论文部分内容阅读
[摘 要]介绍了煤炭气化的反应机理和工艺流程，论述了壳牌、德士古和航天炉煤气化技术特点，并从工业应用方面对三种煤气化技术进行比较和分析。
[关键词]煤炭气化 反应机理 工艺流程 气流床
中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）14-0009-02
中国是以煤炭为主要能源的国家，是目前世界上最大的煤炭生产国和消费国。因煤炭直接燃烧利用率低，污染严重，由污染所带来的环境破坏和经济损失极大。煤炭气化技术在一定程度上能克服煤炭直接燃烧所存在的缺陷，因此，发展清洁、高效的现代煤气化技术，具有重要的现实意义和广阔应用前景。
1 煤炭气化技术概况
煤气化技术具有悠久的历史，目前，该技术主要用于化工合成原料气、工业燃气、民用煤气、联合循环发电燃气、燃料油合成原料气、煤炭液化气源、煤炭气化制氢和煤炭气化燃料电池等应用领域。
煤的气化过程是指在特定的设备内以煤或煤焦为原料，以氧气、空气、水蒸气或氢气等作为气化剂（或称气化介质），在高温条件下通过化学反应生产以CO、H2、CH4等可燃气体为主要成分的的热化学过程。
气流床技术由于煤种适应性强，炉子操作温度高，热效率高，合成气中有效组分（CO和H2）含量高，原煤和氧耗相对流化床均较低，且具有运行可靠性高、自动化程度高、环保性能良好等优势，是当今世界最先进的煤气化工艺之一。
2 典型煤气化技术
2.1 Shell煤气化技术
2.1.1 工艺原理
2.1.3、技术特点：
（1）煤种适应性广
SHELL气化炉可以使用无烟煤、烟煤、褐煤以及石油焦等多种原料，对煤的灰熔点范围比其它气化技术更宽一些，对于较高水分、灰分和含硫量的煤种也同样适应。
（2）气化温度高
气化温度1450～1600℃，碳转化率达99%左右，气体产品洁净，煤气中有效成分可达90%以上，冷煤气化效率为80%～85%，其余15%的热能被回收作为中压或高压蒸汽，总热效率为98%左右。
（3）氧耗量低
气化氧耗量比水煤浆气化工艺低15%～20%，吨煤气化氧耗量为600m3（神府煤），因而与之配套的空分装置可相应减少投资费用。
（4）环境效益好
SCGP从煤粉制备到产生洁净合成气的整个生产过程中对污染物实行了全过程控制，高温气化物不产生焦油、酚等凝聚物，高温排出的熔渣经激冷后成为性质稳定的玻璃状颗粒，可作为商品出售。气化污水中含氰化物少，易于处理。利用高效飞灰过滤器除尘回收飞灰，飞灰可返回气化炉循环使用。
2.1.4 Shell煤粉气化装置在运行当中出现的问题
我国第一批Shell煤气化装置以及先后投产，并投用到商业运行，各装置在试车和运行当中都或多或少出现了一些问题如下：
合成气冷却器积灰、点火烧嘴头损坏、煤烧嘴罩损坏、激冷气压缩机故障、炉给水循环泵入口过滤器变型和破损、粉中杂质等因素引起煤粉流量波动、气锥堵塞和破裂、渣机断链、灰过滤器内件损坏、化炉激冷区损坏、化炉水冷壁进水喷嘴被异物堵塞、煤系统的气密性不好、分蒸汽伴管/电伴热设备和管道保温效果不佳、油系统不洁净， 油系统压力不够和不稳定、粉循环管线上的减压管后异径管易磨穿合成气冷却器积灰等。
2.2 德士古水煤浆煤气化法
2.2.1 工艺原理
该工艺是通过特殊喷嘴将气化剂混合夹带煤浆，送入气化炉膛内，然后在高温条件下，原料瞬间着火、迅速燃烧，此过程会产生大量热量。产生的煤焦被气化同时干馏产物迅速分解，最终产物为含CO和H2的煤气及熔渣。由于此过程中煤粒被气流分开，所以气化过程受煤的黏结性影响小。
2.2.2 工艺流程
2.2.3 工艺特点和运行当中出现的问题
从已投产的水煤浆加压气化装置的运行情况看，主要优点：水煤浆制备输送、计量控制简单、安全、可靠；设备国产化率高，投资省；对环境污染小、采用先进的DCS集散控制系统等。
由于工程设计和操作经验的不完善，还没有达到长周期、高负荷、稳定运行的最佳状态，存在的问题还较多，主要缺点：喷嘴寿命短、激冷环寿命仅一年、褐煤的制浆浓度约59%～61%；烟煤的制浆浓度为65%；因汽化煤浆中的水要耗去煤的8%，比干煤粉为原料氧耗高12%～20%，所以效率比较低。
2.3 国产航天炉煤气化技术
航天炉又名HT-L粉煤加压气化炉，该技术利用火箭喷嘴技术解决了国产煤烧嘴耐热性和耐久度的问题。
它与壳牌、德士古等国际同类装置相比，有三大优势：一是投资少，比同等规模投资节省三分之一；二是工期短，比壳牌炉建设时间缩短三分之一；三是操作程序简便，适应中国煤化工产业的实际，易于大面积推广。
HT-L粉煤气化工艺对煤种的适应性广泛，从较差的褐煤、次烟煤、烟煤到石油焦均可作为气化的原料。即使是高灰分、高水份、高硫的煤种也能使用。但从经濟运行角度考虑，并非所有煤种都能够获得好的经济效益。因此，使用者应该认真细致地选择合适的煤种，在满足设计要求的前提下，保证装置的稳定运行。国内目前已经使用并连续商业运行的航体炉用户已经达十几套，其商业运转前景看好。
3 结语
我国是一个多煤少油的国家，新时期的气流床煤气化技术作为先进的洁净煤气化技术，具有原料利用率高、消耗低、对资源节约、对环境友好等显著优点，目前国内在项目设计、采购、施工、试车、生产运行过程中积累了一定的经验，从投资和效益的角度出发，航天炉技术在投资规模、成本效益和知识产权方面我国都具有一定的优势，而由于壳牌技术投资和建设周期的问题及德士古水煤浆技术在耐久方面的问题，在我国的推广受到一定制约。从长远看，航天炉技术不失为一种能较好的适应我国国情的煤化工投资方向。
参考文献
[1] 章荣林，“对壳牌干法粉煤加压气化工艺技术的评述”，2006年氮肥与甲醇，2006，1（2），4-7。
[2] 于广锁等，“多喷嘴对置式水煤浆气化技术的产业化应用和对引进煤气化技术的剖析”，2006年氮肥与甲醇，2006，1（1），46-51。
[关键词]煤炭气化 反应机理 工艺流程 气流床
中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）14-0009-02
中国是以煤炭为主要能源的国家，是目前世界上最大的煤炭生产国和消费国。因煤炭直接燃烧利用率低，污染严重，由污染所带来的环境破坏和经济损失极大。煤炭气化技术在一定程度上能克服煤炭直接燃烧所存在的缺陷，因此，发展清洁、高效的现代煤气化技术，具有重要的现实意义和广阔应用前景。
1 煤炭气化技术概况
煤气化技术具有悠久的历史，目前，该技术主要用于化工合成原料气、工业燃气、民用煤气、联合循环发电燃气、燃料油合成原料气、煤炭液化气源、煤炭气化制氢和煤炭气化燃料电池等应用领域。
煤的气化过程是指在特定的设备内以煤或煤焦为原料，以氧气、空气、水蒸气或氢气等作为气化剂（或称气化介质），在高温条件下通过化学反应生产以CO、H2、CH4等可燃气体为主要成分的的热化学过程。
气流床技术由于煤种适应性强，炉子操作温度高，热效率高，合成气中有效组分（CO和H2）含量高，原煤和氧耗相对流化床均较低，且具有运行可靠性高、自动化程度高、环保性能良好等优势，是当今世界最先进的煤气化工艺之一。
2 典型煤气化技术
2.1 Shell煤气化技术
2.1.1 工艺原理
2.1.3、技术特点：
（1）煤种适应性广
SHELL气化炉可以使用无烟煤、烟煤、褐煤以及石油焦等多种原料，对煤的灰熔点范围比其它气化技术更宽一些，对于较高水分、灰分和含硫量的煤种也同样适应。
（2）气化温度高
气化温度1450～1600℃，碳转化率达99%左右，气体产品洁净，煤气中有效成分可达90%以上，冷煤气化效率为80%～85%，其余15%的热能被回收作为中压或高压蒸汽，总热效率为98%左右。
（3）氧耗量低
气化氧耗量比水煤浆气化工艺低15%～20%，吨煤气化氧耗量为600m3（神府煤），因而与之配套的空分装置可相应减少投资费用。
（4）环境效益好
SCGP从煤粉制备到产生洁净合成气的整个生产过程中对污染物实行了全过程控制，高温气化物不产生焦油、酚等凝聚物，高温排出的熔渣经激冷后成为性质稳定的玻璃状颗粒，可作为商品出售。气化污水中含氰化物少，易于处理。利用高效飞灰过滤器除尘回收飞灰，飞灰可返回气化炉循环使用。
2.1.4 Shell煤粉气化装置在运行当中出现的问题
我国第一批Shell煤气化装置以及先后投产，并投用到商业运行，各装置在试车和运行当中都或多或少出现了一些问题如下：
合成气冷却器积灰、点火烧嘴头损坏、煤烧嘴罩损坏、激冷气压缩机故障、炉给水循环泵入口过滤器变型和破损、粉中杂质等因素引起煤粉流量波动、气锥堵塞和破裂、渣机断链、灰过滤器内件损坏、化炉激冷区损坏、化炉水冷壁进水喷嘴被异物堵塞、煤系统的气密性不好、分蒸汽伴管/电伴热设备和管道保温效果不佳、油系统不洁净， 油系统压力不够和不稳定、粉循环管线上的减压管后异径管易磨穿合成气冷却器积灰等。
2.2 德士古水煤浆煤气化法
2.2.1 工艺原理
该工艺是通过特殊喷嘴将气化剂混合夹带煤浆，送入气化炉膛内，然后在高温条件下，原料瞬间着火、迅速燃烧，此过程会产生大量热量。产生的煤焦被气化同时干馏产物迅速分解，最终产物为含CO和H2的煤气及熔渣。由于此过程中煤粒被气流分开，所以气化过程受煤的黏结性影响小。
2.2.2 工艺流程
2.2.3 工艺特点和运行当中出现的问题
从已投产的水煤浆加压气化装置的运行情况看，主要优点：水煤浆制备输送、计量控制简单、安全、可靠；设备国产化率高，投资省；对环境污染小、采用先进的DCS集散控制系统等。
由于工程设计和操作经验的不完善，还没有达到长周期、高负荷、稳定运行的最佳状态，存在的问题还较多，主要缺点：喷嘴寿命短、激冷环寿命仅一年、褐煤的制浆浓度约59%～61%；烟煤的制浆浓度为65%；因汽化煤浆中的水要耗去煤的8%，比干煤粉为原料氧耗高12%～20%，所以效率比较低。
2.3 国产航天炉煤气化技术
航天炉又名HT-L粉煤加压气化炉，该技术利用火箭喷嘴技术解决了国产煤烧嘴耐热性和耐久度的问题。
它与壳牌、德士古等国际同类装置相比，有三大优势：一是投资少，比同等规模投资节省三分之一；二是工期短，比壳牌炉建设时间缩短三分之一；三是操作程序简便，适应中国煤化工产业的实际，易于大面积推广。
HT-L粉煤气化工艺对煤种的适应性广泛，从较差的褐煤、次烟煤、烟煤到石油焦均可作为气化的原料。即使是高灰分、高水份、高硫的煤种也能使用。但从经濟运行角度考虑，并非所有煤种都能够获得好的经济效益。因此，使用者应该认真细致地选择合适的煤种，在满足设计要求的前提下，保证装置的稳定运行。国内目前已经使用并连续商业运行的航体炉用户已经达十几套，其商业运转前景看好。
3 结语
我国是一个多煤少油的国家，新时期的气流床煤气化技术作为先进的洁净煤气化技术，具有原料利用率高、消耗低、对资源节约、对环境友好等显著优点，目前国内在项目设计、采购、施工、试车、生产运行过程中积累了一定的经验，从投资和效益的角度出发，航天炉技术在投资规模、成本效益和知识产权方面我国都具有一定的优势，而由于壳牌技术投资和建设周期的问题及德士古水煤浆技术在耐久方面的问题，在我国的推广受到一定制约。从长远看，航天炉技术不失为一种能较好的适应我国国情的煤化工投资方向。
参考文献
[1] 章荣林，“对壳牌干法粉煤加压气化工艺技术的评述”，2006年氮肥与甲醇，2006，1（2），4-7。
[2] 于广锁等，“多喷嘴对置式水煤浆气化技术的产业化应用和对引进煤气化技术的剖析”，2006年氮肥与甲醇，2006，1（1），46-51。