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粉煤加压气化技术及其在洁净煤领域的应用前景

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粉煤加压气化技术及其在洁净煤领域的应用前景3路文学　张　峰　付　勇　宋甜甜(水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心　滕州　277527)摘要　从技术开发、工艺流程、煤化工上的应用等方面对Shell粉煤加压气化技术和新型气流床粉煤加压气化技术加以介绍。

我国煤炭资源丰富,但不少是高硫煤和褐煤,有效利用率低并对环境造成污染,粉煤加压气化技术为煤的洁净利用开辟了重要途径,该技术的使用和推广必将带来重大的经济效益和社会效益。

关键词　粉煤　气化　开发　前景Pressur i zed Pulver i zed Coa l Ga si f i ca ti on Technology andProspects for its Use i n C lean Coa l Rea l mLu W enxue,Zhang Feng,Fu Yong and Song TiantianAbstract　Fr om the vie wpoints of technical devel opment,p r ocess fl o w path and use in coal che m icals,an intr oducti on is given t o the technol ogy of shell pulverized coal gasificati on under p ressure and that of the ne w GSP p r ocess.China is abundant in coal res ources,but there are much high2sulfur coals and lignite,s o their effective utilizati on is l o w,and they pollute the envir onment.The technol ogy of pulverized coal gasificati on under p ressure opens up an i m portant r oute for the clean utilizati on of coal,and its use and p r omoti on will certainly bring about significant econom ic and s ocial benefits.Keywords　pulverized coal　gasificati on　devel opment　p r os pects 粉煤加压气化是当今国际上先进的煤气化技术之一。

Shell粉煤加压气化(SCGP)是一种洁净煤气化新工艺,具有操作弹性大、原料适用性强、环保性能好等特点,是很具竞争力的第三代煤气化技术。

新型气流床粉煤加压气化是我国自主开发的新型粉煤气化工艺,为国家“十五”重点科技攻关项目,是具有中国特色的粉煤加压气化技术。

本文拟从技术开发、工艺流程、煤化工上的应用等方面对2种粉煤加压气化技术加以介绍。

1　基础研究1.1　气化炉炉内过程分析气流床粉煤气化的反应机理与固定床块煤气化略有不同,主要是气化区干燥、干馏、还原和氧化等阶段不是截然分开,而是交叉进行,挥发物的逸出和燃烧几乎是同时进行。

由于粉煤夹带在气流中,固相颗粒的体积浓度较气体低,各个颗粒可以认为是被气体隔开、独立进行燃烧和气化反应。

由于受气化炉空间的限制,反应必须在数秒内完成;入炉煤粒度很细(<0.1mm),从而保证有足够的反应面积;气固相相对速度低,反应朝反应物浓度降低的方向进行,必须提高反应温度,以增加反应推动力。

由于是高温气化(火焰中心温度在2000℃以上),液态排渣是其必然结果。

Shell粉煤加压气化属于气流床加压气化。

一般认为气化反应区出口的气体组成取决于气化反应区温度下的水煤气变换反应的平衡组成和CO2的还原反应,或者说取决于距离反应温度△t (称为平衡温距,△t=t平衡-t反应)的某一温度下的平衡常数。

气流床反应一般分为3个反应区,即喷嘴内焰的有机组分裂化反应区、外焰的缺氧反应区及炉内空间的平衡反应区。

由于物料切向83本文作者的联系电话:0632-2362736进入,增加了反应器内反应物的混合程度,减少了产物的返混,使之更接近平推流反应器。

水煤气的变换反应在1300℃以上时反应十分迅速,可以假定Shell粉煤气化为平推流反应器,这样就可以用平衡温距来近似计算出反应器的出口组成及有关消耗指标,作为后工序装置能力配套及投资概算的依据。

新型气流床粉煤加压气化工艺的基础研究由华东理工大学洁净煤研究所完成,主要进行大型冷模装置测试、小型热模实验、喷嘴雾化性能研究。

通过采用激光多普勒三维粒子动态分析仪进行气化炉内的三维速度、颗粒直径和浓度的同时在线测量,有效完成停留时间分布及压力分布测量实验,获得了冷态条件下的速度分布、湍流强度分布、压力分布、停留时间分布和浓度分布等实验数据;根据气化炉流场结构测试结果,可将气化炉流场划分为射流区、撞击区、撞击流股(上下2股)、回流区(共6个)、折返流区和管流区;分别以甘油、柴油及水煤浆为原料,纯氧为气化剂,进行了气化小型热模实验(120kg/d);基于大型冷态模型( 1500mm×4500mm),借助激光衍射颗粒测试仪,以水、甘油及水煤浆为实验介质,对数十种不同结构与尺寸的喷嘴进行了雾化性能研究。

1.2　中试研究Shell粉煤加压气化工艺由Shell阿姆斯特丹研究院于1972年开发,1976年建成日处理煤6t 的气化装置,主要是探索粉煤加压气化工艺的基本原理、测试原料处理方式及不同煤种的气化行为,共进行了21种原料煤的气化实验,累计运行13000h。

1978年在西德的Harburg又建成1套投煤量为150t/d、操作压力为3.0MPa的试验装置,共进行了6000h以上的运行试验,其中包括1000h的连续运转,完成了工艺开发和过程优化任务。

该试验装置的主要工艺特点是密封料斗进煤和粉煤浓相输送,气化炉采用水冷壁结构等。

1987年在美国休斯顿附近Deer Park建成了1套投煤量为250～400t/d的示范装置,主要任务是验证SCGP工艺技术,包括工艺特性和设备可靠性、工业化生产的操作运行经验、试验各种煤种的适应性。

该装置累计运行15000h以上,其中连续运转时间为1500h,共试烧了褐煤、次烟煤、烟煤、石油焦等不同水分、灰分、灰熔点的16个煤种,为工业化生产装置提供了可靠的依据。

新型气流床粉煤加压气化工艺装置是国家“十五”重点科技攻关项目,目的是开发具有中国特色的粉煤气化技术。

该项目由国家计委立项,原化工部批准建设,华东理工大学负责新型气流床粉煤加压气化炉应用基础研究,中国天辰化学工程公司负责中试装置的设计,水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心负责中试装置的建设及运行。

该项目自2003年8月开始启动,至2004年12月通过72h运行考核,圆满完成了国家“十五”攻关合同中规定的有关内容。

该技术有望在推进化肥领域的技术进步、促进发动机燃料及大宗化学品原料路线由油基向煤基的转换、促进煤清洁利用产业等发展方面发挥作用。

2　粉煤加压气化工艺流程2.1　Shell粉煤加压气化工艺流程Shell粉煤加压气化工艺流程大体上可分为粉煤制备、粉煤输送、气化、气体净化4个单元。

Shell煤气化工艺以干粉煤为原料,纯氧作为气化剂,液态排渣,属加压气流床气化(图1)。

原煤先行破碎研磨成粉煤并经干燥处理后,粉煤经常压粉煤仓、粉煤锁斗及粉煤给料仓,由高压氮将粉煤送至气化炉喷嘴,氧气和蒸汽同时进入气化炉喷嘴。

上述过程所用的氧气和氮气均由空分装置提供。

喷入的粉煤、氧气和蒸汽的混合体在高于气化压力0.5MPa下通过对列式烧嘴进入炉膛,并在气化炉内3.5～4.0MPa、1400～1700℃的条件下发生化学反应。

高温气化确保煤中所含的灰分熔渣沿气化炉膜壁自由流下至气化炉底部,变成一种玻璃状不可沥滤的炉渣而排出。

这个温度亦防止形成不合需要的有毒热解副产物,如苯酚和多环芳香烃,同时高温还可获得高的碳转化率(≥99%),使粗合成气中基本上没有比甲烷重的有机组分。

出气化炉顶的合成气温度～1500℃,用返回的粗合成气激冷至850～900℃,然后进入合成气冷却器(废热锅炉)进一步冷却。

气化炉内膜式水冷壁及废锅可同时副生高、中压蒸汽。

出废锅的合成气中所携带的少量灰分颗粒在组合式陶瓷过滤器中分离除去,干灰进入灰锁斗,9图1　SCGP气化工艺流程示意图然后送往储仓,可作水泥配料。

干法除尘后合成气中含尘～10×10-6,经水洗后含尘1×10-6。

离开气化工序的合成气中含有80%～83%的原煤能量,被称为冷煤气效率。

由气化炉和合成气冷却器产生的蒸汽,含有另外的14%～l6%的能量。

煤炭中所含的硫、卤素及氮化合物,在气化过程中生成气态的硫化物、卤素、分子态氮、痕量氨及氰化氢。

氰化氢及COS被催化转化为氨及硫化氢,卤素和氨经水洗塔洗涤除去。

水洗后的合成气送入后工序装置。

SCGP的关键技术包括阀门的密封及控制、固体料位测量和浓相输煤以及利用煤气显热副产高压和中压蒸汽的煤气冷却技术等。

2.2　新型气流床粉煤加压气化工艺新型气流床粉煤加压气化工艺流程如图2所示。

原煤除杂后送入磨煤机破碎,同时由经过加热的低压氮气将其干燥,制备出合格粉煤存于料仓中,加热用低压氮气大部分可循环使用。

料仓中的粉煤先后在低压氮气和高压氮气的输送下,通过气化喷嘴进入气化炉,气化剂氧气、蒸汽也通过气化喷嘴进入气化炉,并在高温、高压下与粉煤进行气化反应。

出气化炉的高温合成气经激冷、洗涤后并入气柜,熔融灰渣在气化炉激冷室中被激冷固化,经锁斗收集,定期排放。

出洗涤塔的黑水经二级闪蒸,水蒸气及部分溶解在黑水中的酸性气(二氧化碳、硫化氢等)被迅速闪蒸,闪蒸气经冷凝、分离后进行处理,闪蒸黑水经换热器冷却后送污水处理系统。

图2　新型气流床粉煤加压气化工艺流程示意图新型气流床粉煤加压气化炉采用“九五”期间开发建成的具有自主知识产权的多喷嘴对置式气化炉,位于气化炉上部的4个喷嘴呈水平对置式布置,两喷嘴之间的夹角成90°,物料进入气化炉后成撞击流。

气化炉为底部排气、排渣的竖直圆筒式结构,内衬耐火砖。

这种撞击流气流床在强化热质传递方面具有显著优势。

2.3　工艺指标粉煤加压气化工艺适应煤种广,工艺碳的转化率高,生产负荷可以进行调整,气化装置的运转率在95%以上。

新型气流床粉煤加压气化中试装置、Shell粉煤加压气化装置、兖矿鲁南化肥厂01(以下简称鲁化)的德士古水煤浆气化装置、兖矿国泰公司(以下简称国泰公司)新型多喷嘴对置水煤浆气化装置的指标比较见表1。

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煤炭的气化特性及其应用前景分析

煤炭的气化特性及其应用前景分析

煤炭的气化特性及其应用前景分析煤炭是一种重要的能源资源，其在我国的能源结构中占据着重要地位。

然而，煤炭的燃烧会产生大量的二氧化碳等有害气体，对环境造成严重污染。

为了解决这一问题，煤炭气化技术应运而生。

本文将从煤炭气化的特性和应用前景两个方面进行分析。

一、煤炭的气化特性煤炭气化是将煤炭在高温、高压和缺氧条件下转化为合成气的过程。

在煤炭气化过程中，煤炭中的碳和氢会与氧气反应，生成一氧化碳和氢气。

这种合成气可以用作燃料，还可以用于合成化工原料和燃料气的制备。

煤炭气化的特性主要有以下几点：1. 温度和压力对气化效果的影响：煤炭气化一般需要在高温（1000℃以上）和高压（10MPa以上）条件下进行。

在这样的条件下，煤炭中的有机物质可以被充分分解，生成合成气。

2. 气化反应的类型：煤炭气化反应主要分为干燥气化和水蒸气气化两种类型。

干燥气化是指在缺氧条件下进行的气化反应，主要生成一氧化碳和氢气。

水蒸气气化是指在水蒸气存在的条件下进行的气化反应，会生成一氧化碳、氢气和二氧化碳。

3. 气化产物的组成：煤炭气化的主要产物是一氧化碳、氢气和二氧化碳。

其中，一氧化碳和氢气是重要的合成气成分，可以用于制备合成燃料和化工原料。

二、煤炭气化的应用前景煤炭气化技术具有广阔的应用前景，主要体现在以下几个方面：1. 合成燃料的制备：通过煤炭气化可以获得一氧化碳和氢气，这两种气体可以用于合成燃料，如合成天然气和合成柴油等。

这种合成燃料可以代替传统的石油燃料，减少对石油资源的依赖。

2. 化工原料的制备：煤炭气化可以产生一氧化碳和氢气，这两种气体是制备化工原料的重要原料。

通过煤炭气化，可以生产合成氨、合成甲醇等化工原料，推动我国化工产业的发展。

3. 二氧化碳的捕集与利用：煤炭气化过程中产生的二氧化碳是一种重要的温室气体。

通过捕集和利用这些二氧化碳，可以减少其对大气的排放，达到减少温室效应的目的。

目前，已经有一些研究机构和企业开始研究二氧化碳的捕集和利用技术，为煤炭气化的可持续发展提供了新的方向。

煤炭气化技术的发展与应用潜力

煤炭气化技术的发展与应用潜力

煤炭气化技术的发展与应用潜力煤炭是我国主要的能源资源之一，然而，传统的燃煤方式不仅对环境造成了严重的污染，还浪费了煤炭资源。

为了解决这一问题，煤炭气化技术应运而生。

煤炭气化技术是将煤炭转化为合成气的一种技术，它具有广泛的应用潜力和巨大的经济效益。

首先，煤炭气化技术可以有效减少煤炭资源的浪费。

煤炭气化技术可以将煤炭中的有机物质转化为合成气，而合成气可以用于发电、炼油和化工等领域。

通过煤炭气化技术，我们可以更加充分地利用煤炭资源，减少煤炭的浪费，提高能源利用效率。

其次，煤炭气化技术可以减少环境污染。

相比于传统的燃煤方式，煤炭气化技术可以将煤炭中的硫、氮等有害物质转化为气体，减少了大气污染的产生。

同时，煤炭气化技术还可以通过合成气中的一系列净化工艺，将合成气中的颗粒物、重金属等有害物质去除，达到净化环境的目的。

因此，煤炭气化技术在改善空气质量、保护环境方面具有重要作用。

此外，煤炭气化技术还可以推动能源结构的转型。

目前，我国能源结构仍然以煤炭为主，而煤炭气化技术可以将煤炭转化为合成气，进而用于发电、炼油和化工等领域，实现能源的多元化利用。

通过推广煤炭气化技术，我们可以减少对传统燃煤发电的依赖，提高能源的清洁利用水平，推动能源结构的转型。

此外，煤炭气化技术还可以促进经济发展。

煤炭气化技术的应用可以带动相关产业的发展，创造就业机会，促进经济增长。

同时，煤炭气化技术还可以提高能源利用效率，降低能源成本，提高企业竞争力。

因此，煤炭气化技术的发展与应用潜力巨大。

然而，煤炭气化技术也面临一些挑战。

首先，煤炭气化技术的投资成本较高，需要大量的资金支持。

其次，煤炭气化技术的运行过程中会产生大量的二氧化碳，对气候变化产生负面影响。

因此，如何降低煤炭气化技术的投资成本，同时减少二氧化碳排放，是当前亟待解决的问题。

总之，煤炭气化技术的发展与应用潜力巨大。

通过煤炭气化技术，我们可以更加充分地利用煤炭资源，减少煤炭的浪费，提高能源利用效率。

煤炭的气化特性及其应用前景分析

煤炭的气化特性及其应用前景分析

煤炭的气化特性及其应用前景分析煤炭是一种重要的能源资源，具有丰富的储量和广泛的应用领域。

然而，煤炭的燃烧产生的二氧化碳排放成为全球关注的环境问题。

为了有效利用煤炭资源并减少环境污染，煤炭气化技术应运而生。

本文将从煤炭的气化特性及其应用前景两个方面进行分析。

一、煤炭的气化特性煤炭气化是指将煤炭在高温和高压条件下与气体反应，生成可燃气体的过程。

煤炭气化的特性主要包括气化反应、气化产物和气化动力学。

1. 气化反应：煤炭气化反应是一个复杂的过程，包括干燥、热解、燃烧和裂解等多个阶段。

其中，热解是最重要的步骤，通过热解反应，煤炭中的有机物质被分解为气体和固体残渣。

不同类型的煤炭在气化过程中会产生不同的气化产物。

2. 气化产物：煤炭气化的主要产物包括一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷等。

其中，一氧化碳和氢气是重要的工业原料，可用于合成合成气、合成油和合成化学品等。

而二氧化碳和甲烷则是温室气体，对全球气候变化有重要影响。

3. 气化动力学：煤炭气化的动力学过程受到温度、压力、反应速率等因素的影响。

高温和高压条件下，气化反应速率加快，气化效率提高。

因此，控制气化条件对于提高气化效率和产物质量具有重要意义。

二、煤炭气化的应用前景煤炭气化技术具有重要的应用前景，主要体现在以下几个方面：1. 清洁能源转化：煤炭气化可以将煤炭转化为可再生能源，如合成气、合成油等。

这些清洁能源具有高热值、低污染和多样化的用途，可以替代传统石油和天然气资源，减少对化石能源的依赖，降低环境污染。

2. 化学品合成：煤炭气化产生的一氧化碳和氢气可用于合成化学品，如合成甲醇、合成氨等。

这些化学品是工业生产的重要原料，广泛应用于化工、医药、农药等领域，具有巨大的经济和社会效益。

3. 二氧化碳减排：煤炭气化过程中产生的二氧化碳可以进行捕集和封存，减少大气中二氧化碳的排放。

这对于应对全球气候变化具有重要意义，可以帮助实现减排目标。

4. 煤炭资源利用：煤炭气化技术可以有效利用煤炭资源，提高能源利用效率。

煤炭气化技术的发展与应用前景展望

煤炭气化技术的发展与应用前景展望

煤炭气化技术的发展与应用前景展望随着全球能源需求的不断增长和环境保护意识的提高，寻找替代传统能源的技术和资源已成为当务之急。

在这一背景下，煤炭气化技术作为一种高效、清洁的能源转化方式，引起了广泛关注。

本文将探讨煤炭气化技术的发展历程、应用领域以及未来的前景展望。

煤炭气化技术是将煤炭转化为合成气（一种由一氧化碳和氢气组成的气体）的过程。

这种技术最早在19世纪末开始发展，并在20世纪初实现了工业化应用。

然而，由于当时的技术限制和能源市场的变化，煤炭气化技术并没有得到广泛应用。

随着科技的进步和环境问题的日益突出，煤炭气化技术再次受到重视。

与传统的煤炭燃烧相比，煤炭气化技术具有诸多优势。

首先，煤炭气化可以将煤炭中的有害物质如硫、氮等进行有效去除，减少了大气污染物的排放。

其次，煤炭气化产生的合成气可用作燃料，取代传统的煤炭燃烧，减少了温室气体的排放，对缓解气候变化具有积极意义。

此外，煤炭气化还可以生产化学品和液体燃料，提高能源利用效率。

煤炭气化技术的应用领域广泛，涵盖了能源、化工、冶金等多个领域。

在能源领域，煤炭气化可以用于发电、供热和城市燃气等方面。

煤炭气化发电可以提高煤炭利用效率，减少能源消耗和环境污染。

在化工领域，煤炭气化可以生产合成氨、甲醇、乙二醇等化学品，满足工业生产的需求。

此外，煤炭气化还可以用于冶金行业，生产高纯度的一氧化碳和氢气，用于金属冶炼和合金制备。

然而，煤炭气化技术在实际应用中仍面临一些挑战。

首先，煤炭气化过程需要大量的能源投入，导致能源消耗增加。

其次，煤炭气化废水和废气的处理成本较高，需要进一步研究和改进。

此外，煤炭气化技术的推广和应用还面临技术标准和政策法规等方面的制约。

未来，煤炭气化技术的发展前景仍然广阔。

随着科技的不断进步，煤炭气化技术将更加高效、环保和经济。

煤炭气化技术与可再生能源如风能、太阳能等的结合，可以实现能源的互补和平衡，提供可持续的能源供应。

此外，煤炭气化技术的应用还可以促进区域经济发展和能源结构优化，提高能源安全和国家竞争力。