新型煤气化工艺选择探讨
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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,由于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)由于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。
浅谈煤气化工艺的优缺点摘要:本文主要介绍了Texaco、Shell、GSP三个主要的煤气化工艺的原理及优缺点。
关键词:Texaco Shell GSP 原理优缺点一、引言我国煤炭资源相对丰富,而煤化工属“两高一资”产业,其发展必然受到资源、环境和产业政策等制约,因此煤化工发展必须采用新技术,开发新产品。
煤气化技术成熟,只需确定气化技术路线与气化炉配置。
本文主要介绍了Texaco、Shell、GSP三个主要的煤气化工艺。
二、反应原理Texaco气化工艺:采用两相并流型气化炉,氧气和煤浆通过特制的喷嘴混合喷入气化炉,在炉内水煤浆和氧气发生不完全反应产生水煤气,其反应释放的能量可维持气化炉在煤灰熔点温度以上,以满足液态排渣的需要。
Shell气化工艺:煤气化在高温加压条件下进行,煤粉、氧气及蒸汽并流进入气化炉,在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理化学过程。
由于气化炉内温度很高,在有氧存在的条件下,以燃烧反应为主,在氧化反应完后进入到气化反应阶段,最终形成以CO和H2为主的煤气离开气化炉。
GSP气化工艺:GSP连续气化炉是在高温加压条件下进行,几根煤粉输送管均匀分布进入最外环隙,并在通道内盘旋,使粉煤旋转喷出。
给煤管末端与喷嘴顶端相切,在喷嘴外形成一个相当均匀的粉煤层,与气化介质混合后在气化室中进行气化,反应完后最终形成CO和H2为主的煤气进入激冷室。
三、主要工艺指标对比四、工艺技术优缺点4.1优点Texaco气化工艺:可用于气化的原料范围比较宽;工艺技术成熟,流程简单,过程控制安全可靠,运转效率高,操作性好,可靠程度高;碳转化率高,可达95%以上;合成气质量好,用途广;可供选择的气化压力范围宽(2.6-8.5Mpa),为满足多种下游工艺提供条件,即节省了中间压缩工序,也降低了能耗;单台炉投煤量选择范围大,根据气化压力等级及炉径的不同,单炉投煤量一般在400-2200t/d左右;气化过程污染少,环保性能好。
【技术】煤制天然气四种气化技术选型探讨以煤为原料生产化工产品的煤气化技术很多,按照气固相之间相接触的方式不同,可将煤气化工艺分为三类,分别有固定床气化、气流床气化和流化床气化工艺。
自20世纪50年代加压煤气化技术实现工业化以来,随着科技的发展,煤气化技术也日趋先进和成熟。
目前已成功开发了煤种适应性广、气化压力高、生产能力大、气化效率高、污染少的多种新一代煤气化工艺。
煤气化技术的选择,必须根据项目所在地的原料特性、技术风险、投资、能耗进行综合比较,通过企业自己的实力与产品定位,通盘考虑、审慎决策。
总之,没有最好的气化方案,只有最适合的气化方案。
选择成熟、合理的气化方案必将产生更大的经济、环保与节能减排效益。
本文选取具有代表性的、工艺成熟、应用广泛的气流床和固定床气化技术:Shell方案、提质+E-gas方案、碎煤加压气化方案以及碎煤熔渣加压气化(BGL)方案,重点从原料适应性、气化规模、技术可靠性、投资及能耗方面进行分析论证,选择合适的煤气化技术方案,以提高项目的技术可靠性、经济性,降低投资风险。
1原料煤适应性比较不同的煤气化工艺要求有不同煤种特性。
项目拟使用的煤种性质见下表。
不同煤种有不同的适应工艺。
从上表可以看出,原料煤全水和内水含量较高,煤种特性为灰分适中(空气干燥基灰含量为15.36%,质量分数)、灰熔点较低(流动温度1220℃)。
①Shell气化方案对煤质的适应性较广,本项目的灰含量为15.36%,对采用膜式水冷壁的气化炉来说较为有利。
②E-gas水煤浆气化要求原煤成浆性指标D≤10,根据煤炭成浆性计算得到其收到基原煤成浆性指标,属于较难成浆的煤种。
如采用水煤浆气化,可先对原料煤进行提质干燥,得到的半焦产品制得水煤浆的浓度为63%。
③碎煤加压气化供煤条件较苛刻,要求块煤以5~50mm的粒度进料,一般要求热稳定性≥70%,黏结指数≤4。
综上所述,从各气化工艺的要求的煤质来看,除了E-GAS水煤浆气化须采用褐煤提质满足成浆性要求,其他气化工艺均适应该煤种。
煤化工技术发展现状与新型煤化工技术分析摘要:目前,世界各地能源均呈现出多极化发展趋势,我国煤化工产业生产规模日渐扩大。
为从根本上提升煤化工行业在生产经营建设期间的综合效益,积极优化新型煤化工技术方案,加强煤化工生产过程管控力度,确保煤化工产业能够在推动地区经济发展,缓解城市建设能源紧张问题中发挥出重要作用。
基于此,对煤化工技术发展现状与新型煤化工技术进行研究,以供参考。
关键词:煤化工技术;发展现状;新型煤化工技术引言随着时代的不断进步和发展,人们生活水平的提升,对资源的需求和利用不断提升。
传统煤化工技术在使用中,会存在多种问题,导致实际的生产效率和生产质量存在偏差,能源损耗也相对较大。
因此,在不断研究和发展的过程中,为了能够促进煤炭资源的充分利用,就需要在环保理念下,对新型煤化工技术进行创新和应用,保证产品能够替代紧缺资源,实现市场经济发展的同时,带动行业的进步。
1煤化工技术发展状况我国对工业发展的重视程度是非常高的,而在整个发展的进程中,煤炭资源起到的作用非常明显。
在进入到新世纪后,石油、天然气等资源的需求量持续增加,煤炭资源则大幅减少,这对我国经济造成的影响是较大的,为了缓解油价攀升带来的压力能够减轻,应该要寻找到切实可行的措施来对煤炭资源加以充分利用。
而要保证这个目标能够顺利达成,除了要寻找到更为适合的理论,同时要将煤化工技术、设备加以合理运用,如此方可使得煤炭资源的利用价值真正展现出来,而且其对环境造成的污染也会降低很多。
和域外先进国家进行比较可知,国内的煤化工工艺显得较为陈旧,技术、设备的落后距离是较大的,只能够从西方国家引进。
众所周知,煤气化属于热化学反应,主要原料选用的是煤炭,催化剂为水蒸气、氧气,高温作用会使得支架受到影响,使得煤炭当中的可燃部分能够顺利转变为可燃气体。
从当下的使用的煤化工气化工艺来看,常见的包括GE水煤浆加压气化技术、GSP干煤粉加压气化技术等,在进行生产的过程中,可依据实际需要来进行合理选择,如此可以保证产生的经济效益更为理想。
13种煤气化工艺的优缺点及比较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压,单炉气化能力较低,产品中CH4含量较高(1%-2%),环境污染及飞灰综合利用问题有待进一步解决。
此技术适用于中小氮肥厂利用就地或就近的煤炭资源改变原料路线。
5、恩德粉煤气化技术恩德炉实际上属于改进后的温克勒沸腾层煤气化炉,适用于气化褐煤和长焰煤,要求原料为不粘结或弱粘结性、灰分小于25%-30%,灰熔点高(ST大于1250℃)、低温化学活性好的煤。
浅谈几种煤气化工艺的优缺点我国石油、天然气资源欠缺,煤炭资源相对丰硕。
进展煤化工产业,有利于推动石油替代战略的实施,知足经济社会进展的需要,煤化工产业的进展关于减缓我国石油、天然气等优质能源供求矛盾,增进钢铁、化工、轻工和农业的进展,发挥了重要的作用。
因此,加速煤化工产业进展是必要的。
1.各类气化技术现状和气化特点煤化工要进展,一个重要的工艺环节确实是煤气化技术要进展。
我国自上世纪80年代就开始引进国外的煤气化技术,包括初期引进的Lurgi固定床气化、U-gas流化床气化、Texaco水煤浆气流床气化,Shell气流床粉煤气化、和近期拟引进的BGL碎煤熔渣气化、GSP气流床粉煤气化等等,世界上所有的气化技术在我国几乎都是有应用,正因为我国是一个以煤为要紧燃料的国家,世界上也只有我国利用如此众多种类的煤气化技术。
随着煤气化联合循环发电(IGCC)、煤制油(CTL)、煤基甲醇制烯烃(MTP&MTO)等煤化工技术的进展,用煤生产合成气和燃气的加压气化工艺最近几年来有了较快的进展。
Lurgi固定床气化、Texaco 水煤浆气化、Shell干粉加压气化、GSP干粉加压气化、BGL碎煤熔渣气化、和我国自有知识产权的多喷嘴水煤浆气化、加压两段干煤粉气流床气化、多元料浆气化等等技术在我国的煤化工领域展开了猛烈的竞争,对增进煤化工的进展做出了奉献。
Lurgi固定床气化工艺在我国有哈气化、义马、天脊、云南解肥、兰州煤气厂等6个厂;Texaco水煤浆气化工艺已在我国鲁南、上海焦化、渭化、淮化、浩良河、金陵石化、南化等9个厂投入生产,情形良好;Shell干粉加压气化技术在我国已经有双环、洞氮、枝江、安庆、柳化等5个厂投产,还有10余个项目正在安装,将于尔后几年陆续投产;多喷嘴水煤浆气化已在山东华鲁恒升、兖矿国泰2个厂投运,还有7个厂家正在安装,最晚在2020年投产;GSP干煤粉气化技术在神华宁夏煤业集团和山西兰花煤化工有限责任公司的煤化工厂也将投入建设;加压两段干煤粉气流床气化技术已通过中实验收,华能集团“绿色煤电”项目2000t/d级和内蒙古世林化工1000t/d 级的气扮装置正在设计安装中。
煤气化工艺技术论文煤气化是一种将固体煤转化为可燃性气体燃料的化学过程。
煤气化技术被广泛应用于能源开发和化工领域,可以用于替代传统的燃煤发电和炼油工艺,实现清洁能源的生产和利用。
煤气化工艺技术主要有两种:一种是直接煤气化技术,另一种是间接煤气化技术。
直接煤气化技术是指将煤直接暴露于高温和高压的气氛中,通过化学反应生成煤气。
直接煤气化技术具有高效、节能的特点,但是由于操作条件相对较苛刻,工艺较为复杂,设备投资费用高,因此应用相对较少。
间接煤气化技术是指先将煤通过焦化、气化等预处理工艺转化为焦炭,再将焦炭气化生成煤气。
间接煤气化技术相对直接煤气化技术来说,设备投资较少,操作简单,但是能源利用率较低。
根据实际需求和经济效益,选择合适的煤气化技术是非常重要的。
随着社会对能源和环境问题的日益关注,煤气化技术得到了广泛的应用和发展。
煤气化技术可以有效地降低环境污染物排放,提高能源利用率,实现清洁能源的生产和利用。
在煤气化过程中,煤中的有机物质被分解为低分子量气体,其中含有大量的一氧化碳和氢气。
这些气体可以被用作炼焦、合成油、合成天然气和发电等方面。
同时,煤气化技术还可以生产工业原料,如甲醇、氯化氢等。
这些产品不仅可以替代传统能源,还可以降低对化石燃料的依赖,实现能源结构的多样化。
然而,煤气化过程中还存在一些问题和挑战需要解决。
首先,煤气化过程需要高温和高压的条件,这对设备和设施的稳定性和安全性要求较高。
其次,煤气化过程中会产生大量的副产品和废弃物,对环境造成潜在的污染。
此外,煤气化过程中的化学反应速度较慢,对反应速度的控制和优化是一个复杂的问题。
为了解决这些问题,需要不断进行科学研究和技术创新。
煤气化技术的研究重点包括改进煤的气化性能、设计和开发高效的催化剂、提高反应速率和产气效率等方面。
同时,需要加强环境保护和废弃物处理技术的研究,减少煤气化过程对环境的影响。
此外,还需要加强煤气化工艺的自动化和智能化水平,提高运行效率和安全性。
煤化工技术的发展与新型煤化工技术摘要:煤化工技术主要分为煤气化、煤气干馏和煤液化三个领域,但它们都属于比较传统的煤化工技术范畴。
文中我们会首先对上述三个传统的煤化工方法进行研究,进而讨论三个新兴的煤化工技术,望能够为相关从事煤炭应用、资源开发的工作人员,提供借鉴和启示。
关键词:煤化工技术;煤气化;煤气干馏;煤液化引言:煤化工技术目前得到普遍的使用,这种方法的使用能够产生巨大的经济效益,也促进了农业、工业的发展。
现就当前煤化工技术的发展和新型煤化工技术展开探讨,并给出了优化这一科技发展的途径。
1、煤化工技术的发展状况简述煤化工技术主要是指以煤为原料,经过对其进行物理化学反应工艺,使煤炭资源转变为气体燃料、液态能源和固态能源的化学工艺方法。
这类的处理方式也意味着在对相关煤矿产品完成煤化学处理之后,煤矿类产品的化学特性将会获得更进一步的升级改善。
1.1煤气化技术煤油因受高热环境条件和抗氧化剂的双重压力影响,在高热的自然环境情况下,会出现形态发生变化,由固态变成空气,甚至有些从未转变完成的固体变成固态碳化物。
另外,通过加压和升温处理过程的碳化物质非常容易地与空气进行二次化学反应,因此按照各种煤炭的气化情况及其组成物质的差异,也可以产生截然不同的水煤气。
而对于通过气化处置之后所产生的粗制水煤气,再进行类似脱碳、脱硫等的各种后期处置之后,则更有机会成为更加精制的水一氧化碳,在各种生产活动中都起到了无法取代的作用。
1.2煤液化技术和煤气化技术一样,煤液化技术也是指通过一些工具、设备将煤气由固体状态转变为液体状态,具体可包括直接液化和间接液化两个途径。
相对而言,直接液化消耗的费用较长,一般指把煤存放在高温环境下,通过催化剂或者储氢材料的作用,使煤进行裂解反应,在增加煤中硫物质数量的同时,进行对其的液化反应;而间接的液化主要是指利用高热环境让煤进行气化反应,并在其中通入储氢材料或者超临界二氧化碳的混合气体,通过催化剂的作用得到烃族燃料或者醇激素燃料。
国内外煤气化技术调研摘要:介绍了煤气化技术的种类和各种气化炉的特点、气化技术工艺流程、进料方式和气化后工艺等。
关键词:煤气化,气化炉,工艺煤气化是洁净、高效利用煤炭的主要途径之一,被誉为煤化工产业的龙头技术。
实践证明:在将煤炭转化为更便利的能源和产品形式的各种技术中,煤气化是最应优先考虑的一种加工方法。
1 煤气化的种类及特点煤气化技术可归纳为固定床、流化床和气流床三大类。
1.1 固定床煤气化技术固定床煤气化技术的气化炉主要包括间隙固定床气化炉UGI、鲁奇(Lurgi) 气化炉、BGL (鲁奇改进)气化炉,其技术参数见表1。
表1 几种固定床气化炉的技术参数注:*以标态下生产1 000 m3(CO+H2)为基准,下同。
(1) UGI常压固定床气化技术的优点是操作简单、投资少,但技术落后、能力和效率低、污染严重。
以常压中Φ2650 mm气化炉为例,单台炉投煤量仅60 t/d,且要求原料为25mm~80 mm的无烟块煤或焦炭。
(2) 鲁奇(Lurgi)气化炉工艺成熟可靠,气化温度900℃~1250℃,包括焦油在内的气化效率、碳转化率、气化热效率都较高,氧耗是各类气化工艺中最低的,原料制备、排渣处理成熟。
煤气热值是各类气化工艺中最高的,最适合生产城市煤气。
若选择制合成气,该工艺存在以下问题:①煤气成分复杂,合成气中含甲烷体积分数在7%~10%,如将这些甲烷转化为H2和CO,投资大、成本高;②冷凝污水量大,污水中含有大量的焦油、酚、氨、脂肪酸、氰化物等,因此需建焦油回收装置以及酚、氨回收和生化处理装置,增加了投资和原材料消耗;③气化原料为15mm~50 mm的块煤,块煤价格高,增加了生产成本。
(3) BGL气化炉是在鲁奇(Lurgi)炉基础上,由固态排渣改为液态排渣,可直接气化含水质量分数大于20%的各种煤;在1400℃~1600℃高温气化条件下,蒸汽用量大幅下降,90%~95%的蒸汽在气化过程中分解,不仅提高了气化效率,而且使气化废水量减少80%以上,减小了酚和氨回收装置的规模;气化炉炉体结构简单,采用常规压力容器材料和常规耐高温炉衬及循环冷却水夹套即可满足要求。
粉煤加压气化煤气化设备的工艺优化研究摘要:粉煤加压气化是一种先进的煤气化技术,可以将煤转化成高品质合成气,可以用于化工、燃料和发电等领域。
然而,在实际应用中,粉煤加压气化煤气化设备存在一些问题,如煤气化效率低、设备腐蚀严重和气体组分不稳定等。
本文针对这些问题,通过研究工艺优化方法,提出了一些改进措施,以提高粉煤加压气化煤气化设备的效率和稳定性。
1. 引言粉煤加压气化煤气化技术是一种将煤转化为合成气的重要方法,能够有效地利用煤资源,减少对传统能源的依赖。
然而,由于煤气化过程的复杂性和特殊性,粉煤加压气化煤气化设备在运行过程中面临着一些问题,如煤气化效率低、设备腐蚀严重和气体组分不稳定等。
因此,进行工艺优化研究是提高粉煤加压气化煤气化设备性能的关键。
2. 煤气化效率优化煤气化效率是评价粉煤加压气化煤气化设备性能的重要指标之一。
为了提高煤气化效率,首先需要优化煤气化剂的使用。
合理控制气化剂的供应量和气化剂与煤料之间的接触时间,可以增加气体产率,减少煤的消耗量。
此外,煤的磨碎程度也对煤气化效率有影响,适当提高煤的磨碎度可以增加煤与气化剂的接触面积,促进气化反应的进行。
3. 设备腐蚀问题解决在粉煤加压气化煤气化过程中,由于高温和高压的环境,设备容易受到腐蚀的影响,导致设备寿命降低。
为了解决这个问题,可以采取以下措施。
首先,选择耐腐蚀性能好的材料作为设备的构造材料,如不锈钢和耐腐蚀合金钢等。
其次,可以在设备的内部涂覆一层耐腐蚀的涂层,增加设备的抗腐蚀性能。
此外,还可以通过控制气化反应的温度和压力,减少腐蚀性物质的生成和传输,从而降低设备的腐蚀程度。
4. 气体组分稳定性改善粉煤加压气化煤气化过程中所生成的合成气,其组分的稳定性是影响合成气质量和利用效率的重要因素之一。
为了改善气体组分的稳定性,可以采取一些措施。
首先,精确控制气化过程中的温度和压力,避免过高或过低的反应温度和压力对气体组分的影响。
其次,合理选择催化剂,可以促进气体组分的平衡,提高气体组分的稳定性。
煤化工技术的发展与新型煤化工技术初探煤化工技术是指利用煤炭作为原料进行化工加工的技术,它是煤炭资源高效利用的重要途径,也是我国能源化工产业发展的重要支撑。
随着科技的不断进步和环境保护的要求,新型煤化工技术不断涌现,为煤炭资源的高效利用和能源化工产业的可持续发展提供了新的契机。
本文将就煤化工技术的发展历程以及新型煤化工技术进行初探,探讨其在我国的应用前景。
一、煤化工技术的发展历程煤作为我国的主要能源资源,在工业生产中一直发挥着不可替代的作用。
由于煤炭具有较低的能源密度和高含硫量等问题,煤的直接燃烧对环境造成了严重的污染。
为了充分利用煤炭资源,煤化工技术应运而生。
煤化工技术的发展经历了多个阶段:1. 煤气化阶段:20世纪初,人们就开始尝试利用煤气化生产燃气、合成氨等化工产品,充分利用煤炭资源。
但由于技术限制和成本高昂,煤气化技术一度停滞不前。
2. 煤制液体燃料阶段:上世纪50年代,由于石油资源的短缺,煤制液体燃料成为了备受关注的新兴技术。
煤制油、煤制乙烯、煤制醇等技术相继问世,为缓解石油短缺问题做出了积极贡献。
3. 煤制炭氢化工原料阶段:20世纪70年代后期至80年代初期,随着石油工业和化学工业的飞速发展,煤化工技术进入了新的阶段。
煤制煤气、煤制轻烃、煤制苯等煤化工原料的研究和开发成为了煤化工技术的热点。
4. 煤制高端化工产品阶段:近年来,随着环境保护意识的增强和能源结构的调整,煤制高端化工产品成为了煤化工技术的新方向。
煤炭液化技术、煤制烯烃技术、煤制聚合物技术等新型技术层出不穷,为煤化工技术的发展注入了新的动力。
二、新型煤化工技术初探新型煤化工技术是指利用先进的技术手段,对传统的煤化工技术进行改造和升级,以实现煤炭资源的更加高效利用和化工产品的更加清洁生产。
新型煤化工技术主要包括以下几个方面:1. 煤炭液化技术:煤炭液化技术是将煤炭转化为液体燃料的技术,通过高温高压条件下的化学反应,将煤炭转化为液体燃料,包括合成原油、合成柴油、合成汽油等。
煤气化工艺的选择和对航天炉的看法目前国际上先进的加压气流床煤气化工艺技术主要是Shell 公司的SCGP粉煤加压气化工艺、美国德士古公司的水煤浆加压气化工艺和德国未来能源公司的GSP粉煤加压气化工艺。
近十年来,在中国的化肥工业中,美国德士古公司的水煤浆加压气化工艺已有渭河、鲁南、XX焦化、XX、浩良河、金陵石化等12套成功应用的业绩,另外还有7套装置正在建设中。
Shell公司的SCGP工艺是粉煤加压气化工艺,是近年发展起来的先进煤气化工艺之一,已成功地用于联合循环发电工厂的商业运营。
目前国内已有XX双环、XX柳化、XX洞氮、XX枝江、XX石化、X X、XX沾益、云天化、XX大化、永煤集团、XX开祥、中原大化等19套装置,有5套投料试运行,其余在建或已签合同。
GSP工艺技术采用气化炉顶干粉加料与反应室周围水冷壁结构,是较为先进的气化技术。
目前国内多家企业计划引进该技术建设大型煤化工装置。
但XX宜兴和淮化在与德国未来能源公司签订引进协议并进行了用XX煤在德国的试烧后,因未来能源公司的工程能力等问题而终止了协议。
煤气化工艺实质上是在Texaco工艺、Shell工艺、GSP工艺和国内煤气化工艺中选择。
(1)Texaco水煤浆气化工艺Texaco工艺采用水煤浆进料、液态排渣、在气流床中加压气化,水煤浆与纯氧在高温高压下反应生成煤气。
Texaco水煤浆气化工艺具有如下特点:★对煤种有一定适应性。
国内企业运行证实水煤浆气化对使用煤质有一定的选择性:气化用煤的灰熔点温度t3值低于1350℃时有利于气化;煤中灰分含量不超过15%为宜,越低越好,煤的热值高于26000 kJ/kg,并有较好的成浆性能,使用能制成60~65%浓度的水煤浆之煤种,才能使运行稳定。
★气化压力高。
工业装置使用压力在2.8~6.5MPa之间[MS6],可根据使用煤气的需要来选择。
★气化技术成熟。
制备的水煤浆可用隔膜泵来输送,操作安全又便于计量控制。
新型煤气化工艺选择探讨
我国的煤气化炉众多,其工艺也比较多。
文章探讨了几种煤气化工艺技术,希望能够为相关工作提供借鉴。
标签:煤气化技术;对比;探讨
现代煤化工属于资金密集型产业,气化炉又是投资比例最大的单元,怎样依托自身的原料结构、运输、人员素质、水资源、资金、知识产权和环境容量等因素,准确选定适合自身的煤气化工艺显得尤为重要。
1 煤气化技术概述
中国是拥有煤气化炉最多的国家,但多数为常压固定床煤气发生炉(全国有约4500台),单炉发气量小,对环境污染较严重,且不能适应大型化的要求,因此这种气化技术已在2006年7月7日的(发改工业[2006]1350号)中明确要求禁止。
取而代之的大型加压煤气化技术,中国已实现工业运行的有10多种,引进国外技术的有6种。
通常把气化炉分为三种类型:固定床、流化床和气流床。
具体分类如下:
固定床:UGI、富氧连续气化、Lurgi、BGL等。
流化床:恩德、KBR、灰融聚、温克勒气化炉、U-GAS、HRL等。
气流床:GE、OMB、GSP、Shell、HT-L、TPRI等。
当前被广泛接受的是气流床气化炉,下面着重介绍气流床煤气化工艺。
2 常用煤气化技术简介
2.1 GE德士古水煤浆气化
德士古气化法是一种以水煤浆为进料的加压气流床气化工艺,水煤浆通过喷嘴在高速氧气流的作用下,破碎、雾化喷入气化炉。
氧气和雾状水煤浆在炉内受到耐火衬里的高温辐衬作用,迅速经历预热、水分蒸发、煤的干馏、挥发物的裂解燃烧以及碳的气化等一系列复杂的物理、化学过程,最后生成以一氧化碳、氢气、二氧化碳和水蒸气为主要成分的湿煤气、熔渣和未反应的碳,一起同流向下离开反应区,进入炉子底部激冷室水浴,熔渣经淬冷、固化后被截留在水中,落入渣罐,经排渣系统定时排放。
煤气和饱和蒸气进入煤气冷却净化系统。
2.2 多喷嘴对置式水煤浆气化
工艺技术特点:(1)有效气成分达84.9%,碳转化率达98.8%,比氧耗为
309Nm3/kNm3(CO+H2),比煤耗达535kg/kNm3(CO+H2),产气率达2.3m3干气/kg干煤。
(2)该技术采用四喷嘴撞击流,充分混合,热质传递得到强化。
相比单喷嘴的德士古技术,技术更加进步。
(3)复合床洗涤冷却使液位平稳,通过控制液位波动,降低了带水带灰问题,粗合成气与黑水温差比Texaco小约10℃,表明其传热、传质效果好。
(4)产生的煤气经过分级净化,使含尘量降到1mg/Nm3以下,同时操作平稳、能耗较低。
(5)含渣水直接换热,蒸发热水塔出气温度与灰水温差仅4℃,相对于Texaco工艺的60℃温差,有效解决了换热设备易结垢堵塞的问题,同时提高了换热效率。
(6)装置没有需要进口的专有设备;专利费为德士古水煤浆气化的1/3~1/2;运行费用比德士古要低得多。
(7)气化装置负荷调节灵活、稳定,四个喷嘴之间负荷相互配合,可实现气化微调操作。
(8)可实现整套气化装置不停车解决故障,不泄压投料,提高生产效率。
兖矿国泰化工有限公司已累计进行了10次带压连投操作,节省费用近700万。
目前国内已运行装置有12套29台气化炉,推广应用的共有33个项目,共计92台气化炉。
2.3 Shell煤气化技术
Shell煤气化工艺以干粉煤为原料、纯氧为气化剂,湿法排渣。
高温(1400~1700℃)气化确保煤中所含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。
气化炉顶产出的煤气用返回的粗合成气激冷至850~900℃,然后进入合成气冷却器(废锅)作进一步冷却,气化炉内膜式水冷壁及废锅可同时生产高、中压蒸汽。
从废锅出来的合成气中锁携带的少量灰分颗粒,在组合式陶瓷过滤器中分离除去,干灰进入锁斗,然后送往储仓,可作为水泥的配料。
粉煤气化的优越性:粉煤进料,气化热效率高,氧耗、煤耗低;采用膜式水冷壁,寿命长达20年;气化温度高,可气化灰熔点高的煤种,煤种适应性广;碳转化率高,有效气成分较水煤浆气化高8~10个百分点;喷嘴寿命可达8000小时。
设有4~6个喷嘴,生产负荷可在50%~100%范围内调整,操作弹性大。
2.4 两段式干煤粉加压气化
工艺技术特点:(1)气化反应温度1400~1600℃,气化压力可达 3.0~4.0MPa,碳转化率高达99%以上,煤气中有效气高达90%以上。
(2)高温气化不产生焦油、酚等凝聚物,不污染环境,煤气质量好。
(3)在气化炉二段送入少量煤、N2和蒸汽、主要进行煤的干馏热解、挥发分的二次裂解及水蒸气的分解反应。
能够降低气化炉二段出口的合成气温度,从而可以减少冷煤气循环激冷系统,使得系统自耗功大幅降低,同时煤气冷却器及净化系统的设备尺寸减少,造价降低。
(4)气化炉采用水冷壁结构,以渣抗渣,无耐火砖衬里,维护量少,运转周期长,无需备炉。
(5)与国外同类技术相比冷煤气效率提高2~3%,比氧耗减少,与之配套的空分投资减少。
2.5 HT-L航天加压粉煤气化技术
工艺介绍如下:(1)磨煤与干燥系统的单套能力目前是35吨/小时,其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。
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,不设立单独的石灰石加入系统。
(2)加压输送系统的不同是粉煤给料罐下面是三条腿,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)烧嘴采用单喷顶烧设计,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,挂渣情况通过测温点适时监控。
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,固体含量小于0.2mg/m3的194℃合成气送出气化岛。
(4)炉渣由破渣机处理,经锁斗排入捞渣机。
渣水分离后的水回用;灰水经高压闪蒸、真空闪蒸后到沉降池,清水作为激冷水回用,浆水经真空抽滤后制成滤饼。
2.6 清华水冷壁炉
清华炉是我公司和清华大学共同开发的非熔渣-熔渣分级气化技术,其独特之处在于氧气的分级供给:气化炉主烧嘴和侧壁氧气喷嘴分别向气化炉内加氧,使气化炉主烧嘴的氧气量可脱离炉内部分氧化反应所需的碳与氧的化学当量比约束,改变了主烧嘴局部区域氧化强度过高的状态,使气化炉轴向温度均衡并有所提高,充分发挥气化炉全容积的气化功能。
在主烧嘴中心通道采用氧含量从0到100%的不同气体作为主烧嘴预混气体,不仅调整了火焰中心的温度,而且调整了火焰中心距主烧嘴端面的距离,有利于降低主烧嘴端部温度,延长其使用寿命。
3 各工艺技术对比
3.1 OMB、GE和清华炉属于水煤浆气化,对煤质有一定的要求,适用于烟煤、无烟煤、石油焦的等,且国产化率高,在国内已有多家正在运行,特别是清华炉在临猗分公司运行,且运行平稳。
在煤种的适合情况下:通常是甲醇、合成氨等项目的首选。
3.2 航天炉、二段炉及壳牌煤气发生炉属于干粉气化炉,有效气体成分高,气化煤量大,碳转化率高、氧耗和煤耗相对较低,除壳牌外,设备国产化强,投资低。
3.3 航天炉和清华炉比较,清华炉采用水煤浆进料,计量精确,炉温波东较小,操作稳定性好;航天炉曹勇干粉进料,干粉进料测量精确度差,炉温波动大。
清华炉只有一条进料系统,调节简单稳定;航天炉有三条煤粉进料管线,调节复杂。
投资上清华炉的投资略低于航天炉,航天炉用煤需要烘干,原料煤场需要封闭,清华炉则不需要。
3.4 GE和二段炉都是采用四喷嘴,二段炉的特点顾名思义是采用两段气化,以四个对称的烧嘴向气化炉底部喷入干粉煤、过热蒸汽和氧气,进行一段气化,熔融排渣。
中部喷入占总煤量15~20%的煤粉和过热蒸汽,利用下部上来的煤气显热进行二段气化,同时将下部上来的1400~1500℃高温煤气急冷至900~
1000℃。
该工艺可以大大节约固定投资,提高冷煤气效率和热效率;气化炉采用水冷壁结构,其缺点是合成气中CH4含量较高,而氢气相对不足,不利于生产合成氨和甲醇的企业采用。
4 根据实际情况的炉型选择
4.1 对气流床煤气化工艺的选择,应首先从以下几方面来考虑
(1)从技术的成熟程度看,水煤浆优于干粉煤、激冷流程远优于废锅流程。
(2)从技术的先进性看,干粉煤优于水煤浆。
(3)从投资角度比较:TPRI:Texaco (激冷):Shell为1:1.2:1.8。
(4)从国产化程度来看,Texaco、航天炉、清华炉、二段炉由于设备国产化率高,故投资相对较少。
(5)对煤种的适应性看,干粉煤气化优于水煤浆气化。
(6)运行稳定性和投资风险看,水煤浆优于干粉煤。
4.2 根据目标产品考虑
如果产尿素,应该首选水煤浆气化工艺,其中兖矿OMB水煤浆气化合成气中CO2含量低,甲烷含量小,合成气占百分比小,变换处理能力可降低,适合制造合成氨、尿素,但由于其内衬为耐火砖,使用寿命短,检修时间长。
而清华炉同样属于水煤浆气化炉,衬里结构为水冷壁,寿命长,检修时间短,且在临猗公司成功运行,选择清华炉较好。
如果产品为乙二醇,CO仅需少量变换,就应该首先考虑干粉气化技术。
航天炉和二段炉属于干粉气化,合成气占百分比大,氧耗低,煤耗低,煤种适应性宽。
航天炉已在安徽临泉、河南濮阳等地成功运行,技术比较成熟;但在性能上热工院的两段炉更胜一筹,如果能成功运用并推广,还是应该选择热工院的两段炉比较适合。
作者简介:郭文龙(1982-),男,山西晋城人,硕士,工程师。