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煤气化技术的发展与环境保护和能源的有效利用


环境保护和能源的有效利用与 环境保护和能源的有效利用与煤气化技术的发展
摘要: 摘要::主要介绍了几种主要煤气化技术的发展情况及在我国的应用现状,评述 了各煤气化技术的优缺点,认为加压固定床煤气化技术成熟,更适于大型化、多 联产的煤制天然气装置;流化床气化技术有待发展;以及对能源有效利用的策略 作初步的介绍,并以此阐述环境保护与能源利用的密切关系 关键词:煤气化方法;气

化特点;气化方法比较;前景,环境保护 关键词 况 能源的有效利用 世界能源消费状

煤化工产业是以煤为主要原料生产化工产品的产业,是化学工业的重要组成部 分,包括煤焦化、煤气化、煤液化、化肥、碳一化工和电石等行业,涵盖以煤为 原料生产焦炭、电石、化肥、甲醇、二甲醚、油品、烯烃等产品。煤气化被誉为 煤化工产业的龙头技术,目前可作为大型工业化运行的煤气化技术,可分为固定 床气化技术、 流化床气化技术、 气流床气化技术。 在煤化工产业发展的同时, 环 境问题已经成为一个世界性的重要议题, 而能源的生产和消费与环境的关系非常 密切,可以说目前主要的全球性环境问题几乎都与能源的利用有关。在环境保护 的背景下,世界能源发展迎来了新的机遇和挑战。 一. 固定床气化技术 1.1 常压固定床煤气化技术 常压固定床煤气化是以空气、蒸汽、氧气为气化剂,在常压下将煤转化成煤气的 过程[1]。由于该技术成熟可靠、操作简单、投资少、建设期短,在国内冶金、 建材、机械等行业广泛用于制取燃气;在中小型合成氨厂、甲醇厂用于制取合成 气;在用气量较少的小型化工装置中用于制取 CO 和 H2。这种煤气化技术的缺 点是原料煤要求较高,且单炉生产能力小、渣中残碳较高、气化为常压煤气的压 缩功耗高。随着煤气化技术的不断发展,及国家对煤化工准入生产规模要求的提 高,在新建的大型煤化工装置中一般不采用此技术。 1.2 加压固定床煤气化技术 鲁奇加压气化(Lurgi)技术是加压固定床气化技术的代表,在 20 世纪 30 年代 已实现工业化,义马气化厂单台炉运行可达 172 天, 是比较成熟的气化模式。 20 世纪 80 年代以来,我国已引进 4 套现代化的 Lurgi 气化装置,其中 3 套用 于生产城市煤气,1 套用于生产合成氨,在设计、安装和运行方面均已取得丰富 经验。该气化技术原料适应范围广,除黏结性较强的烟煤外,从褐煤到无烟煤均 可气化,且可气化灰分高的劣质煤。Lurgi 气化炉中煤与气化剂逆向运动,炉温 较低,采用固态排渣。Lurgi 固定床气化工艺成熟可靠,包括所副产焦油在内的气 化效率、碳转化率、气化热效率都较高,氧耗是在各类气化工艺中最低的,且原 料制备、排渣处理简单。由于煤气中含有 CH4,热值是各类气化工艺中最高的, 适合于生产城市煤气。传统观念认为,若选择 Lurgi 固定床气化工艺制合成气存 在以下问题: (1) 煤气成分复杂。合成气中含不直接参与合成的 CH4 约 10%~18%,如果将这些 CH4 转化成 H2、CO,势必投资大、成本高。 (2)大量 冷凝污水需处理。污水中含大量焦油、酚、氨等,因此需建焦油回收装置,且酚、 氨回收和生化处理装置增加了投资和原材料消耗。 (3)Lurgi 气化技术原料为 5mm~50mm 块煤, 若购原煤则有占总量 50%~55%的粉煤需处理[2]。 但是经过多

年的生产实践,我们认为: (1)换个角度去考虑, 煤气中 CH4 的含量高, 不 是缺点, 而是优点,从煤气中分离出 CH4,可以缓解目前我国生活用天然气紧 张的局面,其余 CO 和 H2 用于合成气。 (2)由于污水中含有大量的焦油、酚、 氨等,可将这些产品回收,焦油用于加氢制取汽油和柴油,这等于将煤中的焦油 直接液化成汽油和柴油。尔滨气化厂已用焦油加氢制取汽油和柴油,并取得了很 好的经济效益。 二.流化床气化技术 流化床气化又称为沸腾床气化,以小颗粒煤为气化原料。这些细粒煤在自下而上 的气化剂吹力作用下,保持着连续不断、无秩序沸腾和悬浮状态的运动,迅速地 进行混和及热交换, 使整个床层温度和物料组成均一。 为适应装置大型化的要求, 流化床煤气化有向高压发展的趋势, 但压力增加, 会造成进煤和排灰工段的困难。 由于其气化温度较气流床低,且气化煤的粒比气流床大,使其气化不彻底,飞灰 和渣中的残碳均较高; 如果气化原料中小于 1mm 的粉煤太多,也会造成气化 炉带出物多、操作困难及增加消耗等问题,所以流化床煤气化技术发展较慢。 2.1 美国 U-gas 煤气化技术 U-gas 煤气化工艺由美国煤气化工艺研究所开发。1993 年,上海焦化厂引进 U-gas 煤气化技术及设备,共有 8 台气化炉,全套装置于 1995 年建成投产,由 于种种原因,目前这套装置已被拆除。现 U-gas 煤气化技术归美国综合能源系 统有限公司拥有,该公司在山东枣庄建了 2 台 U-gas 煤气化炉, 气化压力为 0.25MPa, 现已产出合格煤气。目前该公司正在开发 0.5MPa 和 1.0MP 的气化 炉。2.2 灰熔聚流化床煤气化技术中科院山西煤炭化学研究所进行灰熔聚流化床 粉煤气化技术研发已 20 多年,于 1990 年完成大规模低压中间试验工作。2001 年, 常压下单炉处理能力 100t/d, 配套 20kt/a 合成氨规模的工业示范装置在陕 西省汉中固城化肥厂成功运行,该技术的工业化应用,引起了国内外产业界的重 视和关注。但该技术的规模、压力等级等技术指标与化工合成或未来发电的要求 还有一定差距, 因此研究组近 10 年来着力进行了加压气化工艺的研发。2005 年~2006 年设计并建立了可获得工业放大数据和经验的大型加压灰熔聚流化床 粉煤气化半工业装置。2007 年初完成建设,经半年的设备调试和完善,2007 年 12 月完成了 1.0MPa 的长周期试验,取得了较好的数据并积累了一定的运行经 验。现能够达到的操作压力 0.03MPa~0.6MPa,单台气化炉处理煤的能力为 100t/d~300t/d, 可配套 20kt/a~60kt/a 合成氨或甲醇。 煤的气化技术煤气化是一种较为成熟的加工工艺,我国非常重视煤气化技术的研 究与开发,特别是以煤为原料的合成氨和甲醇等生产工艺,配套的煤气化技术基本 上是靠自己的力量发展起来的。 三.世界能源消费状况 过去 10 年间,全球一次能源消费量年均增长 1.65%,其中石油为 1.1%,天 然气为 3.1%,煤炭为 0.7%。据分析,20 世纪 90 年代美、日等 24 个世界经济 合作与发展组织(OECD)国家所消费石油的一半靠进口。为了维持世界经济平 稳增长,21 世纪初期石油市场依然强劲、供求旺盛。近年来天然气发展十分迅 猛,与石油、煤炭相比,天然气是更加清洁、更便于利用的燃料,在维护全球环 境意识的推动下,未来 20~30 年将是天然气的发展历史上最为有利的时期。

四. 能源的有效利用 、 有效利用能源,顾名思义就是节约能源消费,从能源生产开始,一直到最终消费 为止,在开采、运输、加工、转换、使用等各个环节都要减少损失和浪费,提高 其有效利用程度。 1、通过改善产业结构节能 我国的单位产值能耗之所以高,除技术水平落后外,经济结构不合理也是重要原 因。各种工业的耗能量是不同的,钢铁工业耗能大,但产值较低;而纺织、仪表、 电子等轻工业能耗较少,而产值较高。若增加省能型产业的比重,减少耗能型产 业的比重,全国的产业结构就会朝着省能的方向发展。在不影响全局的情况下, 可以适当调整轻、重工业的比重。 2、通过增强管理水平节能 企业应该建立健全的能源管理机构和能源管理制度, 对各种设备及工艺流程要制 定操纵规程,制定能源消耗的定额及奖罚制度等。企业还还应该学会合理使用能 源,实现能源的优劣互补,综合应用。如以煤为主要燃料就可采用以油作辅助燃 料,例如燃煤电站,以油作辅助燃料来实现锅炉的点火和稳燃。 3、通过提高技术水平节能 节能工作要想深入下去,就必须对陈旧的生产工艺和设备进行更新和技术改造。 所以, 深入节能的根本途径就是技术节能。 具体实施可以在局部采用节能新技术, 也可以从系统整体出发,按系统工程的原理,实现整个企业或地区用能系统的热 能、机械能、电能、余热和余压全面综合利用,使能源利用最优化。在能源利用 上还可以考虑节约高质量的化石燃料。把太阳能、地热能、海洋能等替代能源纳 入节能技术,因地制宜地加以开发和利用。 例如:热过程可以考虑采用高效小温差换热设备、热泵技术、热管技术、高效清 洁的燃烧技术、高温燃气透平、高温磁流体发电以及低品位热的能源动力转换系 统等都是成熟的先进节能技术等。还可以考虑设备保温,防止结垢,传热温差合 理化等,对锅炉和加热炉可控制过量空气,提高燃烧特性,预热燃烧空气,回收 烟气余热等。 当今环境问题不容乐观, 而能源的有效利用对于缓解环境问题至关重要。 一方面, 能源的有效利用可以减少能源的开采量,实现不可再生能源的可持续发展,从而 缓解生态环境压力;另一方面,能源的有效利用也意味着能源的清洁利用,这与 减少有害气体的排放量, 缓解温室效应, 减轻酸雨强度等都要直接的关系。 所以, 能源的有效利用应该被视为环境保护的一项重要议题, 如果能源确实得到了有效 利用,那么当今世界的经济发展就可称得上是“环境友好型的发展” ,我们人类 也才可以安心的享受经济发展带来的一切。

参考文献: [1] 贺永德.现代煤化工技术手册[M].北京:化学工业出版社,2004.351-354. [2] 李大尚.GSP 技术是煤制合成气 或 H2) 工艺的最佳选择[J]. 煤化工, ( 2005, 33(3) :1-3. [3] 于遵宏,于广锁,龚欣,等.多喷嘴对置式水煤浆气化技术研究与开发.见: 首 届“ 多喷嘴对置式煤气化技术推广及应用研讨会” 会议论文集[C].上海:中国 石油和化学工业协会,2005.35-39. [4]《环境保护与绿色技术》 郑丹星 冯流 武向红 化学工业出版社 月第一版 [5]《环境保护》刘天齐 黄小林 化学工业出版社 2000 年 4 月第二版 2002 年 5


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