国内外煤气化技术介绍重点学习ppt课件.ppt
专家介绍,山西省粉煤气化工程研究中心总工程师。 在中科院山西煤化所长期从事流态化和煤化学工程研究开发，作为项目 负责人成功地开发了灰熔聚流化床粉煤气化技术，为灰熔聚流化床气化技术第一发明人。 作为首席科学家主持国家重点基础研究发展规划项目(973)“煤热解、气化及高温净化过程的基础性研究”，为形成新一代煤转化技术奠定了基础。 作为博士生导师注重研究队伍和研究生培养，指导博士生12名，发表论文134篇。 获中科院科技进步一等奖两次、国家八五科技攻关重大科技成果奖一次、国家发明三等奖一次及若干省、部奖，获国家发明专利和国家实用新型专利各一项。,国内外煤气化技术介绍 张永奇 王 洋中国科学院山西煤炭化学研究所山西省粉煤气化工程研究中心 2006. 5. 28,煤炭的特性 煤气化原理 现代煤气化技术发展,介绍内容,中科院山西煤化所研究所介绍,1954年10月创建于大连市(中科院煤炭研究室)1961年迁至太原市1963年扩建为中国科学院煤炭化学研究所1965年1978年改名为燃料化学研究所1979年复名为中国科学院山西煤炭化学研究所,现有职工570人，其中科技人员393人，中科院院士1人，研究员40余人，副研究员及高级工程师110多人，另外还有在读博士、硕士研究生约150人。,人员结构：,主要研究学科方向,煤化学与化工,催化化学与工程,新型炭材料,化学反应工程,承担国家重大科研项目,山西煤气化工程研究中心简介,1980年成立灰熔聚煤气化课题组；1994年扩建为气化室；2001年改名能源环境工程实验室；2002年改名为煤气化工程研究中心；2005年成立山西煤气化工程研究中心；进行加压灰熔聚煤 气化工艺大型化的开发。,一. 煤炭的组成和用途,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， Ash ： 150%， Water: X60%， Volatile：345%,用途,能源,燃烧发电,（1035MJ/kg）,能源,制合成气 CO+H2，H2制燃料气CH4,CO,H2制还原剂（冶金焦，铁合金焦）制吸附剂（活性炭，活性焦）,煤气化：,CnHmOxNySz=C+CO+CO2+H2+NH3+HCN+H2S+COS+,Coal,Oxygen,Steam,Gasifier Gas Composition(Vol %)H2 25 - 30CO 30 - 60CO2 5 - 15H2O 2 - 30CH4 0 - 5H2S 0.2 - 1COS 0 - 0.1N2 0.5 - 4Ar 0.2 - 1NH3 + HCN 0 -0.3Ash/Slag/PM,煤燃烧：,Coal,Air,Flue gas,燃烧和气化的对比,煤气化的用途：,煤,气化,净化,（=80% ),CO2,变换,H2S,NH3,粉尘，K，Na,Hg,H2,Fuel cell,（=80% ),电力,64%,IGCC,（=60% ),电力,48%,合成气,H2,炼油厂,汽油柴油,直接液化,油品,合成氨,NH3,合成气,合成,甲醇合成油,甲醇,DMEMTOMTPMTG,煤气化过程的简单分析：,现代电力和能源化工对煤气化的要求,大规模、高生产能力 单台处理量达 5002000 ton/day 过程高效 操作压力、操作温度合理 能耗低 设备投资低 环境友好，净化成本低 粗煤气、水、灰渣净化处理容易，无环境二次污染 煤种适应性高 可适用于高灰、高灰熔点煤,国内外煤气化工艺,已商业化和正商业化的工艺：, 气流床气化 GE-Texaco,Shell,GSP,E-Gas,K-T, 流化床气化 HTW，Winkler， AFB, 固定床气化 Lurgi,Lurgi,HTWKRWAFB,TexacoE-GasShellGSP, 移动床, 流化床, 气流床,典型的气化技术,Lurgi炉,加压固态排渣 Lurgi,德国，1930年，合成气O2/Steam鼓风运行装置： SASOL 97台，南非 大平原 18台，美国 中国11台,固定床气化炉,历史长，炉数多，使用可靠逆流热交换，出口温度低（250-650）热效率高气体干馏产物多，甲烷高，热值高焦油等杂质多，下游净化困难使用不粘块煤，价格高氧消耗低而蒸汽消耗高（1-2kg汽/kg煤）固定床气体分布影响大，处理能力有限（500-800吨）,Lurgi 氧气鼓风气化炉的典型操作结果,气流床,常压 K-T,1949年，德国，50台（29台1993年）加压 Texaco（ 2.56.5MPa ），德国，日本，美国，中国 中国最多 （鲁南，上海，淮化，渭河，南化，榆林)Shell,流化床,Winkler,常压，1926年，70台，现已剩余很少HTW（ 1.03.0MPa ），1986年AFB 2001年常压商业运行 常压低压（0.5MPa)推广中 2006年，加压大型半工业试验装置建设,Texaco 气化炉,气流床熔渣气化炉,水煤浆（60-65）（dp0.1mm)，O2鼓风；耐火衬里压力 2.8-6.5MPa急冷或废热锅炉换热1350-1400熔渣急冷排出,Texaco气化炉的运行结果（冷水工程）,Shell 气化炉,干煤粉（dp0.1mm)，锁斗O2/H2O 鼓风；膜式水冷壁（垂直管）压力 3.0MPa废热锅炉换热1500-1600熔渣急冷排出循环煤气降温固化飞渣,壳牌气化炉的典型数据,GSP气化炉,干煤粉（dp0.1mm)，锁斗O2/H2O 鼓风；膜式水冷壁（螺旋管）压力 3.0MPa1500-1700熔渣急冷排出,E-Gas气化炉,二段,水煤浆进料无需循环气急冷固化飞渣1987年由DOW 化学公司建成第一套工业化装置，整个工艺流程包括煤浆制备，气化炉和排渣系统，煤气的冷却净化及热量回收装置。,气流床的备煤和进料,煤中矿物和渣的流动特性（气流床）, 干粉煤都能气流床气化，但受灰渣影响, 气化炉的操作温度150 灰的流动温度, 高温耐火材料磨蚀增大, 气化炉材料质量要求提高, 污水系统结垢增加,建议灰渣流动温度1350（Texaco），粘度25pa.s，对非牛顿型流体渣，渣口温度tcr,Slag viscosity as a function of temperature, 加助熔剂降低灰渣流动温度和粘度,CaO,X=酸/碱比,Tf=13.545X-229.08X1232,CaO的加入： 增加了成本 增加了灰分 增加了后系统结垢,耐火衬里：,耐火衬里的寿命气化炉的寿命,寿命,材料（70% Cr2O3， ZeO) 渣流速 渣性质 气化炉结构,渣的渗透性 热震 裂纹扩展,措施,低温操作 减少开停车热震 加强制造质量管理,膜式水冷壁：,渣的自平衡厚度 操作温度，水冷壁换热量,废锅：,昂贵还原性气氛下金属的高温腐蚀（H2S,HCl) 和低温腐蚀（灰中金额熔性的Cl等）,炉管温度限制450,流化床气化（1）HTW,1926年德国Winkler发明流化床气化炉 碎煤（06mm）以空气/蒸汽或氧/蒸汽鼓风气化 气化温度850-950，以防灰渣烧结，因而适用于 生物质，泥浆，褐煤及高活性烟煤气化 炉内温度均一，生成气不含焦油等高分子有机物 设备简单，材料要求低，投资低 氧消耗低（300m3O2/Km3(CO+H2) 碳转化率约95，需增加小型CFB燃炉 HTW，25t褐煤/h,1.0MPa,1986年德国；泥炭，1988年芬兰 Hybrid系统现备受关注；Transport-reactor，KBR美国 Hybrid，Fosterwheeler，美国,流化床气化（2）灰熔聚流化床气化,1959年法国Jequire( Nancy大学)发明 美国Westinghouse(KRW)，Gas Technology Institute （U-gas)开发，1980年1994年上海焦化厂，1998年 美国Pinon pine 中科院山西煤化所（AFB)，1980年开始研发,2001年：2400mm，常压100吨/天，制合成气成功 2400mm，0.5MPa系统正商业推广1999年 300mm ， 1.5MPa研发完成2005年 1000mm ，100吨/天，3.0MPa系统建设中,灰熔聚流化床气化基本原理,气固流态化 适当气速使煤沸腾流化 传热传质性能好 气化强度高中心射流形成局部高温区 提高气化强度 促使灰渣团聚灰渣团聚重力分离 选择性排出低炭含量灰渣 炉料炭含量高结渣风险小 炉温提高煤种适应性宽飞灰可控循环 提高碳转化率,灰熔聚特殊分布器结构,特殊内部循环的流化床 （温度达1050-1100） 局部的高温区（1200-1300） 使灰粒熔化长大 特殊分离管使灰粒和半焦选择性分离， 从而保证了床内的碳浓度，防止了高 温下灰的无需的烧结，提高了反应温 度，拓宽了煤种从褐煤到无烟煤,特殊分布器结构以建立：,1980-1983年 流化床气化基础，流态化基础，以及灰化学基础1983-1985年 实验室小型模型气化试验（300mm，常压）1986-1990年 中间试验放大（压力0.030.5MPa，1000mm）19911995年：完成氧气/蒸汽鼓风制合成气流化床气化放大19962000年：加压试验（1.01.5MPa，300mm）工程放大设计2001年：工业示范成功 （100吨/日，常压0.03MPa，2400mm）2004年：国家发改委定为推广项目2005年：与晋煤集团成立工程中心，加强低压气化大户推广和加 压气化炉放大工业设计中：100-250吨煤/日（0.03-0.5MPa, 2400mm）中试建设中：5001000吨煤/日（3.0MPa , 1000mm）,灰熔聚流化床气化研发历程：,部分试验煤种分析数据,部分试验煤种分析数据,AFB典型的气化结果,试验煤种特性煤种：褐煤烟煤无烟煤石油焦 灰含量：1%37.88%灰熔点：1160 C1500 C +挥发份：6.15%32.15%所有试验煤种均能连续稳定操作，气化指标、消耗指标、处理能力等依煤质 优劣而不同,气化过程的评价：,最大的煤气化学能产出,冷煤气效率,最小的消耗外功,过程效率,气化过程的分析和选择,不同气化炉工艺冷煤气效率和气化过程效率比较,*10%残炭回收并进一步折算为5%的功,干法进料气流床与流化床气化备煤能耗随煤灰分变化,*折算基准：煤（灰分0%），热值为25.1 MJ/kg,气化过程的分析和选择,水煤浆进料气流床气化煤浆水蒸发和升温热耗、实物煤耗及灰渣量随原料煤灰分的变化,热耗、煤耗以及灰渣量随灰分增加而增加,*水煤浆浓度: 60%，煤的热值: 25.1 MJ/kg,和水煤浆进料气流床气化炉相似，但影响程度显著减小,高灰含量易引起耐火壁和排渣系统故障,干法进料气流床气化 升温热耗、实物煤耗及灰渣量随原料煤灰分的变化,热耗、煤耗以及灰渣量随灰分增加而增加,气化炉操作温度较低，热耗、煤耗及灰渣量随原料煤灰分的增加略有降低,流 化 床 气 化 升温热耗、实物煤耗及灰渣量随原料煤灰分的变化,煤气化综合考虑,煤气化为特定组成气体时必须经气化，变换，甚至合成等步骤 煤气化时常根据气化工艺选择合适煤种，为降低运输成本，则 应根据源煤性质选择气化工艺 固定床气化工艺是工艺最成熟的技术，可制得中热值煤气，特 别适合城市和工业燃料气利用，缺点是：1)块煤，2)焦油酚产 出难于净化，3)CH4等轻烃含量高不适合于做化工合成气， 4)蒸汽消耗高，5)气体分布要求使固定床气化炉放大困难 流化床气化炉可气化制取合成气和燃料气，使用碎煤，无焦油酚 等污染物，结构简单，投资低，氧耗低，成本低；加压流化床 HTW可用于大型气化系统；灰熔聚流化床气化技术AFB可用于多种 煤，特别是由于温度温和，因而对灰分，灰含量较不敏感，缺点 是：转化率较低 90-95%，灰渣带出量大，需完善再燃技术，工 程放大尚待完成，特别是压力的提高以减少压缩能耗,气流床气化是当前最先进成熟的大型商业化气化工艺，以Texaco 技术商业业绩最多；Shell氧耗较低，有效气成份较高；E-Gas能 耗较低；GSP较经济。 对气流床水煤浆进料系统特别应强调降低灰熔点灰含量以减少故 障，增加浓度以提高效率 对气流床干粉系统则应注意低灰低灰熔点煤的使用，降低备煤能耗 Shell气源的合理利用已减少变换能耗，或用急冷的GSP以降低废热 锅炉投资 应加强混合系统（Hybrid)的研究，使流化床气化最大发挥投资低 的优点和克服转化率低的缺点 多联产系统的发挥,Thank you !,
