研究简报
基于Aspen Plus 建立喷流床煤气化炉模型
张 斌 李 政 江 宁 麻林巍 郑洪韬
(
清华大学热能工程系,北京100084)关键词 喷流床煤气化炉 数学模型 Aspen 中图分类号 T K 229.8 文章标识码 A
文章编号 0438-1157(2003)08-1179-04
MODELING OF EN TRAINED BED COAL
G ASIFIER S WITH ASPEN PLU S
ZH AN G Bin ,LI Zheng ,JIAN G Nin g ,MA Linwei an d ZHEN G H ongtao
(Department of T hermal Engineering ,Tsinghua University ,Beijing 100084,China )
Abstract Tw o models that can predict and simulate the perfo rmance of entrained bed coal gasifier w ere established by using the process simulator ———Aspen Plus .The models are characterized by handling solid
materials directly rather than converting them into equivalent conventional com ponents .One model uses Aspen built -in RGibbs model ,and the other uses a user self -defined model .Bo th models w ere verified by the industrial data of three ty pical entrained bed g asifiers ———Texaco ,Shell and Destec .Finally ,the optim al equilibrium temperature ranges of different gasifiers w ere analy zed and discussed .The analysis show ed that the optimal equilibrium temperature of slurry -feed gasifiers w as lower than that of dry -coal -feed Shell gasifier ,and the results of the slurry -feed type gasifiers w ere more sensitive to equilibrium temperature .Keywords entrained bed gasifier ,m athem atical modeling ,Aspen
2002-05-08收到初稿,2002-08-28收到修改稿.
联系人:李政.第一作者:张斌,男,23岁,博士研究生.基金项目:国家重点基础研究发展规划项目资助(No .G1999022304).
引 言
当前,环境污染和液体燃料短缺已经成为制约我国经济持续高速和安全发展的瓶颈问题.通过煤的大规模、综合、清洁、高效利用来解决未来对能
源尤其是对液体燃料的需求,已经成为我国政府和科学界的共识
[1]
.在未来的能源结构中,以煤气
化为基础的新型能源系统无疑将扮演越来越重要的角色[2]
.因此,深入开展以煤气化为基础的新型能源系统尤其是多联产系统的研究十分必要.
鉴于煤气化能源系统中涉及大量横跨动力过程
和化工过程的特殊设备,本文选择Aspen 作为工具软件开展研究,其中的一个重要任务就是建立能在Aspen 中使用的特殊设备模型.喷流床气化炉就是这样一个特殊设备,它是迄今最适合煤的大规模气化的技术.
Received date :2002-05-08.
Corre spon ding auth or :Prof .LI Zheng .E -mail :lz -dte @mail .tsinghua .edu .cn
Foundation item :supported by the State Key Devel opment Pro -gram for Basic Res earch of C hina (No .G1999022304).
本文介绍能够直接处理固体物流(如煤、灰等)的气化炉平衡模型,并建立了自定义气化炉模
型,通过它对不同气化炉的最佳平衡温度范围进行了考察和分析.两种模型均得到了验证.
第54卷 第8期 化 工 学 报
V ol .54 №8
2003年8月
Journal of Chemical I ndustry and Engineering (China ) August 2003
1 直接处理固体物流的气化炉平衡
模型
尽管Aspen 具备同时处理M IXED (常规物质)、CISOLID (常规惰性固体)和NC (非常规物质)3类物流的能力,但由于非常规物质(NC )处理的复杂性,以往建立气化炉模型的做法是先把煤分解为具有相同质量和发热量的由碳氢和其他化合物(如C 2H 6,C 3H 8,H 2S 等)、纯净元素和灰组成的常规物流混合物,其中灰被处理为具有特定物性的纯元素,然后再通到平衡反应器中,计算出口平衡组成.这种做法的缺点是:①假定煤全部转化为煤气,无法计及碳转化率;②作为补救措施,在后续流程中排放掉一部分煤气来模拟煤的不完全转化,结果导致其他元素的流失;③能量平衡不严格,导致计算的煤气温度和实际情况偏差较大.针对上述缺陷,本文建立了一个直接处理固体物流的气化炉模型,如图1所示.流程中物流的组成除包括CO 、H 2、CO 2、CH 4、Ar 、N 2、H 2S 、COS 、H 2O 、O 2等气体成分外,还特别定义了Coal (煤)、Ash (灰渣)和UBC (未燃尽碳)3种NC
固
Fig .1 Aspen flowsheet fo r gasification process w ith both conventio nal and non -co nventional
sub -streams included
体物质.在DComp 中考虑碳的不完全转化,其输
出物流Coal -2中包括纯元素C 、纯元素S 、H 2、N 2、O 2、Ash 和UBC .Gasifier 模块对应实际的煤气化炉设备及其内部过程,除Ash 和UBC 外的常规物质进行化学反应,生成平衡状态的粗煤气.输出Output 流中包括粗煤气成分、Ash 和UBC ,只要在后续流程中再加入一个分离器单元就可以模拟气化炉的排渣过程.
本文根据收集到的几种喷流床气化炉的典型试验数据[3]对该模型进行验证.计算输入条件如表1所示,文献值和计算结果分别见表2中各气化炉/煤种的Lit .行和CR (calculation results )行(表2中还包括下面要讲到的自定义气化炉模型的计算结果).
Table 1 Input of several typical entrained bed gasifiers [3]
Gasifier Coal Flow rates of coal elements /kg ·s -1
C
H
O
N
S
C l
M oisture
Ash
HHV /kJ ·kg -1
H 2O flow rate /kg ·s -1
Texaco Il linois 6350.6326.7650.356.3519.50.4568.9549.8929706.9184.61S hell Il linois 6362.4223.1336.745.925.40.4514.06100.726682.1125.85Texas Lignite 331.5724.0486.185.95.90.4525.490.2624363.690Destec Texas Lignite
330.8
24.22
86.05
5.855.85
0.82
291.5290.22
24366.64
252.29Gasifier Coal Oxidant flow rate
/kg ·s -1O 2Ar N 2N 2flow rate /kg ·s -1
Gas ifier
pressure /M Pa Coal temperatore
/K Oxidant
temperatu re
/K Oxidant
pressure /M Pa C arbon conversion /%Texaco Il linois 6434.9920.875.44042.35312.15356.454799.09S hell Il linois 643020.415.4441.723.08353.15393.1525.1499.5Texas Lignite 370.1317.694.5442.227353.15393.1528.5999.32Destec
Texas Lignite
456.77
21.91
5.67
28.59
312.15
393.15
30
99.63
Ta ble 2 C omparison of literature data (Lit .)and model -calculated results for gasifier performance
Gasifier /Coal Vapor fraction /%
CO
H 2
CO 2
H 2O
CH 4
Ar
N 2H 2S COS Outlet
temperature
/K Equilibrium
temperature selected /K
Texaco /Illinois 6
Lit .39.5830.2810.7816.450.0790.910.7310.0261644.26—CR 41.3228.829.1617.940.0240.90.7710.0631551.75—User CM 141.9128.388.5618.40.0140.90.770.960.0461598.08—User CM 2
39.5629.7110.9416.670.36
0.910.781.030.041636.671353.15Shell /Illinois 6
Lit .63.0526.741.492.010.031.14.081.30.141699.85—CR 63.726.341.211.760.01421.1
4.151.550.171707.15—User CM 163.7926.261.161.80.021.114.141.580.131720.44—
·
1180·化 工 学 报 2003年8月
T able 2(continued )
Gasifier /Coal Vapor fraction /%
CO
H 2
CO 2
H 2O CH 4
AR
N 2H 2S COS Outlet
temperature
/K Equilibrium
temperature selected /K
Shell /Texas Lignite
Lit .60.6327.572.773.2
0.0331.03
4.340.320.0371644.25—CR 61.2327.062.363.480.0141.014.420.390.0391681.95—User CM 161.3526.952.253.590.0131.024.420.390.0291690.55—User CM 2
60.8727.132.76
3.22
0.14
1.02
4.430.40.031701.751483.15D estec /Texas Lignite
Lit .21.8124.617.1534.640.0320.780.540.250.00964
1310.95—CR 21.1825.0717.6434.420.0750.790.610.250.00951271.25—User CM 121.2824.7517.4734.770.060.770.640.250.0071278.77—User CM 2
21.6824.5917.1534.870.05
0.77
0.64
0.25
0.01
1271.91
1298.15
Notes :https://www.doczj.com/doc/5913050285.html,er CM 1and User CM 2are the results of calculation mode 1and mode 2in user -defined model .
2.Outlet temperatures of every gas ifier in Literature are not the same ,data here just for reference .
从结果看,模型计算得到的气体成分和EPRI
公布的典型数据基本吻合,尽管Texaco 的结果偏差略大一些.所以,采用化学平衡方法预测这3种气化炉的出口气体成分是可行的.此外,本文还对文献[4]中报道的Shell 炉的5种煤进行了计算,得出了相同的结论.
2 气化炉自定义模型
科研中经常遇到的一个问题是如何把自己独有的研究成果和数据融合到Aspen 中,成为未来系统研究可以方便、重复使用的专用模块.为此,As -pen 提供了用户自定义模型的功能,用户可以用
Fortran 语言将自己的知识和成果方便地组合为新的自有产权(proprietary )模块.
2.1 自定义气化炉模型
本文设计的自定义气化炉模型的物流图如图2所示,输入包括给煤(Coal )、氧化剂(Oxidant )、输煤用氮气(N 2)以及水或蒸汽(WS )和气化炉热损失(Q Loss ),输出包括粗煤气(Gas )、灰(Ash )和未燃尽碳(UBC )
.
Fig .2 Established Aspen User M odel for
gasifier based on W atkinson Model
气化炉模块自身定义了3个参数:工作压力p ,碳转化率X c ,选取的计算平衡温度T k 或出口温度T g 的猜测值.
本文选定的气化炉出口的主要产物为C O 、H 2、CO 2、CH 4、N 2、H 2S 、COS 、H 2O 以及Ar ,共9种气
体.质量平衡除包括各元素质量平衡外,还利用了Watkinson 等[5]推荐的如下3个平衡关系式
Y H 2
Y CO
2
Y CO Y H
2
O
=0.0265ex p (3956/T k )
(1)
Y CH 4
Y H
2
O Y CO Y
3
H
2
p 2
=6.7125×10-18
exp (27020/T k )(2)
Y H 2
S Y CO 2Y COS Y H
2
O
=0.75134exp (4083/T k )(3)
如图2所示,列气化炉能量平衡如式(4)
E Coal +E Oxidant +E N 2
+E WS -Q Loss =E G as +E Ash +E U BC (4)
式(4)中涉及到的物质焓值计算可以按照文献[6]中介绍的方法.代表气化炉的热损失Q Loss ,本文一般取作输入煤总热值的2%左右.2.2 计算结果及分析
对气化炉出口气体温度T g ,本文采用了两种
求取模式:一是认为T k =T g ,将能量平衡和物质平衡一起迭代;二是先迭代物质平衡,找出最佳平衡温度T k ,再根据迭代出来的出口物质成分用能量平衡迭代T g .
仍采用表1所示的计算输入条件,计算结果如表2所示(计算模式1的结果为User CM 1,计算模式2为User CM 2).由表2可以看出,模式1的计算结果和本文第1节建立的模型结果类似;模式2通过选取最佳平衡温度T k 可以得到和文献数
据非常吻合的气化炉出口成分,而且出口温度和文献值也相差不大.
为获取平衡温度T k 选取的经验,本文考察了式(5)与对应平衡温度的关系,其结果如图3和图4所示.
Err =
∑i
(Y C i -Y L i )
2
(5)
·
1181· 第54卷第8期 张斌等:基于Aspen Plus 建立喷流床煤气化炉模型
Fig.3 Destec gasifier and T exaco g asifier
Fig.4 Shell gasifier
计算表明,3种气化炉均存在最佳平衡温度范围,Tex aco炉约为1320～1370K,Destec炉为1270～1320K,Shell炉对应的两个煤种分别为1470以及1540K左右.从图上还可以看出,不同气化炉的计算偏差相对于平衡温度选取的变化率不同,Destec炉和Texaco炉在同一级别上,但都比Shell炉变化率大,即更易受平衡温度选取的影响.
同种气化炉(如图4中的Shell炉),因煤种和运行条件(如氧煤比)不同,其最佳温度范围亦有所不同.煤种和运行条件对最佳温度范围的影响还需要进一步采集数据进行验证.
3 结论及展望
(1)文中建立的两种气化炉模型均能够很好地预测和模拟喷流床气化炉的性能. (2)计算表明:①不同种类气化炉有不同的最佳平衡温度范围;②以水煤浆为原料的气化炉的最佳平衡温度比干粉进料的Shell气化炉低;③以水煤浆为原料的气化炉的计算偏差相对于平衡温度选取的敏感度更高.
(3)文中建立的模型还有需要进一步完善的地方,比如目前考虑的气化炉散热损失只是简单地认为是输入煤总热值的2%左右,没有考虑粗煤气中包含NH3、HCN、HCl等微量物质,进一步验证煤种和运行条件的不同对气化炉的最佳平衡温度范围的影响等.
符 号 说 明
E i———各物流的焓值,W
Err———气体成分偏差
Q Loss———气化炉热损失,W
T g———气化炉出口温度,K
T k———平衡温度,K
Y i———气化炉出口各成分的摩尔比
Y C i———第i种气体组分体积份额的模型计算值
Y L i———第i种气体组分体积份额的文献值References
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·
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·化 工 学 报 2003年8月
咸阳职业技术学院生化工程系毕业论文（设计） 50wt/年煤气化工艺设计 1.引言 煤是由古代植物转变而来的大分子有机化合物。我国煤炭储量丰富，分布面广，品种齐全。据中国第二次煤田预测资料，埋深在1000m以浅的煤炭总资源量为2.6万亿t。其中大别山—秦岭—昆仑山一线以北地区资源量约2.45万亿t，占全国总资源量的94%；其余的广大地区仅占6%左右。其中新疆、内蒙古、山西和陕西等四省区占全国资源总量的81.3%，东北三省占 1.6%，华东七省占2.8%，江南九省占1.6%。 煤气化是煤炭的一个热化学加工过程，它是以煤或煤焦原料，以氧气（空气或富氧）、水蒸气或氢气等作气化剂，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为可燃性的气体的过程。气化时所得的可燃性气体称为煤气，所用的设备称为煤气发生炉。 煤气化技术开发较早，在20世纪20年代，世界上就有了常压固定层煤气发生炉。20世纪30年代至50年代，用于煤气化的加压固定床鲁奇炉、常压温克勒沸腾炉和常压气流床K-T炉先后实现了工业化，这批煤气化炉型一般称为第一代煤气化技术。第二代煤气化技术开发始于20世纪60年代，由于当时国际上石油和天然气资源开采及利用于制取合成气技术进步很快，大大降低了制造合成
气的投资和生产成本，导致世界上制取合成气的原料转向了天然气和石油为主，使煤气化新技术开发的进程受阻，20世纪70年代全球出现石油危机后，又促进了煤气化新技术开发工作的进程，到20世纪80年代，开发的煤气化新技术，有的实现了工业化，有的完成了示范厂的试验，具有代表性的炉型有德士古加压水煤浆气化炉、熔渣鲁奇炉、高温温克勒炉（ETIW）及干粉煤加压气化炉等。 近年来国外煤气化技术的开发和发展，有倾向于以煤粉和水煤浆为原料、以高温高压操作的气流床和流化床炉型为主的趋势。 2.煤气化过程 2.1煤气化的定义 煤与氧气或（富氧空气）发生不完全燃烧反应，生成一氧化碳和氢气的过程称为煤气化。煤气化按气化剂可分为水蒸气气化、空气（富氧空气）气化、空气—水蒸气气化和氢气气化；按操作压力分为：常压气化和加压气化。由于加压气化具有生产强度高，对燃气输配和后续化学加工具有明显的经济性等优点。所以近代气化技术十分注重加压气化技术的开发。目前，将气化压力在P＞2MPa 情况下的气化，统称为加压气化技术；按残渣排出形式可分为固态排渣和液态排渣。气化残渣以固体形态排出气化炉外的称固态排渣。气化残渣以液态方式排出经急冷后变成熔渣排出气化炉外的称液态排渣；按加热方式、原料粒度、汽化程度等还有多种分类方法。常用的是按气化炉内煤料与气化剂的接触方式区分，主要有固定床气化、流化床气化、气流床气化和熔浴床床气化。 2.2 主要反应 煤的气化包括煤的热解和煤的气化反应两部分。煤在加热时会发生一系列的物理变化和化学变化。气化炉中的气化反应，是一个十分复杂的体系，这里所讨论的气化反应主要是指煤中的碳与气化剂中的氧气、水蒸汽和氢气的反应，也包括碳与反应产物之间进行的反应。 习惯上将气化反应分为三种类型：碳—氧之间的反应、水蒸汽分解反应和甲烷生产反应。 2.2.1碳—氧间的反应 碳与氧之间的反应有： C+O2=CO2（1）
主流煤气化技术及市场情况系列展示（之五） 壳牌煤气化技术 技术拥有单位：壳牌全球解决方案国际私有有限公司 壳牌是世界知名的国际能源公司之一。壳牌煤气化技术可以处理石油焦、无烟煤、烟煤、褐煤和生物质。气化炉的操作压力一般在，气化温度一般在1400～1700摄氏度。在此温度压力下，碳转化率一般会超过99%，冷煤气效率一般在80～83%。对于废热回收流程，合成气的大部分显热可由合成气冷却器回收用来生产高压或中压蒸汽；如配合采用低水气比催化剂的变化工艺，在变换单元消耗少量蒸汽即可保证变换深度要求，剩余大量蒸汽可送入全厂蒸汽管网，获得可观的经济效益。 目前，壳牌全球解决方案国际私有有限公司负责壳牌气化技术的技术许可，工艺设计以及技术支持。2007年壳牌成立了北京煤气化技术中心，2012年初，壳牌更是将其全球气化业务总部也从荷兰移师中国，这充分体现了壳牌对中国现代煤化工蓬勃发展的重视，同时壳牌也能更好地利用其全球气化技术能力，贴近市场，为中国客户提供更加快捷周到的技术支持。目前，在北京的壳牌煤气化技术团队可提供从研发、工程设计、培训、现场技术支持以及生产操作和管理的全方位技术支持和服务。 一、整体配套工艺 根据不同的煤质特性以及用户企业的不同生产需求和规划，壳牌开发了下面3种不同炉型： 壳牌废锅流程是当前工业应用经验最丰富的干粉气化技术。它的效率和工艺指标的先进性已经得到了验证和认可，而且在线率也在不断创造新的世界纪录，大部分客户已实现满负荷、长周期、安全、稳定运转。如果业主比较关注热效率,全厂能效和环保效益的话，采用壳牌废锅流程并配合已成功应用的低水气比变换技术应该是最合适稳妥的方案。 壳牌上行水激冷流程特别适合处理有积垢倾向的煤种；适合大型项目，此外投资低，可靠性高。对于比较关注在线率和低投资的业主，采用壳牌上行水激冷流程应该是最合适稳妥的方案。
煤气化技术及工艺过程中元素平衡分析 摘要：介绍了国内应用的典型煤气化技术；无论哪种煤气化工艺，元素平衡始 终不变；分析了煤气化工艺过程中元素平衡及来源。 关键词：煤气化技术；元素；来源 煤气化工艺是传统和现代煤化工的龙头和基础。煤气化工艺是指把经过适当 处理的煤送入反应器如气化炉内,在一定的温度和压力下,通过氧化剂(空气或氧气 和蒸气)以一定的流动方式(移动床、流化床或气流床等)转化成气体，得到粗制水 煤气，通过后续脱硫脱碳等工艺可以得到精制水煤气的过程[1]。 随着近几年煤气化工艺的不断发展，特别是国内开发出了多种能适应不同煤 种的煤气化工艺。但无论哪种煤气化工艺，元素平衡始终不能改变[2]。因此，本 文以某种长焰煤为例，分析了煤气化工艺过程中元素平衡及来源。 1煤气化技术 大型工业化运行的煤气化技术，可分为固定床气化技术、流化床气化技术、 气流床气化技术。 1.1 固定床气化技术 在气化过程中，煤由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部加入，煤料与气 化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢，甚至可视为固 定不动，因此称之为固定床气化；而实际上，煤料在气化过程中是以很慢的速度 向下移动的，比较准确的称其为移动床气化。 1.2 流化床气化技术 以恩德炉、灰熔聚为代表的气化技术。它是以粒度为0-10mm的小颗粒煤为 气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行 气化反应，从而使得煤料层内温度均一，易于控制，提高气化效率。流化床气化 技术是在温克勒粉煤流化床气化炉的基础上，经长期的生产实践，逐步改进和完 善的一种煤气化工艺。 灰融聚流化床粉煤气化技术根据射流原理，在流化床底部设计了灰团聚分离 装置，形成床内局部高温区，使灰熔聚气化反应装置灰渣团聚成球，借助重量的 差异达到灰团与半焦的分离，在非结渣情况下，连续有选择地排出低碳量的灰渣。 1.3 气流床气化技术 目前的主流技术，以GE水煤浆气化技术、四喷嘴水煤浆气化技术、壳牌干 煤粉气化、GSP气化技术和航天炉气化技术等为代表。它是一种并流气化，用气 化剂将粒度为0.1mm以下的煤粉带入气化炉内，也可将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉内。煤料在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化 反应，灰渣以液态形式排出气化炉。 2典型煤气化技术 2.1 鲁奇固定床煤加压气化技术 鲁奇固定床煤加压气化技术主要用于褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤，要求 原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱粘结性，适用于生产城市煤气和燃料气。其产生的煤气中焦油、碳氢化合物含量约1%左右，甲烷含量约10%左右。焦油分离、含酚污水处理复杂。 2.2 GE水煤浆气化技术
煤气化工艺流程 1、主要产品生产工艺煤气化是以煤炭为主要原料的综合性大型化工企业，主要工艺围绕着煤的洁净气化、综合利用，形成了以城市煤气为主线联产甲醇的工艺主线。 主要产品城市煤气和甲醇。城市燃气是城市公用事业的一项重要基础设施，是城市现代化的重要标志之一，用煤气代替煤炭是提高燃料热能利用率，减少煤烟型大气污染，改善大气质量行之有效的方法之一，同时也方便群众生活，节约时间，提高整个城市的社会效率和经济效益。作为一项环保工程，（其一期工程）每年还可减少向大气排放烟尘万吨、二氧化硫万吨、一氧化碳万吨，对改善河南西部地区城市大气质量将起到重要作用。 甲醇是一种重要的基本有机化工原料，除用作溶剂外，还可用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺、硫酸二甲酯、对苯二甲酸二甲酯、丙烯酸甲酯等一系列有机化工产品，此外，还可掺入汽油或代替汽油作为动力燃料，或进一步合成汽油，在燃料方面的应用，甲醇是一种易燃液体，燃烧性能良好，抗爆性能好，被称为新一代燃料。甲醇掺烧汽油，在国外一般向汽油中掺混甲醇5?15勉高汽油的辛烷值，避免了添加四乙基酮对大气的污染。 河南省煤气（集团）有限责任公司义马气化厂围绕义马至洛阳、洛阳至郑州煤气管线及豫西地区工业及居民用气需求输出清洁能源，对循环经济建设，把煤化工打造成河南省支柱产业起到重要作用。 2、工艺总流程简介： 原煤经破碎、筛分后，将其中5?50mm级块煤送入鲁奇加压气化炉，在炉内与氧气和水蒸气反应生成粗煤气，粗煤气经冷却后，进入低温甲醇洗净化装置，除去煤气中的CO2和H2S净化后的煤气分为两大部分，一部分去甲醇合成系统，合成气再经压缩机加压至，进入甲醇反应器生成粗甲醇，粗甲醇再送入甲醇精馏系统，制得精甲醇产品存入贮罐；另一部分去净煤气变换装置。合成甲醇尾气及变换气混合后，与剩余部分出低温甲醇洗净煤气混合后，进入煤气冷却干燥装置，将露点降至-25 C后，作为合格城市煤气经长输管线送往各用气城市。生产过程中产生的煤气水进入煤气水分离装置，分离出其中的焦油、中油。分离后煤气水去酚回收和氨回收，回收酚氨后的煤气水经污水生化处理装置处理，达标后排放。低温甲醇洗净化装置排出的H2S到硫回收装置回收硫。空分
13种煤气化工艺的优缺点及比较 我国是一个缺油、少气、煤炭资源相对而言比较丰富的国家，如何利用我国煤炭资源相对比较丰富的优势发展煤化工已成为大家关心的问题。近年来，我国掀起了煤制甲醇热、煤制油热、煤制烯烃热、煤制二甲醚热、煤制天然气热。有煤炭资源的地方都在规划以煤炭为原料的建设项目，这些项目都碰到亟待解决原料选择问题和煤气化制合成气工艺技术方案的选择问题。现就适合于大型煤化工的比较成熟的几种煤加压气化技术作评述，供大家参考。 1、常压固定层间歇式无烟煤（或焦炭）气化技术 这是目前我国生产氮肥的主力军之一，其特点是采用常压固定层空气、蒸汽间歇制气，要求原料为25-75mm的块状无烟煤或焦炭，进厂原料利用率低，单耗高、操作繁杂、单炉发气量低、吹风气放空对大气污染严重。从发展看，属于将逐步淘汰的工艺。 2、常压固定层间歇式无烟煤（或焦炭）富氧连续气化技术 这是从间歇式气化技术发展过来的，其特点是采用富氧为气化剂，原料可采用8-10mm 粒度的无烟煤或焦炭，提高了进厂原料利用率，对大气无污染、设备维修工作量小、维修费用低，适合于有无烟煤的地方，对已有常压固定层间歇式气化技术的改进。 3、鲁奇固定层煤加压气化技术 主要用于气化褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤，要求原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱粘结性，适用于生产城市煤气和燃料气，不推荐用以生产合成气。 4、灰熔聚流化床粉煤气化技术 中科院山西煤炭化学研究所的技术，2001年单炉配套20kt/a合成氨工业性示范装置成功运行，实现了工业化，其特点是煤种适应性宽，可以用6-8mm以下的碎煤，属流化床气化炉，床层温度达1100℃左右，中心局部高温区达到1200-1300℃，煤灰不发生熔融，而只是使灰渣熔聚成球状或块状排出。床层温度比恩德气化炉高100-200℃，所以可以气化褐煤、低化学活性的烟煤和无烟煤，以及石油焦，投资比较少，生产成本低。缺点是气化压力为常
精心整理 煤气化工艺流程 1、主要产品生产工艺 煤气化是以煤炭为主要原料的综合性大型化工企业，主要工艺围绕着煤的洁净气化、综合利用，形成了以城市煤气为主线联产甲醇的工艺主线。 主要产品城市煤气和甲醇。城市燃气是城市公用事业的一项重要基础设施，是城市现代化的重要标志之一，用煤气代替煤炭是提高燃料热能利用率，减少煤烟型大气污染，改善大气质量行之 化碳 15%提 作用。 2 。净化 装置。合成甲醇尾气及变换气混合后，与剩余部分出低温甲醇洗净煤气混合后，进入煤气冷却干燥装置，将露点降至-25℃后，作为合格城市煤气经长输管线送往各用气城市。生产过程中产生的煤气水进入煤气水分离装置，分离出其中的焦油、中油。分离后煤气水去酚回收和氨回收，回收酚氨后的煤气水经污水生化处理装置处理，达标后排放。低温甲醇洗净化装置排出的H2S到硫回收装置回收硫。空分装置提供气化用氧气和全厂公用氮气。仪表空压站为全厂仪表提供合格的仪表空气。 小于5mm粉煤，作为锅炉燃料，送至锅炉装置生产蒸汽，产出的蒸汽一部分供工艺装置用汽
，一部分供发电站发电。 3、主要装置工艺流程 3.1备煤装置工艺流程简述 备煤工艺流程分为三个系统： （1）原煤破碎筛分贮存系统，汽运原煤至受煤坑经1#、2#、3#皮带转载至筛分楼、经节肢筛、破碎机、驰张筛加工后，6~50mm块煤由7#皮带运至块煤仓，小于6mm末煤经6#、11#皮带近至末煤仓。 缓 可 能周期性地加至气化炉中。 当煤锁法兰温度超过350℃时，气化炉将联锁停车，这种情况仅发生在供煤短缺时。在供煤短缺时，气化炉应在煤锁法兰温度到停车温度之前手动停车。 气化炉：鲁奇加压气化炉可归入移动床气化炉，并配有旋转炉篦排灰装置。气化炉为双层压力容器，内表层为水夹套，外表面为承压壁，在正常情况下，外表面设计压力为3600KPa（g），内夹套与气化炉之间压差只有50KPa（g）。 在正常操作下，中压锅炉给水冷却气化炉壁，并产生中压饱和蒸汽经夹套蒸汽气液分离器1
初探煤气化工艺方案的选择 1 几种煤气化工艺及特点介绍 煤气化是煤化工的龙头技术，是煤洁净利用技术的重要环节，C1化学的基础。煤气化技术是发展煤基化学品、煤基液体燃料、联合循环发电、多联产系统、制氢、燃料电池等过程工业的基础，是这些行业的共性技术、关键技术和龙头技术，对我国经济和保障国家安全具有重要的战略意义。 煤气化过程采用的气化炉炉型，目前主要有以下3种： 固定床﹙UGI、鲁奇﹚； 流化床﹙灰熔聚、UGAS、鲁奇CFB、温克勒、KBR、恩德等﹚； 气流床﹙Texaco、Shell、GSP、PRENFLOW、国产新型水煤浆、二段干煤粉、航天炉等﹚。 1.1固定床制气工艺 1.1.1常压固定床间歇制气工艺 工艺特点是：常压气化，固体加料10-50mm，固体排渣，间歇气化，空气和蒸汽作气化剂，吹风和制气阶段交替进行，适用原料白煤和焦碳，气化温度800～1000℃。代表炉型有美国的U.G.I型和前苏联的U.G.Ⅱ型。工艺过程都比较熟悉，这里从略。 技术优点：历史悠久，技术成熟，设备简单，投资省，生产经验丰富。
技术缺点：技术落后，原料动力消耗高，炭转化率低70～75%，产品成本高，生产强度低，程控阀门多，维修工作量大，废气、废水排放多，污染严重，面临淘汰。 1.1.2常压固定床连续制气 常压固定床连续制气工艺的技术特点：常压气化，固体加料，床体排渣，连续制气，富氧空气﹙氧占50%﹚或氧气加蒸汽做气化剂，无废气排放，适用煤种白煤和焦碳。 技术优点是：连续制气，炉床温度稳定，约为900～1150℃，操作简单，程控阀门少，维修费用低，生产强度大，碳转化率高，约80～84% 。 技术缺点：需要空分装置，投资比较大。 固定床连续制气工艺的技术突破在于以氧气或富氧空气加蒸汽做气化剂，由于气化剂中氧含量的增加，气化反应过程中，燃烧产生的热量与煤的气化和蒸汽分解所需要的热量能够实现平衡，可以得到稳定的反应温度和固定的反应床层，可以实现连续制气，不用专门吹风，无废气排放，生产强度和能源利用率都有了很大的提高。 1.1.3 固定床加压气化工艺：前西德鲁奇公司(Lurgi)开发。 工艺特点：加压气化，固体加料，固体排渣，连续气化，氧气和蒸汽作气化剂，设有加压的煤锁斗和灰储斗，适用煤种：褐煤、次烟煤、活性好的弱粘结煤。 技术优点：加压气化3.1 MPa，生产强度大，碳转化率高约90%。 技术缺点：反应温度略低700～1100 ℃，甲烷含量较高，煤气当中含有焦油和酚类物质，气体净化和废水处理复杂，流程较长，投资比较大。 1.2 流化床工化工艺 流化床气化工艺的总体特点是：以粉煤或小颗粒的碎煤为原料气化，气化剂以一定的速度通过物料层，物料颗粒在气化剂的带动下悬浮起来，形成流化床，由于物料层处于流化状态，煤粉和气化剂之间混合更允分，接触面积更大，煤粉和气化剂迅速地进行气化反应，反应产生的煤气出气化炉后去废热回收和除尘洗涤系统，反应产生的灰渣由炉底排出。气流床反应物料之间的传热和传质速率更快，过程更容易控制，生产能力也有了较大的提高。下面就流化床气化工艺发展过程中的几种工艺的技术特点分别作一下介绍。
煤化工工艺流程 典型的焦化厂一般有备煤车间、炼焦车间、回收车间、焦油加工车间、苯加工车间、脱硫车间和废水处理车间等。 焦化厂生产工艺流程 1.备煤与洗煤 原煤一般含有较高的灰分和硫分，洗选加工的目的是降低煤的灰分，使混杂在煤中的矸石、煤矸共生的夹矸煤与煤炭按照其相对密度、外形及物理性状方面的差异加以分离，同时，降低原煤中的无机硫含量，以满足不同用户对煤炭质量的指标要求。 由于洗煤厂动力设备繁多，控制过程复杂，用分散型控制系统DCS改造传统洗煤工艺，这对于提高洗煤过程的自动化，减轻工人的劳动强度，提高产品产量和质量以及安全生产都具有重要意义。
洗煤厂工艺流程图 控制方案 洗煤厂电机顺序启动/停止控制流程框图 联锁/解锁方案：在运行解锁状态下，允许对每台设备进行单独启动或停止；当设置为联锁状态时，按下启动按纽，设备顺序启动，后一设备的启动以前一设备的启动为条件（设备间的延时启动时间可设置），如果前一设备未启动成功，后一设备不能启动，按停止键，则设备顺序停止，在运行过程中，如果其中一台设备故障停止，例如设备2停止，则系统会把设备3和设备4停止，但设备1保持运行。
2.焦炉与冷鼓 以100万吨/年-144孔-双炉-4集气管-1个大回流炼焦装置为例，其工艺流程简介如下：
100万吨/年焦炉_冷鼓工艺流程图 控制方案 典型的炼焦过程可分为焦炉和冷鼓两个工段。这两个工段既有分工又相互联系，两者在地理位置上也距离较远，为了避免仪表的长距离走线，设置一个冷鼓远程站及给水远程站，以使仪表线能现场就近进入DCS控制柜，更重要的是，在集气管压力调节中，两个站之间有着重要的联锁及其排队关系，这样的网络结构形式便于可以实现复杂的控制算法。
煤气化工艺流程 1、主要产品生产工艺 煤气化是以煤炭为主要原料的综合性大型化工企业，主要工艺围绕着煤的洁净气化、综合利用，形成了以城市煤气为主线联产甲醇的工艺主线。 主要产品城市煤气和甲醇。城市燃气是城市公用事业的一项重要基础设施，是城市现代化的重要标志之一，用煤气代替煤炭是提高燃料热能利用率，减少煤烟型大气污染，改善大气质量行之有效的方法之一，同时也方便群众生活，节约时间，提高整个城市的社会效率和经济效益。作为一项环保工程，（其一期工程）每年还可减少向大气排放烟尘1.86万吨、二氧化硫3.05万吨、一氧化碳0.46万吨，对改善河南西部地区城市大气质量将起到重要作用。 甲醇是一种重要的基本有机化工原料，除用作溶剂外，还可用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺、硫酸二甲酯、对苯二甲酸二甲酯、丙烯酸甲酯等一系列有机化工产品，此外，还可掺入汽油或代替汽油作为动力燃料，或进一步合成汽油，在燃料方面的应用，甲醇是一种易燃液体，燃烧性能良好，抗爆性能好，被称为新一代燃料。甲醇掺烧汽油，在国外一般向汽油中掺混甲醇5～15%提高汽油的辛烷值，避免了添加四乙基酮对大气的污染。 河南省煤气（集团）有限责任公司义马气化厂围绕义马至洛阳、洛阳至郑州煤气管线及豫西地区工业及居民用气需求输出清洁能源，对循环经济建设，把煤化工打造成河南省支柱产业起到重要作用。 2、工艺总流程简介： 原煤经破碎、筛分后，将其中5～50mm级块煤送入鲁奇加压气化炉，在炉内与氧气和水蒸气反应生成粗煤气，粗煤气经冷却后，进入低温甲醇洗净化装置
，除去煤气中的CO2和H2S。净化后的煤气分为两大部分，一部分去甲醇合成系统，合成气再经压缩机加压至5.3MPa，进入甲醇反应器生成粗甲醇，粗甲醇再送入甲醇精馏系统，制得精甲醇产品存入贮罐；另一部分去净煤气变换装置。合成甲醇尾气及变换气混合后，与剩余部分出低温甲醇洗净煤气混合后，进入煤气冷却干燥装置，将露点降至-25℃后，作为合格城市煤气经长输管线送往各用气城市。生产过程中产生的煤气水进入煤气水分离装置，分离出其中的焦油、中油。分离后煤气水去酚回收和氨回收，回收酚氨后的煤气水经污水生化处理装置处理，达标后排放。低温甲醇洗净化装置排出的H2S到硫回收装置回收硫。空分装置提供气化用氧气和全厂公用氮气。仪表空压站为全厂仪表提供合格的仪表空气。 小于5mm粉煤，作为锅炉燃料，送至锅炉装置生产蒸汽，产出的蒸汽一部分供工艺装置用汽，一部分供发电站发电。 3、主要装置工艺流程 3.1备煤装置工艺流程简述 备煤工艺流程分为三个系统： （1）原煤破碎筛分贮存系统，汽运原煤至受煤坑经1#、2#、3#皮带转载至筛分楼、经节肢筛、破碎机、驰张筛加工后，6~50mm块煤由7#皮带运至块煤仓，小于6mm末煤经6#、11#皮带近至末煤仓。 （2）最终筛分系统：块煤仓内块煤经8#、9#皮带运至最终筛分楼驰张筛进行检查性筛分。大于6mm块煤经10#皮带送至200#煤斗，筛下小于6mm末煤经14#皮带送至缓冲仓。 （3）电厂上煤系统：末煤仓内末煤经12#、13#皮带转至5#点后经16#皮
煤气化理论 气化过程是煤的一个热化学加工过程。它是以煤为原料，以氧气（空气、富氧或工业纯氧）、水蒸汽或氢气等作气化剂（或称气化介质），在高温条件下通过化学反应将煤中的可燃部分转化为可燃性气体的工艺过程。气化所得的可燃气体称为煤气，进行气化的设备称为气化炉。煤气的成分取决于燃料、气化剂的种类以及进行气化过程的条件。 碳与氧之间的化学反应 ? C + O2= CO2 ?2C + O2= 2CO ? C + CO2= 2CO ?2CO + O2 = 2CO2 在一定温度下，碳与水蒸气发生的化学反应 ? C + H2O = CO + H2 ? C + 2H2O = CO2 + 2H2 这是制造水煤气的主要反应，也称为水蒸汽分解反应，两反应均为吸热反应。反应生成的CO可进一步和水蒸汽发生如下反应CO + H2O = CO2 + H2 煤气中的甲烷，一部分来自煤中挥发物的热分解，另一部分则是气化炉内的碳与煤气中的氢反应以及气体产物之间的反应的结果。 ? C + 2H2= CH4 ? CO + 3H2= CH4 + H2O ? 2CO + 2H2 = CH4 + CO2
? CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O 上述生成甲烷的反应，均为放热反应。 煤中其他元素与气化剂的反应 煤中还含有少量元素氮（N）和硫（S）。他们与气化剂O2、H2O、H2以及反应中生成的气态反应物之间可能进行的反应如下 ?S + O2 = SO2 ?SO2 + H2 = H2S + 2H2O ?2H2S + SO2 = 3S + 2H2O ? C + 2S = CS2 ?CO + S = COS ?N2 + 3H2=2NH3 ?N2 + H2O + 2CO = 2HCN + 1.5O2 ?N2 + XO2 = 2NOx 煤气化分类 煤气化方法的分类多种多样： 按操作压力：常压和加压气化两类； 按操作过程的连续性：间歇操作和连续操作两类； 按排渣方式：熔融排渣和固态排渣两类；
煤气化制甲醇工艺流程 1 煤制甲醇工艺 气化 a）煤浆制备 由煤运系统送来的原料煤干基（<25mm）或焦送至煤贮斗，经称重给料机控制输送量送入棒磨机，加入一定量的水，物料在棒磨机中进行湿法磨煤。为了控制煤浆粘度及保持煤浆的稳定性加入添加剂，为了调整煤浆的PH值，加入碱液。出棒磨机的煤浆浓度约65%，排入磨煤机出口槽，经出口槽泵加压后送至气化工段煤浆槽。煤浆制备首先要将煤焦磨细，再制备成约65%的煤浆。磨煤采用湿法，可防止粉尘飞扬，环境好。用于煤浆气化的磨机现在有两种，棒磨机与球磨机；棒磨机与球磨机相比，棒磨机磨出的煤浆粒度均匀，筛下物少。煤浆制备能力需和气化炉相匹配，本项目拟选用三台棒磨机，单台磨机处理干煤量43～ 53t/h，可满足60万t/a甲醇的需要。 为了降低煤浆粘度，使煤浆具有良好的流动性，需加入添加剂，初步选择木质磺酸类添加剂。 煤浆气化需调整浆的PH值在6～8，可用稀氨水或碱液，稀氨水易挥发出氨，氨气对人体有害，污染空气，故本项目拟采用碱液调整煤浆的PH值，碱液初步采用42％的浓度。 为了节约水源，净化排出的含少量甲醇的废水及甲醇精馏废水均可作为磨浆水。 b）气化 在本工段，煤浆与氧进行部分氧化反应制得粗合成气。 煤浆由煤浆槽经煤浆加压泵加压后连同空分送来的高压氧通过烧咀进入气化炉，在气化炉中煤浆与氧发生如下主要反应： CmHnSr+m/2O2—→mCO+（n/2-r）H2+rH2S CO+H2O—→H2+CO2 反应在6.5MPa（G）、1350～1400℃下进行。 气化反应在气化炉反应段瞬间完成，生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等气体。 离开气化炉反应段的热气体和熔渣进入激冷室水浴，被水淬冷后温度降低并被水蒸汽饱和后出气化炉；气体经文丘里洗涤器、碳洗塔洗涤除尘冷却后送至变换工段。 气化炉反应中生成的熔渣进入激冷室水浴后被分离出来，排入锁斗，定时排入渣池，由扒渣机捞出后装车外运。 气化炉及碳洗塔等排出的洗涤水（称为黑水）送往灰水处理。 c）灰水处理 本工段将气化来的黑水进行渣水分离，处理后的水循环使用。 从气化炉和碳洗塔排出的高温黑水分别进入各自的高压闪蒸器，经高压闪蒸浓缩后的黑水混合，经低压、两级真空闪蒸被浓缩后进入澄清槽，水中加入絮凝剂使其加速沉淀。澄清槽底部的细渣浆经泵抽出送往过滤机给料槽，经由过滤机给料泵加压后送至真空过滤机脱水，渣饼由汽车拉出厂外。 闪蒸出的高压气体经过灰水加热器回收热量之后，通过气液分离器分离掉冷凝液，然后进入变换工段汽提塔。 闪蒸出的低压气体直接送至洗涤塔给料槽，澄清槽上部清水溢流至灰水槽，由灰水泵分别送至洗涤塔给料槽、气化锁斗、磨煤水槽，少量灰水作为废水排往废水处理。 洗涤塔给料槽的水经给料泵加压后与高压闪蒸器排出的高温气体换热后送碳洗塔循环
几种煤气化技术介绍 煤气化技术发展迅猛，种类很多，目前在国内应用的主要有：传统的固定床间歇式煤气化、德士古水煤浆气化、多元料浆加压气化、四喷嘴对置式水煤浆气化、壳牌粉煤气化、GSP气化、航天炉煤气化、灰熔聚流化床煤气化、恩德炉煤气化等等，下别分别加以介绍。 一Texaco水煤浆加压气化技术 德士古水煤浆加压气化技术1983年投入商业运行后，发展迅速，目前在山东鲁南、上海三联供、安徽淮南、山西渭河等厂家共计13台设备成功运行，在合成氨和甲醇领域有成功的使用经验。 Texaco水煤浆气化过程包括煤浆制备、煤浆气化、灰水处理等工序：将煤、石灰石<助熔剂）、添加剂和NaOH称量后加入到磨煤机中，与一定量的水混合后磨成一定粒度的水煤浆；煤浆同高压给料泵与空分装置来的氧气一起进入气化炉，在1300～1400℃下送入气化炉工艺喷嘴洗涤器进入碳化塔，冷却除尘后进入CO变换工序，一部分灰水返回碳洗塔作洗涤水，经泵进入气化炉，另一部分灰水作废水处理。 其优点如下： <1）适用于加压下<中、高压）气化，成功的工业化气化压力一般在 4.0MPa 和6.5Mpa。在较高气化压力下，可以降低合成气压缩能耗。 <2）气化炉进料稳定，因为气化炉的进料由可以调速的高压煤浆泵输送，所以煤浆的流量和压力容易得到保证。便于气化炉的负荷调节，使装置具有较大的操作弹性。 <3）工艺技术成熟可靠，设备国产化率高。同等生产规模，装置投资少。 该技术的缺点是： <1）因为气化炉采用的是热壁，为延长耐火衬里的使用寿命，煤的灰熔点尽可能的低，通常要求不大于1300℃。对于灰熔点较高的煤，为了降低煤的灰熔点，必须添加一定量的助熔剂，这样就降低了煤浆的有效浓度，增加了煤耗和氧耗，降低了生产的经济效益。而且，煤种的选择面也受到了限制，不能实现原料采购本地化。 <2）烧嘴的使用寿命短，停车更换烧嘴频繁<一般45～60天更换一次），为稳定后工序生产必须设置备用炉。无形中就增加了建设投资。 <3）一般一年至一年半更换一次炉内耐火砖。 二多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术 该技术由华东理工大学洁净煤技术研究所于遵宏教授带领的科研团队，经过20多年的研究，和兖矿集团有限公司合作，成功开发的具有完全自主知识产权、国际首创的多喷嘴对置式水煤浆气化技术，并成功地实现了产业化，拥有近20项发明专利和实用新型专利。目前在山东德州和鲁南均有工业化装置成功运行。
航天炉煤气化技术运行情况 航天, 煤气化, 技术, 运行 HT-L煤气化技术的生产应用 HT-L煤气化工艺是航天十一所借鉴荷兰SHELL、德国GSP、美国TEXACO煤气化工艺中先进技术，配置自己研发的盘管式水冷壁气化炉而形成的一套结构简单、有效实用的煤气化工艺。现将该工艺在煤化工项目中的应用介绍如下： 一、工艺介绍 1、磨煤与干燥系统 磨煤与干燥系统的工艺流程、运行原理、控制参数都与SHELL工艺相同，两套系统一开一备，单套能力35吨/小时，目的是制造出粒度小于90微米的大于80%、水含量小于2%的煤粉。没有单独的石灰石加入系统，只是利用皮带秤通过比值调节将粒状石灰石加到输煤皮带上，一块进入磨煤机研磨。 2、加压输送系统 加压输送系统的工艺流程、运行原理、控制参数都与SHELL工艺相同，目的是将制出的合格煤粉利用压差输送至气化炉进行燃烧气化。不同是V1205下面是三条腿，三条线输送，到烧嘴处汇合从烧嘴环隙呈螺旋状喷入炉膛。 3、气化及净化 烧嘴设计同GSP，采用单烧嘴顶烧式气化，气化炉采用TEXACO激冷工艺，气化炉升压到1MPa时，煤粉及氧、蒸汽混合以一定的氧煤比进入气化炉，稳压1小时挂渣，炉膛内设置有8个温度检测点，可以作为气化温度的参考点，也可以判断挂渣的状态。设计气化温度1400-1600℃，气化压力4.0MPa。热的粗煤气和熔渣一起在气化炉下部被激冷，也由此分离，激冷过程中，激冷水蒸发，煤气被水蒸汽饱和，出气化炉为199℃ ，经文丘里洗涤器、洗涤塔洗涤后，194℃、固体含量小于0.2mg/m3的合成气送去变换。 4、渣及灰水处理系统 渣及灰水处理系统的工艺流程、运行原理、控制参数都与TEXACO工艺相同。渣经破渣机，高压变低压锁斗，排到捞渣机，进行渣水分离，水回收处理利用；灰水经高压闪蒸、真空闪蒸后到沉降池，清水作为激冷水回收利用，浆水经真空抽滤后制成滤饼。 二、技术特点 1、原料的适应性 据设计方介绍，该工艺煤种适应性广，从烟煤、无烟煤到褐煤均可气化，对于高灰份、高水分、高硫的煤种同样适用。龙宇生产用过两种煤，神木炭厂和永煤新桥，工况稳定，有效气含量基本能够达到设计要求，但由于神木炭厂的煤灰分含量低（＜10%），挂渣情况不是太好，炉膛上部还可以，下部基本挂不上渣。永煤新桥煤运行时间较短，还不能完全反应其结渣性。附神木炭厂和永煤新桥
煤气化技术简介及装置分类 煤气化是清洁利用煤炭资源的重要途径和手段。目前，国内自行开发和引进的煤气化技术种类众多，但总体上可以分为以下三大类： 一、固定床气化技术 以鲁奇为代表的加压块煤气化技术。鲁奇加压气化炉是由联邦德国鲁奇公司于1930年开发的，属第一代煤气化工艺，技术成熟可靠，是目前世界上建厂最多的煤气化技术。鲁奇气化炉是制取城市坑口煤气装置中的心脏设备。它适应的煤种广﹑气化强度大﹑气化效率高﹑粗煤气无需再加压即可远距离输送。鲁奇气化技术的特点为：采用碎煤加压式填料方式，即连接在炉体上部的煤锁将原料制成常温碎煤块，然后从进煤口经过气化炉的预热层，将温度提高至300℃左右。从气化剂入口吹进的助燃气体将煤点燃，形成燃烧层。燃烧层上方是反应层，产生的粗煤气从出口排出。炉篦上方的灰渣从底部出口排到下方连接的灰锁设备中，所以气化炉与煤锁﹑灰锁构成了一体的气化装置。鲁奇炉的代表炉型即第三代MARK－IV/4型Ф3800mm加压气化炉, 炉体由内外壳组成，其间形成50mm的环形水冷夹套，是一种技术先进﹑结构更为合理的炉型。我公司为河南义马、大唐克旗等制做了多台鲁奇式气化炉。 图1 鲁奇加压块煤气化装置
二、流化床气化技术 以恩德炉、灰熔聚为代表的气化技术。恩德炉粉煤流化床气化技术是朝鲜恩德“七.七”联合企业在温克勒粉煤流化床气化炉的基础上，经长期的生产实践，逐步改进和完善的一种煤气化工艺。灰融聚流化床粉煤气化技术根据射流原理，在流化床底部设计了灰团聚分离装置，形成床内局部高温区，使灰渣团聚成球，借助重量的差异达到灰团与半焦的分离，在非结渣情况下，连续有选择地排出低碳量的灰渣。目前，中科院山西煤化所山西省粉煤气化工程研究中心开发的加压灰熔聚气化工业装置已经成功应用于晋煤集团天溪煤制油分公司1 0万吨/年煤基MTG合成油示范工程项目，该项目配备了6台灰熔聚气化炉（5开1备），气化炉操作压力0.6MPa，日处理晋城无烟煤1600吨，干煤气产量125000Nm3/h（配套30万吨/年合成甲醇）。 图2 灰熔聚气化反应装置 三、气流床气化技术 1、以壳牌、GSP、科林、航天炉、伍德、熔渣-非熔渣为代表的气流床技术 壳牌干煤粉气化工艺于1972年开始进行基础研究，1978年投煤量150 t／d的中试装置在德国汉堡建成并投人运行。1987年投煤量250～400 t／d的工业示范装置在美国休斯敦投产。在取得大量实验数据的基础上，日处理煤量为2000 t的单系列大型煤气化装置于1993年在荷兰Demkolec电厂建成，煤气化装置所产煤气用于联合循环发电，经过3年多示范运于1998年正式交付用户使用。目前，我国已经引进23套
煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体，液体，固体燃料以及化学品的过程，生产出各种化工产品的工业。 煤化工包括煤的一次化学加工、二次化学加工和深度化学加工。煤的气化、液化、焦化，煤的合成气化工、焦油化工和电石乙炔化工等，都属于煤化工的范围。而煤的气化、液化、焦化（干馏）又是煤化工中非常重要的三种加工方式。 煤的气化、液化和焦化概要流程图 一.煤炭气化
煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。 煤的气化的一般流程图 煤炭气化包含一系列物理、化学变化。而化学变化是煤炭气化的主要方式，主要的化学反应有： 1、水蒸气转化反应C+H2O=CO+H2 2、水煤气变换反应CO+ H2O =CO2+H2 3、部分氧化反应C+0.5 O2=CO 4、完全氧化（燃烧）反应C+O2=CO2 5、甲烷化反应CO+2H2=CH4 6、Boudouard反应C+CO2=2CO 其中1、6为放热反应，2、3、4、5为吸热反应。 煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。 煤炭气化按气化炉内煤料与气化剂的接触方式区分，主要有： 1) 固定床气化：在气化过程中，煤由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部加入，煤料与气化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气化；而实际上，煤料在气化过程中是以很慢的速度向下移动的，比
较准确的称其为移动床气化。 2) 流化床气化：它是以粒度为0-10mm的小颗粒煤为气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应，从而使得煤料层内温度均一，易于控制，提高气化效率。 3) 气流床气化。它是一种并流气化，用气化剂将粒度为100um以下的煤粉带入气化炉内，也可将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉内。煤料在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化反应，灰渣以液态形式排出气化炉。 4) 熔浴床气化。它是将粉煤和气化剂以切线方向高速喷入一温度较高且高度稳定的熔池内，把一部分动能传给熔渣，使池内熔融物做螺旋状的旋转运动并气化。目前此气化工艺已不再发展。 以上均为地面气化，还有地下气化工艺。 根据采用的气化剂和煤气成分的不同，可以把煤气分为四类：1.以空气作为气化剂的空气煤气；2.以空气及蒸汽作为气化剂的混合煤气，也被称为发生炉煤气；3.以水蒸气和氧气作为气化剂的水煤气；4.以蒸汽及空气作为气化剂的半水煤气，也可是空气煤气和水煤气的混合气。 几种重要的煤气化技术及其技术性能比较 1.Lurgi炉固定床加压气化法对煤质要求较高，只能用弱粘结块煤，冷煤气效率最高，气化强度高，粗煤气中甲烷含量较高，但净化系统复杂，焦油、污水等处理困难。 鲁奇煤气化工艺流程图
煤气化制甲醇工艺流程 煤气化制甲醇工艺流程简述 1）气化 a）煤浆制备 由煤运系统送来的原料煤**t/h（干基）（<25mm）或焦送至煤贮斗，经称重给料机控制输送量送入棒磨机，加入一定量的水，物料在棒磨机中进行湿法磨煤。为了控制煤浆粘度及保持煤浆的稳定性加入添加剂，为了调整煤浆的PH值，加入碱液。 出棒磨机的煤浆浓度约65%，排入磨煤机出口槽，经出口槽泵加压后送至气化工段煤浆槽。 煤浆制备首先要将煤焦磨细，再制备成约65%的煤浆。磨煤采用湿法，可防止粉尘飞扬，环境好。 用于煤浆气化的磨机现在有两种，棒磨机与球磨机；棒磨机与球磨机相比，棒磨机磨出的煤浆粒度均匀，筛下物少。 煤浆制备能力需和气化炉相匹配，本项目拟选用三台棒磨机，单台磨机处理干煤量43～53t/h，可满足60万t/a甲醇的需要。 为了降低煤浆粘度，使煤浆具有良好的流动性，需加入添加剂，初步选择木质磺酸类添加剂。 煤浆气化需调整浆的PH值在6～8，可用稀氨水或碱液，稀氨水易挥发出氨，氨气对人体有害，污染空气，故本项目拟采用碱液调整煤浆的PH值，碱液初步采用42％的浓度。 为了节约水源，净化排出的含少量甲醇的废水及甲醇精馏废水均可作为磨浆水。 b）气化 在本工段，煤浆与氧进行部分氧化反应制得粗合成气。 煤浆由煤浆槽经煤浆加压泵加压后连同空分送来的高压氧通过烧咀进入气化炉，在气化炉中煤浆与氧发生如下主要反应： CmHnSr+m/2O2—→mCO+（n/2-r）H2+rH2S CO+H2O—→H2+CO2 反应在6.5MPa（G）、1350～1400℃下进行。 气化反应在气化炉反应段瞬间完成，生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等气体。 离开气化炉反应段的热气体和熔渣进入激冷室水浴，被水淬冷后温度降低并被水蒸汽饱和后出气化炉；气体经文丘里洗涤器、碳洗塔洗涤除尘冷却后送至变换工段。 气化炉反应中生成的熔渣进入激冷室水浴后被分离出来，排入锁斗，定时排入渣池，由扒渣机捞出后装车外运。 气化炉及碳洗塔等排出的洗涤水（称为黑水）送往灰水处理。 c）灰水处理 本工段将气化来的黑水进行渣水分离，处理后的水循环使用。 从气化炉和碳洗塔排出的高温黑水分别进入各自的高压闪蒸器，经高压闪蒸浓缩后的黑水混合，经低压、两级真空闪蒸被浓缩后进入澄清槽，水中加入絮凝剂使其加速沉淀。澄清槽底部的细渣浆经泵抽出送往过滤机给料槽，经由过滤机给料泵加压后送至真空过滤机脱水，渣饼由汽车拉出厂外。 闪蒸出的高压气体经过灰水加热器回收热量之后，通过气液分离器分离掉冷凝液，然后进入变换工段汽提塔。
煤气化工艺流程简述 1）气化 a）煤浆制备 由煤运系统送来的原料煤**t/h（干基）（<25mm）或焦送至煤贮斗，经称重给料机控制输送量送入棒磨机，加入一定量的水，物料在棒磨机中进行湿法磨煤。为了控制煤浆粘度及保持煤浆的稳定性加入添加剂，为了调整煤浆的PH值，加入碱液。 出棒磨机的煤浆浓度约65%，排入磨煤机出口槽，经出口槽泵加压后送至气化工段煤浆槽。 煤浆制备首先要将煤焦磨细，再制备成约65%的煤浆。磨煤采用湿法，可防止粉尘飞扬，环境好。 用于煤浆气化的磨机现在有两种，棒磨机与球磨机；棒磨机与球磨机相比，棒磨机磨出的煤浆粒度均匀，筛下物少。 煤浆制备能力需和气化炉相匹配，本项目拟选用三台棒磨机，单台磨机处理干煤量43～53t/h，可满足60万t/a甲醇的需要。 为了降低煤浆粘度，使煤浆具有良好的流动性，需加入添加剂，初步选择木质磺酸类添加剂。 煤浆气化需调整浆的PH值在6～8，可用稀氨水或碱液，稀氨水易挥发出氨，氨气对人体有害，污染空气，故本项目拟采用碱液调整煤浆的PH值，碱液初步采用42％的浓度。 为了节约水源，净化排出的含少量甲醇的废水及甲醇精馏废水均可作为磨浆水。 b）气化 在本工段，煤浆与氧进行部分氧化反应制得粗合成气。 煤浆由煤浆槽经煤浆加压泵加压后连同空分送来的高压氧通过烧咀进入气化炉，在气化炉中煤浆与氧发生如下主要反应： CmHnSr+m/2O2—→mCO+（n/2-r）H2+rH2S CO+H2O—→H2+CO2 反应在6.5MPa（G）、1350～1400℃下进行。 气化反应在气化炉反应段瞬间完成，生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等气体。 离开气化炉反应段的热气体和熔渣进入激冷室水浴，被水淬冷后温度降低并被水蒸汽饱和后出气化炉；气体经文丘里洗涤器、碳洗塔洗涤除尘冷却后送至变换工段。
气化工艺各有千秋 1.常压固定床间歇式无烟煤（或焦炭）气化技术 目前我国氮肥产业主要采用的煤气化技术之一，其特点是采用常压固定床空气、蒸汽间歇制气，要求原料为准25～75mm的块状无烟煤或焦炭，进厂原料利用率低，单耗高、操作繁杂、单炉发气量低、吹风放空气对大气污染严重，属于将逐步淘汰的工艺。 2.常压固定床无烟煤（或焦炭）富氧连续气化技术 其特点是采用富氧为气化剂、连续气化、原料可采用?准8～10mm粒度的无烟煤或焦炭，提高了进厂原料利用率，对大气无污染、设备维修工作量小、维修费用低，适合用于有无烟煤的地方，对已有常压固定层间歇式气化技术进行改进。 3.鲁奇固定床煤加压气化技术 主要用于气化褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤，要求原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱粘结性，适用于生产城市煤气和燃料气。其产生的煤气中焦油、碳氢化合物含量约1%左右，甲烷含量约10%左右。焦油分离、含酚污水处理复杂，不推荐用以生产合成气。 4.灰熔聚煤气化技术 中国科学院山西煤炭化学研究所技术。其特点是煤种适应性宽，属流化床气化炉，煤灰不发生熔融，而只是使灰渣熔聚成球状或块状灰渣排出。可以气化褐煤、低化学活性的烟煤
和无烟煤、石油焦，投资比较少，生产成本低。缺点是操作压力偏低，对环境污染及飞灰堆存和综合利用问题有待进一步解决。此技术适合于中小型氮肥厂利用就地或就近的煤炭资源改变原料路线。 5.恩德粉煤气化技术 属于改进后的温克勒沸腾床煤气化炉，适用于气化褐煤和长焰煤，要求原料煤不粘结或弱粘结性，灰分<25%～30%，灰熔点高、低温化学活性好。在国内已建和在建的装置共有13套22台气化炉，已投产的有16台。属流化床气化炉，床层中部温度1000～1050℃。目前最大的气化炉产气量为4万m3/h半水煤气。缺点是气化压力为常压，单炉气化能力低，产品气中CH4含量高达1.5%～2.0%，飞灰量大、对环境污染及飞灰堆存和综合利用问题有待解决。此技术适合于就近有褐煤的中小型氮肥厂改变原料路线。 6.GE水煤浆加压气化技术 属气流床加压气化技术，原料煤运输、制浆、泵送入炉系统比干粉煤加压气化简单，安全可靠、投资省。单炉生产能力大，目前国际上最大的气化炉投煤量为2000t/d，国内已投产的气化炉能力最大为1000t/d。设计中的气化炉能力最大为1600t/d。对原料煤适应性较广，气煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、高硫煤及低灰熔点的劣质煤、石油焦等均能用作气化原料。但要求原料煤含灰量较低、还原性气氛下的灰熔点低于1300℃，灰渣粘温特性好。气化系统不需要外供过热蒸汽及输送气化用原料煤的N2或CO2。气化系统总热效率高达94%～96%，高于Shell干粉煤气化热效率（91%～93%）和GSP干粉煤气化热效率（88%～92%）。气化炉结构简单，为耐火砖衬里，制造方便、造价低。煤气除尘简单，无需价格昂贵的高温高压飞灰过滤器，投资省。国外已建成投产6套装置15台气化炉；国内已建成投