煤粉干法气化技术应用进展

时间：2024-12-30

于贞

（哈尔滨石油学院化学工程学院能源工程系，哈尔滨 150027）

1 前言

随着环保要求的进一步加强，煤炭能源应用已经进入清洁使用阶段，研发增加煤炭附加值的下游产业链成为目前煤炭行业的重点。煤气化技术是增加煤炭附加值的关键技术，是生产煤基化学品、煤基液态燃料、集中联合发电乃至燃料电池、制氢的基础[1]。由于技术封锁，我国在2005年之前一直引进国外先进技术，主要以Shell干煤粉加压气化和GSP干煤粉加压气化为主。

但是引进国外技术存在自主性差，产物效率低、煤种适应性不好等劣势，因此近十年，我国自主研发了一系列适应我国煤种的气化炉设备和配套的工艺流程。其中，最具代表性的工艺有：东方炉干煤粉气化、HT-LZ 航天炉干煤粉气化、五环炉干煤粉气化等[2]。本文将对该这些工艺的发展现状逐一描述。

2 干煤粉加压气化法发展

2.1 SE东方炉煤粉气化工艺

中石化SE-东方炉是由华东理工大学、中石化宁波技术研究院和宁波工程公司在2007年开发的干煤粉气化技术，其中试是千吨级高灰熔点、煤粉气流床示范装置以及水冷壁气流床于2004 年完成，采用激冷流程，第一套装置依托兖矿集团贵州开阳化工1200t/d工程[2]。该工艺煤种范围宽，特别适用三高煤（高灰分，高灰熔点、高硫），气化温度1 400- 1 550℃。设有磨煤及干燥、煤粉加压及输送、气化、合成气洗涤和渣及灰水处理等工序，其中干粉煤加压输送需要 N2或 CO2作为载气。设计有效气体 CO+H290%左右，热效率约 95%，碳转化率 99%，冷煤效率80%。气化炉结构采用对置式水冷壁，无耐火砖衬里。点火、开工升温、投煤功能集一体的单烧嘴技术。

2.2 HT-LZ 航天炉干煤粉加压气化工艺

中航科技集团第一研究院开发的HT-LZ 航天炉干煤粉加压气化，2006 年完成安徽临泉 15 万吨/年甲醇装置示范工程设计并建设，采用废锅流程，首套装置于 2008 年 8 月建成调试。该工艺煤种适应性较宽，焦炭、气煤、烟煤、无烟煤、石油焦等均可作为气化原料，气化温度可在 1 400～1 500℃。干粉煤加压输送需要 N2或 CO2。目前国内在建的气化炉规模最大为 2 000t/d。该技术综合采纳了 GSP 和GE 成熟的气化工艺优点，气化炉上端与 GSP 相近，采用单个组合烧嘴，螺旋水冷壁结构，结构较为简单。下段借鉴 GE 的激冷方法，采用全水激冷，使合成气增湿饱和，减少干灰量，有利于煤化工下游的气体净化等工艺。有效气体 CO+H2达 92%左右，热效率达约95%，碳转化率99%，冷煤效率83%。气化炉结构采用水冷壁，无耐火砖衬里。多烧嘴、合成气与灰渣逆行、走废锅流程，饱和水吸热后水汽混合物进入中压汽包分离副产比气化炉高 1.0～1.4MPa的中压蒸汽。截至2015年，航天炉干煤粉气化技术在中国的应用已达73台[2]。但该工艺还存在不足：①气化炉煤烧嘴与气化反应室匹配不是最佳，膜式壁易烧坏，渣口易磨损，喷水环易烧坏，下降管易堵塞；②灰水处理工艺要进一步完善，水耗大，废水排放量大。南煤业化工集团公司，2010年1套新型五环炉煤气化示范装置落户河南煤业化工集团公司下属洛阳龙创煤化工有限公司，气化炉采用激冷流程，共有 3台炉子建成准备投产。五环炉在Shell牌气化炉基础上优化工艺，气化炉是干煤粉加压气流床气化技术，内件采用竖管膜式水冷壁结构，气化温度1 350-1 650℃，副产蒸汽，在气化炉下端设置四喷嘴旋流，粗合成气在气化炉内撞击混合后自下向上流动。合成气与灰渣逆行，渣是以熔融状态依靠重力落入渣池，速度低，几乎无磨损，适用于气化“三高煤”。是采用水激冷高温合成气流程，主要特点为在气化反应室上方出口设置激冷机构。正常操作时，通过设在激冷室筒壁上的2层各8个均布的气液两相喷射雾化水喷嘴喷出的水激冷至750℃左右，实现对高温合成气雾化、冷却和固灰，与传统技术相比，取代用后续返回合成气进行激冷的方法，不需要使用循环气压缩机，降低了工程投资节约了运行费用。另外在输气管出口设置了火管式合成气冷却器和多管式高效旋风除尘器，取代昂贵的水管式锅炉和高温高压飞灰过滤器，对气体进行降温。