水在煤炭氣化中的作用

1、水在煤炭氣化中的作用水在煤炭氣化中的作用聶旭春1聶國印2（1、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，2、內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局）摘要：年產(chǎn)20億m3煤制天然氣總用原水1369.168萬t，依據(jù)各關(guān)鍵物流的數(shù)據(jù)計(jì)算出，其中氣化了407.82萬t，原地蒸發(fā)、蒸汽排空96.13萬t，高鹽污水排放約216.31萬t，第二年需要720.26萬t原水就可以滿足生產(chǎn)。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：煤炭；氣化；水氣化；碳?xì)湓乇壤?；流程；?jì)算。1.1.中國中國煤炭氣化現(xiàn)狀煤炭氣化技術(shù)有：

2、固定床氣化、流化床氣化、氣流床氣化，其中氣流床氣化最有優(yōu)勢。當(dāng)前國內(nèi)對氣流床煤氣化的選擇主要集中于干法進(jìn)料的SheII（殼牌）、GSP粉煤氣化和濕法進(jìn)料的Texaco(德士古)和國內(nèi)多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)，SheII和GSP粉煤氣化技術(shù)雖然先進(jìn)，但是缺乏化工應(yīng)用業(yè)績，水煤漿氣化技術(shù)用于化工生產(chǎn)成熟可靠，操作穩(wěn)定性強(qiáng)，特別是國內(nèi)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多噴嘴對置式氣化技術(shù)，在裝置投資、建設(shè)、穩(wěn)定運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)效益等方面具有顯著優(yōu)勢。投資者選擇哪

3、一種氣流床氣化技術(shù)關(guān)鍵要看技術(shù)的成熟可靠性；投資；項(xiàng)目建設(shè)周期；專利商的工程支持能力；運(yùn)行與維護(hù)成本。氣流床氣化技術(shù)特點(diǎn)：氣化劑為水蒸氣和氧；煤種適應(yīng)寬；反應(yīng)物在爐內(nèi)停留時(shí)間短，反應(yīng)時(shí)間約為1s～3s；氣化溫度高達(dá)1500℃，灰渣以熔融狀態(tài)排出，熔渣中含碳量低；氣化壓力46.5MPa；出爐煤氣的組分以C0，H2，C02和H2O為主，CH4含量很低，產(chǎn)品中不含焦油，不產(chǎn)生含酚廢水，煙氣凈化裝置簡單。影響氣流床氣化的主要因素：氣化溫度；氣化

4、壓力；氧煤比；蒸汽／煤比；氣化爐結(jié)構(gòu)。［1］在兗礦魯南化肥廠建設(shè)多噴嘴對置式水煤漿氣化爐及配套工程，于2005年7月21日一次投料成功，并完成80小時(shí)連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行。裝置初步運(yùn)行結(jié)果表明：有效氣COH2超過82%，碳轉(zhuǎn)化率高于98%。它標(biāo)志著我國擁有了具備自主知識產(chǎn)權(quán)的、與國家能源結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的煤氣化技術(shù)具有重大的突破，其水平填補(bǔ)了國內(nèi)空白，并達(dá)到國際先進(jìn)水平。目前已有數(shù)十家企業(yè)使用多噴嘴對置式水煤漿氣化爐，成為我國煤炭氣化的主流設(shè)備。煤

5、炭、石油、生物質(zhì)通過：氣化、一氧化碳變換、酸性氣體脫除、提純四個(gè)流程制備氫氣；氣化、酸性氣體脫除、分離、提純四個(gè)流程制備氫氣和一氧化碳；氣化、一氧化碳變換、酸性氣體脫除、甲烷化等流程制備天然氣、甲醇、乙二醇、二甲醚、烯烴、氮肥、車用燃料等。2.2.水在煤炭氣化中的作用水在煤炭氣化中的作用21工藝簡介工藝簡介以年產(chǎn)20億m3煤制天然氣技術(shù)為例：利用褐煤等劣質(zhì)煤炭，通過煤炭氣化、一氧化碳變換、酸性氣體脫除、甲烷化四道流程制取天然氣，工藝流程

6、如圖1所示，其中氣化采用BGL技術(shù)，并配有空分裝置和硫回收裝置。主要流程為：①原煤經(jīng)過備煤單元處理后，經(jīng)煤鎖送入氣化爐，蒸汽和來自空分的氧氣作為氣化劑從氣化爐下部噴入，在氣化爐內(nèi)煤和氣化劑逆流接觸，煤經(jīng)過干燥、干餾和氣化、氧化后，生成粗合成氣，粗合成氣的主要組成為H2、C0、C02、CH4、H2S、油和高級烴；②粗合成氣經(jīng)急冷和洗滌后送入變換單元，粗合成氣經(jīng)過部分變換和工藝廢熱回收后進(jìn)入酸性氣體脫除單元；③粗合成氣經(jīng)酸性氣體脫除單元脫除

7、硫化氫和二氧化碳及其它雜質(zhì)后送入甲烷化單元；④在甲烷化單元內(nèi)，原料氣經(jīng)預(yù)熱后送入硫保護(hù)反應(yīng)器，脫硫后依次進(jìn)入后續(xù)甲烷化反應(yīng)器進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，得到合格的天然氣產(chǎn)品，再經(jīng)壓縮干燥后送入天然氣管網(wǎng)。［2］3煤中有機(jī)質(zhì)是復(fù)雜的高分子有機(jī)化合物，主要由碳、氫、氧、氮、硫和磷等元素組成，而碳、氫、氧三者總和約占有機(jī)質(zhì)的95%以上，可以縮寫為CxHyOz。不同的煤類碳?xì)湓乇壤鞑幌嗤?，除泥炭外其他煤類均大?，一般由1.09:1到2.95:1煙煤在

8、1.22:1到1.75:1。本文所用煤類碳?xì)湓乇壤秊?.50:1。石油碳?xì)湓乇壤€(wěn)定在0.5:1左右。生物質(zhì)碳?xì)湓乇壤€(wěn)定在0.63:1左右。2.3.22.3.2水在氣化流程的作用水在氣化流程的作用由表3可知，粗合成氣的主要組成為H2、C0、C02、CH4占總量的98.715%，有效氣COH2占總量的86.312%。主要的化學(xué)反應(yīng)方程式為：CxHyOz＋mH2O＋nO2＝(y2＋m)H2＋xCO。由表3可以計(jì)算出粗合成氣的碳?xì)湓?/p>

9、比例約為0.89:1，充分說明有部分水參加了氣化反應(yīng)并生成了H2，依據(jù)碳原子不變可計(jì)算出：m＝0.3427y；383.46萬t原料煤按83.61%為純煤320.61萬t；按3.83%氫含量純氫12.28萬t；m＝4.21萬t，按分子量計(jì)算氣化了約75.75萬t水。如果采用煤炭氣化制備氫氣和一氧化碳，可以省略一氧化碳變換流程，直接進(jìn)行酸性氣體脫除、分離、提純流程。2.3.32.3.3水在一氧化碳變換流程的作用水在一氧化碳變換流程的作用水在

10、一氧化碳變換流程的作用就是水和一氧化碳反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣即xCO＋xH2O＝xH2＋xCO2。由表3可以計(jì)算出經(jīng)一氧化碳變換后的混合氣體碳?xì)湓乇壤s為0.43:1（煤制天然氣是為了甲烷化控制CO和H2的比例而沒有完全變換，煤制氫氣完全變換）。依據(jù)碳原子不變可計(jì)算出：383.46萬t原料煤按83.61%為純煤320.61萬t；按69.05%碳含量純碳221.38萬t；按分子量計(jì)算氣化了約332.07萬t水；同時(shí)也產(chǎn)生了811.73萬

11、t的二氧化碳。2.3.42.3.4水在整個(gè)流程的作用水在整個(gè)流程的作用由表4可知，年產(chǎn)20億m3天然氣，總用原水1369.168萬t，其中氣化了407.82萬t，剩余的被原地蒸發(fā)、蒸汽排空、去污水處理、高鹽污水排放等。原地蒸發(fā)、蒸汽排空按10%計(jì)算96.13萬t，剩余的其中以氣化灰水、低溫甲醇洗、全廠生活及化驗(yàn)污水等去污水處理為主可回收，約75%，其次是高鹽污水排放，約占25%，消耗量約216.31萬t。也就是說在一年的生產(chǎn)過程中，氣化

12、了407.82萬t水，原地蒸發(fā)、蒸汽排空96.13萬t，高鹽污水排放約216.31萬t，第二年需要720.26萬t原水就可以滿足生產(chǎn)。2.3.52.3.5水在煤炭氣化中的能量消耗水在煤炭氣化中的能量消耗由表4可知，用383.46萬t原料煤、99.14萬t原料煤發(fā)電和水，年產(chǎn)20億m3天然氣，可以計(jì)算出用2.41Kg（2.17Kg標(biāo)準(zhǔn)煤）煤炭才能生產(chǎn)出1m3天然氣而按照標(biāo)準(zhǔn)煤的折算系數(shù)折算1m3氣田天然氣相當(dāng)于1.21Kg標(biāo)準(zhǔn)煤，這部分能

13、量差最主要的就是氣化水的能量消耗。3.3.相關(guān)的思考相關(guān)的思考3.13.1闡明了水在煤炭氣化中的各種作用闡明了水在煤炭氣化中的各種作用很多各種專家或領(lǐng)導(dǎo)都有煤炭氣化水資源浪費(fèi)太嚴(yán)重的固有印象，了解了水在煤炭氣化中的各種作用，有助于消除對煤炭氣化的抵觸心理。3.23.2一氧化碳是水氣化的最有效途徑一氧化碳是水氣化的最有效途徑世界各國都在積極地研究各種制氫方法，多達(dá)上百種，煤炭氣化制氫是最有效方法，并且已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化。［4］一氧化碳是水氣化的最

14、有效途徑，每得1t氫氣將產(chǎn)生22t二氧化碳，應(yīng)集中捕集，循環(huán)利用。3.33.3氫能時(shí)代煤化工的重新思考?xì)淠軙r(shí)代煤化工的重新思考目前，已經(jīng)成熟的煤炭氣化產(chǎn)品有氫氣、天然氣、甲醇、乙二醇、二甲醚、烯烴、氮肥、車用燃料等很多，還有一種選擇是煤炭氣化制備氫氣和一氧化碳尚未利用。“氫能時(shí)代”的煤化工，從優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和環(huán)?？紤]，應(yīng)該以：煤炭氣化制氫為主（全部捕集二氧化碳），全部代替用作燃料部分；煤制化肥為輔；石油、生物質(zhì)氣化制備氫氣和一氧化碳，一氧