煤化工与航天煤气化技术.doc

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1、煤化工与航天煤气化技术北京航天万源煤化工工程技术有限公司2010年9月26日目 录1、煤炭资源与利用2、煤化工及其关键技术3、煤气化技术综述4、航天煤气化技术特点及与主要煤气化技术比较5、航天煤气化技术应用（1）煤制合成氨/甲醇/烯烃（2）煤制天然气（3）煤制合成油（4）IGCC发电6、航天煤气化技术核心设备（1）气化炉（2）气化炉燃烧器（3）特种阀门（4）特种泵7、航天煤气化技术发展（1）日处理煤1500、2000吨炉型研制（2）6.5MPa粉煤气化炉（3）褐煤干燥技术（4）节水技术8、知识产权及专利9、国家煤化工产业政策10、航天煤气化获奖情况1、煤炭资源与利用能源是经济社会发展的重要物质

2、基础，能源的稳定供给是经济增长的基本保证因素。到目前为止，支撑经济社会发展的仍然是传统的化石能源，即：石油、煤炭、天然气。核能、太阳能、风能、地热能、潮汐能等新兴能源虽然发展前景广阔，但在可预见的未来，还不能替代传统的化石能源。中国是富煤、贫油、少气的国家。在已探明的可开采化石能源地质储量中，煤炭占95.5，石油占4，天然气占0.5%。2009年中国煤炭资源探明储量1.3万亿吨,预计总储量达5.57万亿吨，居世界第一; 石油资源量约为1040亿吨，石油最终可采资源量135亿160亿吨，居世界第九位;天然气资源量约54万亿立方米,天然气最终可采资源量10万亿12万亿立方米，占全球天然气资源比例非

3、常小。具有富煤、缺油、少气的资源分布特点，客观上决定了我国的能源格局以煤炭为主。煤炭是中国的主要能源。目前中国的一次能源构成，煤炭占71，石油占22，天然气占3，水电占4。煤炭在我国主要用于（1）电力工业煤炭提供了70%的发电燃料。“十一五”期间，随着国家宏观调控成效的进一步显现，高耗能产业增速趋缓，发电量将逐步回落到正常水平。2006年到2009年煤电发电量分别为2.28万亿、2.42万亿、2.5万亿、2.55万亿千瓦时。随着新增发电机组的大型化，发电煤耗将逐步下降，2010年发电煤耗将由2005年345克千瓦时下降到333克千瓦时。2006年至2010年电力工业煤炭需求量分别为12.1亿、

4、12.9亿、13.4亿、13.8亿和14.1亿吨。（2）化学工业煤炭提供了60%的化工原料化学工业用煤主要是氮肥厂生产合成氨用煤炭作为原料，以及供热等燃料煤，目前合成氨耗煤量约占64%。2005年合成氨产量4500万吨，化学工业用煤9600万吨。我国甲醇产量也将继续快速增长，2010年将达到1200万吨左右。新增甲醇产量的70%以煤为原料，新增煤炭需求1500万吨左右。预测2010年新增二甲醚产量400万吨左右，新增煤炭需求1100万吨左右。2006年至2010年化学工业煤炭需求量，分别为1.02亿、1.08亿、1.18亿、1.3亿和1.4亿吨（3）民用原料煤炭提供了80%的民用原料，主要用于

5、钢铁工业和建材工业。钢铁工业消费煤炭主要是炼焦用煤、燃料煤和高炉喷吹用煤。2006年至2010年钢铁工业煤炭需求量，分别为2.55亿、2.66亿、2.76亿、2.83亿和2.9亿吨。建材工业水泥、墙体材料和石灰的煤炭消费量占建材工业耗煤量的95%以上，2006年至2010年建材工业煤炭需求量将维持在2.9亿吨左右。以煤为原料，生产可替代石油的洁净能源和化工产品，发展新型煤炭-能源-化工一体化产业将在我国能源的可持续利用中发挥重要作用，是今后二三十年内的重要发展方向，煤气化技术的产业化发展对发挥我国的资源比较优势，延长煤炭产业链，推动资源开发和高效利用、促进国家实现清洁生产和节能减排的目标有着巨

6、大的作用，对提高煤炭生产地区的新型产业建设、发展区域经济、实现资源开发区域循环经济发展有重大意义。2、煤化工及其关键技术 相对于石油化工，煤化工就是指以煤为原料，生产合成氨、甲醇/二甲醚、乙二醇、天然气、合成油、烯烃以及醋酸、聚甲醛等下游产品的化学工业。 以煤为原料，发展化学工业，首先必须将煤炭气化。“煤气化”就是将煤炭与氧气在有蒸汽的条件下，进行欠氧燃烧，从而将固态的煤炭转变成气态的氢气和一氧化碳混合气体。通过“煤气化”，将煤中的灰分变成了无害的建筑材料灰渣，煤中的硫被回收成硫磺，煤气化过程中产生的二氧化碳通过净化装置，回收利用，其他微量有害成分如氢氰酸等通过灰渣水的处理变得无害，从而达到了

7、洁净高效利用煤炭的目的。“煤气化技术”是发展煤化工的关键技术。生成的氢气和一氧化碳混合气体作为下一步生产化工产品的原料：l 生产合成氨、甲醇、二甲醚，关键技术是合成工艺、催化剂和合成设备。目前已经全部国产化。l 生产乙二醇，国内江苏丹化集团已经开发出该项技术，正在进行20万吨/年工业装置示范。l 生产天然气，关键技术是合成催化剂，目前主要由英国戴维公司和丹麦托普索公司提供，国内还没有掌握。l 生产合成油，属于间接法合成油技术，目前国内中科合成油公司技术已经达到工业化应用阶段，国外南非萨索公司的合成油技术上世纪70年代就已经达到大规模工业化阶段。l 生产烯烃，首先生产甲醇，再转化为乙烯或丙烯。该

8、项工艺技术及催化剂技术主要由道化学等国外公司提供，国内大连化物所进行了多年的研发，目前还没有工业应用业绩。l 生产醋酸、聚甲醛等产品，先进的工艺技术主要掌握在国外专利商如丹麦托普索、美国孟山都、美国杜邦公司手里。一氧化碳和氢气的混合气体，还可以作为燃气轮机的燃料发电，从而形成IGCC发电模式。IGCC发电的关键技术是煤气化技术和燃气轮机技术。其中，燃气轮机技术主要掌握在美国GE公司手里，国内南京汽轮机厂有小型的燃气轮机，大型燃气轮机还需要依赖GE公司进口，是制约我国发展IGCC的瓶颈。3、煤气化技术综述（1）发展历史第一代煤气化技术以常压固定层煤气化炉为代表，始于20世纪20年代。20世纪30

9、-50年代，加压固定床鲁奇炉、常压温克勒沸腾炉、常压气流床K-T炉实现工业化。20世纪60年代，由于石油和天然气资源的开发，导致制取合成气的原料转向石油和天然气，煤气化技术的发展受阻。20世纪70年代，由于全球石油危机，又促进了煤气化技术的发展。世界各国广泛开展煤气化技术研究。迄今为止，已开发及处于研究发展中的气化方法不下百种。第二代煤气化技术的开发始于20世纪60年代。20世纪80年代，开发的煤气化技术有德士古加压水煤浆技术；熔渣鲁奇炉；高温温克勒炉；干粉加压气化炉。第二代气化技术的特点：n 提高气化炉操作压力和温度n 提高单炉生产能力n 扩大原料煤的品种和粒度使用范围n 改善生产经济技术指

10、标n 提高环境质量，满足环保要求国际上煤气化技术的发展趋势是以干煤粉和水煤浆为原料，以高温高压操作的气流床和流化床炉型为主。（2）煤炭气化技术分类按生产装置化学工程特征分类方法分类，分为：固定床、流化床、气流床、熔融床、地下煤炭气化五类。按操作压力分为常压和加压。由于加压气化具有生产强度高、对燃气输配和后续化学加工具有明显的经济性的特点，因此，加压气化是发展趋势。按残渣排出形式分为固态排渣和液态排渣。（3）煤炭气化技术特点n 固定床也称为移动床。固定床一般以块煤或煤焦为原料。煤由气化炉顶加入，气化剂由炉底送入。流动气体的上升力不致使固体颗粒的相对位置发生变化，即：固体颗粒处于相对固定的状态，床

11、层高度亦基本上维持不变，因而，称为固定床。另外，由于煤从炉顶加入，含有残碳的灰渣从炉底排出，气化过程中，煤颗粒在气化炉内逐渐缓慢向下移动。因而，又称为移动床气化。固定床气化的特性是简单、可靠。n 流化床又称为沸腾床。以小颗粒煤为气化原料。这些细颗粒在自下而上的气化剂的作用下，保持着连续不断和无序的沸腾和悬浮状态运动，迅速地进行着混合和热交换。其结果导致整个床层温度和组成的均一。流化床特点是生产强度比固定床大；直接使用小颗粒碎煤为原料，适应采煤技术发展，避开了块煤供需矛盾；可利用褐煤等高灰劣质煤为原料，对煤质适应性强。n 气流床是一种并流式气化。以煤粉或煤粉制成的煤浆为原料。煤粉颗粒70%要通过

12、200目筛孔。气化剂为氧气和蒸气。残渣以熔渣形式排出气化炉。在气化炉内，煤粉颗粒与气化剂经特殊喷嘴进入气化室。瞬间着火，发生火焰反应。其热解、燃烧、吸热的气化反应几乎同时发生。随气流的运动，未反应得气化剂、热解挥发物及燃烧产物裹挟着煤焦粒子高速运动，运动过程中进行着煤焦颗粒的气化反应。这种运动形态，相当于对固体颗粒的气流输送，称为气流床气化。n 熔融床特点是有一个温度较高，一般1600-1700的高度稳定的熔池，粉煤和气化剂以切线方向高速喷入熔池内，池内熔融物保持高速旋转。此时，气、液、固三相密切接触，在高温条件下完成气化反应。该技术还没有完全商业化。n 地下煤炭气化研究历史很长，但还未见可靠

13、的实际应用。我国采用较多的是常压固定层气化、加压鲁奇气化、水煤浆加压气化、粉煤加压气化等。主要气化技术汇总表类型气化技术名称排灰进料气化压力MPa干法熔聚液态块煤碎煤干煤粉水煤浆常压0.31.04.06.5-8.9固定床Thyssen GalacsyUGI（间歇式气化炉）变压气化炉Woodall Duckham-GasLurgi（鲁奇炉）BGC-Lurgi（液态排渣）Lurgi Ruhrloo两段气化炉流化床Winkler（温克勒炉）HTW（高温温克勒）CO2-Acceper气化炉CFBC（循环流化床炉）Battelle-CarbideWestinghouse（西屋）HygasBigasSyn

14、thaneU-gas灰熔聚炉气流床Koppers-TotzekBabcock-WilcoxTexaco（TCGP）德士古E-gas四喷嘴水煤浆多元料浆PrenfloGSPShell（SCGP）壳牌热工院两段炉HT-L航天煤气化技术熔融床Otto-RummelSaarberg-Otto4、航天煤气化技术特点及与主要煤气化技术比较4.1 常压固定层煤气化技术常压固定层煤气化技术是从上个世纪60年代就在我国氮肥企业广泛采用的煤气化技术。在我国400多家氮肥企业中，90%为生产能力在20万吨/年合成氨以下的中小氮肥企业，工艺都是采用这种常压固定层煤气化技术，生产的氮肥产量占国内氮肥产量的60%以上。常

15、压固定层煤气化技术效率低、污染严重，所用的无烟块煤原料紧缺，成本剧增，很多采用该技术的中小氮肥企业面临亏损和倒闭的困境，急需煤气化技术更新。4.2 美国GE公司的德士古水煤浆气化技术该技术利用部分煤炭能够成浆的特点，将煤炭制成水煤浆后在气化炉内气化，得到氢气和一氧化碳混合气体。主要特点是：l 技术先进；l 对煤种要求高。国内只有神府、华亭、鹤岗等少数地区的煤炭可以用作其原料，难以实现原料煤本地化，难以大面积推广；l 运行费用和专利费用高。 4.3荷兰壳牌公司的粉煤气化技术该技术首先把煤炭制成煤粉，再在气化炉内气化，得到氢气和一氧化碳混合气体。主要特点是：l 技术先进；l 对煤种要求低，可实现原

16、料煤本地化；l 投资大，运行费用和专利费用高，难推广。4.4德国未来能源公司的粉煤气化技术该技术也是首先将煤炭制成煤粉，再在气化炉内气化，得到氢气和一氧化碳混合气体。主要特点是：l 处于研发和推广阶段，部分技术落后或有待验证；l 投资大，运行费用和专利费用高，难以推广。4.5 四喷嘴水煤浆气化技术四喷嘴水煤浆气化技术由华东理工大学和兖矿集团联合开发，目的是打破德士古水煤浆气化工艺的技术垄断，其核心是将德士古水煤浆气化炉单喷嘴顶部燃烧改成四喷嘴侧向对称燃烧。由于该技术是德士古技术的改造版，没有克服其缺点，因此，难以大面积推广。4.6灰融聚气化技术该技术也是粉煤气化技术，由西北化工研究院研制，目前

17、处于研发阶段。由于其气化压力和气化温度很低，造成碳转化率低、消耗高，与先进的煤气化技术有很大差距。4.7航天煤气化技术充分利用了当今世界两大先进煤气化技术的优点。通过中国石油化工协会鉴定：总体技术水平处于国际领先。主要特点是：l 具有自主知识产权；l 技术先进，所有设备国产，运行和投资费用低；l 对煤种要求低，可实现原料煤本地化，易于推广。5、航天煤气化技术应用 煤气化技术是所有现代煤化工产业中最核心的技术之一，如下图所示：煤气化CO+H2煤脱硫变换+脱硫IGCCCO:H2=1:2CO:H2=1:3H2:100%合成氨煤制天然气甲醇、二甲醚汽、柴油乙烯、丙烯、其他比例不变（1）煤制合成氨/甲醇

18、在煤制化肥（合成氨）或甲醇行业若采用航天煤气化技术，具有投资低、成本低和原料煤本地化的优势。下表为60万吨/年合成氨或甲醇规模气化岛的投资比较：名 称HTLShellTexaco专有技术费(含基础工艺包费)280067005700气化装置6000012500054000空分装置280002800034000合计（万元）9080015970093700产品的完全成本随煤价的变化而变化，但一般比采用壳牌和德士古技术的产品成本低200-300元/吨（市场产品平均成本一般在2300元/吨）。（2）煤制天然气 现煤制天然气规模一般为每期20亿Nm3/年SNG，按此规模投资比较为：名 称HTLShellT

19、exaco鲁奇全厂投资（亿元）116150126108 虽然采用鲁奇炉制天然气投资较低，但由于污染问题难于处理，现大集团一般不考虑采用该技术。 成本随煤价变化（采用航天煤气化技术），大致为：煤价格（元/吨）135200300400天然气成本（元/Nm3）0.981.241.551.86（3）煤制合成油 一般规模为每套180万吨/年，投资约200亿元。需要日处理煤1500吨的航天炉13台，气化和空分的投资为60亿元。成本为40006000元/吨（对应煤价150400元），目前成品油市场价格在8000元/吨左右，若在新疆建设煤制油项目，由于其煤价低，合成油的成本也最低。（4）IGCC发电随着我国国

20、民经济的增强及对能源重要性的认识越来越深刻，IGCC模式发电必将得到普及，有专家预测，我国将在510年内开始大量应用IGCC模式发电，这对HT-L煤气化技术应用到电力行业是非常好的时机。 一个60万千瓦的机组，若采用航天煤气化技术，气化和空分的投资23亿元，全厂投资约54亿元。由于IGCC投资比火电大，成本比火电高，需政府导向。6、航天煤气化技术核心设备（1）气化炉处理煤量： 750-2000吨/天小时产气量： 170000Nm3/h(co+H2)比氧耗： 310Nm3O2/1000Nm3(co+H2)比煤耗： 490kg/1000Nm3(co+H2)有效气成分CO+H2： 92%碳转化率：

21、99%冷煤气效率： 84%气化炉操作温度： 1400-1900气化炉操作压力： 4MPa（2）气化炉燃烧器处理煤量： 750-2000吨/天操作压力： 5MPa设计温度： 14001900介质： 煤粉、氧气、水蒸气 （3）特种阀门系列金属硬密封球阀系列，金属硬密封切断阀系列，高压粉煤切断阀系列，粉煤调节阀系列。（4）特种泵系列中压锅炉循环水泵系列，密封冲洗水泵系列，洗涤塔给料泵系列，烧嘴冷却水泵系列。 7、航天煤气化技术发展（1）做好日投煤量1500吨、2000吨炉型的研制日投煤量1500吨炉型的气化炉将于2010年7月左右投产，在此之前尽一切努力做好研发和技术保障工作，该型气化炉也将是航天炉

22、应用于煤制天然气行业的主力炉型。日投煤量2000吨的炉型将主要用于煤制油行业，详细设计图纸将于今年完成。（2）6.5MPa级气化炉将在2至3年内完成更大规模更高压力炉型的研发和制造，2011年一季度将完成试验工作，然后建示范装置，该炉型若成功投产，将为煤化工项目的节能降耗做出更大贡献，确保航天煤气化技术在世界范围内的技术优势。（2）褐煤干燥技术研发与航天煤气化技术结合的褐煤干燥技术，在一定时间内努力完成褐煤在航天炉中的试烧工作。（3）节水技术在大型的煤化工项目中，水资源的节约对项目立项起着至关重要的作用，公司正在研发针对该类项目的节水技术。8、知识产权及专利目前，航天粉煤加压气化技术专利，发明

23、及实用新型专利共计33项，其中已经授权发明专利6项、实用新型专利11项；已经受理的发明专利、实用新型专利13项（包括3项国际发明专利）。9、国家煤化工产业政策u 具有纲领性意义的煤化工产业发展政策和煤化工产业中长期发展规划在2008年年中已修订完毕，并上报国家发改委和国家能源局，上述文件中明确指出，煤化工制品将成为我国最主要的能源替代产品。随着而来的国际金融危机使得上述文件推迟发布，但国家合理引导、大力发展现代煤化工的总的政策和方向没变。u 2009年9月26日，国务院发布关于抑制部分行业产能过剩和重复建设引导产业健康发展的若干意见（国发200938号），“意见”明确指出钢铁、水泥、煤化工、多

24、晶硅、风电设备、平板玻璃等六大行业产能过剩，“对合成氨和甲醇实施上大压小、产能置换等方式，降低成本、提高竞争力。稳步开展现代煤化工示范工程建设，今后三年原则上不再安排新的现代煤化工试点项目”。u 2009年底，煤的洁净利用作为国家大力发展的“新能源产业”之一被列入“七大战略性新兴产业”。即将出台的规划我国未来能源走向的新兴能源产业规划中关于煤的洁净利用（如煤制天然气、IGCC发电）也给出了明确的方向。u 2009年国务院下发的十大产业振兴规划之一的石化产业调整和振兴规划中明确提出要在大型粉煤制合成氨等成套技术装备实现本地化。稳步开展煤化工示范，重点抓好现有煤制油、煤制烯烃、煤制二甲醚、煤制甲烷

25、气、煤制乙二醇等五类示范工程，探索煤炭高效清洁转化和石化原料多元化发展的新途径。u 工业和信息化部、科学技术部、财政部和国务院国有资产监督管理委员会四部委以坚持国家战略需求和市场需求相结合、坚持产业链上下游协调发展原则联合发布的重大技术装备自主创新指导目录(2009年版)中对大型煤化工成套设备产业化发展提出了明确的要求。u 2009年，财政部、国家发展改革委、工业和信息化部、海关总署、国家税务总局、国家能源局联合发布的关于调整重大技术装备进口税收政策的通知中，粉煤气化炉作为国家支持发展的重大技术装备和产品列入大型煤化工装备。10、航天煤气化获奖情况u 2009年10月28日，中国石油和化学工业

26、协会组织有关专家在北京召开了“HT-L-40航天粉煤加压气化技术”科技成果鉴定会。鉴定委员会认为：“航天煤气化技术装置操作简便、维护方便，煤种适应性广、投资费用和运行成本低、开工率高、气化炉的故障率低。该技术拥有自主知识产权，总体技术水平处于国际领先。”u 2009年12月，航天粉煤加压气化技术被列入国家发改委24号公告国家重点节能技术推广目录u 2010年3月，航天粉煤加压气化技术被列入工业和信息化部“工信部节2010104号关于印发聚氯乙烯等17个重点行业清洁生产技术推行方案的通知氮肥行业清洁生产技术推行方案”u 2010年7月，在中国氮肥工业协会组织的2007-2010年年氮肥、甲醇行业技术进步奖 评选活动，经专家组的严格评审，HT-L-40航天粉煤加压气化技术被评为2007-2010年氮肥、甲醇行业技术进步特等奖 ，这是该协会近些年来首次在全行业评出特等奖。