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国内外13种先进煤气化技术优缺点和比选(二)

(2015-05-31 10:22:46)
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资料

分类: 化工资料

二、对煤气化工艺技术的选择和评述


评价煤气化工艺技术必须建立在是否属于洁净煤气化技术的基础上。到现在为止,可以说还没有找到万能的煤气化炉型和技术,各种煤气化炉型和气化技术都有其特点、优点和不足之处,都有其对煤种的适应性和对煤气化后的最终产品的适用性。在工艺技术方案选择上必须选择经过大量试验、工业性示范和工业生产实践的工艺。要择优选用节能、投资省、成本低、效率高、对环境无污染或轻度污染但能很好处理的洁净煤气化技术。我们在评价时要从全厂总流程的观点上作技术经济分析评价,切不可只从某一种煤气化工艺技术的角度作局部和不客观的评价。同时,也切不可以只听专利商的片面性介绍,作局部的不全面的技术经济评价。


当年引进德士古水煤浆加压气化工艺技术的时侯,专利商也是介绍他们的技术,除了含水量高的褐煤外,其他煤种都能适应于气化,灰熔点高的煤可以加石灰石为助熔剂降低灰熔点进行气化。当时鲁南化肥厂就找了当地生产的高灰分含量、高灰熔点的七五煤为原料,以便突破气化高灰分、高灰熔点煤的气化技术,没有把注意力集中到找灰含量低的、灰熔点低的煤种。结果是投产后实践证明,七五煤加石灰石能生产,但气化操作和排渣较困难,难以长周期稳定运行。后来找到了当地生产的灰熔点低的北宿洗精煤、落陵、级索、井亭混煤,生产就一直稳定正常。渭河化肥厂设计时选用陕西黄陵煤为原料。也是由于灰含量高、灰熔点高而难以长周期稳定运行,后来改用甘肃华亭煤,生产就稳定正常了。


在近年来引进Shell煤气化技术的情况也一样,专利商强调由于采用水冷壁气化炉,气化温度可以提高到1500-16000C,不需要备用炉,烧嘴寿命长,可以气化高灰分和高灰熔点的煤,但要加助熔剂。强调了比煤耗低、比氧耗低、冷煤气效率高、可以副产中高压蒸汽。但是并没有介绍这种废热锅炉型的煤气化工艺只适用于联合循环发电,同时还要用燃油发电系统作备用发电的实际情况。而且还要专门设置中压过热蒸汽锅炉供应气化炉所需的过热蒸汽,不但投资高,而且如果用于煤化工生产,从废热锅炉回收的蒸汽还要返回到后续一氧化碳变换系统,如用于制氢和制合成氨,副产蒸汽量还不够用。这种煤气化工艺不适用于煤化工生产。


根据以上各种煤气化工艺技术的特点,我们可以把它们分成几种类型。


1.将逐步淘汰的煤气化工艺技术


有常压固定层间歇式无烟煤(或焦碳)气化技术。


2.适用于中小型氮肥厂改变原料路线和进行技术改造的煤气化工艺技术


有常压固定层无烟煤(或焦碳)富氧连续气化技术、灰熔聚煤气化技术和恩德粉煤富氧气化技术。


3.适用于联合循环发电的煤气化工艺技术


有GE德士古(Texaco)废热锅炉型水煤浆加压气化技术、壳牌(Shell)废热锅炉型干煤粉加压气化技术。


4.已完成中间试验,有待建立示范装置和进一步改进提高,经受商业化运行考验的煤气化工艺技术


有两段式干煤粉加压气化技术,四喷嘴对置式干粉煤加压气化技术。


5.国内外已有多套商业化装置在长周期正常运转,煤气化能力达投煤量1000-2000t/d,适用于大型化的煤气化工艺技术


有GE德士古(Texaco)水煤浆加压(达4.0,6.5,8.5MPa)气化技术、多元料浆加压气化技术、多喷嘴(四烧嘴)水煤浆加压(达4.0,6.5MPa)气化技术。


6.国外已有6年商业化运行和气化褐煤经验,可气化其他煤种(尤其是高灰分、高灰熔点煤)的煤气化工艺技术,国内正在建立示范装置,将经受长期商业化运行考验。


有GSP干煤粉加压气化技术。


7.适用于制造城市煤气和燃料气的煤气化工艺技术


有鲁奇固定层煤加压气化技术。


三、四种煤气化工艺技术经济比较


这里选择Shell和GSP两种干煤粉加压气化工艺技术(Shell法是废热锅炉流程,GSP法是激冷流程)与多喷嘴和GE两种水煤浆加压气化工艺技术(激冷流程)作技术经济比较,比较的基准是:

国内外13种先进煤气化技术优缺点和比选(二)
国内外13种先进煤气化技术优缺点和比选(二)

国内外13种先进煤气化技术优缺点和比选(二)

国内外13种先进煤气化技术优缺点和比选(二)

四、原料煤种的选择


发展煤化工、煤制油、煤制烯烃都离不开煤气化,都要面对煤种选择问题,我们决不能再走氮肥工业用煤主要依山西晋城无烟煤的老路。要因地制宜,就地、就近取材,在有煤炭资源的地方或就近有煤炭资源的地方发展煤化工是有利的。在煤种选择上有一个择优选取的问题。在煤气化工艺技术方面,我国是集世界上所有煤气化工艺技术都有的国家。世界上没有一个国家拥有这么多的煤气化工艺技术,有从国外引进的技术,有自主开发的技术。尤其是近几年来,我国科研、设计单位开发了多种具有自主知识产权的煤气化技术,都各具其特点和优缺点,都有其适用的煤种。在煤种选择上要考虑的问题如下:


1.就地取材、就近取材、定点供应是煤化工项目选择煤种首先要考虑的问题。如果先决定采用什么型式的气化炉,再选择合适的煤种,那就把事情考虑颠倒了。也就是我国目前氮肥长期依赖于山西晋城无烟煤需要吸取的经验教训。


2.我们要了解当地煤矿生产的煤炭品质、储量、产量、出厂价格、煤矿至工厂厂址的煤炭运距、运输方式、运输能力,估算煤炭到厂价,对煤质进行分析评价。对煤质的评价,必须对煤质有全面的分析,对煤炭作工业分析、元素分析、灰熔点测定(在氧化性气氛和还原性气氛下的灰熔点,因为煤气化反应的环境气氛是还原性气氛,所以测定还原性气氛下的灰熔点很重要)、煤灰渣粘温特性、煤的可磨性指数、热稳定性和粘结性、煤的化学活性测定、煤的成浆性试验。并对多处煤炭作煤质、储量、产量、出矿价、运价等多方面的比较,分析其利弊。如邻省有适合于气化的煤,即使煤价稍高一些,也是可以考虑作为气化原料的。


3.一般来说,气流床气化炉适合于大型化,而气流床气化炉都是熔融排渣的。所以选煤种时,我们首先要考虑含灰量低的、灰熔点低的煤。因为煤种含灰量高对工厂经济效益有很大的影响,例如采用30%含灰量的煤与采用10%含灰量的煤相比,在运输上就要多付出20%的运费;在生产操作上要多耗原料煤和氧气把灰分熔融排出气化炉;煤渣堆场的面积也要增加;在煤炭价格上,现实情况是没有严格按质论价,高灰分与低灰分的煤价格相差不大。所以有些厂就决定采用含灰分低的洗精煤为原料,这是明智之举。


4.在原料煤的选择上切忌自己给自己出难题。按照专利商介绍其煤气化技术可以气化高灰分、高灰熔点的煤,我们就选用高灰分、高灰熔点的煤。如果就近有低灰,分、低灰熔点的煤,我们为什么不采用呢?


5.各种煤有各自相适用的煤气化技术可以选取,我们要从煤矿的煤炭储量、可开采储量、年生产量、交通运输条件、供应的可靠性及煤价作技术经济比较。如这种煤可适用于多种煤气化技术,我们要以同一煤种的品质为基础,作工厂全流程的技术经济比较,切忌采用专利商或一般文献的技术指标数据和只做煤气化部分的技术经济比较,要科学全面、客观地作工厂全流程评价,才能作出正确的选择。


五、关于煤气化装置的环保问题


大型煤化工企业可选用的煤气化工艺技术,根据目前的水平,以选用加压气流床熔融排渣式的气化炉为宜。比较成熟的工艺技术有GE水煤浆加压气化(激冷流程)和多喷嘴水煤浆加压气化(激冷流程),以及正在接受适应性考验的Shell干煤粉加压气化;正在建立示范装置的有GSP干煤粉加压气化(激冷流程)和两段式干煤粉加压气化(激冷流程);已通过中试鉴定的多喷嘴干煤粉下行制气工艺(激冷流程)。这些装置都有几种污染源。其一是熔渣激冷后排出的粗渣,如Shell干煤粉加压气化排渣量占煤中灰分总量的60%,水煤浆加压气化及GSP均占85%,只要妥善堆放及找到综合利用出路(如作为筑路等建筑材料或用作水泥原料),对环境不会产生污染。其二是如Shell干煤粉加压气化装置从高温高压飞灰过滤器排出的飞灰,装置排飞灰量约占煤中灰分量的34%,以日处理2000t含灰量占20%的干煤粉为例,每天排出136t飞灰如何综合利用是值得企业关注的大问题。如找不到固定用户而随意堆放,将对周围环境产生污染,其三是系统排出的黑水,经絮凝沉降回收利用,尚有部分灰水需经除氨、除氰处理后才能外排,是可以解决的。黑水中的沉降灰渣,经压滤后成滤饼外排可以综合利用或作为燃料外供。随合成气带出的H2S,在后续合成气酸性气脱除时可以脱除并回收利用。至于少部分从黑水闪蒸排出的含H2S废气,可以回收综合利用或送火炬燃烧排放。


六、关于煤制合成天然气问题:


最近煤化工专业人士都在热议煤制合成气天然气的问题,本人也想谈谈自己的看法。


1.本人认为首先要考虑的制造成本问题。理论上4M3(CO+H2)只能生产1M3CH4(合成天然气),1t标准煤可以生产400M3合成天然气,如采用水煤浆加压气化,以原料煤单价100元/t计,合成天然气制造成本约为1.00元/M3。以200元/t计,合成天然气制造成本约为1.22元/M3.以250元/t计,合成天然气制造成本约为1.325元/M3。


目前我国天然气开采成本约为0.4-0.5元/M3,管理费(决定于线路长短)约为0.3-0.88元/M3,城市分配及存储费约为0.3元/M3,天然气成本为1-1.68元/M3,到天津市的民用天然气售价为2.2元/M3.根据这样对比测算,制造合成天然气的项目,如合成天然气入网价定为1-1.35元/M3,也只适用于原料煤价格小于100-250元/t的地方或煤矿坑口建设。


2.至于适用于合成天然气的煤气化技术,合成天然气的反应是(CO+3H2=CH4+H2O),即4M3(CO+H2)才合成1M3CH4(合成天然气),在制造工序中必然要牵涉到煤气化后的合成天然气的CO变换反应,干煤粉加压气化制造出来的合成气,大致含CO 55-64%,H2 26-30%;水煤浆加压气化制造出来的合成气,大致含CO 43-46%,H2 35-38%。说明CO变换的投资及蒸汽耗,干粉煤加压气化比水煤浆加压气化要高。


煤气化工艺中,废热锅炉流程的投资比激冷流程要高,同时副产出来的高压蒸汽还要返回到合成气中去参加CO变换反应。很显然,用废热锅炉的煤气化工艺流程不适用于制造合成天然气。


干煤粉加压气化的粉煤输送采用高压N2气动输送,这些N2全部进入煤气化系统,制造出来的合成天然气含N2量高达9-14%以上,CH4含量只有84-85%,而用水煤浆加压气化制造出来的合成天然气成分中,CH4含量可高达97%以上。有人考虑采用CO2气动输送干粉煤,但还需增加CO2回收和压缩的投资,很显然,采用干煤粉加压气化工艺的投资要高于水煤浆加压气化工艺。


3.综上所述,目前适用于大型化生产合成天然气的煤气化工艺技术有:已成熟的工艺技术有GE水煤浆加压气化(激冷流程),和多喷嘴水煤浆加压气化(激冷流程);正在建立示范装置,有待长期生产实践考验的工艺技术,有GSP干煤粉加压气化(激冷流程)和两段式干煤粉加压气化(激冷流程)。


[参考文献]


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(19)章荣林,“对GSP干法粉煤加压气化工艺技术的评述”, 2006年氮肥与甲醇,2006,1(3),9-12。


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(21)郭晓镭等,“四喷嘴对置式粉煤加压气化技术的研究与开发”, 2006年氮肥与甲醇,2006,1(5),1-4。


(22)章荣林,“对水煤浆加压气化工艺技术的评述”, 2006年氮肥与甲醇,2006,1(6),1-3。


(23)章荣林,“关于改进水煤浆气化技术的设想”, 2007年氮肥与甲醇,2007,2(4),1-4。


(24)唐宏青,“碳-化工新技术概论”,2006.12 。


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