床煤氣化技術(shù) 氣流床氣化爐氣化溫度與壓力高、負荷大，煤種適應(yīng)范圍廣，是目前煤氣化技術(shù)發(fā)展的主流。合成氣經(jīng)廢熱鍋爐回收熱量后，經(jīng)高效旋風(fēng)除塵器進一步除塵 [3]。反應(yīng)后的爐 渣從爐底的分級器排出，經(jīng)灰冷器冷卻卸壓后排放 。 0~6 mm，氣化溫度控制在 950~ 1 050℃，氣化壓力 0. 25~ 1. 00 MPa，煤處理能力 300~ 1 200 t/d(單爐 )。位于氣化劣質(zhì)煤，對高灰、高硫和高水分煤的氣化有較大優(yōu)勢。該氣化爐的不足之處是常壓氣化，氣化效率和碳轉(zhuǎn)化率有待提高。 氣化爐底部為特殊形狀的錐形，以布風(fēng)噴嘴取代爐算 。該氣化爐適用褐煤及長焰煤等，對煤的灰分含量不是特別敏感，使用含水質(zhì)量分數(shù)12%以下的 0~ 10 mm 的粉煤，氣化溫度控制在 1 000~ 1 050℃ ,壓力控制在 1~ MPa。 表 21 UGI 氣化爐、魯奇氣化爐和 BGL 氣化爐技術(shù)參數(shù) 廣東石油化工學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 3 項目 魯奇氣化爐 BGL 氣化爐 UGI 固定床氣化爐 操作溫度 /0C 9001050 14001600 9501050 操作壓力 /MPa 常壓 (CO+ H2)體積分數(shù) /﹪ 65 88 6872 碳轉(zhuǎn)化率 /﹪ 冷煤氣效率 /﹪ 93 89 41 比氧耗 /(m3，標(biāo)態(tài) ) 220 190230 比煤耗 /kg 460480 330 單爐煤處理能力/( t在 1 400~1 600℃高溫氣化條件下，蒸汽用量大幅下降，90%~95%的蒸汽在氣化過程中分解，不僅提高了氣化效率，而且使氣化廢水量減少 80%以上，減小了酚和氨回收裝置的規(guī)模 。③氣化原料為 15~50 mm 的塊煤，塊煤價格高，增加 了生產(chǎn)成本。若選擇制合成氣，該工藝存在以下問題 :①煤氣成分復(fù)雜，合成氣中含甲烷體積分數(shù)在 7%~10% ,如將這些甲烷轉(zhuǎn)化為 H2和 CO，投資大、成本高 。 (2)魯奇 (Lurgi)氣化爐工藝成熟可靠，氣 化溫度 900~1 250℃，包括焦油在內(nèi)的氣化效率、碳轉(zhuǎn)化率、氣化熱效率都較高，氧耗是各類氣化工藝中最低的，原料制備、排渣處理成熟。 (I)UGI 常壓固定層氣化技術(shù)的優(yōu)點是操作簡單、投資少，但技術(shù)落后、能力和效率低，污染嚴重。國外已工業(yè)化的煤氣化氣流床煤氣化技術(shù)主要有以水煤漿為原料的 GE（ Texaco）氣化技術(shù)、 Global EGas 氣化技術(shù)，以干粉煤為原料的 Shell 氣化技術(shù)、 Prenflo 氣化技術(shù)、 GSP 氣化技術(shù)等。 石油化工生產(chǎn)技術(shù) 煤氣化技術(shù)進展評述 2 第二章 國外煤氣化技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀 已工業(yè)化的煤氣化技