Ⅰ 什麼是氧煤比
氧煤比:反應中煤(即碳)的量與氧氣的量比(只是大概的,具體請參考 :華東理工大學的王輔臣等在《shell煤粉氣化的分析與模擬》) 發生的反應有:C+O2->CO+QC+H2O->CO+H2-Q CO+H2O->CO2+H2O+Q 1、氧煤比很低時,肯定是碳燃燒生成的CO比重高,副反應生成CO2的比重低; 2、氧煤比很高時,完全燃燒,肯定是CO含量很低; 3、氧煤比降低,氣化爐溫度低,不利於蒸汽分解,CO含量上升; 4、氧煤比降低,氣化爐溫度低,有利於CO和蒸汽變換反應的平衡,CO含量降低; 5、氧煤比升高,氣化爐溫度高,有利於蒸汽分解,CO含量下降; 6、氧煤比升高,氣化爐溫度低,不利於CO和蒸汽變換反應的平衡,CO含量升高; 7、因通常情況下合成氣中CO2含量很低,變換反應因素影響不大;但特殊情況除外。 8、實際結果是碳燃燒、蒸汽分解、變換反應動力學和熱力學相互影響的結果累加。 9、在氣化爐維持生產的情況下,氧煤比由低到高,總的趨勢CO含量由高到低。
Ⅱ 煤的氣化技術
現代先進的煤氣化技術主要包括:德國FUTURE ENERGY公司的GSP干煤粉加壓氣化技術、荷蘭Shell公司的 SCGP干煤粉加壓氣化工藝、美國Texaco公司的水煤漿加壓氣化工藝。
SCGP氣化工藝是粉煤加壓氣化技術。其主要特點如下:1)原料適應性寬。褐煤、煙煤、無煙煤和石油焦等均可。2)氣化爐採用豎管水冷壁結構,無耐火磚襯里,設備維護量較少,不設備用爐。
GSP干煤粉加壓氣化技術已先後氣化了80餘種原料,不僅可以氣化高硫、高灰等劣質煤,而且可以氣化工業廢料、生物質等,煤氣中CH4含量極低,很適合生產合成氣,氣化過程簡單,氣化爐裝置生產能力大,裝置的開工率在90%以上。該技術主要特點如下:1)原料適應性寬,固體原料和液體原料。固體原料中的褐煤、煙煤、無煙煤和石油焦等均可。對煤的活性沒有要求。2)氣化爐採用盤管水冷壁結構,無耐火磚襯里,設備維護量較少。3)啟動時間短,從冷態氣化爐到熱態滿負荷運轉只需0.5~1h。
此外,SCGP氣化工藝、GSP干煤粉加壓氣化技術均有以下特點:1)氣化溫度約1400℃~1600℃,碳轉化率達99%以上,產品氣體潔凈,不含重烴煤氣中有效氣體(CO+H2)達到90%以上。2)採用干法進料,氧耗低,空分裝置規模較小,投資降低。3)單爐生產能力大,日投煤量2000t~2500t。的特點
德士古水煤漿加壓氣化工藝除含水高的褐煤以外,各種煙煤和石油焦均能使用。其特點具備了上述兩種工藝的許多特點,雖然是水煤漿進料,大量水份要進行氣化,因而以單位體積的(CO+H2)計的煤耗和氧耗均比GSP及Shell乾粉氣化技術高。但是德士古氣化技術在我國使用最多,魯南化肥廠、渭河化肥廠等十幾套,並且經過我國有關科研、設計、生產、製造部門的多年研究,已基本掌握該技術,並能設計大型工業化裝置,國產化率達90%以上,氣化爐在國內製造,可以控制並節省大量投資、同時可有效縮短建設周期。總之,該技術國內支撐率高,生產運行管理經驗多,風險少。
Ⅲ 煤的干餾,氣化和液化分別是什麼。(比如煤的分餾是根據不同的沸點進行。。。)
煤的干餾:指煤在隔絕空氣條件下加熱、分解,生成焦炭(或半焦)、煤焦油、粗苯、煤氣等產物的過程。
按加熱終溫的不同,可分為三種:900~1100℃為高溫干餾,即焦化;700~900℃為中溫干餾;500~600℃為低溫干餾。
煤的氣化:泛指煤在一定溫度、壓力下與氣化劑(O2、H2O)反應(不完全燃燒)生成合成氣也叫水煤氣、半水煤氣(主要成分是CO+H2+CO2,還有少量的CH4、N2、H2S、COS等)的過程。簡單的可以認為氣化反應式是:C+O2+H2O→CO+H2+CO2-Q。
按壓力分為常壓氣化與加壓氣化;按氧氣純度可分為富氧氣化與純氧氣化;按進料形態可分為煤漿氣化與乾粉氣化;按床層形態可分為固定床氣化、流化床氣化、氣流床氣化。
煤的液化,其實就是煤制油,分兩種工藝:直接液化工藝與間接液化工藝。
直接液化是指固體形態的煤在溶劑、催化劑、高壓、一定溫度下加氫(經過一定時間)直接合成液態油品(前瀝青烯烴類、瀝青烯烴類)的過程。
間接液化是指煤先氣化產生合成氣(CO+H2),然後合成氣在一定溫度、壓力、催化劑作用下合成液體油品的過程,也叫費-托(F-T)合成。
參考文獻:http://ke..com/view/680897.htm
Ⅳ texaco 氣化爐的氧煤比是多少
氧煤比一般控制在1左右,熟練的操作工綜合氣化爐爐溫、合成氣有效氣含量、甲烷含量、渣口壓差、燒嘴壓差控制!
Ⅳ 煤氣化製取合成氨原料氣的方法有哪幾種,各有什麼特點
氣化工藝各有千秋
1.常壓固定床間歇式無煙煤(或焦炭)氣化技術
目前我國氮肥產業主要採用的煤氣化技術之一,其特點是採用常壓固定床空氣、蒸汽間歇制氣,要求原料為?准 25~75mm的塊狀無煙煤或焦炭,進廠原料利用率低,單耗高、操作繁雜、單爐發氣量低、吹風放空氣對大氣污染嚴重,屬於將逐步淘汰的工藝。
2.常壓固定床無煙煤(或焦炭)富氧連續氣化技術
其特點是採用富氧為氣化劑、連續氣化、原料可採用?准 8~10mm粒度的無煙煤或焦炭,提高了進廠原料利用率,對大氣無污染、設備維修工作量小、維修費用低,適合用於有無煙煤的地方,對已有常壓固定層間歇式氣化技術進行改進。
3.魯奇固定床煤加壓氣化技術
主要用於氣化褐煤、不粘結性或弱粘結性的煤,要求原料煤熱穩定性高、化學活性好、灰熔點高、機械強度高、不粘結性或弱粘結性,適用於生產城市煤氣和燃料氣。其產生的煤氣中焦油、碳氫化合物含量約1%左右,甲烷含量約10%左右。焦油分離、含酚污水處理復雜,不推薦用以生產合成氣。
4.灰熔聚煤氣化技術
中國科學院山西煤炭化學研究所技術。其特點是煤種適應性寬,屬流化床氣化爐,煤灰不發生熔融,而只是使灰渣熔聚成球狀或塊狀灰渣排出。可以氣化褐煤、低化學活性的煙煤和無煙煤、石油焦,投資比較少,生產成本低。缺點是操作壓力偏低,對環境污染及飛灰堆存和綜合利用問題有待進一步解決。此技術適合於中小型氮肥廠利用就地或就近的煤炭資源改變原料路線。
5.恩德粉煤氣化技術
屬於改進後的溫克勒沸騰床煤氣化爐,適用於氣化褐煤和長焰煤,要求原料煤不粘結或弱粘結性,灰分<25%~30%,灰熔點高、低溫化學活性好。在國內已建和在建的裝置共有13套22台氣化爐,已投產的有16台。屬流化床氣化爐,床層中部溫度1000~1050℃。目前最大的氣化爐產氣量為4萬m3/h半水煤氣。缺點是氣化壓力為常壓,單爐氣化能力低,產品氣中CH4含量高達1.5%~2.0%,飛灰量大、對環境污染及飛灰堆存和綜合利用問題有待解決。此技術適合於就近有褐煤的中小型氮肥廠改變原料路線。
6.GE水煤漿加壓氣化技術
屬氣流床加壓氣化技術,原料煤運輸、制漿、泵送入爐系統比乾粉煤加壓氣化簡單,安全可靠、投資省。單爐生產能力大,目前國際上最大的氣化爐投煤量為2000t/d,國內已投產的氣化爐能力最大為1000t/d。設計中的氣化爐能力最大為1600t/d。對原料煤適應性較廣,氣煤、煙煤、次煙煤、無煙煤、高硫煤及低灰熔點的劣質煤、石油焦等均能用作氣化原料。但要求原料煤含灰量較低、還原性氣氛下的灰熔點低於1300℃,灰渣粘溫特性好。氣化系統不需要外供過熱蒸汽及輸送氣化用原料煤的N2或CO2。氣化系統總熱效率高達94%~96%,高於Shell乾粉煤氣化熱效率(91%~93%)和GSP乾粉煤氣化熱效率(88%~92%)。氣化爐結構簡單,為耐火磚襯里,製造方便、造價低。煤氣除塵簡單,無需價格昂貴的高溫高壓飛灰過濾器,投資省。國外已建成投產6套裝置15台氣化爐;國內已建成投產7套裝置21台氣化爐,正在建設、設計的還有4套裝置13台氣化爐。已建成投產的裝置最終產品有合成氨、甲醇、醋酸、醋酐、氫氣、CO、燃料氣、聯合循環發電,各裝置建成投產後,一直連續穩定長周期運行。裝備國產化率已達90%以上,由於國產化率高、裝置投資較其他加壓氣化裝置都低,有備用氣化爐的水煤漿加壓氣化與不設備用氣化爐的干煤粉加壓氣化裝置建設費用的比例大致為Shell法 : GSP法 : 多噴嘴水煤漿加壓氣化法 : GE水煤漿法=(2.0~2.5):(1.4~1.6):1.2:1.0。缺點是氣化用原料煤受氣化爐耐火磚襯里的限制,適宜於氣化低灰熔點的煤;碳轉化率較低;比氧耗和比煤耗較高;氣化爐耐火磚使用壽命較短,一般為1~2年;氣化爐燒嘴使用壽命較短。
7.多元料漿加壓氣化技術
西北化工研究院開發的具有自主知識產權的煤氣化技術,屬氣流床單燒嘴下行制氣。典型的多元料漿組成為含煤60%~65%,油料10%~15%,水20%~30%。筆者認為在制備多元料漿時摻入油類的辦法不符合當前我國氮肥工業以煤代油改變原料路線的方針,有待改進。
8.多噴嘴(四燒嘴)水煤漿加壓氣化技術
由華東理工大學、兗礦魯南化肥廠、中國天辰化學工程公司共同開發。屬氣流床多燒嘴下行制氣,氣化爐內用耐火磚襯里。在山東德州華魯恆生化工股份有限公司建設1套氣化壓力為6.5MPa、處理煤750t/d的氣化爐系統,於2005年6月正式投入運行,至今運轉良好。在山東滕州兗礦國泰化工有限公司建設2套氣化壓力為4.0MPa、處理煤1150t/d的氣化爐系統,於2005年7月21日一次投料成功,運行至今。
9.Shell干煤粉加壓氣化技術
屬於氣流床加壓氣化技術。可氣化褐煤、煙煤、無煙煤、石油焦及高灰熔點的煤。入爐原料煤為經過乾燥、磨細後的干煤粉。干煤粉由氣化爐下部進入,屬多燒嘴上行制氣。目前國外最大的氣化爐處理量為2000t/d煤,氣化壓力為3.0MPa。這種氣化爐採用水冷壁,無耐火磚襯里。可以氣化高灰熔點的煤,但仍需在原料煤中添加石灰石做助熔劑。國內2000年以來已引進19台,其目標產品有合成氨、甲醇,氣化壓力3.0~4.0MPa。我國引進的Shell煤氣化裝置只設1台氣化爐單系列生產,沒有備用爐,在煤化工生產中能否常年連續穩定運行尚待檢驗。1套不設備用爐的裝置投資相當於設備用爐的GE氣化裝置或多噴嘴水煤漿氣化裝置的投資的2~2.5倍,排出氣化爐的高溫煤氣用龐大的、投資高的廢熱回收鍋爐回收顯熱副產蒸汽後,如用於煤化工,尚需將蒸汽返回後續CO變換系統,如用於制合成氨和氫氣,副產的蒸汽量還不夠用。同時還需要另設中壓過熱蒸汽系統用於氣化爐的過熱蒸汽。筆者認為目前Shell帶廢熱鍋爐的干煤粉加壓氣化技術並不適用於煤化工生產,有待改進。
10.GSP干煤粉加壓氣化技術
屬於氣流床加壓氣化技術,入爐原料煤為經過乾燥、磨細後的干煤粉,干煤粉由氣化爐頂部進入,屬單燒嘴下行制氣。氣化爐內有水冷壁內件,目前國外最大的GSP氣化爐投煤量為720t/d褐煤。因採用水激冷流程,投資比Shell爐省,適用於煤化工生產。正常時要燃燒液化氣或其他可燃氣體,以便於點火、防止熄火和確保安全生產。目前世界上採用GSP氣化工藝技術的有3家,但是現在都沒有用來氣化煤炭,其中黑水泵煤氣化廠只有6年氣化褐煤的業績,沒有長期氣化高灰分、高灰熔點煤的業績。神華寧夏煤業集團有限責任公司已決定採用GSP干煤粉加壓氣化技術建設83萬t/a二甲醚,一期60萬t/a甲醇項目,單爐投煤量約2000t/d。
11.兩段式干煤粉加壓氣化技術
西安熱工研究院開發成功的具有自主知識產權的煤氣化技術。可氣化煤種包括褐煤、煙煤、貧煤、無煙煤,以及高灰分、高灰熔點煤,不產生焦油、酚等。其特點是採用兩段氣化,其缺點是合成氣中CH4含量較高,對制合成氨、甲醇、氫氣不利。廢熱鍋爐型氣化裝置適用於聯合循環發電,其示範裝置投煤量2000t/d級兩段式干煤粉加壓氣化爐(廢熱鍋爐流程)已決定用於華能集團「綠色煤電」項目,另一套示範裝置投煤量1000t/d級兩段式干煤粉加壓氣化爐(激冷流程)已決定用於內蒙古世林化工有限公司30萬t/a甲醇項目。
12.四噴嘴對置式乾粉煤加壓氣化技術
由華東理工大學、兗礦魯南化肥廠(水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心)和中國天辰化學工程公司通力合作開發的具有自主知識產權的煤氣化技術。中試裝置投煤能力為15~45t/d,建於兗礦魯南化肥廠。氣化爐為熱壁爐,內襯耐火磚。乾粉煤由氣化爐上部經4個燒嘴加入,產生的合成氣下行經水激冷後出氣化爐。屬氣流床煤氣化爐。以兗礦魯南化肥廠GE水煤漿氣化工業裝置生產用煤為原料進行試驗。中試裝置作了以氮氣和CO2為輸送載氣的試驗。氣化溫度為1300~1400℃,氣化壓力為2.0~3.0MPa
Ⅵ 煤炭氣化技術的煤氣化工藝
煤炭氣化技術雖有很多種不同的分類方法,但一般常用按生產裝置化學工程特徵分類方法進行分類,或稱為按照反應器形式分類。氣化工藝在很大程度上影響煤化工產品的成本和效率,採用高效、低耗、無污染的煤氣化工藝(技術)是發展煤化工的重要前提,其中反應器便是工藝的核心,可以說氣化工藝的發展是隨著反應器的發展而發展的,為了提高煤氣化的氣化率和氣化爐氣化強度,改善環境,新一代煤氣化技術的開發總的方向,氣化壓力由常壓向中高壓(8.5 MPa)發展;氣化溫度向高溫(1500~1600℃)發展;氣化原料向多樣化發展;固態排渣向液態排渣發展。 固定床氣化也稱移動床氣化。固定床一般以塊煤或焦煤為原料。煤由氣化爐頂加入,氣化劑由爐底加入。流動氣體的上升力不致使固體顆粒的相對位置發生變化,即固體顆粒處於相對固定狀態,床層高度亦基本保持不變,因而稱為固定床氣化。另外,從宏觀角度看,由於煤從爐頂加入,含有殘炭的爐渣自爐底排出,氣化過程中,煤粒在氣化爐內逐漸並緩慢往下移動,因而又稱為移動床氣化。
固定床氣化的特性是簡單、可靠。同時由於氣化劑於煤逆流接觸,氣化過程進行得比較完全,且使熱量得到合理利用,因而具有較高的熱效率。
固定床氣化爐常見有間歇式氣化(UGI)和連續式氣化(魯奇Lurgi)2種。前者用於生產合成氣時一定要採用白煤(無煙煤)或焦碳為原料,以降低合成氣中CH4含量,國內有數千台這類氣化爐,弊端頗多;後者國內有20多台爐子,多用於生產城市煤氣;該技術所含煤氣初步凈化系統極為復雜,不是公認的首選技術。
(1)、固定床間歇式氣化爐(UGI)
以塊狀無煙煤或焦炭為原料,以空氣和水蒸氣為氣化劑,在常壓下生產合成原料氣或燃料氣。該技術是30年代開發成功的,投資少,容易操作,目前已屬落後的技術,其氣化率低、原料單一、能耗高,間歇制氣過程中,大量吹風氣排空,每噸合成氨吹風氣放空多達5 000 m3,放空氣體中含CO、CO2、H2、H2S、SO2、NOx及粉灰;煤氣冷卻洗滌塔排出的污水含有焦油、酚類及氰化物,造成環境污染。我國中小化肥廠有900餘家,多數廠仍採用該技術生產合成原料氣。隨著能源政策和環境的要來越來越高,不久的將來,會逐步為新的煤氣化技術所取代。
(2)、魯奇氣化爐
30年代德國魯奇(Lurgi)公司開發成功固定床連續塊煤氣化技術,由於其原料適應性較好,單爐生產能力較大,在國內外得到廣泛應用。氣化爐壓力(2.5~4.0)MPa,氣化反應溫度(800~900)℃,固態排渣,氣化爐已定型(MK~1~MK-5),其中MK-5型爐,內徑4.8m,投煤量(75~84)噸/h,粉煤氣產量(10~14)萬m3/h。煤氣中除含CO和H2外,含CH4高達10%~12%,可作為城市煤氣、人工天然氣、合成氣使用。缺點是氣化爐結構復雜、爐內設有破粘和煤分布器、爐篦等轉動設備,製造和維修費用大;入爐煤必須是塊煤;原料來源受一定限制;出爐煤氣中含焦油、酚等,污水處理和煤氣凈化工藝復雜、流程長、設備多、爐渣含碳5%左右。針對上述問題,1984年魯奇公司和英國煤氣公司聯合開發了液體排渣氣化爐(BGL),特點是氣化溫度高,灰渣成熔融態排出,炭轉化率高,合成氣質量較好,煤氣化產生廢水量小並且處理難度小,單爐生產能力同比提高3~5倍,是一種有發展前途的氣化爐。 流化床氣化又稱為沸騰床氣化。其以小顆粒煤為氣化原料,這些細顆粒在自下而上的氣化劑的作用下,保持著連續不斷和無秩序的沸騰和懸浮狀態運動,迅速地進行著混合和熱交換,其結果導致整個床層溫度和組成的均一。流化床氣化能得以迅速發展的主要原因在於:(1)生產強度較固定床大。(2)直接使用小顆粒碎煤為原料,適應採煤技術發展,避開了塊煤供求矛盾。(3)對煤種煤質的適應性強,可利用如褐煤等高灰劣質煤作原料。
流化床氣化爐常見有溫克勒(Winkler)、灰熔聚(U-Gas)、循環流化床(CFB)、加壓流化床(PFB是PFBC的氣化部分)等。
(1)、循環流化床氣化爐CFB
魯奇公司開發的循環流化床氣化爐(CFB)可氣化各種煤,也可以用碎木、樹皮、城市可燃垃圾作為氣化原料,水蒸氣和氧氣作氣化劑,氣化比較完全,氣化強度大,是移動床的2倍,碳轉化率高(97%),爐底排灰中含碳2%~3%,氣化原料循環過程中返回氣化爐內的循環物料是新加入原料的40倍,爐內氣流速度在(5~7)m/s之間,有很高的傳熱傳質速度。氣化壓力0.15MPa。氣化溫度視原料情況進行控制,一般控制循環旋風除塵器的溫度在(800~1050)℃之間。魯奇公司的CFB氣化技術,在全世界已有60多個工廠採用,正在設計和建設的還有30多個工廠,在世界市場處於領先地位。
CFB氣化爐基本是常壓操作,若以煤為原料生產合成氣,每公斤煤消耗氣化劑水蒸氣1.2kg,氧氣0.4kg,可生產煤氣 (l.9~2.0)m3。煤氣成份CO+H2>75%,CH4含量2.5%左右, CO215%,低於德士古爐和魯奇MK型爐煤氣中CO2含量,有利於合成氨的生產。
(2)、灰熔聚流化床粉煤氣化技術
灰熔聚煤氣化技術以小於6mm粒徑的乾粉煤為原料,用空氣或富氧、水蒸氣作氣化劑,粉煤和氣化劑從氣化爐底部連續加入,在爐內(1050~1100)℃的高溫下進行快速氣化反應,被粗煤氣夾帶的未完全反應的殘碳和飛灰,經兩極旋風分離器回收,再返回爐內進行氣化,從而提高了碳轉化率,使灰中含磷量降低到10%以下,排灰系統簡單。粗煤氣中幾乎不含焦油、酚等有害物質,煤氣容易凈化,這種先進的煤氣化技術中國已自行開發成功。該技術可用於生產燃料氣、合成氣和聯合循環發電,特別用於中小氮肥廠替代間歇式固定床氣化爐,以煙煤替代無煙煤生產合成氨原料氣,可以使合成氨成本降低15%~20%,具有廣闊的發展前景。
U-Gas在上海焦化廠(120噸煤/天)1994年11月開車,長期運轉不正常,於2002年初停運;中科院山西煤化所開發的ICC灰熔聚氣化爐,於2001年在陝西城化股份公司進行了100噸/天制合成氣工業示範裝置試驗。CFB、PFB可以生產燃料氣,但國際上尚無生產合成氣先例;Winkler已有用於合成氣生產案例,但對粒度、煤種要求較為嚴格,甲烷含量較高(0.7%~2.5%),而且設備生產強度較低,已不代表發展方向。 氣流床氣化是一種並流式氣化。從原料形態分有水煤漿、干煤粉2類;從專利上分,Texaco、Shell最具代表性。前者是先將煤粉製成煤漿,用泵送入氣化爐,氣化溫度1350~1500℃;後者是氣化劑將煤粉夾帶入氣化爐,在1500~1900℃高溫下氣化,殘渣以熔渣形式排出。在氣化爐內,煤炭細粉粒經特殊噴嘴進入反應室,會在瞬間著火,直接發生火焰反應,同時處於不充分的氧化條件下,因此,其熱解、燃燒以吸熱的氣化反應,幾乎是同時發生的。隨氣流的運動,未反應的氣化劑、熱解揮發物及燃燒產物裹夾著煤焦粒子高速運動,運動過程中進行著煤焦顆粒的氣化反應。這種運動狀態,相當於流化技術領域里對固體顆粒的「氣流輸送」,習慣上稱為氣流床氣化。
氣流床氣化具有以下特點:(1)短的停留時間(通常1s);(2)高的反應溫度(通常1300-1500℃);(3)小的燃料粒徑(固體和液體,通常小於0.1mm);(4)液態排渣。而且,氣流床氣化通常在加壓(通常20-50bar)和純氧下運行。
氣流床氣化主要有以下幾種分類方式:
(1)根據入爐原料的輸送性能可分為干法進料和濕法進料;
(2)根據氣化壓力可分為常壓氣化和加壓氣化;
(3)根據氣化劑可分為空氣氣化和氧氣氣化;
(4)根據熔渣特性可分為熔渣氣流床和非熔渣氣流床。
在熔渣氣流床氣化爐中,燃料灰分在氣化爐中熔化。熔融的灰分在相對較冷的壁面上凝聚並最終形成一層保護層,然後液態熔渣會沿著該保護層從氣化爐下部流出。熔渣的數量應保證連續的熔渣流動。通常,熔渣質量流應至少佔總燃料流的6%。為了在給定的溫度下形成具有合適粘度的液態熔渣,通常在燃料中添加一種被稱為助熔劑的物質。這種助熔劑通常是石灰石和其它一些富含鈣基的物質。在非熔渣氣流床氣化爐中,熔渣並不形成,這就意味著燃料必須含有很少量的礦物質和灰分,通常最大的灰分含量是1%。非熔渣氣流床氣化爐由於受原料的限制,因此工業上應用的較少。
氣流床對煤種(煙煤、褐煤)、粒度、含硫、含灰都具有較大的兼容性,國際上已有多家單系列、大容量、加壓廠在運作,其清潔、高效代表著當今技術發展潮流。
乾粉進料的主要有K-T(Koppres-Totzek)爐、Shell- Koppres爐、Prenflo爐、Shell爐、GSP爐、ABB-CE爐,濕法煤漿進料的主要有德士古(Texaco)氣化爐、Destec爐。
(1)、德士古(Texaco)氣化爐
美國Texaco(2002年初成為Chevron公司一部分,2004年5月被GE公司收購)開發的水煤漿氣化工藝是將煤加水磨成濃度為60~65%的水煤漿,用純氧作氣化劑,在高溫高壓下進行氣化反應,氣化壓力在3.0~8.5MPa之間,氣化溫度1400℃,液態排渣,煤氣成份CO+H2為80%左右,不含焦油、酚等有機物質,對環境無污染,碳轉化率96~99%,氣化強度大,爐子結構簡單,能耗低,運轉率高,而且煤適應范圍較寬。目前Texaco最大商業裝置是Tampa電站,屬於DOE的CCT-3,1989年立項,1996年7月投運,12月宣布進入驗證運行。該裝置為單爐,日處理煤2000~2400噸,氣化壓力為2.8MPa,氧純度為95%,煤漿濃度68%,冷煤氣效率~76%,凈功率250MW。
Texaco氣化爐由噴嘴、氣化室、激冷室(或廢熱鍋爐)組成。其中噴嘴為三通道,工藝氧走一、三通道,水煤漿走二通道,介於兩股氧射流之間。水煤漿氣化噴嘴經常面臨噴口磨損問題,主要是由於水煤漿在較高線速下(約30m/s)對金屬材質的沖刷腐蝕。噴嘴、氣化爐、激冷環等為Texaco水煤漿氣化的技術關鍵。
80年代末至今,中國共引進多套Texaco水煤漿氣化裝置,用於生產合成氣,我國在水煤漿氣化領域中積累了豐富的設計、安裝、開車以及新技術研究開發經驗與知識。
從已投產的水煤漿加壓氣化裝置的運行情況看,主要優點:水煤漿制備輸送、計量控制簡單、安全、可靠;設備國產化率高,投資省。由於工程設計和操作經驗的不完善,還沒有達到長周期、高負荷、穩定運行的最佳狀態,存在的問題還較多,主要缺點:噴嘴壽命短、激冷環壽命僅一年、褐煤的制漿濃度約59%~61%;煙煤的制漿濃度為65%;因汽化煤漿中的水要耗去煤的8%,比干煤粉為原料氧耗高12%~20%,所以效率比較低。
(2)、Destec(Global E-Gas)氣化爐
Destec氣化爐已建設2套商業裝置,都在美國:LGT1(氣化爐容量2200噸/天,2.8MPa,1987年投運)與Wabsh Rive(二台爐,一開一備,單爐容量2500噸/天,2.8MPa,1995年投運)爐型類似於K-T,分第一段(水平段)與第二段(垂直段),在第一段中,2個噴嘴成180度對置,藉助撞擊流以強化混合,克服了Texaco爐型的速度成鍾型(正態)分布的缺陷,最高反應溫度約1400℃。為提高冷煤氣效率,在第二階段中,採用總煤漿量的10%~20%進行冷激(該點與Shell、Prenflo的循環沒氣冷激不同),此處的反應溫度約1040℃,出口煤氣進火管鍋爐回收熱量。熔渣自氣化爐第一段中部流下,經水冷激固化,形成渣水漿排出。E-Gas氣化爐採用壓力螺旋式連續排渣系統。
Global E-Gas氣化技術缺點為:二次水煤漿停留時間短,碳轉化率較低;設有一個龐大的分離器,以分離一次煤氣中攜帶灰渣與二次煤漿的灰渣與殘炭。這種爐型適合於生產燃料氣而不適合於生產合成氣。
(3)、Shell氣化爐
最早實現工業化的乾粉加料氣化爐是K-T爐,其它都是在其基礎之上發展起來的,50年代初Shell開發渣油氣化成功,在此基礎上,經歷了3個階段:1976年試驗煤炭30餘種;1978年與德國Krupp-Koppers(krupp-Uhde公司的前身)合作,在Harburg建設日處理150t煤裝置;兩家分手後,1978年在美國Houston的Deer Park建設日處理250t高硫煙煤或日處理400t高灰分、高水分褐煤。共費時16年,至1988年Shell煤技術運用於荷蘭Buggenum IGCC電站。該裝置的設計工作為1.6年,1990年10月開工建造,1993年開車,1994年1月進入為時3年的驗證期,目前已處於商業運行階段。單爐日處理煤2000t。
Shell氣化爐殼體直徑約4.5m,4個噴嘴位於爐子下部同一水平面上,沿圓周均勻布置,藉助撞擊流以強化熱質傳遞過程,使爐內橫截面氣速相對趨於均勻。爐襯為水冷壁(Membrame Wall),總重500t。爐殼於水冷管排之間有約0.5m間隙,做安裝、檢修用。
煤氣攜帶煤灰總量的20%~30%沿氣化爐軸線向上運動,在接近爐頂處通入循環煤氣激冷,激冷煤氣量約占生成煤氣量的60%~70%,降溫至900℃,熔渣凝固,出氣化爐,沿斜管道向上進入管式余熱鍋爐。煤灰總量的70%~80%以熔態流入氣化爐底部,激冷凝固,自爐底排出。
粉煤由N2攜帶,密相輸送進入噴嘴。工藝氧(純度為95%)與蒸汽也由噴嘴進入,其壓力為3.3~3.5MPa。氣化溫度為1500~1700℃,氣化壓力為3.0MPa。冷煤氣效率為79%~81%;原料煤熱值的13%通過鍋爐轉化為蒸汽;6%由設備和出冷卻器的煤氣顯熱損失於大氣和冷卻水。
Shell煤氣化技術有如下優點:採用干煤粉進料,氧耗比水煤漿低15%;碳轉化率高,可達99%,煤耗比水煤漿低8%;調解負荷方便,關閉一對噴嘴,負荷則降低50%;爐襯為水冷壁,據稱其壽命為20年,噴嘴壽命為1年。主要缺點:設備投資大於水煤漿氣化技術;氣化爐及廢鍋爐結構過於復雜,加工難度加大。
我公司直接液化項目採用此技術生產氫氣。
(4)、GSP氣化爐
GSP(GAS Schwarze Pumpe)稱為「黑水泵氣化技術」,由前東德的德意志燃料研究所(簡稱DBI)於1956年開發成功。目前該技術屬於成立於2002年未來能源公司(FUTURE ENERGY GmbH)(Sustec Holding AG子公司)。GSP氣化爐是一種下噴式加壓氣流床液態排渣氣化爐,其煤炭加入方式類似於shell,爐子結構類似於德士古氣化爐。1983年12月在黑水泵聯合企業建成第一套工業裝置,單台氣化爐投煤量為720噸/天,1985年投入運行。GSP氣化爐目前應用很少,僅有5個廠應用,我國還未有一台正式使用,寧煤集團(我公司控股)將要引進此技術用於煤化工項目。
總之,從加壓、大容量、煤種兼容性大等方面看,氣流床煤氣化技術代表著氣化技術的發展方向,水煤漿和干煤粉進料狀態各有利弊,界限並不十分明確,國內技術界也眾說紛紜。