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煤气/煤炭气化处理技术

发布时间: 2011-03-31     来源:

 

煤炭气化技术已开发和处于研究发展中的气化方法不下百种。工业技术的分类常是依据分类方法或具体技术指标来进行的。一种技术或工艺,能被不同的分类方法归于特定的界定范围之内。对煤炭气化技术,常见的分类方法有以下几种。
按照操作压力分类,有常压气化和加压气化2种。通常气化压力大于2.0 MPa条件下的气化称为加压气化技术。
    按照残渣排出形式分类,分为固态排渣和液态排渣2种。
    按照气化介质的不同进行分类,分为水煤气和煤加氢气化2种。水煤气是以空气(或氧气)和水蒸气为气化介质,产生混合发生炉煤气,可为生产合成氨、甲醇提供原料气;煤加氢气化是在加压条件下以氢气为气化介质,生成富含甲烷的煤气。
按照生产装置化学工程特性分类,可分为固定床气化、流化床气化、气流床气化、熔融床气化和煤炭地下气化。
         通过在地下煤层中直接构筑“气化炉”,通过气化剂,有控制的使煤炭在地下进行气化反应,是煤炭在原地自然状态下转化为可燃气体并输送到地面。此方法省却了煤的采掘和加工过程,避免了其中的大规模地下作业,环境污染和不安全因素,同时不需要贵重的气化反应器及其附属设备,气化后的灰渣和废液留于地下,减轻了对环境的污染。
   固定床气化也称移动床气化。原料煤块由气化炉顶部加入,用炉箅来支撑。气化剂(O:或空气与水蒸气)由炉底吹入,与煤及其残渣彼此逆向流动。因而,将要离开气化炉的热灰渣可在运动过程中加热刚进入气化炉的气化剂,而即将离开气化炉的热煤气则可用来预热刚进入气化炉的煤。在进入气化炉前,煤需经破碎和筛分,除去直径小于3.175 mln的细煤块。通常要求煤粒尺寸控制在6.35 mm.38 mn'l之间。为防止煤的熔结,炉内设有搅拌器或旋转炉箅。固定床气化的局限性是对床层均匀性和透气性要求较高,入炉煤要有一定的粒(块)度及均匀性。煤的机械强度、热稳定性、黏结性和结渣性等指标都与透气性有关,因此固定床气化炉对人炉煤有很多限制。固定床气化常见有间歇式气化(UGI)和连续式气化(鲁奇Lurgi)。
    流化床气化的气化剂由炉下部吹人,使细粒煤(小于6 mm)在炉内呈并逆流反应,通常称为流态化气化。煤粒(粉煤)和气化剂在炉底锥形部分呈并流运动,在炉上筒体部分呈并流和逆流运动。为维持炉内流化状态并保证不结疤,气化温度应控制在灰软化温度(孔)以下。要避免煤颗粒相聚而变大以致破坏流态化,显然不能使用黏结性煤。由于炉温低、停留
时间短,带来的最大问题是碳转化率低、飞灰多、残碳高,且灰渣分离困难,其次是炉温不易控制。常见流化床气化炉有温克勒(Winkler)、灰团聚(U—Gas)、循环流化床(CFB)、加压流化床(PFB是PFBC的气化部分)等。
    气流床气化是一种并流式气化。气化剂(富氧或纯氧加水蒸气)与煤粉(或水煤浆)经特殊喷嘴进入反应室,瞬间着火,在l 300。C~1 600。C高温下将煤转化成CO、H2、CO:等气体,残渣以熔渣形式排出气化炉。气流床从原料形态分有水煤浆、干煤粉两类。Texaco、Shell最具代表性。气流床对煤种、粒度、含硫、含灰都具有较大的兼容性,其清洁、高效代表着当今技术发展潮流。
熔融床气化也称熔浴床气化或熔融流态床气化。它的特点是有一温度较高(一般为1 600。C一1 700。C)且高度稳定的熔池,煤粉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,。生成H:和CO为主要成分的煤气。熔融床有3类:熔渣床、熔盐床和熔铁床。在现代煤气化技术开发中,熔融床技术并未完全商业化,还未见可靠的实际应用。
煤炭地下气化,通过在地下煤层中直接构筑“气化炉”,通过气化剂,有控制的使煤炭在地下进行气化反应,是煤炭在原地自然状态下转化为可燃气体并输送到地面。此方法省却了煤的采掘和加工过程,避免了其中的大规模地下作业,环境污染和不安全因素,同时不需要贵重的气化反应器及其附属设备,气化后的灰渣和废液留于地下,减轻了对环境的污染。
 
目前国内外主要气化炉
    (1)德士古气化炉
德士古气化炉有气化强度大,炉子结构简单,能耗低,运转率高,且煤适应范围较宽等优点。德士古气化炉是美国德士古公司开发。美国德士古公司2002年初成为雪佛龙公司一部分,20045月被通用电气公司收购开发的水煤浆气化工艺是将煤加水磨成浓度为60%~65%的水煤浆,用纯氧作气化剂,在高温高压下进行气化反应,气化压力在3.08.5MPa之间,气化温度1400℃,液态排渣,煤气成份CO80%左右,不含焦油、酚等有机物杂质,对环境无污染,碳转化率96%~99%。
(2)E—Gas气化炉由美国DOW公司开发,已建设两套商业装置:LGTI(水煤浆气化炉的容量为2200160MW2.8MPal987年运行,1995年停运)WabashRiver(2台炉,1l备,单炉容量2500t/d262MW2.8MPa,净发电效率为HHV38.9%,l995年投运)
(2)壳牌气化炉壳牌气化炉壳体直径约4.5 m,高约30m4个喷嘴位于炉子下部同一水平面上,沿圆周均匀布置,借助撞击流以强化热质传递过程,使炉内横截面气速相对趋于均匀。炉衬为水冷壁,总重500 吨。炉壳与水冷管排之间有约0.5 m间隙,作安装、检修用。
(4)U—GAS气化炉上海焦化总厂1994年建成了世界上第一套uGas气化工业化装置,包括8U—GAS气化炉,安排62备,产低热值煤气约320 /d,全部送炼焦厂作代换气,可增供城市煤气70 /d  
(5)GSP气化炉 GSP气化炉为直立圆筒的水冷壁结构,类似于重油气化炉和水煤浆加压气化的炉型。粉煤、氧、蒸汽从气化炉顶部的喷嘴送入,高温煤气和熔渣并流由气化炉的下部排出进入净化系统。目前我国宁夏煤气有限公司已采用此项气化技术。
(6) 鲁奇气化炉鲁奇炉目前仍旧是世界上加压煤气化工艺中应用装置和业绩最多的炉型,是目前世界上建厂数量最多的气化炉,运行中的气化炉达数百台。鲁奇炉生产能力大,以块煤为原料尤其适应褐煤,主要适合于城市煤气的生产。但是鲁奇炉生产的合成气中甲烷含量高8%~l0%,且含焦油、酚等物质,气化炉需设置废水处理及回收装置和甲烷分离装置,生产流程长、投资大,可以考虑多联产。