各种煤气化技术介绍.ppt

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1、煤气化技术,晋煤金石技术处,结构模型,煤炭：复杂的有机含碳矿物（从褐煤到无烟煤），以碳为主，主要成份为C，H，O，N，S；高度芳香化；多少不等的 无机矿物。,煤,以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等做气化剂，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为气体燃料的过程。,条件：气化炉、气化剂、热量,原理,煤气化原理,煤气化是发展煤基液体燃料合成、先进的IGCC发电、多联产系统、制氢、燃料电池、直接还原炼铁等过程工业的基础。,煤气化过程,CnHmOxNySz,煤气化的过程（固定床为例）,COCO2CH4H2NH3HCNH2SCOS,气化分类,煤气化发展史,18世纪后

2、半叶 用煤生产民用煤气 欧洲采用干馏方法生产干馏煤气用于城市街道照明1840年 用焦炭制发生炉煤气用于炼铁1857年 德国Siemens兄弟最早开发出用块煤生产煤气的炉子1875年 用增热水煤气作城市煤气1882年 德国设计了世界第一台常压固定床空气间歇气化炉1913年 美国气体改进公司对德国的气化炉进行改进，成为UGL炉1921年 用合成气发电在当时属于高效的发电方式，英国成立能源 气体公司。这一时期出现了Lurgi气化工艺（移动床）,1932年 采用合成气通过费-托合成（Fischer-Tropsch）合成法生产液体 燃料活的成功，带动了煤气化工艺的发展1934年 上海建成第一座煤气厂，用

3、立式炉和增热水煤气炉生产城市煤气。同年，德国鲁尔化学公司创建第一个F-T合成油厂,移动床的最大问题是不能解决细煤的气化，流化床气化工艺出现，问题迎刃而解。最著名的流化床是Winkler，大量用于合成氨工业。气化炉在高温下运行使气化技术得到进一步提高。由于温度高，煤灰被融化以液态方式排出。在高温、氧气气化和液态排渣的经验上，气流床气化炉应运而生。最早的气流床是德国的Koppers-Totzek（K-T炉），出现于20世纪50年代。70年代Texaco水煤浆加压气化技术的工业化，大大推进了大型煤气化技术的发展。,中国于20世纪30至40年代引进UGI炉，1950年后改烧无烟煤，主要用于制氨和甲醇，

4、最多时候有千余家使用数千台炉子，主要原料是无烟煤和土焦。当时，UGI炉所生产出来的甲醇大约占全国煤基氨厂总产量的9/10以上。60年代至今，实现工业化的技术有水煤浆气化（Texaco）、碎煤加压气化（Lurgi）、灰熔聚流化床气化以及干粉加压气化（Shell）。,国内情况,三种床的模型,移动床及其炉内料层温度分布,移动床,固定床气化一般采用一定块径的块煤（焦、半焦、无烟煤）或成型煤为原料，与气化剂逆流接触，用反应残渣（灰渣）和生成气的显热，分别预热入炉的气化剂和煤，固定床气化炉一般热效率较高。多数固定床气化炉采用转动炉箅把灰渣从炉底排出，也有采用熔融排渣的固定床气化炉。,A 灰渣层 灰渣层中的

5、灰是煤炭气化后的固体残渣，煤灰堆积在炉底的气体分布板上具有以下三个方面的作用。,由于灰渣结构疏松并含有许多孔隙，对气化剂在炉内的均匀分布有一定的好处。煤灰的温度比刚入炉的气化剂温度高，可使气化剂预热。灰层上面的氧化层温度很高，有了灰层的保护，避免了和气体分布板的直接接触，故能起到保护分布板的作用。,灰渣层对整个气化操作的正常进行作用很大，要严格控制。根据煤灰分含量的多少和炉子的气化能力制定合适的清灰操作。灰渣层一般控制在100400mm较为合适，视具体情况而定。如果人工清灰，要多次少清，即清灰的次数要多而每次清灰的数量要少，自动连续出灰效果要比人工清灰好。清灰太少，灰渣层加厚，氧化层和还原层相

6、对减少，将影响气化反应的正常进行，增加炉内的阻力；清灰太多，灰渣层变薄，造成炉层波动，影响煤气质量和气化能力，容易出现灰渣熔化烧结，影响正常生产。灰渣层温度较低，灰中的残碳较少，所以灰渣层中基本不发生化学反应。,B 氧化层 也称燃烧层或火层，是煤炭气化的重要反应区域，从灰渣中升上来的预热气化剂与煤接触发生燃烧反应，产生的热量是维持气化炉正常操作的必要条件。氧化层带温度高，气化剂浓度最大，发生的化学反应剧烈，主要的反应为：,C+O2 CO2C+O2 COCO+O2 CO2,上面三个反应都是放热反应，因而氧化层的温度是最高的。考虑到灰分的熔点，氧化层的温度太高有烧结的危险，所以一般在不烧结的情况下

7、，氧化层温度越高越好，温度低于灰分熔点的80120为宜，约1200左右。氧化层厚度控制在150300mm左右，要根据气化强度、燃料块度和反应性能来具体确定。氧化层温度低可以适当降低鼓风温度，也可以适当增大风量来实现。C 还原层 在氧化层的上面是还原层，赤热的炭具有很强的夺取水蒸气和二氧化碳中的氧而与之化合的能力，水（当气化剂中用蒸汽时）或二氧化碳发生还原反应而生成相应的氢气和一氧化碳，还原层也因此而得名。还原反应是吸热反应，其热量来源于氧化层的燃烧反应所放出的热。还原层的主要化学反应如下：,C+CO2C+H2OC+H2O,CO CO+H2CO2+H2,C+H2CO+H2CO+H2CO2+H2,

8、CH4CH4+H2OCH4+CO2CH4+H2O,由上面的反应可以看出：反应物主要是碳、水蒸气、二氧化碳和二次反应产物中的氢气；生成物主要是一氧化碳、氢气、甲烷、二氧化碳、氮气（用空气怍气化剂时）和未分解的水蒸气等。常压下气化主要的生成物是一氧化碳、二氧化碳、氢气和少量的甲烷，而加压气化时的甲烷和二氧化碳的含量较高。还原层厚度一般控制在300500mm左右。如果煤层太薄，还原反应进行不完全，煤气质量降低；煤层太厚，对气化过程也有不良影响，尤其是在气化黏结性强的烟煤时，容易造成气流分布不均，局部过热，甚至烧结和穿孔。习惯上，把氧化层和还原层统称为气化层。气化层厚度与煤气出口温度有直接的关系，气化

9、层薄出口温度高；气化层厚，出口温度低。因此，在实际操作中，以煤气出口温度控制气化层厚度，一般煤气出口温度控制在600左右。,D 干馏层 干馏层位于还原层的上部，气体在还原层释放大量的热量，进入于馏层时温度已经不太高了，气化剂中的氧气已基本耗尽，煤在这个过程历经低温干馏，煤中的挥发分发生裂解，产生甲烷、烯烃和焦油等物质，它们受热成为气态而进入干燥层。干馏区生成的煤气中因为含有较多的甲烷，因而煤气的热值高，可以提高煤气的热值，但也产生硫化氢和焦油等杂质。,E 干燥层 干燥层位于干馏层的上面，上升的热煤气与刚入炉的燃料在这一层相遇并进行换热，燃料中的水分受热蒸发。一般地，利用劣质煤时因其水分含量较大

10、，该层高度较大，如果煤中水分含量较少，干燥段的高度就小。脱水过程大致分为以下三个阶段。第一阶段，如前所述，煤中的水分分外在水分和内在水分。干燥层的上部，上升的热煤气使煤受热，首先使煤表面的润湿水分即外在水分汽化，这时煤微孔内的吸附水即内在水分同时被加热。随燃料下移温度继续升高。第二阶段，煤移动到干燥层的中部，煤表面的外在水分已基本蒸发干净，微孔中的内在水分保持较长时间，温度变化不大，继续汽化，直至水分全部蒸发干净，温度才继续上升，燃料被彻底干燥。,第三阶段，燃料移动到干燥层的下部时，水分已全部汽化，此时不需要大量的汽化热，上升的热气流主要是来预热煤料，同时煤中吸附的一些气体如二氧化碳等逸出。,

11、F 空层 空层即燃料层的上部，炉体内的自由区，其主要作用是汇集煤气，并使炉内生成的还原层气体和干馏段生成的气体混合均匀。由于空层的自由截面积增大，使得煤气的速度大大降低，气体夹带的颗粒返回床层，减小粉尘的带出量。控制空层高度一是要求在炉体横截面积上要下煤均匀，下煤量不能忽大忽小；二是要按时清灰。,UGI型水煤气发生炉,UGI气化炉,UGI炉用空气生产空气煤气或以富氧空气生产半水煤气时，可采用连续操作方式，即气化剂从气化炉底部连续进入，生成气从顶部引出；以空气、蒸汽为气化剂制取半水煤气或水煤气时，一般采用间歇式操作方法。在我国目前近4000台UGI气化炉中，除少数用连续式操作生产发生炉煤气（即空

12、气煤气）外，绝大部分采用间歇式操作生产半水煤气或水煤气。UGI炉的优点是设备结构简单，易于操作，投资低，一般不用氧气做气化剂，冷煤气效率较高。其缺点是生产能力低，一般每平方米炉膛面积半水煤气发生量仅约lOOO立方米/h；对煤种的要求非常严格；间歇操作时工艺管道非常复杂。从气化技术发展的角度看，已无法适应现代煤化工对气化的要求，面临着更新换代。,UGI气化工艺足美国联合气体改进公司开发，并以其命名的气化炉，是一种常压的固定床煤气化设备，炉子为直立圆筒形结构。原料通常采用无烟煤或焦炭，其特点是可以采用不同的操作方式（连续或间歇），也可以采用不同的气化剂，制取空气煤气、半水煤气或水煤气。,2008年

13、底统计结果，国内正在运行的煤气化炉情况如下：约4000台固定床间歇式气化炉 30台碎煤加压气化炉（鲁奇炉）11台恩德炉 7台灰融聚气化炉 8台国产水煤浆气化炉 30台GE水煤浆气化炉 20台壳牌干粉煤气化炉,以氧气-水蒸气做气化剂固态排渣，适宜弱粘结性碎煤，原料来 源受限制炉结构复杂，设有煤分布器、破黏和炉 箅转动结构，制造维修费用高单炉生产能力较大，技术成熟可靠，业绩多出炉煤气焦油、酚含量大，污水处理和 煤气净化工艺复杂灰锁上下阀使用寿命不长灰渣含碳在5%左右,Lurgi气化工艺,Lurgi气化炉,大唐克旗鲁奇块煤加压气化装置,BGL气化工艺,BGL气化炉,BGL气化工艺是在Lurgi气化工

14、艺基础上发展起来的，最大的改进是将鲁奇的固态排渣改为熔融态排渣，提高了操作温度，同时也提高了生产能力，更适合灰熔点低的煤种。气化炉下方的熔渣室使用水对熔渣激冷。,与普通的鲁奇炉相比，BGL炉有以下优点：单位截面积的的产量提高低水蒸气消耗，搞水蒸气 分解率，废水量大大减少气化效率明显提高降低了焦油等难处理副产 物的生成量取消了转动炉篦，结构简 单化喷嘴中可喷入煤粉，本工 艺产生含酚废水可制成水 煤浆自喷嘴入炉气化,太重煤化工设备分公司为中煤鄂尔多斯能源化工有限公司图克化肥项目生产的年产 200万吨合成氨项目配套BGL气化炉。长17米，直径4.6米，重220吨，是迄今为止世界最大的BGL炉。,流化

15、床,当气体或液体以某种速度通过颗粒床层而足以使颗粒物料悬浮，并能保持连续的随机运动状态时，便出现了颗粒床层的流化。流化床气化就是利用流态化的原理和技术，使煤颗粒通过气化介质达到流态化。流化床的特点在于其有较高的气-固之间的传热、传质速率，床层中气固两相的混合接近于理想混合反应器。,流化床及其炉内料层温度分布,也称沸腾床适应于劣质煤种的气化，气化强度高，煤气中基本不含焦油和酚。,流化床,温克勒气化（Winkler）恩德炉Lurgi常压循环流化床（CFB）,常压,加压,高温温克勒（HTW）气化灰熔聚气化法：U-Gas炉 和 KRW炉KBR输送床加氢气化法：HYGAS 和 HYdrane固体热载体气

16、化法：CO2受体法和Cogas法,温克勒气化炉,温克勒气化炉,典型的工业规模的炉型高23米，内径5.5米，单炉生产能力较大，可充分利用机械化采煤得到的细粒度煤。干馏和气化在相同温度下进行，干馏温度较移动床高得多，所以煤气中几乎不含焦油，酚和甲烷含量也很少。气化温度在900左右，故应使用活性高的煤作原料，同样由于温度低，不利于CO2的还原和水蒸气的分解，煤气中CO2含量偏高。出炉煤气温度高，热损失大。气流速度高使得煤气中带出物较多。,恩德炉,1.煤气出口2.人孔3.炉身4.耐温层5.喷嘴,朝鲜恩德郡七七联合化工厂20世纪60年代引进了德国的温克勒煤气化技术，当时温克勒技术存在三个主要问题：,6.

17、进煤口7.圆锥筒体8.喷嘴9.圆锥筒体体内的保温层10.出灰口,11.回收煤入口12.点火孔13.透灰孔,炉箅经常出现局部超温、结渣、偏炉现象，造成生产周期 短，运转率仅为68%；炉顶带出物较多，碳利用率低；余热锅炉位置不理想，积灰多效率低。,恩德粉煤气化工艺流程,经过三项改造，形成恩德粉煤气化技术：,气化炉底部改成了特殊形状的锥体，以布风喷代了原有的炉篦；在气化炉出口增设了旋风除尘器与返料装置；改变了废热锅炉位置，减轻了煤气夹带的粉尘对废热锅炉炉管的磨损。,喷嘴布风 煤气带出物循环回炉 气化强度大 煤源丰富、价格低廉 工艺简单 操作弹性大 维修工作量少 自产蒸汽量大 气化效率高 煤气用途较广

18、,技术特点,气化炉,废热锅炉,高温温克勒（HTW）气化炉,高温温克勒气化工艺流程,最初由德国的莱茵褐煤公司为了气化褐煤对温克勒气化炉做了优化改进形成的新工艺。提高了气化压力和温度；一级除尘器分离的含碳量高的颗粒返回到床内进一步气化；为了提高灰熔点在原料中配入添加剂。高温高压大大提高生 产能力，煤气质量提 高两级除尘使得碳转化 率上升至96%助剂的加入，既可脱 硫，又可提高灰熔点,灰熔聚气化,所谓的灰熔聚是指在一定的工艺条件下，煤被气化后，含碳量很少的灰分颗粒表面软化而未熔融的状态下，团聚成球形颗粒，当颗粒足够大时即向下沉降并从床层中分离出来。其主要特点是灰渣与半焦的选择性分离，即煤中的碳被气化

19、成煤气，生成的灰分熔聚成球形颗粒，然后从床层中分离出来。和传统的固态排渣和液态排渣不同。与固态排渣相比，降低了灰渣中的碳损失；与液态排渣相比，降低了灰渣带走的显热损失，从而提高了气化过程的碳利用率，这种排渣方法是煤炭气化排渣技术的重大进展。,U-Gas,U-Gas灰熔聚气化炉,20世纪40年代，美国IGT公司开发的U-Gas技术,90年代曾被上海焦化厂引进，建了8台气化炉，但因工艺不成熟，一直不能正常运转。经过70多年的不断发展完善，于2008年在枣庄建成全球第一套商业化示范装置，试烧多煤种，成功气化。2009与河南义马集团签订合作协议，配套35万吨甲醇项目，去年下半年气化部分竣工。,灰熔聚气

20、化（国外）,煤种范围宽，一些黏结性不太大或 者灰分含量较高的煤也可作为气化 原料 碳转化率较高,U-Gas中试装置工艺流程,KRW,灰熔聚气化（国外）,KRW灰熔聚气化炉,此法原为以美国西屋电气公司为主开发的西屋法煤气化技术，后股权出让给凯洛格公司，固易名KRW法。气化炉分4段，自上而下依次为分离段、气化段、燃烧段和团灰分离段。煤粉由中央进料喷嘴送入气化炉燃烧段。由美国能源部资助，应用此工艺在内达华州建立的100MW的IGCC工厂未能成功运行，据说主要由于高温气体过滤单元存在问题。,灰熔聚气化（国内）,ICC,上世纪80年代，中科院山西煤炭化学研究所进行了灰熔聚流化床气化过程的研究和开发，形成

21、了具有自主知识产权的灰熔聚流化床气化工艺。除保留了传统流化床技术的优点外，在气化炉底部设计了中心射流管和环管，在床层中形成了局部射流区，建立了选择性灰分离系统。有以下特点：煤种适应范围广可在较高的温度下实现灰的熔聚和分 离，灰中碳含量低于10%氧耗低操作压力低，生产能力低由于飞灰损失，总碳转化率仍较低,ICC灰熔聚气化炉,Lurgi循环流化床（CFB）,气流床,气流床技术应用在煤的气化上，是将煤制成粉煤或煤浆（0.1mm），通过气化剂夹带，由特殊的喷嘴喷入炉内进行瞬间气化。与前述的几种气化工艺比较，反应温度高（火焰中心温度可达2000），反应速度快，煤料的停留时间短(llOs)，产物不含焦油、

22、甲烷等物质，用来生产合成氨、甲醇时，甲烷含量低是其优点。另一特点是，由于煤料悬浮在气流中，随气流并流运动，煤粒的干燥、热解、气化等过程瞬间完成，煤粒被气流隔开，所以煤粒基本上是单独进行膨胀、软化、燃尽及形成熔渣等过程，所以煤的黏结性、机械强度、热稳定性等对气化过程不起作用，原则上几乎可以气化任何煤种。气流床的设计简单，内件很少。该法的缺点是，由于燃料在气化介质中的浓度低、反应物并流产品气体与燃料之间不能进行内部换热，其结果使出口气体的温度比移动床和流化床的都高。为保证较高的热效率，因而就得在后续的热量回收装置上设置换热面积较大的换热设备，这就在一定程度上抵消了气化炉结构简单的优点。,操作温度高

23、液态排渣使用细煤粉和纯氧单炉生产能力大高速的瞬间气化反应合成气中无重烃，焦油,特点,分类,进料形式：干煤粉和水煤浆气流方式：上行，下行工艺流程：废锅流程和直接水激冷喷嘴数量：单喷嘴和多喷嘴耐火材料：耐热砖和水冷壁进料方式：一段和两段,气流床,K-T炉德士古（Texaco）炉Shell气化炉GSP气化炉Destec（现E-Gas）航天炉（HT-L）Prenflo多喷嘴对置式水煤浆/干粉煤气化TPRI两段干粉煤气化多元料浆气化Eagle气化CCP空气气化非熔渣-熔渣氧气分级煤气化（清华炉）,K-T炉,炉身：是一圆筒体，用锅炉钢板焊成双壁外壳，通常衬有耐火材料。在内外壳的环隙间产生的低压蒸汽，同时把

24、内壁冷到灰熔点以下，使内壁挂渣而起到一定的保护作用。两个稍向下倾斜的喷嘴相对设置，一方面可以使反应区内的反应物形成高度湍流，加速反应，同时火焰对喷而不直接冲刷炉墙，对炉墙有一定的保护作用。另一方面，在一个反应区未燃尽的喷出颗粒将在对面的火焰中被进一步气化，如果出现一个烧嘴临时堵塞时保证连续安全生产。粉煤与氧气、水蒸气混合后，从相对炉头并流进入，瞬间着火，进行气化反应，炉头内火焰的温度高达2000，煤料在炉头内的停留时间约0-1s，在气化炉中部，炉温度约在15001600的范围内，一般要比煤的灰熔点高100150，煤气在炉内的停留时间约11.5s。,优点,缺点,技术成熟，有多年的运行经验气化炉结

25、构简单维护方便煤种范围宽煤气中不含焦油和煤尘，甲烷含量也很低碳转化率高于流化床,制粉设备庞大，耗电量高气化耗氧，需控分装置需高效率除尘装置回收显热需大型热交换设备，投资大,GE，原德士古（Texaco）,德士古（Texaco）气化工艺最早开发于20世纪40年代后期，开始的工作重点集中在开发一种天然气的重整工艺，以便为转换成液态烃化合物制造合成气。不久后，重点转向为氨的生产制造合成气。50年代，研究扩大该工艺以气化石油及少量的煤。1973年德士古与德国鲁尔公司合作，进一步对该工艺进行工程开发和完善，并于1975年在德国鲁尔化学公司内建成一套工业示范炉。1993年兖矿鲁南化肥厂建成投产的德士古气化

26、装置，是我国从国外引进的第一套德士古煤炭气化装置，采用水煤浆进料在加压下来生产合成氨的原料气体。2004年5月，被GE公司收购。该炉有两种不同的炉型，根据粗煤气冷却方法不同，分为淬冷型和全热回收型。,中心氧管(缩口，加速)在预混合腔内对水煤浆进行稀释和初加速，改善水煤浆的流变性能。外氧管口提供更高流速的氧气，共同提高水煤浆在离开烧嘴后的雾化效果。,喷嘴为三通道，工艺氧走一、三通道，水煤浆走二通道，介于两股氧射流之间。水煤浆气化喷嘴经常面临喷口磨损问题，主要是由于水煤浆在较高线速下(约30m/s)对金属材质的冲刷腐蚀。,中心管：15氧气外环系：85氧气,关键技术,煤浆制备 水煤浆中需加入添加剂以

27、降低煤浆浓度，使易于输送并保证煤浆中水较长时间不析出煤浆输送 煤浆粘度大且含有大量固体颗粒，对运转设备部件磨损很快耐火砖技术 气化炉内衬耐火砖，不但需耐高温而且要求能抵抗煤灰熔渣侵蚀,烧嘴技术 德士古公司多年研究开发了三道流结构烧嘴和耐温耐磨材料激冷室降温除尘技术 要求在最短时间、最小分离空间达到高温气体冷却饱和及初除尘排渣技术 需选用耐高温耐磨，能快速开关，灰渣不易进入阀座的阀门,优点,缺点,实际操作经验较长，危险性小可利用污水制作水煤浆，解决污水处理问题运行费用低，不需干燥湿煤粗煤气出水槽改变方向，有利于减少随粗煤气带出的飞灰气化压力高，便于与后续生产过程衔接,冷煤气效率较低气化耗氧量较大

28、湿煤气中水蒸气含量较大，热煤气效率的提高需较复杂的显热回收设备炉膛耐火砖寿命短、价格高、更换时间长水煤浆泵和喷嘴易于磨损,激冷工艺流程图,Shell（壳牌）,20世纪50年代，几乎与Texaco公司同期，Shell公司也成功开发了渣油气化炉。与之但烧嘴顶部进料不同的是，Shell煤气化技术（SGP）脱胎于K-T气化技术，或者说源头是K-T工艺。1972年开始，公司的阿姆斯特丹研究院KSLA进行了煤气化技术(SCGP)开发与研究。1976年，在该研究院内建立了一套日处理6吨煤的气化装置，试验了30多种煤，取得了宝贵的试验数据。1978年Shell与Koppers合作在德国汉堡建立了一套规模150

29、t/d的中试装置。SCGP-1，Houston，美国。(投煤220-360T/D，1983年)Demkolec，Buggenum，荷兰。(投煤约2000T/D，1989年),2001年湖北双环科技股份有限公司为国内第一家与壳牌签订SCGP技术许可合同，至今已签订19个合同，23套SCGP气化工艺。主要用于大型化肥企业进行氮肥原料及动力结构调整改造，即采用大型气流床粉煤气化工艺，替代油气化和小型固定床无烟块煤气化工艺，生产合成氨和甲醇，并用于国内首套煤制油项目的制氢装置。气化炉生产合成氨和甲醇都是在中国第一家实现，即中国是全世界首家把壳牌炉用于氮肥生产的国家。,(1)干煤粉进料，气化温度高，煤种

30、适应性广，从无烟煤、烟煤、褐煤到 石油焦均可气化，对煤的灰熔点范围比其它气化工艺更宽。对于高灰 分、高水分、高含硫量的煤种也同样适应。(2)气化温度约15001750，碳转化率高达99%以上，产品气体相对洁 净，不含重烃，甲烷含量极低，煤气中有效气体(CO+H2)高达90%以上。(3)氧耗低，与水煤浆气化相比，氧气消耗低15%25%，可减少与之配套 的空分装置投资。(4)单炉生产能力大，目前已投入运转的单炉气化压力4.0MPa，日处理煤 量已达3000t。(5)气化炉采用水冷壁结构，无耐火砖衬里，维护量少，运转周期长，无 需备炉。,特点,(6)热效率高，煤中约83%的热能转化为合成气，约15的

31、热能被回收为高 压或中压蒸汽，总的热效率为98%左右。(7)气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状颗粒，性质稳定，对环境几 乎没有影响。气化污水中含氰化物少，容易处理，必要时做到零排放。(8)Shell公司专利气化烧嘴设计保证寿命为8000 h，荷兰Demkolec电厂使 用的烧嘴运行近4年尚未更换，仍在使用，这是气化装置长周期运行的 一个重要验证。(9)气化操作采用先进的控制系统，其中包括Shell公司专有的工艺计算机 控制技术，设有必要的安全联锁及控制系统，使气化操作在最佳状态 下进行。,以渣抗渣,Shell气化炉由于其生产中温度高达1600以上，不采用德士古的耐火砖结构，而是采用水冷膜式壁

32、。水冷壁外表面附着一层耐火材料，内置金属销钉。生产中，高温熔融下的流态熔渣，顺水冷壁重力方向下流，当渣层较薄时，由于耐火衬里和金属销钉具有很好的热传导作用，渣外表层冷却至灰熔点固化附着，当渣层增厚到一定程度时，热阻增大，传热减慢，外表渣层温度升高到灰熔点以上时，熔渣流淌减薄；当渣层减薄到一定厚度时，热阻减小，传热量增大，渣层温度降低到灰熔点以下时熔渣聚积增厚，这样不断的进行动态平衡，这样煤的灰熔点不出现大的变化，氧/碳比不出现大的波动，水冷壁内锅炉水能够正常供给，炉内温度就不会出现大幅度波动，渣层厚度在动态中相对稳定的。这样在正常生产情况下，就实现了“以渣抗渣”，有效保护了水冷壁不受反应腐蚀、

33、不受高温烧蚀、不受熔渣磨蚀，使得使用寿命延长。,原始炉内壁,渣层内壁,粉煤灰熔点与气化温度温差过小引起气化炉下部结渣,不足,煤粉的干燥、制备、存储和输送、计量系统和调节控制系统复杂，比较容易发生故障，安全性及现场环境条件不如水煤浆湿法给料；需要专门设置高纯度的N2或CO2制造和增压系统，耗电增多，并使空分系统复杂化；一次性设备投资费用高。当气化的煤炭灰熔点较高(1500)和灰分含量较高(30%)时，气化炉的经济性会急剧下降。因而要求煤炭灰熔点FT1500，灰含量在8%20%之间；Shell气化炉要把煤炭的含水量降低到很小的值(烟煤的含水量降至2%，褐煤降至6%)，因此在煤炭处理的时候需要有烘干

34、设备，不宜利用含水量较高的煤炭；干法进料系统的粉尘排放远大于水煤浆进料系统；气化炉结构过于复杂，加工难度大。,河南煤化集团煤化集团公司年产50万吨甲醇主装置,夜景,GSP,特点,GSP气化技术最早是由前东德的德意志燃料研究所(简称DBI)从1975年起开发的能源技术，可用于处理固体燃料，尤其是低品位褐煤，后来几经易主，现已被德国西门子公司收购。,优势,气化炉内部采用膜式水冷壁，可承受高达2000的气化温度。对原料煤的灰熔点限制较少，可以气化高灰熔点的煤。由于是干粉进料，粗合成气中有效气（CO+H2）浓度高，接近90%，CO2含量低。气化效率高，原料煤及氧气消耗低。碳转化率99%，原料利用率高。

35、采用激冷工艺流程，设备结构简单，装置投资少。采用水冷壁副产低压蒸汽，通过监控水冷壁的出水温度，判断炉壁的挂渣情况，有利用于气化炉的稳定操作及延长设备的寿命。组合式工艺烧嘴（点火及工艺烧嘴合一）及特殊的烧嘴结构，保证了气化较长的周期和较大的操作弹性。经过冷激和洗涤，粗合成气含尘量低，同时有较高的水汽比，变换无需外补蒸汽。,组合式气化喷嘴结构示意图,神华宁煤集团煤基烯烃项目,E-Gas（Destec）,E-Gas气化技术最早由Destec公司开发，采用水煤浆进料，两段气化，后被Dow(陶氏化学)公司收购。2000年，该技术又被美国康菲石油公司收购。由德士古气化技术上发展的二段式气化工艺，气化炉内衬

36、采用耐火砖，约85%的煤浆与氧气通过喷嘴射流进入气化炉第一段，进行高温气化反应；二段入口加入的煤浆与一段的高温气体进行热质交换，煤在高温下热解，残炭与CO2和H2O发生吸热反应，可使上端出口温度降低到1040左右，合成气通过一个火管锅炉进行降温，然后进图陶瓷过滤器，分离灰渣，灰渣循环进入气化炉一段。,特点,水煤浆二段气化的方法使粗煤气出口温度下降至1000左右，既方便了热回收系统的设计、制造、运行和维护，又有利于提高热利用率延长了煤气在颅内的停留时间，使焦油、重烃化合物能充分热解，且半焦吸附残余重烃 化合物，循环入炉，使后续净化处理装 置简化半焦的循环入炉，提 高了碳转化率和冷煤 气效率,Pr

37、enflo（普兰福）,和Shell相似，都来源于K-T炉。都是多喷嘴上行干煤粉气化工艺，都采用冷壁炉，冷煤气回炉激冷热煤气，煤气冷却都用废锅。其主要差别在于废锅的设置上，壳牌气化技术在经过桥管后在侧边设置废锅,而普兰福气化技术废锅设置在顶部。因其技术开发者克虏伯-科伯斯（Krupp-Koppers）在开发K-T炉时，就是用这种结构。,多喷嘴对置式水煤浆气化（ECUST）,九五国家重点科技攻关项目“新型多喷嘴对置式水煤浆气化技术”，由华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、天辰化学工程公司共同承担，并于2000年10月通过国家石油和化学工业局考核和鉴定，是我国拥有自主知识产权的煤气化技术。,优势,四个对置

38、预膜式喷嘴高效雾化+撞击三相混合好，无短路物流，平推流段长，比氧耗和比煤耗低，气化反应完全,转化率高多喷嘴使气化炉负荷调节范围大，适应能力强，有利于装置的大型化激冷室为喷淋+鼓泡复合床，没有黑水腾涌现场，液位平稳，避免了带水带灰，合成气和黑水温差小，提高了热能传递效果粗煤气混合+旋风分离+水洗塔分级净化，压降小、节能、分离洗涤效果好渣水直接换热，热回收效率高，没有结垢和堵灰现场在充分研究剖析国外水煤浆气化的不足之处的基础上，全过程完全的自主创新，整套技术均具有自主知识产权，技术转让费大大低于国外技术,ECUST-预膜式喷嘴,氧气与水煤浆同时离开喷嘴,无预混室，运用内、外侧高速氧气的扰动实现水煤

39、浆的雾化和水煤浆与氧气的充分混合。与Texaco预混式喷嘴相比，预膜式喷嘴的氧气压力损失大大降低，雾化滴径约降低10%。这是因为预膜式喷嘴水煤浆膜初始厚度降低，更易于雾化。由于避免了水煤浆与中心氧气的预混，降低了煤浆通道的出口速度，减少了煤浆通道的磨损，对延长喷嘴寿命有利。,三个流股的物料喷出时形成了同轴交叉.因水煤浆在喷出烧嘴之前呈环形薄膜状，故称预膜式烧嘴。,O2,水煤浆,工业装置运行情况,航天炉（HT-L）,航天炉粉煤加压气化技术属于加压气流床工艺，是在借鉴壳牌、德士古及GSP加压气化工艺设计理念的基础上，由北京航天万源煤化工工程技术有限公司自主开发，具有独特创新的新型粉煤加压气化技术。

40、2008年先后在安徽临泉、河南龙宇建成2套单炉日投煤量720t的示范装置。航天炉由烧嘴、气化炉燃烧室、激冷室及承压外壳组成,其中烧嘴为点火烧嘴、开工烧嘴和粉煤烧嘴组成的组合式烧嘴。气化炉燃烧室内部设有水冷壁,其主要作用是抵抗14501700高温及熔渣的侵蚀。为了保护气化炉压力容器及水冷壁盘管,水冷壁盘管内通过中压锅炉循环泵维持强制水循环。盘管内流动的水吸收气化炉内反应产生的热量并发生部分汽化,然后在中压汽包内进行汽液分离,产出5.0MPa(表压)的中压饱和蒸汽送入蒸汽管网。水冷壁盘管与承压外壳之间有一个环腔,环腔内充入流动的CO2(N2)作为保护气。激冷室为一承压空壳,外径与气化炉燃烧室的直径

41、相同,上部设有激冷环,激冷水由此喷入气化炉内。下降管将合成气导入激冷水中进行水浴,并设有破泡条及旋风分离装置,这种结构可有效解决气化炉带水问题。,特点,技术先进，具有的热效率(可达95%)，碳转化率高(可达99%)；气化炉为水冷壁结构结构，气化温度能到1500至1700度；对煤种要求低，可实现原料本地化；具有自主知识产权，专利费用低；关键设备全部国产化，投资少,气化压力：4MPa气化温度：1400-1700设计炉型能力：42000Nm3/h（CO+H2）单炉能力：20000-75000Nm3/h（CO+H2）炉体材料：15CrMoR+316L水冷盘管材料：15CrMo,气化烧嘴,燃烧负荷调节范

42、围大 负荷调节范围：60%120%烧嘴结构设计合理 具有良好的燃烧性能，中心氧与旋流煤粉混合充分，煤粉反应完全，火焰形状、稳定性好安装、调试、维护方便集高能电点火装置、液化气(柴油）点火烧嘴、火检为一体，独立冷却水外盘管，拆装维护方便。烧嘴的设计寿命大大延长 水冷夹套式烧嘴冷却方案，可保证烧嘴长周期运行稳定可靠。设计寿命20年，烧嘴头部局部维护时间6月一次,水流量分布均匀“四进四出”结构可以保证管程流阻分布均匀盘管焊接接头少单根直管可达12m盘管轴向热膨胀量较小 盘管热应力分析表明，径向热膨胀量6mm多组冷却水盘管便于维护和更换烧嘴盘管、渣口盘管分别进水，易于调节和更换 制造加工工艺成熟 专用

43、盘管热弯、焊接、组装、检验生产线,密闭式盘管水冷壁辐射室结构,清华炉（非熔渣-熔渣分级气化技术）,清华炉煤气化技术是清华大学和北京达立科公司、山西阳煤丰喜肥业（集团）股份有限公司共同开发的具有自主知识产权的气化技术。清华炉第一代耐火砖气化技术的大型工业装置于2006年1月在山西阳煤丰喜肥业集团临猗分公司投入运行。首次投料即稳定运行，专家签定认为“该技术优于国外同类技术，具有国际先进水平”。2005年第二代清华炉水煤浆水冷壁技术投入研发，工业装置于2011年8月22日在丰喜投入运行，与第一代清华炉一样，首次投料即进入稳定运行状态，并连续、安全、稳定运行了140天。水冷壁产生蒸汽从气化炉吸取的热量

44、与炉外壁温降为气化炉节约的热量平衡，气体质量与耐火砖炉相当，不必每年数次更换锥底砖，定期更换全炉耐火砖，为“安稳长满优”运行、节约投资及运行费用创造了条件，同时扩大了原料煤的适应性。与现有各类型干粉给料气化技术相比水煤浆给料的稳定性无庸置疑。,锅炉分级布风,应用广泛低负荷稳燃，降氮氧化物排放二次空气三次空气,立式旋风炉,液态排渣垂直炉膛顶置烧嘴顶部一次风侧墙二次风70年历史，超过气化炉,流程,原料（水煤浆、干煤粉或者其它含碳物质）通过给料装置和燃料喷嘴进入气化炉的第一段，采用纯氧作为气化剂，采用其它气体如O2或与O2以任意比例相混合的CO2、N2、水蒸汽等作为预混气体调节控制第一段氧气的加入比

45、例，使第一段的温度保持在灰熔点以下；在第二段再补充部分氧气，使第二段的温度达到煤的灰熔点以上并完成全部的气化过程。,特点,本质安全的气化技术 水冷壁按照自然循环设计 强制循环运行。即便特殊故障无法强制供水，水汽系统仍可自然循环，保证气化炉安全停车，不会出现日本核电站地震海啸中给水泵停运引发的重大安全事故 冷却水分布均匀，系统阻力低；不会出现汽水分层现,煤种适应性更宽的水煤浆气化技术 采用水冷壁保护结构 气化炉操作温度不再受制于耐火砖的工作温度限制，可以使用灰熔点更高一些的煤做为原料，扩大了煤种适应性 运行一个周期后原始SiC涂层没有任何变化。,可以不设置备用炉 采用水冷壁结构 从而不必每年停车

46、更换锥底砖（需要15天左右），定期更换全炉向火面砖（需要2个月），单炉年运转可达8000小时以上，为系统不配置备用炉创造了条件 气化炉启动快，系统响应快；烧嘴使用寿命长,成本大幅度降低 与传统耐火砖气化技术相比，单位有效气能耗、物耗基本不变，但减少昂贵的耐火砖采购、筑炉费用，提高了年度运转时间，节约了运行成本 与其它水冷壁炉相比，系统压力高50100%，粗合成气中H2与其它水冷壁炉相比，系统压力高 高出50%以上，后续变换、净化、合成等工序的能耗均可降低，节约了运行成本 气化炉承压钢壳材料等级可以降低，节约投资成本 煤种适应性更宽，节约运行成本,一代炉业绩,二代炉业绩,TPRI两段干粉煤气化（

47、西安热工院两段炉）,自主知识产权,两段气化，以四个对称的烧嘴向气化炉底部喷入干煤粉（占总煤量的80-85%）、过热蒸汽和氧气，进行一段气化，熔融排渣。生成的煤气上行至气化炉中部，再喷入占总煤量15-20%的煤粉和过热蒸汽，利用下部上来的煤气显热进行二段气化，同时将下部上来的1400高温煤气急冷至900-1000，替代了Shell煤气化技术中的循环合成气激冷流程，省去冷煤气激冷流程,可以节省投资，提高冷煤气效率和热效率。在气化炉上部喷淋冷却水激冷至600，使其中夹带的熔融态灰渣颗粒固化，粗煤气离开气化炉进入煤气激冷罐，进过水洗除尘降温（被冷却至300左右）。,多元料浆气化工艺,多元料浆气化技术属湿法气流床加压气化技术，是指对固体或液体含碳物质（包括煤/石油焦/沥青/油/煤液化残渣）与流动相（水、废液、废水）通过添加助剂（分散剂、稳定剂、pH值调节剂、湿润剂、乳化剂）所制备的料浆，与氧气进行部分氧化反应，生产CO+H2为主的合成气。,西北化工研究院,激冷结构创新,增加清灰清垢措施，延长了使用周期 激冷水流速和流向的优化，激冷水在激冷器内及下降管内的分布均匀，强化了传热、减少结垢，激冷器寿命延长不易堵塞,业绩,谢谢恳请批评指正！,