煤炭气化工艺的发展现状-

煤炭气化工艺的发展现状-内容摘要：

周均匀布置 ,借助撞击流以强化热质传递过程 ,使炉内 横截面气速相对趋于均匀 .炉衬为水冷壁 (Membrame Wall),总重 500 吨 .炉壳与水冷管排之间有约 间隙 ,作安装 ,检修用 . 煤气携带煤灰总量的 20~30%沿气化炉轴线向上运动 ,在接近炉顶处 通入循环煤气激冷 ,激冷煤气量约占生成煤气量的 60~80%,煤气降 温至 900 摄氏度 ,溶渣凝固 ,煤气出气化炉 ,沿斜管道向上进余热锅 炉 .煤灰总量的 70~80%以熔融态流入气化炉底部 ,激冷凝固 ,自炉 底排出 . 粉煤由 N2 携带 ,密相输送进入喷嘴 .工艺氧与蒸汽也由喷嘴进入 . 汽化温度为 1500~1700 摄氏度 ,压力为 ~81%. 原料煤热值的 ~13%转化为蒸汽 ,~6%由设备和出冷器的煤气显热损失 于大气和冷却水 . 从本质上来说， Shell 炉就是加压操作的 KT 炉，国外研究开发已有 50 多年历史（从 KT 炉算起）。 欧洲两个大厂（ 2020t/h）运转都很正常，但国内刚起步，湖北应城的化肥厂引进 Shell 公司基础设计（由北四院做工程设计）正建设一台规模为 800t/h（相当于 20 万 t 氨 /a)的工业示范装置，已于 2020 年投运。 委屈的中国自主开发的知识产权，中试炉采用两段进煤上置加料和二氧化碳输煤等方案。 图为 Shell 气化工艺流程 2 我国煤化工工艺的发展方向 选择适宜的气化工艺应根据具体煤种和服务对象而定，我国煤资源的大所属是褐煤和低变质烟煤，灰熔融性温度又普遍较高，大众的服务对象又是化工和 IGCC 煤气化工艺的选择应遵循下列原则： （ 1）煤适应性要宽，对粒度、灰熔融性温度等限制不应太严； （ 2）气化效率（含碳转化率、有效气含量、 冷煤气效率）要高，氧煤单耗要低； （ 3）零污染或低污染； （ 4）气化强度要高，能达到装置大型化、过程自动化的要求。 在固定床气化炉方便，常压 炉属淘汰炉型，加压 Lurgi 炉虽然冷煤气效率较高，氧耗较低，但低温焦油污染严重，环境治理较困难，入炉煤基本上市 13mm 以上的小块煤（南非 SASOL 实测数据时 13mm 占 87%以上）。 若用 Lurgi炉生产合成气，因分离和转化煤气中甲烷生产流程较长，操作可靠性和稳定性降低，这种炉型不在考虑之列。 煤气化工艺的选择，在排除固定床工 艺后，加压气流床和流化床就成为优选工艺。 大型气化（ 1000t/d) 代表当今煤气化工艺发展方向的应是 Shell 炉（ 1000t/d）和灰熔融炉（ 100t/d）。 Texaco 水煤浆气化工艺 是率先实现工业化的第二代炉型，国内外都有成熟的经验，但新兴的 Shell 型干粉加压气化相比，其竞争力日益处于不利地位，主要原因是水分（ 35%40%)入炉带来一系列麻烦。 因为水分入炉，气化炉不能用水冷壁，只能以砖抗渣（耐火材料），由此引起的问题是对入炉煤的灰熔融性温度（ T3）限制很严，一般要求 T3,1350 摄氏度。 美国两厂全用低灰熔融性温度煤，国内已投产的四个厂中，有两个 (鲁南化肥厂、渭河化肥厂）投产后改换煤种。 我国煤种灰熔融性温度又普遍较高，加入碳酸钙助溶剂后又会引起耐火砖腐蚀和灰水结垢等问题。 但炉子安排上 ， Texaco 炉因筑炉（汗烘炉）周期长 ,必须设置备用炉（日本 3+1，鲁南 2+1，渭化 2+1，上焦 3+1），炉子利用率较低。 Shell 炉石用以渣抗渣的水冷壁结构，炉子寿命长（如南非 KT 炉 5 年 8 年），水冷壁局部损坏后喷补方便，不需设置备用炉 Shell 炉对煤灰熔融性温度限制不严，很合适中国大多数煤灰熔融性温度偏高的国情。 Texaco 炉因约 35%40%水分入炉，气化指标无法与干法经济难料的Shell 炉相比（表 2）。 表 2 Texaco 和 Shell 气流床工艺的比较 项目 名称 Texaco 法 Shell 法 煤气含 CO+H2 量 /% 7882 9095 煤气含 CO2 量 /% 1820 2 碳转化率 /% 96 99 冷煤气效率 /% 72 82 1000m179。 （ CO+H2） 耗氧 /m179。 400420 330360 1000m179。 （ CO+H2） 耗煤 /kg 610 520 初化工合成外， IGCC 是气流床气化的另一最大用户，某电力设计院曾对450MW 等级的 IGCC 示范电站作了两种方案的技术经济比较，见表 3. IGCC 示范电站 Shell 和 Texaco 方案比较 项目名称 Shell 方案 Texaco 方案 机组容量 /MW 450 485 自用电率 /% 煤耗 /kg.(kWh)1 供电效率 /% 投资 /元 .kW 6905 6899 从表 表 3 可知， Shell 气化比 Texaco 比氧耗低 25%，冷煤气效率高出 10 个百分点，供电效率（ IGCC）高出 2 个百分点，而投资基本持平（ Shell炉在磨煤、输煤多花的投资大致抵消 Texaco 炉供氧多花的费用）。 诚然目前Texaco 炉运行经验丰富，而 Shell 炉尚未投运，在 2020 年应城化肥厂投运后，Shell 炉必将显示极大地优越性。