水在煤炭气化中的作用

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1、水在煤炭气化中的作用聂旭春1聂国印2（1、内蒙古工业大学，2、内蒙古自治区煤田地质局）摘要：年产20亿m3煤制天然气总用原水1369.168万t，依据各关键物流的数据计算出，其中气化了407.82万t，原地蒸发、蒸汽排空96.13万t，高盐污水排放约216.31万t，第二年需要720.26万t原水就可以满足生产。关键词：煤炭；气化；水气化；碳/氢元素比例；流程；计算。1.中国煤炭气化现状煤炭气化技术有：固定床气化、流化床气化、气流床气化，其中气流床气化最有优势。当前国内对气流床煤气化的选择主要集

2、中于干法进料的SheII（壳牌）、GSP粉煤气化和湿法进料的Texaco(德士古)和国内多喷嘴对置式水煤浆气化技术，SheII和GSP粉煤气化技术虽然先进，但是缺乏化工应用业绩，水煤浆气化技术用于化工生产成熟可靠，操作稳定性强，特别是国内具有自主知识产权的多喷嘴对置式气化技术，在装置投资、建设、稳定运行、经济效益等方面具有显著优势。投资者选择哪一种气流床气化技术关键要看技术的成熟可靠性；投资；项目建设周期；专利商的工程支持能力；运行与维护成本。气流床气化技术特点：气化剂为水蒸气和氧；煤种适应宽；

3、反应物在炉内停留时间短，反应时间约为1s～3s；气化温度高达1500℃，灰渣以熔融状态排出，熔渣中含碳量低；气化压力4-6.5MPa；出炉煤气的组分以C0，H2，C02和H2O为主，CH4含量很低，产品中不含焦油，不产生含酚废水，烟气净化装置简单。影响气流床气化的主要因素：气化温度；气化压力；氧煤比；蒸汽／煤比；气化炉结构。［1］在兖矿鲁南化肥厂建设多喷嘴对置式水煤浆气化炉及配套工程，于2005年7月21日一次投料成功，并完成80小时连续、稳定运行。装置初步运行结果表明：有效气CO+H2超过82

4、%，碳转化率高于98%。它标志着我国拥有了具备自主知识产权的、与国家能源结构相适应的煤气化技术具有重大的突破，其水平填补了国内空白，并达到国际先进水平。目前已有数十家企业使用多喷嘴对置式水煤浆气化炉，成为我国煤炭气化的主流设备。煤炭、石油、生物质通过：气化、一氧化碳变换、酸性气体脱除、提纯四个流程制备氢气；气化、酸性气体脱除、分离、提纯四个流程制备氢气和一氧化碳；气化、一氧化碳变换、酸性气体脱除、甲烷化等流程制备天然气、甲醇、乙二醇、二甲醚、烯烃、氮肥、车用燃料等。2.水在煤炭气化中的作用2．1

5、工艺简介以年产20亿m3煤制天然气技术为例：利用褐煤等劣质煤炭，通过煤炭气化、一氧化碳变换、酸性气体脱除、甲烷化四道流程制取天然气，工艺流程如图1所示，其中气化采用BGL技术，并配有空分装置和硫回收装置。主要流程为：①原煤经过备煤单元处理后，经煤锁送入气化炉，蒸汽和来自空分的氧气作为气化剂从气化炉下部喷入，在气化炉内煤和气化剂逆流接触，煤经过干燥、干馏和气化、氧化后，生成粗合成气，粗合成气的主要组成为H2、C0、C02、CH4、H2S、油和高级烃；②粗合成气经急冷和洗涤后送入变换单元，粗合成气经

6、过部分变换和工艺废热回收后进入酸性气体脱除单元；③粗合成气经酸性气体脱除单元脱除硫化氢和二氧化碳及其它杂质后送入甲烷化单元；④在甲烷化单元内，原料气经预热后送入硫保护反应器，脱硫后依次进入后续甲烷化反应器进行甲烷化反应，得到合格的天然气产品，再经压缩干燥后送入天然气管网。［2］4图1煤制天然气总工艺流程示意图2.2关键物流数据模拟以年产20亿m3煤制天然气为例，各关键物流的数据如表3所示，其物流号与图1相对应。以常温常湿空气干燥（ad）的原料煤煤质组成见表1，高位发热量26.89MJ/kg。［2

7、］表1原料煤煤质组成及热值％水分灰分全硫碳氢氧氯12.114.280.2769.053.839.680.004表2物流的流量、温度和压力物流号①②③④⑤流量Nm3/h8433001216587812924250000176245度℃17540305520压力MPaA4.03.653.35.75.3表3煤制天然气物流数据表（mol％）物流号①②③④⑤CO24.61934.1171.5041.64H2S0.0900.068COS＋CS20.008CO60.64911.12516.64931ppmH2

8、25.66348.70472.8880.31CH47.7845.3968.07596.46C2~C40.5830.3880.580.01NH30.277HCN0.034N2＋Ar0.2930.2030.3041.580.2O299.8表4煤制天然气消耗表项目单位年消耗量原料煤t3834600燃料煤t991352催化剂及化学品t65264电KWh358453760原水t136916802.3水在煤炭气化中的作用本文是利用《化工设计》杂志2010年03期刘芹、邢涛的《浅析煤制天然气的工艺流程与经济性