【正文】 2 ) Ugas 技術(shù)來(lái)源于美國(guó) SES 公司，主要定可滿足要求。該氣化爐要求原料煤的粒度在。原料煤經(jīng)由 CO2氣體輸送進(jìn)人氣化爐，與從爐底進(jìn)人的 O2和蒸汽等氣化劑反應(yīng)生產(chǎn)合成氣 。出爐頂?shù)暮铣蓺饨?jīng)兩級(jí)旋風(fēng)除塵器，分離出的塵粒返回氣化爐內(nèi)再次氣化，以提高碳轉(zhuǎn)化率 。 表 22 恩德氣化爐、 Ugas 氣化爐技術(shù)參數(shù) 項(xiàng)目 恩德氣化爐 Ugas 氣化爐 操作溫度 /0C 10001050 9501050 操作壓力 /MPa 常壓 (CO+ H2)體積分?jǐn)?shù) /﹪ 68 6874 碳轉(zhuǎn)化率 /﹪ 92 8895 冷煤氣效率 /﹪ 76 80 比氧耗 /(m3，標(biāo)態(tài) ) 190210 320360 比煤耗 /kg 580 570640 單爐煤處理能力 /( t氣流床氣化是將氣化劑（氧氣和水蒸氣）夾帶著煤粉或煤漿，通過(guò)特殊噴嘴送入氣化爐內(nèi)。在爐內(nèi)高溫條件下，所有干餾產(chǎn)物均迅速分解，煤焦同時(shí)進(jìn)行氣化，生產(chǎn)以 CO 和 H2為主要成分的煤氣和液態(tài)熔渣。 （ 1）煤種適應(yīng)性強(qiáng) 。煤粒單獨(dú)進(jìn)行膨脹、軟化、燃盡及形成熔渣等過(guò)程，從而氣化過(guò)程基本不受原料煤的黏結(jié)性、機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性的影響。 （ 2）氣化溫度高，氣化強(qiáng)度大 。同時(shí)由于煤粉具有很大的比表面積，并且處于加壓條件下，所以氣化速度極快，氣化強(qiáng)度和單路氣化能力很高。 由于反應(yīng)溫度很高，爐床溫度均一，粉煤的干餾產(chǎn)物全部分解，粗煤氣中不含焦油、酚及烴類液體等，其主要雜質(zhì)為 H2S 和 COS，有利于簡(jiǎn)化后續(xù)凈化系統(tǒng)，對(duì)環(huán)境的污染少。 一般情況下，氣流床氣化采用高溫液態(tài)排渣方式，熔融灰分被高速氣流夾帶，相互碰撞、結(jié)團(tuán)、長(zhǎng)大，從氣流中分離或黏結(jié)在爐壁上，以熔融狀態(tài)沿爐壁向下流動(dòng)，排出氣化爐。對(duì)于高熔點(diǎn)煤，可添加助熔劑，降低煤的灰熔點(diǎn)和黏度，提高氣化的可操作性。 氣流床氣化時(shí)需用粉煤，要求粒度為 70%～ 80%通過(guò) 200 目篩，所以需用較龐大的制粉設(shè)備。同時(shí)因?yàn)闅馑俸芨?，帶走的飛灰很多，因此，需設(shè)較龐大的余熱回收和除塵裝置。干法進(jìn)料是將煤粉直接氣力輸送至噴嘴 ，如 KT 爐、 Shell、 Prenflo 和 GSP；濕法進(jìn)料是水煤漿進(jìn)料，用泵加壓送至噴嘴，如 Texaco、 EGas 法。 (1)爐內(nèi)高溫是由煤粉在純氧下燃燒或部分燃燒釋放的熱量保持的，與此同時(shí)，炭粒與水蒸氣或 CO2發(fā)生吸熱的還原反應(yīng)。提高爐內(nèi)溫度有利于加快反應(yīng)速度，提高氣化強(qiáng)度和生產(chǎn)能力。另外，炭與水蒸氣間進(jìn)行的是強(qiáng)吸熱的水煤氣反應(yīng)，溫度的提高有利于化學(xué)平衡向正方向移動(dòng)，產(chǎn)生更多的 CO 和 H2 (2)提高氣化壓力既增加了反應(yīng)物的濃度，又提高了反應(yīng)速率。此外，氣化壓力的選定還取決于產(chǎn)品煤氣的用途。 (3)氧煤比對(duì)氣化過(guò)程存在著兩方面的影響。另一方面，燃燒反應(yīng)由于氧量的增加，將生成 CO2和 H2O，增加了煤氣中的無(wú)效成分。 (4)在氣化過(guò)程中，加人的水蒸氣在高溫條件下與炭發(fā)生強(qiáng)吸熱的水煤氣反應(yīng)，增加煤氣中 H2 和 CO 的含量，控制爐溫不致過(guò)高，能降低氧耗量。 石油化工生產(chǎn)技術(shù) 煤氣化技術(shù)進(jìn)展評(píng)述 6 (5)氣化爐結(jié)構(gòu)對(duì)氣流床氣化有較大影響，特別是加料方式以及燃燒器燒嘴造成氣流的擾動(dòng)，對(duì)氣化過(guò)程 的影響尤為明顯 [3]。在 50 年代 Texaco 公司就有將其技術(shù)應(yīng)用于煤氣化的計(jì)劃，并進(jìn)行了部分研究工作。 70 年代末建設(shè)了 2 套示范裝置，分別為德國(guó)的 RAG 和美國(guó)加州的 Cool Water， 1983～ 1985 年分別在日本的 UBE 公司和美國(guó)的 Eastman 公司建設(shè)了 3 套商業(yè)化裝置。目前，在建和運(yùn)轉(zhuǎn)的 Texaco 氣化爐約有 80 多臺(tái)。德士古氣化爐有直接激冷式和廢鍋式兩種。單爐容量目前最大可達(dá) 2 000 t/d,操作壓力大都采用 MPa 和 MPa。②是燃燒及氣化反應(yīng) ,生成的煤焦一方面和剩余的氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng) ,生成 CO、 CO2 等氣體 ,另一方面 ,煤焦又和水蒸汽、 CO2 等發(fā)生化學(xué)反應(yīng) ,生成 CO、 H2。產(chǎn)生的煤氣經(jīng)下降管進(jìn)入激冷室 ,在除去灰、塵、渣后 ,含有飽和水蒸汽的Texaco 煤氣經(jīng)氣、水分離 ,換熱器的熱量回收后 ,進(jìn)入林德脫硫脫碳工序。 Texaco 氣化工藝有激冷流程和廢熱鍋爐流程 ,典型的激冷流程工藝流程如圖 2－ 1 所示。工藝流程為原料煤與水、添加劑、石灰石、氨水 ,經(jīng)磨機(jī)研磨成具有適當(dāng)粒度分布的水煤漿由煤漿泵送入煤漿槽中。在碳洗塔中 ,合成氣進(jìn)一步冷卻、除塵并控制水氣比 ,然后進(jìn)入后工序。 廣東石油化工學(xué)院專科畢業(yè)論文 7 圖 21 德士古氣化爐激冷流程 (2)Global EGas 氣化技術(shù) EGas 氣化技術(shù)最早由 Destec 公司開(kāi)發(fā)，采用水煤漿原料，兩段氣化，后被 Dow公司收購(gòu)?；谶@兩套裝置的經(jīng)驗(yàn)，在路易斯安娜州的 TerraHaute 建立了單爐 2500 t/d的氣化裝置，配套 WabashRiver 的 260 MW 的 IGCC 電站，該電站于 1996 年投入運(yùn)行，發(fā)電效率 40％。氣化爐內(nèi)襯采用耐火磚，約 85％的煤漿與氧氣通過(guò)噴嘴射流進(jìn)入氣化爐第一段，進(jìn) 行高溫氣化反應(yīng)，一段出口的高溫氣體中含量分別接近20％； 15％左右的煤漿從氣化爐第二段加入，與一段的高溫氣體進(jìn)行熱質(zhì)交換，煤在高溫下蒸發(fā)、熱解，殘?zhí)寂c CO2和 H2O 進(jìn)行吸熱反應(yīng)，可以使上段出口溫度降低到 1040℃左右。 相對(duì) Texaco 氣化， EGas 氣化還有其它優(yōu)越之處，如：采用火管式對(duì)流冷卻器，造價(jià)和安裝費(fèi)較低，檢修和清洗方便；采用壓力螺旋式連續(xù)排渣系統(tǒng)，泄壓和 碎渣設(shè)備的造價(jià)較低；二段爐可用普通耐火磚；煤耗和氧耗均比 Texaco 氣化爐低；采用耐火磚石油化工生產(chǎn)技術(shù) 煤氣化技術(shù)進(jìn)展評(píng)述 8 為爐襯，其壽命已達(dá)到 3 年；噴嘴壽命為 3～ 6 個(gè)月。 圖 22 EGas 氣化爐示意圖 干粉進(jìn)料 (1) KT 爐氣化 KT 爐氣化是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的氣流床氣化工藝，屬于干粉進(jìn)料的常壓氣化工藝。由氧氣和水蒸氣組成的氣化劑與煤粉混合，從燃燒噴嘴高速噴入爐內(nèi)。氣化壓力稍高于常壓，約為 MPa，爐內(nèi)溫度高達(dá) 1500 ℃以上，采用液態(tài)排渣， 60%的灰分以熔渣形式沉降到淬冷槽中，其余飛灰被煤氣夾帶出爐。 KT 常壓氣化工藝主要用于生產(chǎn)合成氨原料氣和燃料氣。具有煤種適應(yīng)性強(qiáng)，氣化強(qiáng)度高、生產(chǎn)能力大的特點(diǎn)，但存在的缺點(diǎn)也較為突出，廣東石油化工學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 9 如采用煤粉氣力輸送耗能大，且管路和設(shè)備的磨損比較嚴(yán)重；制得的粗煤氣中的飛灰含量較高，補(bǔ)渣率和負(fù)荷調(diào)節(jié)幅度較低等。以干煤粉進(jìn)料，純氧作氣化劑，液態(tài)排渣。 Shell 煤氣化爐采用膜式水 冷壁形式，向火側(cè)敷有一層比較薄的耐火材料，減少熱損失的同時(shí)可以掛渣，充分利用渣層的隔熱作用，以渣層保護(hù)爐壁。采用側(cè)壁燒嘴進(jìn)料，在氣化高溫區(qū)對(duì)稱布置，可根據(jù)氣化能力有 4～ 8 個(gè)燒嘴中心對(duì)稱布置，使氣化爐操作符合具有很強(qiáng)的可調(diào)幅能力。 Shell 煤氣化工藝的優(yōu)點(diǎn)較為突出：采用干煤粉進(jìn)料，可氣化煙煤、褐煤、石油焦等原料；單臺(tái)生產(chǎn)能力大，氣化壓力為 3 MPa，日處理量達(dá) 2020 t；碳轉(zhuǎn)化高，一般達(dá) 99%，冷煤氣效率 80%～ 85%，熱煤氣效率超過(guò) 95%；采用干煤粉進(jìn)料，無(wú)需蒸發(fā)水分，與水煤漿進(jìn)料相比氧氣用量可減少 15%～ 20%；采用水冷壁結(jié)構(gòu)，無(wú)耐火襯里，檢修周期長(zhǎng)；氣化過(guò)程無(wú)廢氣排放，融渣等廢物可作為建筑材料再利用，對(duì)環(huán)境幾乎 沒(méi)有影響。 圖 2－ 3 為 Shell 煤氣化工藝流程圖 。在結(jié)構(gòu)原理上與 Shell 氣化爐相似。除此之外， Prenflo 采用 85%的氧氣取代 95%的氧氣為氣化劑，減少制氧 的用電消耗。采用 Prenflo 氣化技術(shù)在西班牙建成的 IGCC發(fā)電示范裝置，以 50%當(dāng)?shù)馗呋颐汉? 50%高硫石油焦混合原料，單爐日處理量 2600 t，運(yùn)行良好。 GSP 粉煤氣化以煤為原料，也可用化學(xué)殘?jiān)蜕镔|(zhì)為原料。與同類其它技術(shù)相比， GSP 粉煤氣化采用氣化爐頂部干粉進(jìn)料，氣化室周圍水冷壁結(jié)構(gòu)。值得注意的是， GSP 工藝采用內(nèi)冷式多通道燒嘴，共有 6 層通道，進(jìn)料氣體和原料物料分內(nèi)中外三層，冷卻水也有三層，這種燒嘴的壽命預(yù)計(jì)在十年以上。是一種有廣闊發(fā)展前景的氣化技術(shù) [6]。煤氣化技術(shù)早期的引進(jìn)的確對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起 到了推動(dòng)作用，但由于引進(jìn)的煤氣化技術(shù)并不都是完善的技術(shù)，而且重復(fù)引進(jìn)嚴(yán)重，已使我國(guó)成為國(guó)外氣化技術(shù)的“試驗(yàn)場(chǎng)”。有許多的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)值得科技界和工程界總結(jié)和吸取。近 30年來(lái)，在國(guó)家的支持下，國(guó)內(nèi)在研究與開(kāi)發(fā)、消化引進(jìn)技術(shù)方面進(jìn)行了 大量工作，有代表性的是： 70 年代起西北化工研究院研究開(kāi)發(fā)水煤漿氣化技術(shù)并建設(shè)了中試裝置，為此后魯南、渭河、上海焦化、淮化等 4 家廠引進(jìn) Texaco 水煤漿氣化技術(shù)提供了豐富的經(jīng)驗(yàn)；“九五”期間就“整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（ IGCC）關(guān)鍵技術(shù)（含高溫凈化）”立項(xiàng)，有十余個(gè)單位參加攻關(guān)； 1999 年科技部立項(xiàng)的國(guó)家 973 項(xiàng)目“煤的熱解、氣化及高溫凈化過(guò)程的基礎(chǔ)研究”已完成； 2020 年科技部立項(xiàng) 973 項(xiàng)目“大規(guī)模高效氣流床煤氣化技術(shù)的基礎(chǔ)研究”。華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠、中國(guó)天辰化學(xué)工程公司等共同承擔(dān)國(guó)家“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃課題“粉煤加壓氣化制備合成氣新技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)”。2020 年完成了水冷壁式氣化爐中試裝置的運(yùn)行考核。目前該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化已列入國(guó)家“十一五” 863 計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目，將在貴州建設(shè)單爐 1000 t/d 的工業(yè)示范裝置。中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所在中試的基礎(chǔ)上進(jìn)行了流化床氧氣 /蒸汽鼓風(fēng)制合成氣的工業(yè)示范裝置開(kāi)發(fā)，煙煤處理能力為 100 t/d、常壓，目前已投入生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。 多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化 工藝原理 多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)是對(duì) Texaco 氣化的重大改進(jìn)，主要表現(xiàn)在：煤漿經(jīng)過(guò)隔膜泵加壓，通過(guò) 4 個(gè)對(duì)稱布置在氣化爐中上部同一個(gè)水平的工藝噴嘴，與氧氣一起噴入氣化爐內(nèi)進(jìn)行氣化作用；煤耗降低約 9%； H2含量?jī)?yōu)勢(shì)明顯；碳轉(zhuǎn)化率大于 98%；采用混合氣器、旋風(fēng)分離器、泡罩塔組合方案，分級(jí)凈化；采用直接換熱式含渣水處理工藝；采用蒸汽進(jìn)入熱水室與循環(huán)灰水直接 接觸換熱，蒸發(fā)熱水塔實(shí)現(xiàn)熱量的回收。不足之處是出現(xiàn)氣化爐拱頂磚沖刷嚴(yán)重和拱頂超溫問(wèn)題，氣化爐內(nèi)向下的撞擊流有可能直接沖向氣化爐出口，形成“短路”現(xiàn)象；從而影響裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性和氣化效率。包括 4個(gè)工序，即磨煤制漿工序、多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化工序、合成氣初步凈化工序、含渣水處理工序。 廣東石油化工學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 13 圖 3－ 1 多噴嘴對(duì)噴水煤漿氣化工藝流程 中試裝置 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(kāi)發(fā)”（ 22 t/d 裝置）， 2020 年完成了中試裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)與考核，運(yùn)行結(jié)果表明：有效氣成分約 83%，比相同條件下的 Texaco 生產(chǎn)裝置高 ～ 2 個(gè)百分點(diǎn)；碳轉(zhuǎn)化率＞ 98%，比 Texaco 高 2～ 3 個(gè)百分點(diǎn)；比煤耗、比氧耗均比 Texaco 降低 7%。 （ 1）華魯恒升公司示范裝置 山東華魯恒升化工有限公司示范裝置氣化壓力 MPa、單爐日處理煤量 750 t，配套每年生產(chǎn) 30 萬(wàn)噸合成氨，氣化裝置由中國(guó)華 陸工程公司設(shè)計(jì)， 裝置于 2020 年底建成，石油化工生產(chǎn)技術(shù) 煤氣化技術(shù)進(jìn)展評(píng)述 14 于 2020 年 12月 1 日一次投料成功。截至 2020 年月 31 日，裝置已累計(jì)運(yùn)行六千多個(gè)小時(shí)。 （ 2）國(guó)泰化工有限公司示范裝置