煤氣化技術(shù)論文
煤氣化技術(shù)論文
煤氣化是潔凈、高效利用煤炭的主要方法之一，是許多能源高新技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。下面是學(xué)習(xí)啦小編整理了煤氣化技術(shù)論文，有興趣的親可以來閱讀一下!
煤氣化技術(shù)論文篇一
煤氣化技術(shù)
摘要 介紹了常見的煤氣化技術(shù)，比較了各項技術(shù)的氣化煤種、操作條件及產(chǎn)品煤氣等性能，認(rèn)為以加壓水煤漿氣化、Shell氣化為代表的氣流床技術(shù)及地下煤氣化技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞 煤氣化技術(shù) 優(yōu)點(diǎn) 應(yīng)用
Technology of Coal Gasification
Shi Xiao-bing
(Shanxi jinfeng coal chemical company limited 048000)
Abstract The traditional technologys of coal gasifying are introduced in this article，and the advantages of every method are analysed.A conclusion is obtained that Underground Coal Gasification and flow bed technic including texaco coal gasification process and Shell coal gasification process will be widely used in the future.
Keywords methods of coal gasification advantage application
前言
煤氣化是潔凈、高效利用煤炭的主要方法之一，是許多能源高新技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。煤氣化有完全氣化和部分氣化(煤的干餾技術(shù))兩種途徑。由于受到煤種和產(chǎn)品綜合發(fā)展的制約，部分氣化只能滿足局部的需要;而我國煤炭資源中有一半以上煤種適合完全氣化，因此煤制氣技術(shù)的立足點(diǎn)應(yīng)放在完全氣化方面。
煤氣化分類無統(tǒng)一規(guī)定，最常見的是按原料在氣化爐內(nèi)的移動方式分成固定床、流化床和氣流床三種。此外，還有使煤炭在地下直接氣化，獲得煤氣的方法，即地下氣化法(Underground Coal Gasification，UGG)。
1.固定床氣化技術(shù)
1.1常壓固定床氣化技術(shù)
由于氣化劑的不同，常壓固定床煤氣化可能產(chǎn)生的產(chǎn)品有空氣煤氣和混合煤氣，前者以空氣為氣化劑，熱值約為4.6MJ/m3。后者以空氣和水蒸汽為氣化劑時，稱為間歇?dú)饣?以純氧或富氧空氣和水蒸汽為氣化劑時，稱為連續(xù)氣化法?；旌厦簹饨M成中無效氣體約占60%左右，熱值約為5.02～5.86MJ/m3，主要用作工業(yè)燃料氣，亦可作為民用燃?xì)獾膿交鞖狻?/p>
一般而言，氣化劑中氧氣含量越高，氣化強(qiáng)度也就越大，氣化效率也就越高，而對純氧的消耗量也就越高。連續(xù)氣化較間歇?dú)饣跉饣瘡?qiáng)度、氣化效率、有效氣體組成及制氨能耗等方面具有明顯的優(yōu)越性。
自1882年第一臺常壓固定床煤氣發(fā)生爐在德國投產(chǎn)以來，該技術(shù)不斷得到完善。由于技術(shù)成熟可靠，投資少，建設(shè)期短，在國內(nèi)外仍廣泛使用。在冶金、建材、機(jī)械等行業(yè)用于制取燃?xì)?，在中小型合成氨廠用于制取合成氣。
常見的混合煤氣發(fā)生爐有M型、3MT(威爾曼)型、W-G(威爾曼-格魯沙)型、TG型和U.G.I型。此外，美國的FW-STOIC爐和波蘭循環(huán)鼓風(fēng)兩段爐也可以生產(chǎn)發(fā)生爐煤氣或水煤氣。
1.2固定層加壓氣化技術(shù)
目前，德國魯奇公司利用魯奇(Lurgi)爐開發(fā)的加壓下，碎煤(5～50mm)與氣化劑(水蒸汽或純氧)進(jìn)行反應(yīng)的技術(shù)較為成熟。該技術(shù)在中國城市煤氣生產(chǎn)和制取合成氣方面已受到廣泛重視。
魯奇爐可氣化褐煤、無煙煤，直至水分、灰分較高的劣質(zhì)煤;單爐生產(chǎn)能力可達(dá)7500m3(標(biāo))/h(干基);由于是連續(xù)氣化過程，有利于實現(xiàn)自動控制;氣化壓力高，可縮小設(shè)備和管道尺寸，利用氣化后的余壓可進(jìn)行長距離輸送;氣化較年輕的煤時，可以得到各種有價值的焦油、輕質(zhì)油及粗酚等多種副產(chǎn)品;通過改變壓力和后續(xù)工藝流程，可以制得H2/CO各種不同比例的化工合成原料氣。
但是，由于魯奇爐采用了固態(tài)排渣，蒸汽分解率低，蒸汽消耗較大，未分解的蒸汽在后序工段冷卻，所以造成氣化廢水較多，廢水處理工序流程長，投資高;且需要配套相應(yīng)的制氧裝置，一次性投資較大。
2.流化床(或稱沸騰床)煤氣化技術(shù)
流化床床層溫度均勻，傳熱傳質(zhì)效率高，氣化強(qiáng)度大，可氣化多煤種的粉煤，煤氣中基本不含焦油和酚類物質(zhì);不過，氣體中帶出細(xì)粉過多而影響了碳轉(zhuǎn)化率。使細(xì)煤粉再次循環(huán)可一定程度的克服這一缺點(diǎn)。
2.1常壓溫克勒(Winklee)煤氣化技術(shù)
氣化劑(氧氣和水蒸汽)消耗量低;氣化負(fù)荷彈性大;操作溫度低，控制維修簡易，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠。但由于其操作壓力和氣化溫度均較低，使得單爐處理量較小，碳轉(zhuǎn)化率低，帶出物和灰渣中碳含量較高(一般帶出物含碳30～50%，灰渣含碳20～30%);并且氣化爐體積龐大，單位容積氣化率較低。
常壓溫克勒的缺點(diǎn)限制了其推廣應(yīng)用，80年代以后國內(nèi)已停止使用。針對這一缺點(diǎn)，通過提高氣化溫度和氣化壓力，改進(jìn)氣化劑分布器結(jié)構(gòu)，成功開發(fā)了多種新型流化床氣化技術(shù)，主要有高溫溫克勒、U-Gas、KRW和CFB等氣化爐。
2.2高溫溫克勒(HTW)煤氣化技術(shù)
HTW保留了傳統(tǒng)Winkler氣化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，提高了氣化溫度和氣化壓力，粗煤氣帶出的固體煤粉塵參與了循環(huán)利用，使氣化爐大型化成為可能。
2.3灰熔聚流化床煤氣化技術(shù)
該技術(shù)改變了以往的排渣方式，實現(xiàn)了灰熔聚排渣。代表爐型有美國的U-Gas爐，KRW爐以及中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所的ICC爐。
與一般流化床煤氣化爐相比，灰熔聚煤氣化爐結(jié)構(gòu)簡單，操作控制方便，運(yùn)行穩(wěn)定;可氣化小于6mm的包括黏結(jié)煤、高灰煤在內(nèi)的各種等級的碎粉煤;氣化溫度高，氣化強(qiáng)度為一般固定床氣化爐的3～10倍;碳轉(zhuǎn)化率高，氣化效率達(dá)75%以上;煤中含硫可全部轉(zhuǎn)化為H2S，也可用石灰石在爐中脫硫，簡化了煤氣凈化系統(tǒng);與熔渣爐(Shell)相比氣化溫度低的多，耐火材料使用壽命可達(dá)10年以上;煤氣夾帶的煤灰可返回氣化爐內(nèi)，進(jìn)一步燃燒、氣化，碳利用率高。 2.4循環(huán)流化床(Circulating Fluidized Bed)煤氣化技術(shù)
CFB克服了鼓泡流化床中存在大量氣泡造成的氣固接觸不良，以及氣流床中氣化溫度過高、大量煤轉(zhuǎn)化為熱能而不是化學(xué)能的缺點(diǎn);產(chǎn)品氣和反應(yīng)器內(nèi)的溫度均一，避免了鼓泡床中局部高溫造成的結(jié)渣現(xiàn)象;除外循環(huán)還存在內(nèi)循環(huán)，利于新加入的物料迅速升溫和反應(yīng)的迅速完成;另外，由于循環(huán)比率高達(dá)幾十倍，增加了顆粒在床內(nèi)停留時間，提高了碳轉(zhuǎn)化率。代表爐型是魯奇CFB爐。
2.5其它型式的流化床煤氣化技術(shù)
1、FM1.61型間歇式常壓流化床水煤氣爐，由江蘇理工大學(xué)開發(fā)，能直接生產(chǎn)CO﹤20%的中熱值煤氣。
2、恩德爐粉煤氣化技術(shù)，由中國撫順恩德機(jī)械有限公司在國外專利技術(shù)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成。該技術(shù)成熟可靠，運(yùn)行安全穩(wěn)定，煤種適應(yīng)性較寬，氣化效率較高，操作彈性大，建設(shè)投資較少，生產(chǎn)成本低，環(huán)境影響小。但也存在設(shè)備體積大，灰渣含碳量較高，煤氣有效成份(CO+H2)較低，氣化壓力較低等缺點(diǎn)。
3、載熱體常壓循環(huán)床粉煤氣化技術(shù)，由上海申江化肥成套設(shè)備有限公司與寧夏吳忠富榮化肥工業(yè)有限公司聯(lián)合開發(fā)。操作簡單、運(yùn)行穩(wěn)定，且可連續(xù)制氣;但是其常壓操作不利于大型化生產(chǎn)，且對環(huán)境污染較嚴(yán)重。
3.氣流床煤氣化技術(shù)
氣流床氣化的主要特點(diǎn)是：粉煤進(jìn)料，高溫氣化，液態(tài)排渣。它的代表爐型及相關(guān)的進(jìn)料形態(tài)、氣化壓力和氣化劑見下表：
3.1 K-T(Kopper-Tolzek)爐
與固定床煤氣爐相比，K-T爐對原料煤的限制較少，生產(chǎn)能力大(為其5～10倍);合成氣有效成分(CO+H2)高達(dá)85～88%，甲烷含量低于0.1%。
K-T爐的不足之處是：碳轉(zhuǎn)化率、冷煤氣效率與shell爐比較低，氧、煤消耗較高;煤粉制備工序電耗高，環(huán)保問題多;氣化爐帶出物(飛灰)多，除塵效率低，必須設(shè)置洗滌、機(jī)械除塵、靜電除塵等逐級的除塵設(shè)備。
3.2 Shell爐
能成功地處理高灰分、高水分和高硫煤種;對煤的性質(zhì)，諸如活性、結(jié)焦性、水、硫、氧及灰分等，并不敏感;能源利用率高，氣化過程的碳轉(zhuǎn)化率達(dá)99%;設(shè)備單位容積產(chǎn)氣能力高，且在同樣生產(chǎn)能力下，設(shè)備尺寸較小，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，相對的建設(shè)投資也比較低;環(huán)境效益好，屬于“潔凈煤”工藝。
3.3濕法(水煤漿)氣流床加壓氣化技術(shù)
除可氣化除大部分煤種外，還可氣化石油焦、煤液化殘渣、半焦、瀝青、可燃垃圾、可燃廢料(如廢輪胎)等;與干粉進(jìn)料相比，既安全又易于控制;工藝技術(shù)成熟，流程簡單，設(shè)備布置緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)率高;氣化爐內(nèi)沒有機(jī)械傳動裝置，操作性能好，可靠程度高;單臺氣化爐的投煤量[400～1000t/d(干煤)左右]選擇范圍大，美國的Tampa裝置氣化能力甚至可達(dá)2200t/d(干煤);可供選擇的氣化壓力范圍廣，碳轉(zhuǎn)化率(95～99%)高，操作彈性(50～105%)大，粗煤氣中有效成分(CO+H2)可達(dá)80%左右，除含少量甲烷外不含其它烴類、酚類和焦油等物質(zhì)，采用傳統(tǒng)氣體凈化技術(shù)即可達(dá)到要求;氣化過程污染少，環(huán)保性能好。
但是，該技術(shù)高溫高壓的生產(chǎn)環(huán)境都對管道及設(shè)備的材料提出了更高的要求;并且水煤漿含水量太高，使得冷煤氣效率和煤氣中的有效氣體成分(CO+H2)偏低，氧耗、煤耗均比干法氣流床要高一些。
當(dāng)前，濕法氣流床加壓氣化技術(shù)仍被廣泛采用。有代表性的技術(shù)有美國德士古發(fā)展公司開發(fā)的水煤漿加壓氣化技術(shù)、道化學(xué)公司(Dow Chemical Company)開發(fā)的兩段式水煤漿氣化技術(shù)、中國自主開發(fā)的多噴嘴煤漿氣化技術(shù)等，前者開發(fā)最早、應(yīng)用最廣。
4.地下煤氣化技術(shù)
煤炭地下氣化集建井、采煤、轉(zhuǎn)化工藝于一體，簡化了生產(chǎn)工藝流程，舍棄了龐大、笨重的采煤設(shè)備和地面氣化設(shè)備，變傳統(tǒng)的物理采煤為化學(xué)采煤，提高了煤的轉(zhuǎn)化率，產(chǎn)品煤氣便于輸送和使用，因而具有安全性好、投資少、效益高、污染小等優(yōu)點(diǎn)，深受世界各國的重視。早在上世紀(jì)50年代，我國已先后在山西、江蘇、黑龍江、河北等地進(jìn)行了試驗研究，并已取得了一定成效。
但是，由于地下氣化是在地下煤層中的反應(yīng)空間進(jìn)行的，這種反應(yīng)在很大程度上取決于煤層的賦存條件，這就使煤炭地下氣化的過程比地面煤氣發(fā)生爐復(fù)雜得多。較之固定床氣化(與地下氣化過程類似)，地下氣化具有以下基本特征。
(1)煤層的不規(guī)則冒落，形成了不均勻大尺度煤塊的水平滲流床，氣化區(qū)邊界有質(zhì)量交換，因而比地面氣化更具復(fù)雜性。
(2)地下氣化過程中煤層不能移動，而是通過燃燒工作面(氣化工作面)的移動來保持氣化過程的連續(xù)，而且各反應(yīng)帶的長度在不斷改變。
(3)因煤層及巖層冒落，氣化通道截面在不斷發(fā)生變化;此外，氣化反應(yīng)通道與煤層的頂?shù)装灏l(fā)生熱量交換，不利于氣化過程的進(jìn)行。
結(jié)束語
煤氣化技術(shù)種類較多，發(fā)展較快，但隨著能源的枯竭及人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，加壓水煤漿氣化技術(shù)、Shell氣化技術(shù)為代表的氣流床技術(shù)及地下煤氣化技術(shù)將會受到越來越多的重視。
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