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BGL气化技术简介


ZEMAG CLEAN ENERGY TECHNOLOGY GMBH 泽玛克清洁能源技术有限公司

BGL 气化技术简介
摘要:BGL 熔渣气化技术是一种高效先进的煤气化技术,可气化石油焦、无烟煤、烟煤、次烟煤、褐煤,以及这
些煤种的混合投料,冷煤气效率高(>89%) 、碳转化率高(>99.5%) 、热效率高、氧耗低、系统运行可

靠性高、维 护费用低。BGL 熔渣气化技术可用于工业燃气、发电、替代天然气(SNG)生产、化学品生产等领域。99.5%以上 的碳转化为气体后, 煤中剩余的矿物质在高温下熔化, 经循环水激冷形成无渗滤性的玻璃质固体碎渣粒由炉底部排 出,排出的熔渣无污染,可作为副产品在建筑和筑路中使用,或安全地回填或深埋。气化废水主要来自投料煤经炉 内干燥后排出的冷凝蒸汽,水量小,有机含量的浓度高,有利于在较低生产成本下分离处理,回收的苯酚作为副产 品具有较高商业价值。

关键词:BGL 熔渣气化;液态排渣;褐煤型煤 BGL 熔渣气化技术是 20 世纪 70-90 年代由英国天然气公司和德国鲁奇公司为生产 SNG 耗资 3.5 亿英镑, 开发出来的新一代先进的煤气化技术。BGL 块煤/碎煤熔渣气化技术结合了熔渣气化和移动床加压气化技术 的优点并克服了二者的不足,具有显著优势。 BGL 熔渣气化技术利用各种煤炭及固体垃圾为原料,可用于工业燃气、发电、替代天然气(SNG)生产、 化学品(合成氨、甲醇等)生产等领域。

1.BGL 熔渣气化技术优点
1.1 综合优势强 结合了熔渣气化技术高气化率、高气化强度的优点和移动床加压气化技术氧耗低和炉体结构廉价的优 点。克服了熔渣气化技术能耗高、建设成本高的缺点和移动床加压气化技术气化强度低、蒸汽消耗大利用 率低以及大量的气化污水造成净化成本高的缺点。具有建设投资少、周期短、生产率高、运行成本低、维 护成本低的综合优势,图 1 为传统鲁奇炉和 BGL 气化炉的对比。

图 1. 鲁奇和 BGL 气化炉的比较

1.2 有效气(H2+CO)产气率高 无烟煤和优质烟煤气化有效气 88-90%;褐煤气化有效气>84%。 1.3 气化强度高 BGL 块(碎)煤熔渣气化炉内壁加入耐火砖衬,形成水夹套保护层,在炉下部沿周向装置了一组喷嘴,将 混合氧气/水蒸气高压喷入炉内,形成炉内局部高温(2000℃左右)燃烧区,气化区温度在 1400℃~1600℃

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范围,较大幅度提高了气化率和气化强度。喷入炉内的水蒸气绝大部分参与气化,蒸汽分解率超过 90%,蒸 汽使用量大幅度减少,与传统鲁奇炉相比有明显优势,其结构区别见图 1。 1.4 氧耗低 由于兼具现代高温熔渣气化和移动床的逆流气化的整体流程原理,提高了气化热效率,使气化过程的 氧耗较其他熔渣气化技术的氧耗大幅度降低,显著节省了对空分等设备的投资。 1.5 废热回收成本低 粗气的出口温度仅为 300~550℃,提高了气化过程的热效率,节省了氧气消耗,大幅度降低了废热回 收的需求和设备成本。 1.6 设备制造、运输、安装成本低 由于 BGL 气化技术的设计特点,炉内靠近炉壁处温度和粗气出口处温度较低,气化炉炉体和附属设备 可采用常规压力容器钢材,在中国就近加工制造,大幅度降低了制造,运输和安装的成本,大大缩短了建 设周期。 1.7 煤种的选择范围宽 可气化石油焦、无烟煤、烟煤、次烟煤、褐煤,以及这些煤种的混合投料;对高灰熔点煤种,仅需添 加石灰石助熔剂。 1.8 煤种的适用性强 对操作过程中煤质的变化不敏感,可以在线切换不同气化原料。 1.9 操作弹性大、开停车迅速 负荷范围从 50%到 110%,运行稳定,可以以每分钟 5%速度增加负荷,以每分钟 20%速度降低负荷,见 图 2,对改变煤质反应良好。 可迅速开车和停车,气化炉在冷备用状态下 8 小时后开始制气,气化炉在热备用状态下 10 分钟后开始 制气。

图 2. BGL 气化炉操作范围和负荷调节

1.10 资源利用率高,不带来污染 99.5%以上的碳转化为气体后,煤中剩余的矿物质在高温下熔化,经循环水激冷形成无渗滤性的玻璃 质固体碎渣粒由炉底部排出。排出的熔渣无污染,可作为副产品在建筑和筑路中使用,或安全地回填或深 埋。

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气化废水主要来自投料煤经炉内干燥后排出的冷凝蒸汽,水量小,有机含量的浓度高,有利于在较低 生产成本下分离处理,回收的苯酚作为副产品具有较高商业价值。在采用恰当的深度水处理技术后,可使 净化后的水质达到中国河流的一级排放标准要求,或全部回收做为工艺或冷却用水循环使用。 1.11 与其他国外气化技术技术相比优势大 BGL 熔渣气化技术的冷煤气效率高(>89%) 、碳转化率高(>99.5%) 、热效率高、氧耗低、系统运行可 靠性高、维护费用低。

2. BGL 熔渣气化原料要求
2.1 气化原料要求 BGL 气化工艺要求投入气化炉内的碎块煤在干燥和干馏阶段保持一定的颗粒度和热稳定性, 从而控制气 化区料层的正常工作状态、炉内气流运动的均匀和流畅、降低粉尘的带出量。此外,要求投料煤的水份不 超过 20%。 BGL 熔渣气化技术在气化投料煤的选择上有以下要求,气化用煤以尺寸在 6mm-60mm 的块/碎煤(粉煤量 10%左右)为主直接投入气化炉。 2.2 粉煤和褐煤解决方案 大量粉煤的解决方案:粉煤可制成型煤(无粘结剂冲压型煤或采用沥青挤压制成的型煤) 。特别是对高 含水、易破碎的劣质褐煤,可通过制型煤,成为高效气化的原料。位于德国的黑水泵厂利用发电厂废热蒸 汽将含水量在 55%~60%左右的褐煤粉碎、干燥和冲压(无粘结剂)后制成含水量介于 12%~18%的块状型煤, 实现高效气化。BGL 气化工艺推荐使用无粘接剂成型的型煤,图 3 为云南某项目的褐煤型煤样品。

图 3 褐煤型煤样品

收到基褐煤的含水量通常较高,煤质疏松易碎,热稳定型差,需要部分干燥和制成满足要求的型煤块 煤。德国黑水泵气化厂(Schwarze Pumpe)的 BGL 气化炉使用了当地褐煤制成的型煤,成功稳定运行了 7 年。 BGL 气化工艺对褐煤型煤的要求概要如下: 尺寸要求:应在 6-50mm 之间,无棱角(保证较好的堆流动性) 含水量要求:≤20% 热稳定性要求:根据 MT/T924-2004 检测标准,>6mm 的残焦比例应超过 85% 抗破碎性要求:根据 BS1016-1089.1:1996 标准,将型煤块从 2 米高自由跌落到钢板上,重复试验 4 次 后,粉煤(即破碎后尺寸≤6mm 的碎煤)不超过 5%

3. BGL 熔渣气化的主要技术指标
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3.1 处理量 BGL 气化炉根据不同的下游产品方案可以实现不同压力的气化方式,常用的气化压力为 25bar(G), 40bar(G),在不同的压力下的处理量见表 1.
表 1 不同压力下 BGL 气化炉的处理量 压力 bar(G) 直径 3.6m 气化炉 直径 4.0m 气化炉 气化原料 褐煤 25 1000~1200t/d 40 ~1400t/d (内蒙某项目) ~1740t/d (新疆某项目) 褐煤型煤、长焰煤

在英国西田(Westfield)进行了 25~70bar 的高压测试,在大型煤气化项目(如 SNG 项目)中拟采用 60bar 的气化压力来设计气化方案以减少气化炉数量从而降低项目投资,经测算,在 60bar 的压力下 BGL 气 化炉的处理量比 40bar 要提高 22%。 3.2 典型气体成分(见表 2)
表 2 BGL 气化炉典型气体成分 组分 H2 CO CH4 CO2 其它烃类 不燃物 热值 MJ/Nm3 气化原料 南中心能源(美国,设计值) 28.4 54.0 6.8 9.1 0.6 0.4 12.8 褐煤 黑水泵 (德国, 生产数据) 28 56 7 3 1 5 13 烟煤 新疆某地(设计值) 24.4 58.3 7.3 8.6 1.0 0.4 12.7 长焰煤 内蒙某地(设计值) 29.5 54.9 6.8 7.9 0.6 0.3 12.8 褐煤

4. BGL 熔渣气化的工业应用和前景
4.1 工业应用 BGL 工艺技术上成熟,可实现商业化,以较高的热效率实现煤炭的完全气化,具有良好的运行灵活性, 产气量高,环境污染小,可使用褐煤、高硫煤等劣质煤,作为 IGCC 电厂的组成部分,总效率高于 44%LHV, 可用于现有电厂的改造;BGL 气化炉可燃用多种燃料,包括各种废物和生物质;BGL 工艺可用于化工合成, 可生产出代用天然气、氨等各种产品,也可用于海绵铁的炼制和非高炉炼铁的还原剂,将粗煤气经过深冷 分离出 CH4 以后可以得到高浓度的 CO+H2。 在原英国燃气公司西田中心,BGL 煤气化技术使用工业化规模的气化炉进行了大量验证运行。BGL 气化 炉在德国黑水泵厂投入长期商业化运营,为甲醇生产提供合成/燃料气。从 2000 年到 2007 年,德国黑水泵 厂一直成功运行。 2006 年云南煤化工集团根据 BGL 熔渣煤气化技术, 利用现有的鲁奇-3 型干灰气化炉改造了一台试验炉。 使用收到基的高含水褐煤做投料煤进行气化,验证了超出当时投料煤要求的煤种。云南煤化工集团采用同 样的技术新建了一个年产 20 万吨甲醇的项目。 BGL 熔渣煤气化技术在中国的第一个大型商业化项目于 2008 年 6 月在内蒙古呼伦贝尔开工建设,该项 目由云天化集团和金新公司的合资公司金新化工投资兴建。该项目为年产 50 万吨合成氨、80 万吨尿素,投 料煤是用当地褐煤制备的型煤。此项目在 2008 年 6 月开工,工厂开车预计在 2012 年。 另一个 BGL 煤气化项目也于 2008 年与中国一拖集团签订。该项目主要是为河南省洛阳市的工业园区提 供 50,000 Nm3/hr 的燃料气,项目中用到的投料煤为烟煤。此项目的工艺设计包已经于 2010 年上半年完成, 目前项目正处在项目建设阶段。
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2011 年 5 月与中煤鄂尔多斯能源化工有限公司签订了技术许可合同。 现在正在进行项目建设, 预计 2013 年 8 月开车,这个项目包含 7 台 BGL 气化炉,将烟煤转化为合成气,为一个年产 100 万吨合成氨 160 万吨 尿素装置供气。 2012 年 8 月与黑龙家龙煤天泰煤化工有限公司签订了技术许可合同。该项目采用高含油的粘结性煤为 原料,为年产 30 万吨的甲醇项目供合成气,同时副产液化天然气(LNG) 、焦油、中油、石脑油、粗粉和液 氨等产品,以实现煤的分质分级利用。项目目前正处于工艺包设计阶段。 4.1 前景 BGL 气化炉的煤—气高效能源转换和独立应用性使其成为洁净能源的可靠来源。 在煤气利用与气化炉分 开的条件下, BGL 工艺尤其适用。该工艺处理大块燃料的能力使其在不断发展的废物气化商场上占有优势, 在需要燃料气或合成气的任何领域,例如发电领域或炼油废物综合利用领域,都存在利用 BGL 工艺的机遇。 在煤炭成本低于煤气成本的地方,气化炉的高效独立应用将适用于地方的小型独立发电。可用管道把 产品气输送至其他远行燃气轮机或燃料电池热电联供系统的工业区。

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上海泽玛克敏达机械设备有限公司成立于 2002 年 6 月, 公司总部位于上海陆家嘴。 公司分别于 2006 年、 2007 年收购了德国泽玛克机械制造有限公司的技术研发团队和知识产权,并以此在德国 ZEITZ 市成立了德 国泽玛克机械制造有限公司,建立了先进的技术设计研发中心及制造基地,与国内的技术设计研发中心及 制造基地优势互补,共同为国内外客户服务。 我司专业致力于各种物料运输和物料处理相关的机械设备和技术服务。特别在褐煤干燥、成型领域, 我司有着 155 年的处理经验。公司具有进出口经营权,长期有目标地活跃在国内外市场,提供以下设备和技 术服务: 一是各种物料处理设备及技术服务,如用于处理煤(特别是褐煤)、石灰石等物料处理工艺技术 及物料处理设备,包括各种破碎机,筛分机,混合机,给料机,干燥机,成型机等。 二是各种物料的传送运 输技术及设备,如斗提机及垂直提升机等。我司在国内外的相关行业领域,通过精诚合作建立起良好的声 誉。我公司已经为各大电厂的输煤系统,化工行业,钢铁行业,煤炭行业提供高质量的机械产品。用户包 括洛阳新安电力集团,江苏大屯矸石电厂,石家庄热电厂,保定热电厂,广西合山电厂,宜宾电厂,华能 济宁电厂,淄博山国电热电有限公司,河南神火集团等五大电力集团。锦州石油化工公司,宝钢,马鞍山 钢铁股份有限公司,大庆石化,河南中原大化等各大石化集团和钢铁集团公司。神华集团等煤炭集团公司 等。 我司在国际市场上有着众多良好的运行业绩, 包括德国的 RWE 电厂, 德国著名的黑水泵干燥成型工厂, 澳大利亚褐煤干燥成型厂,俄罗斯国家电力公司,印尼国家电力公司等。公司适应全球化进程,积极进取, 进行技术研发和领域拓展,公司在褐煤干燥、成型的处理技术处于全国领先地位,并在钾盐颗粒化、钢铁 容器制造、海底沉积物选矿、垃圾固缩等领域取得突破性进展。 2010 年 6 月,我司从英国劳氏成功收购 BGL 煤气化技术的知识产权和所有相关专利,并以此在德国 ZEITZ 市成立了德国泽玛克清洁能源有限公司。BGL 熔渣气化技术是 20 世纪 70-90 年代由英国天然气公司 和德国鲁奇公司为生产 SNG 耗资 3.5 亿英镑, 开发出来的新一代先进的煤气化技术。 BGL 块煤/碎煤熔渣气 化技术结合了熔渣气化和移动床加压气化技术的优点并克服了二者的不足,具有显著优势。BGL 熔渣气化 技术利用各种煤炭及固体垃圾为原料,可用于工业燃气、发电、替代天然气(SNG)生产、化学品(合成 氨、甲醇等)生产等领域。 在原英国燃气公司西田中心,BGL 煤气化技术使用工业化规模的气化炉进行了大量验证运行。BGL 气 化炉在德国黑水泵厂投入长期商业化运营,为甲醇生产提供合成/燃料气。从 2000 年到 2007 年,德国黑水 泵厂一直成功运行。 2006 年云南煤化工集团根据 BGL 熔渣煤气化技术, 利用现有的鲁奇-3 型干灰气化炉改造了一台试验炉。 使用收到基的高含水褐煤做投料煤进行气化,验证了超出当时投料煤要求的煤种。云南煤化工集团采用同 样的技术新建了一个年产 20 万吨甲醇的项目。 BGL 熔渣煤气化技术在中国的第一个大型商业化项目于 2008 年 6 月在内蒙古呼伦贝尔开工建设,该项 目由云天化集团和金新公司的合资公司金新化工投资兴建。该项目为年产 50 万吨合成氨、80 万吨尿素,投 料煤是用当地褐煤制备的型煤。此项目在 2008 年 6 月开工,工厂开车预计在 2011 年。 另一个 BGL 煤气化项目也于 2008 年与中国一拖集团签订。 该项目主要是为河南省洛阳市的工业园区提 供 50,000 Nm3/hr 的燃料气,项目中用到的投料煤为烟煤。此项目的工艺设计包已经于 2010 年上半年完成, 目前项目正处在项目建设阶段。 2011 年 5 月与中煤鄂尔多斯能源化工有限公司签订了技术许可合同。 现在正在进行项目建设, 预计 2013 年 8 月开车,这个项目包含 7 台 BGL 气化炉,将烟煤转化为合成气,为一个年产 100 万吨合成氨 160 万吨 尿素装置供气。 2012 年 8 月与黑龙家龙煤天泰煤化工有限公司签订了技术许可合同。该项目采用高含油的粘结性煤为 原料,为年产 30 万吨的甲醇项目供合成气,同时副产液化天然气(LNG)、焦油、中油、石脑油、粗粉和 液氨等产品,以实现煤的分质分级利用。项目目前正处于工艺包设计阶段。 BGL 气化炉的煤—气高效能源转换和独立应用性使其成为洁净能源的可靠来源。在煤气利用与气化炉 分开的条件下, BGL 工艺尤其适用。该工艺处理大块燃料的能力使其在不断发展的废物气化商场上占有优 势,在需要燃料气或合成气的任何领域,例如发电领域或炼油废物综合利用领域,都存在利用 BGL 工艺的 机遇。
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