发布时间 : 星期六 文章气流床气化技术研究现状更新完毕开始阅读80bec31752d380eb62946ddc
图2.4 Prenflo气化炉结构示意图
2.1.4 德国GSP(Gaskombiant schwarze pumpe)煤气化技术[马会华等.浅析我国煤气化
技术引进、研发及自主创新中存在的问题和鼓励措施[J].2006, (3)]
原民主德国一直致力于煤炭综合利用的研究工作，即使在国际石油市场过剩的年代，也没有中断褐煤气化的开发工作。弗来贝格矿业大学在1964年组建了燃料研究所(DBI)，主要研究煤矿开发、燃料开发和气化技术。1970年，DBI开始研发气流床气化炉。1979年建成3MW中试装置，并进行了多种煤的试验。1984年在德国黑水泵市建成130MW(30t/h)工业装置q从1986年到1990年主要气化褐煤，生产民用煤气，1988-1989年达到高负荷运行，1991年后主要烧废油和污泥。东西德合并后，1991年德国诺尔公司收购了前东德燃料所气化工艺部门，成为技术的拥有者。1996年建成5MW 的完整中试装置，期间对城市垃圾、石油焦、生物质和其他燃料等进行试验。1999年，此项技术又被劳柏格电厂收购，2001年在英国建设30MW水冷壁气化炉，气化渣油，用于燃料气。2002年，此项技术又被瑞士未来能源公司收购，在捷克建成140MW水冷壁气化炉，气化渣油，用于IGCC的燃气。2005年，在中国市场已经签订了两个技术转让合同，还有多家企业正在与之洽谈。 2.2 国内干粉煤气化技术研究概况
目前在中国已经有十九套采用Shell粉煤气化技术的装置与Shell公司签定了技术引进合同。分别用于生产甲醇、合成氨及氢气等。除湖北双环日投煤1000t的装置投产外，年内中石化所属的三家日投煤2000t的装置将相继投产。国内干粉煤气化技术也取得了可喜的进展。
(一)2004年末，在华东理工大学[王辅臣等.多喷嘴对置煤气化技术的研究与工业示
范[J].应用化工,2006, 35 ]、充矿鲁南化肥厂(水煤浆气化及煤化工国家工程研究中
心)、中国天辰化学工程公司3家单位通力合作下，建于充矿鲁南化肥厂的国内首套具有自主知识产权的粉煤加压气化中试装置顺利通过72h专家现场考核，率先在国内展示了气流床粉煤加压气化技术的优越性能。中试装置气化温度为1300℃-1400℃，气化压力2.0 MPa -3.0MPa，根据1对喷嘴或4个喷嘴运行情况不同，装置操作负荷可调范围较大，为15-45t煤/d。氧煤比主要操作范围为0.5-0.6Nm3/kg,蒸汽煤比操作范围为0-0.3kg/kg.粉煤加压气化中试装置气化用煤为充矿鲁南化肥厂气化分厂Texaco水煤浆气化工业装置用煤，进气化炉的煤粉煤质分析结果见表2.3.
表2.3煤质分析结果
合成气成分见表5，其中以二氧化碳为输送载气进行气流床粉煤加压气化的运行数据在国际上还未见报道。显然，采用二氧化碳为输送载气后，合成气中的氮气含量明显降低，这对于粉煤加压气化技术更好地应用于生产甲醇、二甲醚、醋酸、烯烃、F-T合成等具有重要意义。表2.4还同时列出了其它国外气流床煤气化技术公开的合成气成分。可以看到，该气化技术的合成气中有效气成分较水煤浆气化高出约6-10个百分点，而和Shell,GSP技术基本一致。
表2.4中试装置合成气成分及其比较
(二)西安热工研究院自1994年就已经开始了干煤粉气流床气化技术的研究，开发出了一种新型的两段式加压气流床气化炉[许世森, 任永强. 两段式干煤粉气流
床气化炉[ P] .中国专利:ZL012404071, 2001-11-30]。1997年建成一台0.7t/d的试验装置，
并完成了14种中国典型动力煤种的加压气化试验研究。200年建成了处理煤量为36-40t/h的中试装置，完成了4种煤粉的气化试验。两段式气化炉结构如图2.5。该气化炉的外壳为一直立圆筒，炉膛分为上炉膛和下炉膛两段。下炉膛是第一反应区，为一个两段窄中间宽的腔体，4个对称的用于输入粉煤、水和氧气的喷嘴设在下炉膛的两侧壁上，排渣口设在下炉膛底部高温段，采用液态排渣，在下炉膛内壁面上设有用于回收余热的水冷壁，上炉膛为第二反应区，高度较长，在上炉膛的侧壁上开有2个对称的二次粉煤和如水进口，同时在上炉膛内壁上也设有用于回收余热的水冷壁。工作时，由于气化炉下段喷入干粉煤、氧气（纯氧或富氧）以及蒸汽，所喷入的煤粉量占总煤量的80-85%，在上炉膛喷入过热蒸汽夹带的煤粉，所喷入量占总煤量的15-20%。该装置上段炉的作用，一是代替循环合成气使温度高达1400℃的煤气急冷至约900℃，二是利用下段炉煤气显热进行热裂解和部分气化，提高总的冷煤气效率和热效率。其结构示意图如下：
图2.5 两段式气化结构示意图
Fig2.4 The structural diagram of two-stage coal gasifier
两段式干煤粉气化技术特点:
(1)气化温度约1400-1600℃，压力3.0MPa，碳转化率高达99%以上，产品气体相对洁净，不含重烃，煤气中有效气体体积分数(CO+H2) 高达90%以上。高温气化不产生焦油、酚等凝聚物,，不污染环境，煤气质量好。
(2)两段式气化炉：干煤粉被气化剂扩散，在气化炉的一段(1300-1500℃) 煤与O2 和H2O 发生部分氧化反应, 生成以CO+H2 为主要成分的粗煤气。在气化炉二段( 1000-1200℃) 送入少量煤、N2 和蒸汽，主要进行煤的干馏热解、挥发分的二次裂解及水蒸气的分解等反应。气化炉采用水冷壁结构，以渣抗渣，无耐
火砖衬里，维护量少，运转周期长，无需备炉。
(3)水激冷和冷却：两段气化形成的混合粗煤气，在气化炉上部经喷淋冷却水激冷至900℃左右，使其中夹带的熔融态灰渣颗粒固化。粗煤气离开气化炉进入废热锅炉，在废热锅炉内与脱氧水(4.0MPa, 40℃) 进行热交换，冷却至300 ℃左右。
(4)废热锅炉回收显热：废热锅炉用于回收高温煤气的显热， 既要承受高温高压，又要承受煤气中粉尘的冲刷，操作条件比较恶劣。废热锅炉的金属外筒为受压容器，内件由圆筒型水冷壁和若干层盘管型水冷壁组成，盘管型水冷壁各层之间密封分隔，为消除水冷壁上的积灰，废热锅炉可根据需要设置若干数量的气动敲击除灰装置，定期或不定期进行振动除灰。
(5)氧耗低：本工艺的氧耗较低, 因而与之配套的空分装置投资可减少。单炉生产能力大。同时，本工艺的热效率较高，煤中约83%的热能转化为合成气，约15%的热能被回收为高压或中压蒸汽，总热效率为98%左右。
(6)上行气流夹带部分液渣，为避免液渣在凝固时沾壁，需用急冷法固化液渣，使炉温瞬间降至灰渣软化温度( ST) 以下。本工艺采用喷入急冷水的方法进行急冷。气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状颗粒，性质稳定，用锁渣罐排渣。气化污水中含氰化物少，容易处理，可做到近0排放。
(7)气化操作采用先进的控制系统，其中应有专用的工艺计算机控制技术，为保护设备和操作人员安全，设有必要的DCS( 分散控制系统) 、ESD( 紧急停车系统)，使气化操作在最佳状态下进行。
(8)出废热锅炉的粗煤气进入干式除尘器，用高效飞灰过滤器除尘法回收飞灰。飞灰经收集并变压后返回常压煤仓( 再气化) ，总的碳转化率较高(-99%) ，脱除的飞灰进入飞灰收集罐，出飞灰收集罐的飞灰返回气化炉循环使用。
自1994 年开始，西安热工研究院就开始进行干煤粉气流床气化技术的研究。1997 年建成处理煤量0.7-1.0 t/d 的干煤粉气化试验装置，并利用该装置完成了14 种中国典型动力煤种的干煤粉加压气化试验研究及半工业性试验研究，本文将在下章介绍。
（三）一种固态排渣干粉气流床气化过程及装置[王洋;房倚天;黄戒介;彭辉 . 一种固态排渣干粉气流床气化过程及装置[p]. 中国专利: CN1405277，2003-2-26.]
中国科学院山西煤炭化学研究所申请了一项专利（CN1405277），一种固态排渣干粉气流床气化过程及装置。该装置是一种新型固态排渣干粉气流床气化方法及气化装置，其方法由备煤、供气、气化、排渣、除尘和废热回收六个部分所组成，在备煤过程中，将原煤分为8mm 以下碎灰分煤和0.09mm 以下粉煤两部分。新型固态排渣干粉气流床气化装置由熔聚灰分离单元、对喷气流床气化单元组成。本发明实现了高温气流床气化与流化床气化相结合，利用流化床浓相段中