煤炭气化技术优秀课件.ppt
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1、煤炭气化技术课件第1页,本讲稿共65页目录目录1煤制油化工产业现状2煤气化定义、化学反应、过程3原料煤及煤灰的特征描述4煤气化系统组成5煤气化技术分类及特点6煤气化技术发展趋势7煤气化技术的选择方法8对一些热点话题的思考 第2页,本讲稿共65页一.煤制油化工产业现状1.煤制油化工产业:直接液化、间接液化、煤制烯烃、煤制天然气、煤制乙二醇、煤制芳烃、褐煤提制等2.项目越来越多3.规模、投资越来越大4.业主的风险意识越来越强5.煤气化技术的选择越来越被重视6.政府的要求越来越高:环保、节能、安全第3页,本讲稿共65页二.煤气化定义、化学反应、过程1.煤气化定义 在一定的温度与压力下,煤炭与气化剂(
2、空气、氧气、二氧化碳、水蒸汽等)反应,煤中有机质转化成煤气、矿物质转化成灰渣的过程第4页,本讲稿共65页2.煤气化化学反应 气化反应:气化反应:C+H C+H2 2O=CO+HO=CO+H2 2 吸热反应吸热反应 C+CO C+CO2 2=2CO =2CO 吸热反应吸热反应变换反应:变换反应:CO+HCO+H2 2O=COO=CO2 2+H+H2 2 放热反应放热反应燃烧反应:燃烧反应:C+O C+O2 2=CO=CO2 2 放热反应放热反应第5页,本讲稿共65页3.煤气化过程干燥干馏(热解)气化燃烧 第6页,本讲稿共65页三.原料煤及煤灰的特征描述 1.原料煤特征描述工业分析:水分、灰分、挥
3、发分、固定碳、硫含量、发热量元素分析:炭、氢、氧、氮、硫煤的工艺性质:哈氏可磨性指数、烟煤粘结指数、机械强度、粒度组成、限下率、热稳定性、二氧化碳反应性等煤中微量元素:磷、氯、砷、氟、汞、铅、镉等。随着现代煤化工项目的大型化,煤中的微量元素对下游工艺及环保影响日益被人们所重视第7页,本讲稿共65页2.煤灰的特征描述煤灰熔融性:变形温度(DT,原称T1)软化温度(ST,原称T2)半球温度(HT)流动温度(FT,原称T3)粘温特性:煤灰的粘温特性是指煤的灰分在不同温度下熔融时,液态灰所表现的流动性。是液态排渣气化的重要参考指标。第8页,本讲稿共65页2.煤灰的特征描述煤灰组成:Al2O3、SiO2
4、、Fe2O3、MgO、TiO2、CaO、Na2O、K2O、MnO2、SO3、P2O5等成分的含量。其中Al2O3、SiO2、TiO2、P2O5称为酸性氧化物,一般认为其含量越高,煤灰熔点较高,灰黏度也高。而Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O称为碱性氧化物,其含量高时煤灰熔点和灰黏度会降低。第9页,本讲稿共65页2.煤灰的特征描述沾污指数(Rf)是指煤灰碱度(B/A)乘煤灰中Na2O值。其能体现煤灰在高温受热面的沾污倾向。其中,煤灰碱度是煤灰中碱性氧化物含量与酸性氧化物含量的比值。Na2O值是煤灰中Na2O质量百分数。通常Rf按照0.2,0.20.5,0.51.0和1.0划分四个等级,
5、分别代表轻微沾污、中等沾污、强沾污和严重沾污倾向。对于废锅流程的气化工艺有重要指导意义。第10页,本讲稿共65页四.煤气化系统组成 煤气化系统由设备、连接设备的管道、附着在管道上的阀门及测量元件、控制系统等组成。煤气化系统采用了集成技术,核心是烧嘴及气化炉。包括:1.原料煤预处理及进料系统 煤的破碎、筛分、制浆、制粉等。烧嘴、锁斗、密相输送、煤粉输送泵、螺旋杆给料2.排灰系统 锁斗、连续排灰(渣)第11页,本讲稿共65页四.煤气化系统组成3.气化炉 水冷壁、水夹套、耐火砖4.热回收系统 副产蒸汽、预热工艺介质5.气体净化系统 除尘:干法、湿法洗涤 脱出酸性气体:(吸收、解析)第12页,本讲稿共
6、65页四.煤气化系统组成6.变换系统:气体组分调整 7.废水预处理 脱出有机物:氨氮、油、酚等 脱出盐类:超滤、反渗透、蒸发结晶第13页,本讲稿共65页五.煤气化技术分类及特点1.常压固定床(移动床)气化2.加压固定床(移动床)气化3.流化床气化4.气流床气化5.熔融床气化:融铁床、沙浴床、熔渣床6.地下气化第14页,本讲稿共65页1.常压移动床(固定床)气化在冶金、建材、机械等行业用于制取工业燃气,在中小型合成氨厂用于制取合成气,在一些领域用于制备CO。这种气化技术对原料要求严格(无烟煤、焦炭、半焦等),单炉生产能力小,环境污染严重,能耗高。目前,以富氧(纯氧)/二氧化碳为气化剂的连续常压气
7、化有一定的市场。随着其它煤气化技术的不断发展与完善,随着时间的推移,终将被淘汰。第15页,本讲稿共65页2.加压固定床气化 加压移动床(固定床)气化分固态排渣鲁奇炉和液态排渣BGL炉。在中国使用鲁奇炉的企业有:云南省解放军化肥厂、山西天脊煤化工集团公司、河南省义马气化厂等。近几年来,新疆广汇、大唐、新汶、庆华等公司也已选择鲁奇炉生产煤基天然气。Mark+气化炉,与Mark4-HP40相比,单炉负荷增加了100%。建议关注该气化炉的进展 第16页,本讲稿共65页3.流化床气化Winkler炉、HTW炉、恩德气化炉U-Gas气化炉KBR气化炉中国ICC灰融聚气化炉建议关注HTW炉和KBR公司开发的
8、气化炉第17页,本讲稿共65页4.气流床气化进料类型:干粉、水煤浆(多元料浆)气化炉类型:热壁炉、水冷壁气化炉煤烧嘴多少:单烧嘴、组合烧嘴、多烧嘴烧嘴位置:顶部、中部气化剂:氧气、空气压力:常压、加压流程配置:废锅流程、冷激流程专利商:Shell、GE、Siemens、科林、Krupp-uhde、KBR、SES、山西煤化所、华理-兖矿、CBI(E-Ggas)、清华大学、西安热工研究院、西北化工研究院、航天煤化工公司、鲁奇公司、泽玛克公司、云煤、宁煤、五环、东方炉 等第18页,本讲稿共65页6.不同煤气化技术对煤质的要求-干粉气流床 干粉气流床煤气化工艺对原料煤有广泛的适应性,从无烟煤到褐煤的各
9、种煤都可以气化。由于采用干粉进料,高温、加压气流床气化,对煤的活性、粘结性、机械强度、水分、挥发分等一些煤质指标要求不严格。虽然干粉气流床煤气化工艺对煤质的适应性很广,但它不是万能气化炉,从技术经济角度考虑,该工艺对煤质还是有一定要求的,主要要求及原因分析如下:第19页,本讲稿共65页6.不同煤气化技术对煤质的要求-干粉气流床 灰分:干粉气流床采用液态排渣,灰分过高导致灰渣增加,热效率降低,还可能造成气化炉排渣不畅或堵塞。由于干粉气流床气化炉均采用膜式水冷壁结构,灰分过低导致气化炉不能正常挂渣,影响“以渣抗渣”的效果。实践表明:最佳灰分含量为12%25%。第20页,本讲稿共65页6.不同煤气化
10、技术对煤质的要求-干粉气流床 灰熔点:干粉气流床气化均是液态排渣,为确保灰分熔化、气化炉排渣顺畅,气化操作温度要高于煤灰FT(流动温度)100150。在能满足碳转化率要求的前提下,气化操作温度越低越好。但灰熔点过低的煤在气流床粉煤气化炉上气化时存在操作温度低导致炭转化率偏低、提高操作温度则无法挂渣的问题。灰熔点高的煤需要加助溶剂来降低灰熔点。因此灰熔点FT在1250左右的煤较合适。第21页,本讲稿共65页6.不同煤气化技术对煤质的要求-干粉气流床 煤灰粘温特性:为了能使水冷壁正常挂渣,并且气化炉能顺利排渣,在气化炉温下,要求煤的灰渣粘度范围在2540PaS。另一方面,要求煤灰粘温曲线平缓,以保
11、证气化炉有较宽的温度操作窗口。第22页,本讲稿共65页6.不同煤气化技术对煤质的要求-干粉气流床 煤灰粘温特性:为了能使水冷壁正常挂渣,并且气化炉能顺利排渣,在气化炉温下,要求煤的灰渣粘度范围在2540PaS。另一方面,要求煤灰粘温曲线平缓,以保证气化炉有较宽的温度操作窗口。第23页,本讲稿共65页6.不同煤气化技术对煤质的要求-干粉气流床 对于采用废锅流程的Shell煤气化工艺,为了避免煤灰在废热锅炉内结渣而影响换热效果并最终导致气化炉连锁停车,因此要求煤灰的沾污指数最好在0.5以下(碱金属含量要低)。对于激冷流程的GSP和HT-L干粉煤气化技术来说,对粘污指数没有要求。第24页,本讲稿共6
12、5页6.不同煤气化技术对煤质的要求-水煤浆气化 结合水煤浆气化工艺和气化炉的特点,水煤浆气化的理想原料应该具备水煤浆浓度高(可磨指数高、内水低)、原料灰分低、灰融点低的特点。第25页,本讲稿共65页6.不同煤气化技术对煤质的要求-水煤浆气化 煤浆浓度 根据我国近年来对水煤浆制备的研究,煤的可制浆浓度C与煤的空气干燥基水分和可磨指数的关联如下:C=68-0.6Mad+0.06HGI 上式表明:煤的空气干燥基水分越低,煤浆浓度越高,煤的可磨指数越高,煤浆浓度越高。第26页,本讲稿共65页6.不同煤气化技术对煤质的要求-水煤浆气化 煤浆浓度除了与煤的自然属性有关外,也与磨浆设备的特点和添加剂有关。工
13、业实践表明:选用合适的磨浆设备(比如分级磨)和与之配伍的添加剂,可以提高几个点的煤浆浓度。在不影响贮存和输送的前提下,煤浆浓度越高,氧耗越低,煤耗也低,气化效率越高。水煤浆气化一般要求煤浆浓度在55%以上。第27页,本讲稿共65页6.不同煤气化技术对煤质的要求-水煤浆气化 煤灰特性 煤的灰分含量、灰熔点、灰组成、粘温特性、沾污指数等统称煤灰特性。下面分析煤灰特性与水煤浆气化的关系:灰分含量:灰分含量低于20%(包括加入助溶剂CaO后)。越低越好,因为灰含量每增加1%,则氧耗增加0.7%0.8%,煤耗增大1.3%1.5%。第28页,本讲稿共65页6.不同煤气化技术对煤质的要求-水煤浆气化 灰熔点
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