固定床固态排渣碎煤加压气化技术在国内应用现状.pdf
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1、 第 卷第 期煤 质 技 术 年 月 移动阅读郭良元 固定床固态排渣碎煤加压气化技术在国内应用现状 煤质技术,():,():固定床固态排渣碎煤加压气化技术在国内应用现状郭 良 元,(煤炭科学技术研究院有限公司,北京;国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室,北京;煤基节能环保炭材料北京市重点实验室,北京)摘 要:煤气化技术是保障我国能源安全的关键技术之一,其中固定床固态排渣碎煤加压气化技术具有一定的市场适应性且在国内有着广泛的应用,但存在废水产量大且难处理的缺点,因而其应用技术有待进一步改进提升。介绍固定床固态排渣碎煤加压气化技术的起源以及在国内的简要研究发展历程,对其技术特点进行分析
2、,并剖析此技术在国内的主要应用现状及设想未来的发展趋势。通过对气化炉的废水处理技术的研发,固定床固态排渣碎煤加压气化技术会更加完善。煤气水减量化技术已进入工业化安装调试阶段,相关技术的研发和应用可促进固定床固态排渣碎煤加压气化技术节约成本及减少水资源使用。关键词:碎煤加压气化;固态排渣;固定床;废水处理;煤气水减量化技术;技术特点;应用现状中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:责任编辑:何毅聪 :基金项目:天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项重点资助项目()作者简介:郭良元(),男,山西大同人,助理研究员、学士,主要研究方向为煤炭气化技术。:,(,;,;,):,煤 质 技 术 年
3、第 卷:;引 言 年我国原煤产能 亿,在 年我国已探明的一次能源生产总量中,原油天然气资源占比约为 ,而煤炭占比约为 ,说明煤炭仍是我国自主保障最可靠的能源类型,因而长期坚持煤炭清洁高效与可持续开发利用是应有之义。我国是煤炭生产和利用的大国,目前我国煤炭利用的方式主要包括直接燃烧、炼焦和气化,在该 种煤的利用方式中以煤炭的气化相对最为清洁。国家“十四五”规划中要求实施能源资源安全战略,做好煤制油气战略基地规划布局和管控,稳妥推进煤制油气,规划建设煤制油气战略基地。上述 种技术中,煤制油中的间接液化工艺以及煤制气均以煤气化技术为龙头,因此煤气化技术是保障我国能源安全的关键技术。煤炭气化是煤炭清洁
4、高效转化的核心,是发展煤基大宗化学品、煤基清洁燃料、发电等工业的基础。我国煤气化技术的基础研究和技术开发均已进入国际先进行列,部分技术处于国际领先水平,即煤气化的发展有力支持了我国现代煤化工产业的发展。经过数十年的应用发展,煤气化技术在我国已从直接引进国外技术发展到拥有自主知识产权的气化炉,目前我国已经成为全球最大的煤气化市场。我国气化技术已实现大型化、清洁化和规模化发展,气流床气化技术单炉投煤量规模已达 ,固定床气化技术单炉投煤量规模已超过 。面对国家能源安全和煤炭与水资源在地势上呈逆向分布的现状,中国既要大力发展煤化工产业,又要解决煤转化工业因巨大耗水量而带来的严峻挑战,煤化工废水的“零液
5、排放”俨然成为亟待解决的关键问题之一。将来,我国还需要更多具有原创性、适应性的煤气化新技术。作为国内乃至国际上应用最久且已完全国产化的 种加压煤气化技术,固定床固态排渣碎煤加压气化技术在国内市场有其适应性,同时也存在着一些改进的空间。固定床固态排渣碎煤加压气化技术概述 固定床气化特性简述固定床气化也称移动床气化。固定床一般以块煤或焦煤为原料。煤由气化炉顶加入,气化剂由炉底加入。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状态,床层高度亦基本保持不变,因而称为固定床()气化。另外,从宏观角度看,由于煤从炉顶加入,含有残炭的炉渣自炉底排出,气化过程中,煤粒在气化炉内逐渐
6、并缓慢往下移动,因而又称为移动床()气化。固定床气化的特性是简单、可靠。同时由于气化剂与煤逆流接触,气化过程进行得比较完全,且使热量得到合理利用,因而具有较高的热效率。固态排渣指排渣方式采用干法排渣,控制气化温度在灰渣流动温度以下。国内主要固定床气化炉炉型国内固定床固态排渣碎煤加压气化炉主要炉型有:鲁奇炉、赛鼎炉、晋城炉()等。鲁奇炉():鲁奇气化技术属于典型的固定床气化技术,经过不断地升级改进,从 到,以及。气化技术炉型结构较为复杂,采用固态排渣方式,炉渣含碳量一般在 左右。气化炉内的最高温度一般可达 ,因此在选择气化原料时不宜选用灰熔点较低的煤种。赛鼎炉:年代开始,山西化肥厂引进德国鲁奇公
7、司鲁奇炉,赛鼎公司的前身化工部第二设计院(后简称化二院)实施了工程项目的设计工作,积累了大量经验;年,“六五”期间化二院完成了国家重点科技攻关项目 加压气化炉科技攻关;年,列入国家“七五”重点攻关项目,国产碎煤加压气化技术进入应用阶段;年,气化炉投产;年,“七五”国家重点科技攻关项目验收,化二院获得科技进步奖集体奖;年,哈尔滨依兰煤气厂 炉投产,获国家科技进步奖银奖,改变了气化剂分布及流速,增加了煤锁气回收系统,取消耐火砖;年 月 日,天脊国产炉投产,全部采用国产材料,相当于鲁奇;年,义马第 台完全国产化炉建设;年,义马二期 台 ,投产,标志着碎煤加压气化技术的完全国产化,并且标志着国内技术全
8、面开始推广;年,山西潞安煤制油投产;年,国电赤峰 项目投产;年,新疆第 期郭良元:固定床固态排渣碎煤加压气化技术在国内应用现状广汇 万 甲醇投产;年,大唐克旗煤制天然气项目投产(国际首台 碎煤加压气化炉成功运行);年,新疆庆华煤制气投产;年,河南晋煤天庆投产;年,赛鼎 气化炉示范列入科技部“”计划 大规模碎煤加压 气 化 技 术 与 示 范,内 径 ,压 力 ,在义马气化厂动工建设。晋城炉():晋控天庆是晋能控股装备制造集团有限责任公司(简称晋能控股集团)的下属控股子公司,气化装置现有 台鲁奇炉(号炉)和 台在鲁奇炉基础上升级改造而成的 炉(号炉),其中 炉是晋能控股集团面对无烟块煤的市场销路
9、不断萎缩等问题,提出了“带着炉子去卖煤,带着炉子去卖气”的气化领域布局理念,用于匹配其旗下 家化工企业的气化技术需求,牵头与赛鼎工程有限公司合作研发的新型气化炉。号鲁奇炉自 年投料试车以来一直运行稳定。年 月晋控天庆建成投运 台 炉(号炉),其炉体在第 代鲁奇炉基础上加高 ,炉出口新增旋风分离器及中压废锅回收粗煤气热量,粗煤气再经冷却降温以及低压废锅回收热量后送至变换冷却系统;相较于第 代鲁奇炉,炉产气量明显增加,且可副产 的中压蒸汽约 ,余热回收利用率大幅提高,具有单炉发气量大、运行稳定、消耗低的优点,具有明显的竞争优势,炉运行状况良好。固定床固态排渣碎煤加压气化技术发展 技术起源最早的固定
10、床固态排渣碎煤加压气化技术起源于德国鲁奇()公司干底式工艺(),于 年获得专利“在一定压力下用蒸氧混合物使褐煤气化”。年,鲁奇开始研发 种在现有空气气化技术的基础上,在加压条件下采用氧气鼓风进行反应的气化技术。该项研究是在有着现代气化之父之称的 教授的指导下,与柏林工业大学紧密合作进行的。年鲁奇公司开发出应用于商业化煤气化项目的碎煤固定床加压气化技术,项目位于德国。后经过不断发展,此项技术被称作萨索尔鲁奇干底式气化炉(),国内俗称鲁奇炉。经过几十年持续不断的改进与创新,鲁奇公司先后开发出第 代鲁奇炉(年)、第 代鲁奇炉(年)、第 代鲁奇炉 和(年)。第 代炉型可大幅提高气化能力并有效扩大煤种的
11、应用范围,从而满足现代化大型工厂的需要,其炉内径 ,采用双层夹套外壳,内壁不衬耐火砖,炉内设有转动的煤分布器及搅拌器,气化能力 粗煤气。目前在世界范围内主要建设、运行的鲁奇炉即为第 代炉型。在此基础上又推出第 代鲁奇炉。同时,为满足气体排放标准、解决废水达标排放难题,鲁奇公司相继开发出高效的煤气化尾气处理和酚氨废水处理工艺技术。鲁奇公司于 年 月被液化空气集团收购。技术国内发展我国对固定床加压煤气化技术的研发始 世纪于 年代。年,煤炭工业部北京煤化学研究所(现煤炭科学技术研究院有限公司煤化工分院)成立之初,设立了煤气化研究室,主要开展固定床煤气化技术的研究工作。同年成立的化学工业部上海化工研究
12、院在化肥研究室也设立了煤气化技术研究小组研究固定床气化技术。年开始,东北煤气化设计研究所(现沈阳煤气热力研究设计院)、大连化学物理研究所(现中国科学院大连化学物理研究所)开展了加压煤气化过程的单管小试试验,年石油工业部石油六厂研究所进行最高 的间歇式小型加压气化炉试验。年在沈阳建成 的褐煤加压固定床中试装置。年煤炭科学研究院北京煤化学研究所开始固定床加压煤气化技术的研发。年 月建成直径 的加压气化炉试验装置,该装置的运行压力 、投煤量 、产气量 ,经过多煤种固定床加压气化试验后,于 年通过当时煤炭部组织的技术鉴定。后北京煤化学研究所与美国 公司于 年在北京合作建设运行成本更低的内径 的加压固定
13、床试验装置,设计压力 ,实际运行压力 。在该装置上完成了数十个国内外典型煤种以及生物质、成型垃圾的试烧,取得了样品在加压条件下的气化特性数据,笔者也在此试验炉上主持多次试烧。华东理工大学等合作单位开展加压下条件煤气化特性的研究,并建立了加压固定床气化炉的数学模型。年,化学工业部第二设计院(现赛鼎工程有限公司)与太原重型机器厂合作,以解放军煤 质 技 术 年第 卷化肥厂的 型 加压气化炉为基础,开展直径 的固定床加压气化炉研制。年,东北煤气化设计研究所建成直径 的加压固定床试验装置,其设计压力 、产气量 ,完成了沈北褐煤和鸡西弱黏结性煤的气化试验,为加压固定床气化技术在我国的应用和发展奠定重要的
14、基础。具有甲烷含量高的气化技术特点作为最早的固定床气化加压技术,固定床固态排渣碎煤加压气化技术有着自身的特点:()气化原料一般采用 的块煤进料,且下限率不能过高。通常要求煤的反应性好、无黏结性或弱黏结性、机械强度较高、灰熔融性温度较高。因此适宜的煤种为褐煤、次烟煤、贫煤和无烟煤,对一些水分较高()和灰分较高(如不小于)的劣质煤也适用。()气化为干法排灰,使用纯氧气化,为防止结渣,采用较高汽氧比,因此氧耗相对较低,可在空分制氧设备上节省部分投资。()煤气中 含量较高,达 ,适合于生产城市煤气和代用天然气(),将 转化为 和 后也可以用于生产化工产品,如煤制甲醇和合成氨。固定床碎煤加压气化技术由于
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