自主开发干粉煤加压气化制备合成气

自主开发干粉煤加压气化制备合成气

赵旨厚，彭启蒙，李彩艳(水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心 滕州 277527) 2007-09-15

气流床煤气化是当今国际上最先进的煤气化技术。与水煤浆气化技术相比，粉煤气流床加压气化技术具有煤种适应性广、原料消耗低、碳转化率高、冷煤气效率高、煤处理量大、洁净、高效等技术优势，代表了煤气化技术的发展主流，有更强的市场竞争力。国家“十五”科技攻关课题——粉煤加压气化制合成气新技术研究与开发，成功建设并运行了具有自主知识产权的粉煤加压气化中试装置。该技术填补了国内空白，标志着我国已经攻克了粉煤加压密相输送、中试装置设计、建设与操作等关键技术，并取得了国际领先水平的工艺技术指标。随后又率先在国际上实现了以CO2为输送介质的粉煤气化中试运行，获得了重要的工艺运行数据。

1 粉煤加压气化中试工艺

粉煤加压气化工艺可分为粉煤制备、粉煤密相输送、气化、气体初步净化4个单元，中试流程见图1。

原煤除杂后送入磨煤机破碎，同时由经过加热的低压氮气将其干燥，制备出合格煤粉存放在料仓内，加热用的低压氮气大部分可循环使用。料仓中的煤粉由氮气携带，先后经过低压料仓和高压料仓，最终被煤粉加压料罐输送至4个对置式排列的气化喷嘴并进入气化炉，气化剂氧气、蒸汽也通过喷嘴进入气化炉，并在高温、高压下与煤粉进行气化反应。高温合成气经激冷、洗涤后并入气柜，熔融灰渣在气化炉激冷室中被激冷固化，经锁斗收集，定期排放。出洗涤塔的黑水经过两级闪蒸，水蒸气及部分溶解在黑水中的酸性气(CO2和H2S等)被迅速闪蒸出来，闪蒸气经冷凝、分离后进行处理，闪蒸黑水经换热器冷却后送入污水处理系统。

中试装置中的粉煤制备单元的主要作用是为气化反应和粉煤密相输送制备出符合一定粒度与湿含量要求的粉煤，确保在短停留时间的气流床气化炉内能够充分反应，在通过输送管道及气化喷嘴等关键部件时不发生堵塞现象。粉煤含水质量分数一般控制在2％以下，粉煤的粒度100％＜0.01 mm。为安全起见，制粉系统的含氧体积分数控制在＜5％。

粉煤密相输送是粉煤加压气化的关键技术。从一个粉煤加压料罐底部并联引出4根煤粉管线，同时向四喷嘴气化炉输出煤粉，采用煤粉调节器、输送压差两者协同作用，实现高压下煤粉均匀、稳定、可控密相输送。目前已经基本掌握了煤粉加压输送的核心技术，可以满足系统放大规模化的要求。其管道与阀门、仪表均为首次尝试，在其材质、结构和性能等方面都经历了探索与挑战，为下一步国产化积累了经验。

粉煤气化炉为“九五”期间开发建成的具有自主知识产权的四喷嘴对置式气化炉，4个喷嘴呈水平对置，两个喷嘴之间的夹角呈90°。物料进入气化炉后形成撞击流，这种撞击流气流床在强化热质传递方面具有显著优势。

与水煤浆气化相比，本装置可以任意停止一对烧嘴以满足不同的工况要求，并且经简

单处理后就可以在系统的运行压力下实现连续投料，具有很大的灵活性和方便性。

2 粉煤加压气化中试运行

2.1 工艺运行条件

气化炉操作压力：2.0～2.5 MPa。

气化炉操作温度：1 300～1 400℃。

粉煤流量：1 200～1 800kg／h。

氧气：650～1 100m3／h(标态)，20～110℃，～4.0 MPa。

蒸汽：180～550kg／h，～390 ℃，～3.2 MPa。

2.2 工艺技术指标

不同工况下的技术指标见表1，不同操作工况下考核指标比较见表2。

由表3可知，在上述工艺条件下，采用CO2为输送介质时，部分CO2还可以充当气化剂的作用，与煤焦反应生成CO，使合成气中的氮含量明显降低，这对于粉煤加压气化技术更好地应用于生产甲醇、醋酸、二甲醚等有重要意义。同时由表4还可以看出，干粉煤加压气化技术具有有效气含量高、碳转化率高的特点，各项指标与Shell和GSP煤气化技术基本上处于同一水平；与水煤浆气化相比，节煤2％～4％，节氧16％～21％，有效气成分高出6％～10％(体积分数)。

2.3 中试技术特点

(1)克服了煤浆制备对煤种的，煤种适应范围宽，可气化褐煤、烟煤、无烟煤。

(2)气化炉负荷调节范围大，调节方便。

(3)工艺技术指标达到国际先进水平。

(4)工程化技术易于放大，操作安全，适用于大规模煤气化装置。

(5)该技术为环境友好清洁生产技术，废水中不含轻油、焦油等组分，灰水可循环利用。

3 应用前景

该技术的成功应用，将为合成氨、甲醇、羰基合成等化工产品原料路线改变及IGCC发电提供先进的煤气化技术，与我国能源结构相适应，符合国家可持续发展战略。粉煤加压气化技术是国家大力发展的洁净煤技术之一，符合日趋严格环保要求，有助于提高我国环保整体水平。