当今煤化工技术扫描

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当今煤化工技术扫描



煤气化炉是煤化工产业的龙头，粉煤气化技术是发展煤基化学品、煤基液体燃料、IGCC发电、多联产系统、制氢等工艺过程的共性技术和关键技术。由于合成氨、甲醇、二甲醚、煤制油、煤制烯烃等产业的快速发展，中国的煤炭气化工艺正由老式的UGI炉块煤间歇气化迅速向先进的粉煤气化工艺过渡，呈现出对各类粉煤气化技术装备的强劲需求。上世纪80年代，我国引进了鲁奇固定床、U-gas流化床、德士古气流床煤气化技术，近期又形成新一轮引进壳牌技术的热潮，世界上所有的类型煤气化技术在我国几乎都有应用。气化工艺按进料方式不同分干煤粉进料和水煤浆进料，按炉内气流方向分上行和下行两类，按换热方式分废锅型和直接水激冷型，按喷嘴的数量和布置分单喷嘴直喷和多喷嘴对喷，按气化炉内是否衬有耐火保温材料分热炉壁和水冷壁，按进料方式分一段式和两段式等等。对这些煤气化技术的评价也是众说纷纭。

德士古煤气化技术（国外）

该气化炉主要结构是水煤浆单喷嘴下喷式，大部分是采用水激冷工艺流程，但在IGCC发电项目的，也采用废锅流程。单炉容量目前最大可达日投煤量2000吨，操作压力大多采4MPa、6.5MPa，少数项目也已达到8.4MPa。我国引进该技术最早的是山东鲁南化肥厂，于1993年投产，后来又有若干厂使用，目前已有十来家。

德士古气化技术经过近30年的应用，无疑是成熟的技术。我国应用也已十多年，从技术的掌握和操作的熟练，设备的国产化和配套的耐火材料的制造都有较大优势。它的主要优点是水煤浆带来的，即较容易把压力升上去。如南化的气化炉压力达到了8.4MPa，这样就可能实现不需压缩直接合成甲醇，节省了压缩能耗。神华集团煤制油公司技术顾问陈家仁指出，德士古气化技术存在的主要不足也与水煤浆有关，水煤浆中含有40%的水，使它的热值降低。对煤质的限制变得较严格，如成浆性差的煤、灰分较高、灰熔点高的煤经济性较差；气化效率相对较低，碳转化率约为95%。比氧耗是各种气流床气化工艺中最高的，约为400标立方米/千立方米（CO+H2）；必须采用热炉壁，每炉耐火砖要50万美元，进口的要100万美元，寿命不到2年。价值15万美元的喷嘴只能运行2个月左右就要拆下修理。

壳牌煤气化技术（国外）

该气化炉主要结构是干煤粉多喷嘴上行废锅气化，都采用冷炉壁，冷煤气回炉激冷热煤气，煤气冷却都用废锅。中国石油和化学工业规划院院长顾宗勤认为，壳牌气化技术的主要优点，一是干煤粉进料，对所用煤种适应性广；二是气化温度高，达1400～1500℃，碳转化率高，可达98%左右，产品气中甲烷含量低，有效气含量高达90%；三是与德士古气化炉相比，氧耗可降低15％～20％；四是单炉生产能力大，日投煤达达2000吨；五是气化炉采用水冷壁，无耐火砖衬里，维护工作量小；六是气化废水处理简单，可以做到零排放。由于它的这些优点，吸引了国内一些企业纷纷引进，目前已有十余家。本工艺的最大缺点是投资高，设备造价过高；合成气换热采用废锅形式增加了投资，对需要水蒸汽成分的化工生产来看直接用水激冷更合理；干燥、磨煤、高压氮气及回炉激冷用合成气的加压所需的功耗较大等。

GSP煤气化技术（国外）

该气化炉主要结构是单喷嘴下喷式干煤粉加压气流床气化，根据煤气用途不同可用直接水激冷，如化工合成气用户。也可用废锅回收热量，产生高压蒸汽，如IGCC发电用户。GSP煤气化技术是由德国西门子集团拥有的，2005年5月西门子集团与中国神华宁煤集团合资成立了负责中国业务的地区公司，中德双方各占50%的股份。截至2006年5月，国内已签定了4份GSP技术转让合同：宁夏煤业集团83万吨/年二甲醚项目的一期60万吨/年甲醇气化岛项目，安徽淮化集团30万吨/年合成氨气化岛项目，江苏灵谷化工有限公司30万吨/年合成氨气化岛项目，神华宁煤集团52万吨/年煤制烯烃项目的167万吨/年甲醇气化岛项目。GSP气化工艺技术主要优点：采用了干煤粉进料、水冷膜壁，既扩大了煤种范围，又避开了耐火砖的麻烦。下喷的直接水激冷使其设备造价大幅度下降，激冷后合成气中的水蒸气也基本能满足后工段变换使用。有专家认为GSP气化技术存在的主要问题是，在单炉能力和生产长期运行考验方面还存在不足，目前已运行过的装置，单炉能力只有日投褐煤720吨的规模，运行时间的记录也不是很长；GSP炉燃烧室的高径比偏小，可能出现煤粉燃烧不完全就排到激冷室的现象；炉子在放大时，一般单喷嘴容易受到限制，这也是应该考虑的问题。

多喷嘴对置式气化技术（国内）

本项技术是“九五”期间由华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司合作开发的。2000年10月通过原国家石油和化学工业局组织的鉴定和验收。示范装置为兖矿国泰化工有限公司，建成两套日投煤1150吨的气化炉，操作压力4.0MPa，生产24万吨/年甲醇，联产71.8MW发电。装置已于2005年10月投入运行。第二个项目是应用在华鲁恒升化工股份有限公司大氮肥国产化工程，建设一套多喷嘴对置式水煤浆气化装置，日投煤750吨，操作压力6.5MPa，装置已于2005年6月初投入运行。

总体上讲，该装置改引进的德士古炉单喷嘴为对置式多喷嘴，强化了热质传递，碳转化率达到98%以上，气化效果优于引进的德士古炉。陈家仁在谈到该炉时认为：炉顶部高径比设计上取得过小，导致顶部的耐火砖侵蚀较快，有待改进。当然这种技术还是用水煤浆，还要用耐火砖，水煤浆气化本身的弊病如效率较低、氧耗高、对煤质要求高、耐火砖寿命短、喷嘴寿命不长等，难有根本性的改变，多喷嘴多路控制系统还增加了设备投资和维修工作量。

灰融聚煤气化技术（国内）

这是国内自主研发的第二代新型煤气化技术，具有原料适应性广，投资费用低的特点，可用于化工合成气，民用和工业炉窑燃料气、发电燃料气的生产。该工艺为流化床气化，下部有一灰融聚区，对煤粉细度要求不高，为10毫米左右。而壳牌等气流床炉要求煤粉细度0.1毫米，磨煤能耗较大。2001年灰融聚技术气化在陕西城固化肥厂建成了工业化装置，单炉年产合成氨2万吨、日投煤量100吨的装置，炉径下2.4米，上3.6米。投运以来运行效果较好，已进行6种煤的试烧，焦炭粉、烟煤粉煤、无烟煤粉煤、高硫煤粉煤等也可使用，碳转化率大于90%，粉煤粒径要求小于6毫米。2004年底，国家发改委为促进灰融聚煤气化技术大型化，将灰融聚煤气化技术列为氮肥行业原料结构调整5种煤气化示范技术之一，安排天津碱厂等示范项目的建设。2006年上半年，我国第一套大型常压灰融聚煤气化装置---两台单炉日投煤量200吨气化炉在天津碱厂投入运行。该炉炉径3.2米，内衬耐火材料，反应温度1050℃，粉煤粒径要求小于10毫米。天津碱厂在建设该项目中，经过40多次开停车摸索实践，实施了400多项技术和设备改造创新，使该装置在安全、稳定、长周期、连续运行方面取得了突破性进展，实现了单炉连续运行45天、装置连续运行145天、累计运行300天的良好业绩，标志着我国自主研发的煤气化技术大型化迈上了新的台阶。

目前灰融聚煤气化炉主要问题是常压操作，单炉生产能力提不高，目前单炉能力为年产合成氨4万吨左右，比较适合于现有小氮肥厂的改造，实现原料煤本地化。据了解，技术开发单位正研制加压灰融聚煤气化炉，预计操作压力为1MPa、单台炉日投煤量在500~1000吨的气化炉今年底可在山西丰喜肥业（集团）股份有限公司建成。灰融聚气化另一个不足是流化床气化，气化效率不及气流床。

多元料浆气化技术（国内）

多元料浆气化技术（MCSG）是由西北化工研究院开发的大型煤气化技术，其研究开始于20世纪60年代后期，经历了实验室探索研究和基础研究、“六五”、“七五”和“八五”期间承担国家科技攻关计划、“九五”期间承担中石化科技开发项目和“十五”期间承担国家科技部科研院所技术开发专项等不同阶段，在完成中间试验和工业化示范试验基础上，于2001年实现工业应用。该技术采用湿法气流床气化概念，以煤、石油焦、石油沥青等含碳物质和油（原油、重油、渣油等）、水等经优化混配形成多元料浆，料浆与氧通过喷嘴混合后瞬间气化，具有原料适应性广、气化指标先进、技术成熟可靠、投资费用低等特点，整套工艺以及料浆制备、添加剂技术、喷嘴、气化炉、煤气后续处理系统等已获得8项国家专利。目前，多元料浆气化技术已在十多套工业装置上应用，包括30万吨/年合成氨、20万～60万吨/年甲醇和50万吨/年煤制油装置，已有三套工业装置平稳运行。采用该技术的工业装置，料浆浓度最高达68.5%，单炉日投煤量750～1800吨，气化压力1.3～6.5MPa，有效气体含量80%～86%，比氧耗400m3/1000m3(CO+H2)，冷煤气效率约76%。多元料浆气化技术是目前推广业绩最好的国内大型煤气化技术。