煤气化技术介绍.ppt

煤气化技术介绍煤气化技术介绍 化工冶金事业部化工冶金事业部 @2013.11 28@2013.11 28v 煤炭的特性煤炭的特性v 煤气化原理煤气化原理v 现代煤气化技术发展现代煤气化技术发展 介绍内容介绍内容 一一. . 煤炭的组成和用途煤炭的组成和用途煤炭：煤炭：煤炭：煤炭：复杂的有机含碳矿物（从褐煤到无烟煤），以复杂的有机含碳矿物（从褐煤到无烟煤），以复杂的有机含碳矿物（从褐煤到无烟煤），以复杂的有机含碳矿物（从褐煤到无烟煤），以碳碳碳碳为主，为主，为主，为主， 主要成份为主要成份为主要成份为主要成份为C C C C，，，，H H H H，，，，O O O O，，，，N N N N，，，，S S S S；；；；高度芳香化高度芳香化高度芳香化高度芳香化；多少不等的；多少不等的；多少不等的；多少不等的 无机矿物，无机矿物，无机矿物，无机矿物， Ash Ash Ash Ash ：：：： 1 1 1 1～～～～50%50%50%50%，，，， Water: Water: Water: Water: X X X X～～～～60%60%60%60%，，，， Volatile Volatile Volatile Volatile：：：：3 3 3 3～～～～45%45%45%45%用途用途能源能源燃烧发电燃烧发电（（（（10101010～～～～35353535MJ/kgMJ/kgMJ/kgMJ/kg））））能源能源制合成气制合成气制合成气制合成气 CO+HCO+HCO+HCO+H2 2 2 2，，，，H H H H2 2 2 2制燃料气制燃料气制燃料气制燃料气CHCHCHCH4 4 4 4,CO,H,CO,H,CO,H,CO,H2 2 2 2制还原剂（冶金焦，铁合金焦）制还原剂（冶金焦，铁合金焦）制还原剂（冶金焦，铁合金焦）制还原剂（冶金焦，铁合金焦）制吸附剂（活性炭，活性焦制吸附剂（活性炭，活性焦制吸附剂（活性炭，活性焦制吸附剂（活性炭，活性焦））））原料原料东山东山瘦煤瘦煤西山西山焦煤焦煤王封王封贫瘦煤贫瘦煤焦煤焦煤洗中煤洗中煤神木神木烟煤烟煤彬县彬县烟煤烟煤埃塞褐埃塞褐煤煤工工业业分分析析 Wt%MadAadVad1.3018.2313.611.4916.9119.510.9512.6813.501.5341.3618.494.425.9932.152.5210.1424.4313.5829.4530.18焦渣特性焦渣特性3644322元元素素分分析析Wt%CadHadOadNadStad70.933.532.591.372.0570.584.154.891.160.8276.213.403.410.722.6345.922.977.030.740.4573.984.469.701.240.2169.943.8512.730.360.4636.842.6815.011.021.42灰灰熔熔点点 CDTSTFT1480>1500>1500>1500>1500>150013801440>1500>1500>1500>1500120012201240116012101300130013701390热热值值MJ/kg Qnet.v.ad28.0628.3920.57 29.229.0915.24部分试验煤种分析数据原料原料湖南湖南无烟煤无烟煤阳泉阳泉无烟煤无烟煤晋城晋城无烟煤无烟煤晋城晋城无烟煤无烟煤石油焦石油焦 山东山东菜园菜园山东山东鲍店鲍店工工业业分分析析 Wt%MadAadVad2.3629.216.152.0627.828.931.9737.886.651.8019.027.960.990.2710.551.89 14.69 30.75 2.3119.6830.48焦渣特性焦渣特性2222276元元素素分分析析Wt%CadHadOadNadStad60.992.593.570.640.6461.492.833.450.891.4653.082.032.250.332.4672.732.692.770.730.2684.623.405.771.713.2471.10 4.38 5.82 1.19 0.93 65.994.256.251.10.42灰灰熔熔点点 CDTSTFT1500>1500>1500>1500>1500>150013801440>1500>1500>1500>15001500>1500>1500 1500>1500>1500 1480>1500>1500热热值值MJ/kg Qnet.v.ad22.7222.8419.3626.8735.3 28.95 26.15 部分试验煤种分析数据煤化工煤化工煤气化定义煤气化定义定义：定义：定义：定义： 汽化剂通过炽热的炭层对固体燃料（煤）进行热加工获得汽化剂通过炽热的炭层对固体燃料（煤）进行热加工获得汽化剂通过炽热的炭层对固体燃料（煤）进行热加工获得汽化剂通过炽热的炭层对固体燃料（煤）进行热加工获得煤气的过程。

煤气的过程煤气的过程煤气的过程气化剂：气化剂：气化剂：气化剂：u氧气（空气、富氧空气和纯氧气）氧气（空气、富氧空气和纯氧气）氧气（空气、富氧空气和纯氧气）氧气（空气、富氧空气和纯氧气）u水蒸气水蒸气水蒸气水蒸气u氢气氢气氢气氢气煤气化的用途：煤气化的用途：煤煤气化气化净化净化（（（（η=80% )η=80% )η=80% )η=80% )CO2CO2CO2CO2变换变换H H H H2 2 2 2S,NHS,NHS,NHS,NH3 3 3 3, , , ,粉尘，粉尘，粉尘，粉尘，K K K K，，，，Na,HgNa,HgNa,HgNa,Hg H H2 2Fuel cellFuel cell（（（（η=80% )η=80% )η=80% )η=80% )电力电力电力电力64%64%64%64%IGCCIGCC（（（（η=60% )η=60% )η=60% )η=60% )电力电力电力电力48%48%48%48%合合合合成成成成气气气气 H H2 2炼油厂炼油厂炼油厂炼油厂汽油汽油汽油汽油柴油柴油柴油柴油直接液化直接液化直接液化直接液化油品油品油品油品合成氨合成氨合成氨合成氨NHNH3 3合合合合成成成成气气气气合成合成合成合成甲醇甲醇甲醇甲醇合成油合成油合成油合成油甲醇甲醇甲醇甲醇DMEDMEMTOMTOMTPMTPMTGMTG煤气化：煤气化：C Cn nHHmmOOx xNNy yS Sz z=C+CO+CO=C+CO+CO2 2+H+H2 2+NH+NH3 3+HCN+H+HCN+H2 2S+COS+S+COS+••••••••CoalOxygenSteamGasifier 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/PMC + 1/2 O2                COC + O2               CO2C + CO2               2COC + H2O            CO + H2C + 2H2           CH4CO  + H2O           H2  + CO2CO + 3H2            CH4 + H2O 〔〔S〕〕           H2S+COS          〔〔N〕〕          NH3+HCN       煤气化时煤气化时S S和和N N的基本反应的基本反应                  S+ O2                      SO2           SO2 + 3 H2                     H2S + 2H2O          SO2 + 2CO                     S +2 CO2         2H2S + SO2                      3S + 2H2O                C  + 2S                      CS2                CO + S                      COS             N2 + 3 H2                      NH3 N2 + H2O + 2CO                      2HCN +1.5 O2              N2 + xO2                                  2NOxSN煤燃烧：煤燃烧：C + O2               CO2H + O2               H2O 〔〔S〕＋〕＋ O2                  SOX  〔〔N〕＋〕＋ O2                  NOX   Hg                  Hg, HgO水水               水蒸汽水蒸汽 CoalAirFlue gas煤气化过程的简单分析：煤气化过程的简单分析：vv 煤气化通常不希望有焦油等液态产品存在，以消除净化的困难，通常要求煤气化通常不希望有焦油等液态产品存在，以消除净化的困难，通常要求煤气化通常不希望有焦油等液态产品存在，以消除净化的困难，通常要求煤气化通常不希望有焦油等液态产品存在，以消除净化的困难，通常要求 温度在温度在温度在温度在900℃900℃900℃900℃以上，有足够的停留时间以上，有足够的停留时间以上，有足够的停留时间以上，有足够的停留时间vv 煤气化的主反应为煤气化的主反应为煤气化的主反应为煤气化的主反应为 C+HC+HC+HC+H2 2 2 2O CO+HO CO+HO CO+HO CO+H2 2 2 2和和和和C+COC+COC+COC+CO2 2 2 2 2CO 2CO 2CO 2CO，，，，此二反应在高温是此二反应在高温是此二反应在高温是此二反应在高温是 有利的，通常有利的，通常有利的，通常有利的，通常1000℃1000℃1000℃1000℃以上时已达足够平衡转化率以上时已达足够平衡转化率以上时已达足够平衡转化率以上时已达足够平衡转化率vv 高温高压有利于化学反应进行，但在高温高压有利于化学反应进行，但在高温高压有利于化学反应进行，但在高温高压有利于化学反应进行，但在1000-1200℃1000-1200℃1000-1200℃1000-1200℃以上反应受扩散控制以上反应受扩散控制以上反应受扩散控制以上反应受扩散控制vv 气化炉炭转化率取决于反应速度和停留时间，气相有效成份浓度（或热值）气化炉炭转化率取决于反应速度和停留时间，气相有效成份浓度（或热值）气化炉炭转化率取决于反应速度和停留时间，气相有效成份浓度（或热值）气化炉炭转化率取决于反应速度和停留时间，气相有效成份浓度（或热值） 取决于热力学平衡和接近平衡的程度取决于热力学平衡和接近平衡的程度取决于热力学平衡和接近平衡的程度取决于热力学平衡和接近平衡的程度vv 实际气化过程并非按化学计量进行，而是取决于过程的温度控制，以保证实际气化过程并非按化学计量进行，而是取决于过程的温度控制，以保证实际气化过程并非按化学计量进行，而是取决于过程的温度控制，以保证实际气化过程并非按化学计量进行，而是取决于过程的温度控制，以保证 正常的气固流动正常的气固流动正常的气固流动正常的气固流动vv 备煤，进料，反应，渣排出和气体净化备煤，进料，反应，渣排出和气体净化备煤，进料，反应，渣排出和气体净化备煤，进料，反应，渣排出和气体净化国内外煤气化工艺国内外煤气化工艺已商业化和正商业化的工艺：已商业化和正商业化的工艺：● ● ● ● 气流床气化气流床气化气流床气化气流床气化 GE-Texaco,Shell,GSP,E-Gas,K-TGE-Texaco,Shell,GSP,E-Gas,K-TGE-Texaco,Shell,GSP,E-Gas,K-TGE-Texaco,Shell,GSP,E-Gas,K-T● ● ● ● 流化床气化流化床气化流化床气化流化床气化 HTWHTW，，，，WinklerWinkler，，，， AFB, AFB,● ● ● ● 固定床气化固定床气化固定床气化固定床气化 LurgiLurgiLurgiLurgiLurgiLurgiHTWHTWKRWKRWAFBAFBTexacoTexacoE-GasE-GasShellShellGSPGSP● ● ● ● 移动床移动床移动床移动床● ● ● ● 流化床流化床流化床流化床● ● ● ● 气流床气流床气流床气流床典型的气化技术典型的气化技术Lurgi 氧气鼓氧气鼓风气化炉的典型操作气化炉的典型操作结果果 煤种来源 粒径（mm）泥 煤褐 煤次 烟 煤烟 煤无烟煤Ireland15.2-40.6Germany1.0-10.1North Dakota1.4-30.5Riotolbio5.1-30.5Sasoll5.1-30.5Westerfield5.1-30.5Charle-ston5.1-30.5Vietnam5.1-30.5 工业分析（wt%）挥发份 57.336.829.130.519.728.929.15.7固定炭25.232.630.438.738.343.047.687.3水分15.526.534.316.55.415.75.12.0灰分2.04.16.214.336.312.418.25.0高热值 kJ/kg22865261682793531168300098321223333235193灰熔点 /℃--1204124914271421139913821499操作压力 /MPa2.032.523.033.032.862.452.242.86煤气组成，（vol%）CO17.019.115.920.221.424.224.820.3H234.137.239.238.938.439.738.345.3CH413.611.810.811.79.69.49.34.7CnHm0.60.41.20.40.51.00.60.3H2S0.10.20.40.30.20.80.50.1CO233.830.732.228.128.924.425.827.5N20.80.50.30.41.00.50.71.3煤气热值 /kJ/m3116141144611409117481109611811114389836壳牌气化炉的典型数据壳牌气化炉的典型数据壳牌气化炉的典型数据壳牌气化炉的典型数据 项 目设 计 变 化 范 围示 范 运 行 用 煤 量 t/d 229115-235229操作严厉 MPa2.512.44-2.512.44煤气组成 %H229.922.7-34.627.7-29.8CO62.954.8-69.066.5-69.0CO25.82.2-10.82.2-2.4CH40.040.001-0.0040.001-0.004H2S+COS1.01.1-1.81.1-1.2炭转化率98.598.597-98AFBAFB典型的气化结果典型的气化结果产 地Ethiopia彬 县西 山东 山阳 泉晋 城煤 种褐 煤烟 煤焦 煤瘦 煤无烟煤无烟煤煤 kg/h1056633.3780932709522气化温度 /C100010841078109710531187气化压力 (g) /kPa40.022.512315830121空气 Nm3/h102.5123.9427222132121氧气 Nm3/h349.3334.0320475310330蒸汽 kg/h510625.85281256745550氧煤比 (Nm3/kg)0.330.530.410.510.440.63汽煤比 (kg/kg)0.480.990.681.351.021.05氧浓度 %827955757679 煤气组成 (Vol.%)COCO2CH4H2N221.9228.094.2338.657.1129.4621.591.739.737.4228.3618.381.7031.8819.6826.6720.981.9442.128.2036.988.070.6729.0625.2233.9422.420.6434.968.03煤气热值 kJ/Nm3937294688318949787229000煤气产率 Nm3/kg1.192.122.242.351.952.43炭转化率 %90.4385.789.788.18486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 C——1500 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 气化过程的分析和选择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不同气化炉工艺冷煤气效率和气化过程效率比较 　气化炉项目LurgiHTWKRWAFBShellTexaco冷煤气效率, %79.982.480.773.9（78）*80.776.8（70）过程效率, %_76.773.868（72）*71.067.2（68）备注块煤，复杂的其它净化系统褐煤无烟煤煤浆浓度66.5%(62%)*10%*10%残炭回收并进一步折算为残炭回收并进一步折算为5%5%的功的功煤气化综合考虑ØØ 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为特定组成气体时必须经气化，变换，甚至合成等步骤ØØ 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应根据源煤性质选择气化工艺应根据源煤性质选择气化工艺应根据源煤性质选择气化工艺ØØ 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，别适合城市和工业燃料气利用，别适合城市和工业燃料气利用，别适合城市和工业燃料气利用，缺点是缺点是缺点是缺点是：：：：1)1)1)1)块煤，块煤，块煤，块煤，2)2)2)2)焦油酚产焦油酚产焦油酚产焦油酚产 出难于净化，出难于净化，出难于净化，出难于净化，3)3)3)3)CH4CH4CH4CH4等轻烃含量高不适合于做化工合成气，等轻烃含量高不适合于做化工合成气，等轻烃含量高不适合于做化工合成气，等轻烃含量高不适合于做化工合成气， 4) 4) 4) 4)蒸汽消耗高，蒸汽消耗高，蒸汽消耗高，蒸汽消耗高，5)5)5)5)气体分布要求使固定床气化炉放大困难气体分布要求使固定床气化炉放大困难气体分布要求使固定床气化炉放大困难气体分布要求使固定床气化炉放大困难ØØ 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；加压流化床等污染物，结构简单，投资低，氧耗低，成本低；加压流化床等污染物，结构简单，投资低，氧耗低，成本低；加压流化床等污染物，结构简单，投资低，氧耗低，成本低；加压流化床 HTW HTW HTW HTW可用于大型气化系统；可用于大型气化系统；可用于大型气化系统；可用于大型气化系统；灰熔聚流化床气化技术灰熔聚流化床气化技术灰熔聚流化床气化技术灰熔聚流化床气化技术AFBAFBAFBAFB可用于多种可用于多种可用于多种可用于多种 煤，特别是由于温度温和，因而对灰分，灰含量较不敏感煤，特别是由于温度温和，因而对灰分，灰含量较不敏感煤，特别是由于温度温和，因而对灰分，灰含量较不敏感煤，特别是由于温度温和，因而对灰分，灰含量较不敏感，缺点，缺点，缺点，缺点 是：是：是：是：转化率较低转化率较低转化率较低转化率较低 90-95% 90-95% 90-95% 90-95%，灰渣带出量大，需完善再燃技术，工，灰渣带出量大，需完善再燃技术，工，灰渣带出量大，需完善再燃技术，工，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程放大尚待完成，特别是压力的提高以减少压缩能耗程放大尚待完成，特别是压力的提高以减少压缩能耗程放大尚待完成，特别是压力的提高以减少压缩能耗ØØ 气流床气化是当前最先进成熟的大型商业化气化工艺，以气流床气化是当前最先进成熟的大型商业化气化工艺，以气流床气化是当前最先进成熟的大型商业化气化工艺，以气流床气化是当前最先进成熟的大型商业化气化工艺，以TexacoTexacoTexacoTexaco 技术商业业绩最多；技术商业业绩最多；技术商业业绩最多；技术商业业绩最多；ShellShellShellShell氧耗较低，有效气成份较高；氧耗较低，有效气成份较高；氧耗较低，有效气成份较高；氧耗较低，有效气成份较高；E-GasE-GasE-GasE-Gas能能能能 耗较低；耗较低；耗较低；耗较低；GSPGSPGSPGSP较经济。

较经济üü 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障，增加浓度以提高效率障，增加浓度以提高效率障，增加浓度以提高效率üü 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 ShellShellShellShell气源的合理利用已减少变换能耗，或用急冷的气源的合理利用已减少变换能耗，或用急冷的气源的合理利用已减少变换能耗，或用急冷的气源的合理利用已减少变换能耗，或用急冷的GSPGSPGSPGSP以降低废热以降低废热以降低废热以降低废热 锅炉投资锅炉投资锅炉投资锅炉投资ØØ 应加强混合系统（应加强混合系统（应加强混合系统（应加强混合系统（Hybrid)Hybrid)Hybrid)Hybrid)的研究，使流化床气化最大发挥投资低的研究，使流化床气化最大发挥投资低的研究，使流化床气化最大发挥投资低的研究，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的优点和克服转化率低的缺点的优点和克服转化率低的缺点的优点和克服转化率低的缺点ØØ 多联产系统的发挥多联产系统的发挥多联产系统的发挥多联产系统的发挥Thank you !。