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粉煤加压气化技术简介


粉煤加压气化技术简介

华东理工大学 兖矿鲁南化肥厂 (水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心) 中国天辰化学工程公司

一.背 景
“九五”期间华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂(水煤浆气化及煤化工国家工程 研究中心)、中国天辰化学工程公司圆满完成了国家“九五”科技攻关项目“新 型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉开发”,在兖矿鲁南化肥厂建成国

内首套具有自主 知识产权的水煤浆气化炉及中试装置,并取得突破性成果。 依托已有多喷嘴对置式中试气化炉(内衬耐火砖),上述三家单位又共同承 担了国家 “十五” 科技攻关计划课题 “粉煤加压气化制合成气新技术研究与开发” , 建设具有自主知识产权的粉煤加压气化中试装置。装置处理能力为 15~45 吨煤/ 天,操作压力 2.0~2.5Mpa,操作温度 1300~1400℃。 该课题于 2001 年年底启动,2002 年 10 月完成研究开发阶段中期评估,中 试装置进入设计施工阶段。2004 年 7 月装置正式投运,首次在国内展示了粉煤 加压气化技术的运行结果,填补了国内空白,技术指标达到国际先进水平。中试 装置于 2004 年 12 月 6 日至 9 日顺利通过科技部组织的现场 72 小时运行专家考 核,2004 年 12 月 21 日于北京通过科技部主持的课题专家验收。同年,该成果 入选 2004 年度煤炭工业十大科学技术成果。 2005 年 6 月 15 日在该中试装置上成功运行了以 CO2 为输送介质的粉煤加压 气化,取得了宝贵的运行数据。迄今为止,以 CO2 为输送介质的粉煤加压气化 数据国际上未见报道。2005 年年底,在该装置上进行了褐煤的干燥与输送研究, 为拓宽该技术的煤种适用性获得了具有参考价值的数据。 目前,上述三家单位合作,开发水冷壁气化炉,中试装置将于 2006 年年底 建成并运行。将于“十一五”期间,实现自主产权粉煤加压气化技术工业化。

二.技术特点与难点
气流床煤气化是当今国际上最先进的煤气化技术之一, 与水煤浆气化技术相 比,粉煤气流床加压气化技术具有煤种适应性广、原料消耗低、碳转化率高、冷 煤气效率高等技术优势,有更强的市场竞争力。但是,目前我国还没有该技术的 应用经历,正在建设和已经签约的十多个粉煤加压气化项目都是引进 Shell 专利 技术,花费了大量外汇。所以该粉煤加压气化中试装置的建设和运行,在国内具 有开创性作用,在我国煤气化技术发展史上具有重要的影响意义。该技术的主要
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特点和难点: ? 与水煤浆加压气化相比,粉煤加压气化氧耗低、煤耗低,有效气 (CO+H2)成分高,碳转化率高。 ? 粉煤加压气化的核心技术是煤粉在高压、密相条件下稳定、可控输送。 经过数年实验研究和中试检验,已掌握了稳定调控煤粉流量的关键技 术。 ? 用于粉煤高压密相输送的设备、管道、阀门、仪表、测量仪器等为国 内首次尝试,在材质、结构和性能等方面历经了探索与考验,积累了 宝贵经验。 ? 粉体与气化系统的安全性是粉煤加压气化技术的重要问题。在科学认 识与合理把握下,经过实践探索,掌握了一整套粉煤加压气化装置安 全、稳妥运行的控制与操作方法。

三. 中试装置流程及运行情况
1、流程
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 备出合格煤粉存于料仓中。加热用低压氮气大部分可循环使用。料仓中的煤粉 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,并在高温高压下与煤粉进行气化反应。出气 化炉的高温合成气经激冷、洗涤后并入造气车间合成气管线。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。洗涤塔出来的黑水经过二级 闪蒸,水蒸汽及一部分溶解在黑水中的酸性气 CO2、H2S 等被迅速闪蒸出来,闪 蒸气经冷凝、分离后与气化分厂生产系统的酸性气一并处理,闪蒸黑水经换热 器冷却后排入地沟,送气化分厂生产装置的污水处理系统。
氮气 蒸汽 除尘 放空 氧气 原煤 磨煤 干燥 粉煤 输送 循环氮气

料仓

气化

洗涤

粗合成气

氮气

蒸汽

灰渣

3

图 1 粉煤加压气化中试装置单元流程图

2、煤质
气化用煤为兖矿鲁南化肥厂 Texaco 水煤浆气化用煤,即北宿精洗煤,煤质 分析见表 1-1 所示。 表 1-1
煤质分析项目 水分 工业分析 灰分 挥发分 固定碳 全硫 碳 氢 氮 氧 灰熔点 Mad,% Aad,% Ad,% Vdaf,% FC,% St,d,% Cad,% Cdaf,% Had,% Hdaf,% Nad,% Ndaf,% Oad,% Odaf,% 1250~1360 C
o

煤质分析
数值 0.76 9.14 9.21 41.48 52.73 3.51 73.5 81.58 4.98 5.53 1.28 1.42 6.86 7.61

元素分析

3、中试运行结果 (1) 中试装置典型合成气组成
根据装置运行负荷与工艺条件不同, 中试装置运行的典型合成气组成见 表 1。 表1 中试装置典型合成气组成与比较
CO % 本技术 (N2 输送) 本技术 (CO2 输送) Shell 技术 GSP 技术 GSP 技术 58~62 59~64 64.6 68.9 49~53 H2 % 29~32 28~31 27.2 23.6 21~24 CO2 % 2~4 1.5~7 1.53 3.1 8~13 N2 % 4~7 0.7~0.9 4.18 4.0 15~19 (CO+H2) % 89~93 89~95 91.8 92.5 73~77

4

(淮南煤试烧) Texaco 技术 45~47 35~36 13~16 0.3~0.8 80~83

表 1 所示合成气组成与 Shell 技术基本一致。随着装置负荷增大,氮气含 量降低,有效气成份增加。

(2)几种不同气化装置运行指标比较
将该粉煤气化技术与其它几种气流床水煤浆气化技术以及 Shell 粉煤加压气 化技术的比较列于表 3。从表 3 可以看出,粉煤加压气化技术消耗低,碳转化率 高, 在气化炉条件或煤种相同情况下, 比水煤浆气化技术节氧 16~21%, 节煤 2~4 %,有效气成份高 6~10 个百分点。 表 3 几种不同气化装置运行指标比较
装 置 (CO+H2) % 碳转 化率 % 98~99 比氧耗
Nm 3O 2 1000 Nm 3 (CO + H 2 )

比煤耗
Kg煤 1000 Nm 3 (CO + H 2 )

煤种 现鲁化生产装置用煤 (灰份:9.14%) 原鲁化生产装置用煤 (灰份:7.67%) 灰份:18% 6.84% 现鲁化生产装置用煤 (灰份:9.14%)

粉煤 新型 气化炉 Shell* GSP** 鲁南生 产装置
*

89~93

300~320

530~540

水煤浆 粉煤 粉煤 水煤浆

83 90 92.5 ~83 (04 年 10 月)

>98 >99 >99

380 340 315 ~399 (03 年 6-12 月)

550 590 564 ~644 (03 年 6-12 月)

数据来源:徐海龙“壳牌公司气化工艺” ,中国国际煤化工及煤转化高新技术研讨会论文集 TM **数据来源:北京索斯泰克气化技术有限公司“GSP 煤气化技术的应用” ,中国生物质/煤转 油技术交流及投资研讨会,2005.9,上海

(3)总结
该装置的建成、成功运行以及获得的先进技术指标,首次在国内展现了先进 煤气化技术——粉煤加压气化的优越性, 是我国煤气化技术进入国际先进行列的 又一个里程碑。72 小时运行现场考核专家与“十五”国家科技攻关计划课题验 收专家均对其做了充分肯定和高度评价,专家一致认为: “该技术具有自主知识 产权,填补国内空白,工艺指标达到了国际先进水平。”“该项成果对于清洁、 高效利用我国丰富煤炭资源,满足国民经济与社会可持续发展需求具有重要意
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义,已具备工业化的技术应用条件,前景十分广阔。”

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