基于响应面法的煤气化工艺参数效应分析

以粉煤加压气化工艺为对象,基于ChemCAD仿真软件建立了煤气化过程仿真模型,采用中心复合设计进行了煤气化仿真试验,构建煤气化性能指标与工艺参数间的响应曲面,并在此基础上对煤气化各工艺参数对气化性能的主效应和交互效应进行了分析.结果表明：氧煤质量比是影响煤气化性能最重要的工艺参数,氧煤质量比的增加能提高煤气中CO体积分数、产气率和碳转化率,但会降低H2体积分数;蒸汽煤质量比主要影响煤气的有效气体成分,H2体积分数随其值提高而显著增加,CO体积分数下降;蒸汽煤质量比对产气率和碳转化率影响较小;压力对煤气中有效气体成分、产气率和碳转化率影响均不显著;氧煤质量比、蒸汽煤质量比和压力的综合效应对煤气中有效气体成分影响不显著,但对产气率和碳转化率等生产效率指标影响显著.     

实现CO2零排放的煤气化制甲醇创新工艺

粉煤气化制生产甲醇的合成气（CO＋H2）,其H2／CO（物质的量比）为0．42,而合成甲醇的H2／CO应为2。所推荐的创新工艺,通过配入水电解制的H2,使合成气巾的H2／CO达到2,从而免除了传统煤制甲醇工艺中把多余的CO同水蒸气转换成H2＋CO2,传统工艺不但浪费了资源,还造成CO2大量排放。有人曾实验用CO作水电解介质制氢,使1m^2的H2的耗电量从4．76kW·h降到1．667kW·h,所推荐的创新工艺可利用高CO含量的部分煤气作水电解介质循环制氢配入合成气中,使其H2/CO达到2,这样煤气中的CO还可增产1倍的甲醇。所用的壳牌粉煤纯氧气化工艺,通过改造使气化压力从4MPa提高到6～6．5MPa,就可实现等压合成甲醇,从而可省去合成气压缩机,简化工艺流程．节省能耗和投资。建议国家进行投资,在四川沪州地区开发建设煤气化配水电解制氢联合制合成气用于生产2×（60×10^4t／a）甲醇的示范装置,然后完善推广。     

中型流化床中的生物质气化实验研究

以空气为气化介质,在中型流化床反应器上进行了生物质(木屑)气化实验研究。考察了当量比ER(0.20～0.34)、气化温度(670～820℃)对气化结果的影响,初步探讨加入二次风对气化的影响。在实验研究的条件范围内,煤气热值在5650～6665kJ/m3范围内变化,生物质产气率在1.51～2.26m3/kg之间变化,碳转化率在74.3%～90.8%之间变化,气化效率达到61.8%～78.1%;加入适量二次风可以提高气化效率和碳转化率,减少焦油含量。实验结果表明:此流化床气化炉当气化温度在720～770℃之间,当量比ER在0.24～0.28之间时,气化效果最好,此时煤气热值可达到6400～6600kJ/m3,产气率为1.75～1.95m3/kg,碳转化率为83%～89%,气化效率高达71%以上。     

准东高钠煤循环流化床煤气化特性

针对新疆准东高钠煤由于碱金属Na含量高而在直接燃烧时出现沾污严重的问题,基于0.25,t/d高碱煤热化学转化试验台,对准东高钠煤在不同煤气化反应温度下的气化指标(煤气成分、热值、冷煤气效率和碳转化率)特性进行了试验研究,并与对比煤种神木煤气化特性进行了对比分析.试验结果表明:准东高钠煤在循环流化床煤气化过程中运行平稳,随空煤比增加,煤气化反应温度升高,冷煤气热值降低,冷煤气效率先升高、后降低,在900,℃时达到最大,对于神华准东煤,其最大冷煤气效率为32.26%,,对于沙尔湖准东煤,其最大冷煤气效率为41.47%,,碳转化率则不断增大;与神木煤相比,准东高钠煤具有较高的煤气化反应活性,较高的冷煤气效率和碳转化率,在900,℃煤气化工况时,神华准东煤及沙尔湖准东煤冷煤气效率比神木煤分别高3.6%,和12.81%,,碳转化率分别高19.7%,和28.37%,.     

生物质鼓泡流化床气化特性的空气当量比影响分析

在鼓泡流化床生物质气化器内,以空气为气化介质,对木屑进行了常压气化试验研究。选择空气当量比ER为0．13～0．33进行试验,研究了在气化温度为760％、810～12和860℃条件下对气化结果的影响。试验结果表明：主要燃气成分含量H2：6．2％～14．1％,CO29．9％～30．2％,CH4：1．6％～11．2％,产气率：1．0m3／kg～1．740／kg,产气低位热值：3526kJ／m3～9184kJ／m3,碳转换率：52．3％～82．3％,气化效率38％～69．1％。     

IGCC发电系统中煤气化工艺的选择

简要介绍了煤气化的基本原理和各种气化技术的特点,总结并综合比较了Texaco和Shell两种气化炉的主要工艺特点.结合烟台IGCC示范机组,对IGCC电站气化技术选择的有关问题进行了探讨.     

1MW木粉气化发电系统的运行测试研究

介绍了由中国科学院广州能源研究所研制开发的1MW木粉气化发电系统的运行测试结果。测试结果表明：气化炉运行温度、空燃比对气化炉的气化效率、碳的转化率、产气率以及气体成份和其热值有明显的影响。通过测试，得出了针对本系统的一套最佳工艺操作参数：气化温度沙光料(780℃)，裁边料(800℃)，空燃比10：9(m^3／kg)，气化效率可达67.96％，碳转化率可达80％，所产生的气体热值可达62MJ／m^3。     

煤焦气化反应动力学研究

气流床气化技术是煤炭清洁、高效转化的重要途径和发展方向之一。利用热天平,采用等温热重法对抽样选出的煤种在800℃～1 400℃温度范围内进行了煤焦CO2气化反应动力学特性研究。研究结果表明:高温下煤焦的气化反应特性不同于低温时的反应特性,在900℃～1 000℃时气化反应逐步由化学反应控制过渡到过渡区控制,在1 100℃～1 300℃时气化从反应过渡区控制逐步到扩散区控制;不同粒径的煤粉气化反应,在相同的时间内,1 000℃时的碳转化率、气化反应速率比950℃时的碳转化率、气化反应速率高很多,950℃时的碳转化率、气化反应速率比900℃时的碳转化率、气化反应速率高。     

基于ASPEN PLUS模拟生物质气流床气化工艺过程

基于ASPEN PLUS模拟平台,对热解后半焦气化与生物质原料直接气化分别进行了模拟计算,得出如下结论:热解方法作为生物质气流床气化工艺的前处理手段是可行的。热解终温为300℃时对气流床气化是最合适的;O/C摩尔比在0.9～1.1之间比较合适;气化温度和碳转化率随着O/C摩尔比的增加而升高;对于300℃半焦进行气化,空气温度预热到550℃比较合适,气化温度可达到1056℃,煤气热值可达到5958kJ/Nm~3,碳转化率也可达到99.59%。     

褐煤旋风渣膜气化特性

在自主搭建的小型规模旋风渣膜煤气化装置上,开展了对褐煤气化特性的实验研究,重点研究了气化炉负荷、一次风氛围、氧煤比以及蒸汽煤比对粗煤气中有效组分含量、碳转化率以及冷煤气效率的影响.研究表明,随着气化炉运行负荷的增加,粗煤气中有效组分含量、碳转化率以及冷煤气效率均先增加后趋于稳定;用CO_2+O_2送粉相比于用空气送粉,粗煤气中有效组分含量增加、碳转化率以及冷煤气效率升高;随着氧煤比的增大,粗煤气中CO含量和冷煤气效率先增加后减少,当氧煤比为0.9时两者均达到最大值;随着蒸汽煤比的增加,粗煤气中CO含量、碳转化率、冷煤气效率均逐步减少.     

煤的气化技术及其应用

煤气化技术是环境友好的现代煤化丁的关键技术。介绍了当今世界主要的煤气化技术,着重介绍了已工业化生产的鲁奇、Transport、壳牌、德士古、康菲气化炉及我国自主开发的华东理工大学气化炉等技术,并且介绍了煤气化技术在煤气化联合循环发电和在煤化丁的合成油、合成氨、合成甲醇、合成烯烃等方面的应用。重点介绍了我国煤化工发展的具体情况。     

现代煤气化制合成气的工艺

叙述了国内外先进的Texaco气化工艺,Shell气化工艺,GSP气化工艺等3种气流床气化工艺及从气化压力,气化温度及产出合成气组分等方面进行比较的结果,指出,若是煤种适合制浆选择Texaco气化技术性价比较高;Shell气化炉适合用于发电,用于煤化工存在风险;GSP在煤化工领域有很大的发展前景。     

煤制油与煤气化制甲醇技术的比较与选择

煤炭液化制油技术投资大、煤耗高、耗水多、污染严重,以目前的技术水平,生产1t油往往需要4～5t煤,折算其热能利用率为50%,若按南非的煤耗（6t）计,其热能利用率仅为33.3%。改用煤炭气化制甲醇技术,采用6MPa纯氧高压气化制合成气（CO＋H2）,合成气可产双倍的甲醇,则1t甲醇的煤耗仅为1.3～1.5t,甲醇用作汽车发动机燃料时,以1.3～1.5t甲醇相当于1t汽油作功计算,则煤炭的热能利用率可以达到66%～76%。如果配套水电解制氢技术,还可以实现CO2的零排放。中国每年有20×10^8t的煤炭产量,如果将其中的12×10^8t纳入煤炭气化制甲醇产业链,可每年创造产值约2.67万亿元,可减排CO2约30×10^8t。     

壳牌气化炉开工烧嘴点火故障分析及预防措施

壳牌煤气化技术是目前世界上最先进的煤气化技术之一,我国自1997年来已陆续引进23台壳牌气化炉,单台气化炉日投煤能力为1000t或2000t,产品合成气大部分用于生产合成氨、甲醇和氢气,目前有10套以上装置已经开车。从已投产的气化炉运行情况看,壳牌气化炉的设计理念非常先进,但存在的问题也很突出,主要是运行稳定性差,故障率高,例如:锁斗开关阀卡死、大渣块容易堵管、开工烧嘴易烧坏、粉煤输送不稳定、激冷器压缩机和飞灰陶瓷过滤器故障频繁等,这主要是壳牌炉设计上的先天不足导致的。壳牌气化炉开车时设置了三级点火,相应配置了点火烧嘴、开工烧嘴和粉煤烧嘴,其中开工烧嘴由于其设计的特殊性,致使其点火难度大,故障率高。从介绍其结构和原理入手,着重分析了开工烧嘴的几个典型故障案例,深入剖析了原因。建议国内壳牌炉用户加强相互间的交流,总结经验,从开工烧嘴安装开始直到投产运行,各阶段都能积极采取有针对性的预防措施,少走弯路,尽量降低开工烧嘴点火的故障率,同时建议国内壳牌炉用户积极配合国内相关企业做好开工烧嘴的自主创新工作,尽快实现开工烧嘴的国产化,降低设备成本,打破外商的垄断。     

鲁奇FBDB煤气化技术及其最新进展

上世纪30年代,德国鲁奇公司开发出碎煤固定床加压气化技术,应用于煤气化项目,其关键设备为FBDB(固定床干底)气化炉,俗称鲁奇炉.几十年来,先后开发出四代鲁奇炉；同时,为实现气体和废水的达标排放,相继开发出煤气化的尾气处理和废水处理新技术.鲁奇FBDB煤气化技术成熟可靠,在无任何备用的情况下,单台气化炉年运转率超过93％,气化岛年运转率大于98％.由于采用碎煤进料方式,相对气流床干粉或水煤浆进料方式,备煤系统简单,投资及运行费用大为降低,同等规模下,气化岛加上配套空分的投资,约比水煤浆气化低20％.煤种适应范围广,除强黏结性焦煤外,从褐煤到无烟煤均可气化,包括水分、灰分较高的劣质煤；可副产焦油、轻质油及酚等多种高价值产品.新一代Mk+鲁奇气化炉,具有高产低耗、合成气中CH4含量高等特点,且环境友好,可以实现废水的零排放.     

中国发展煤炭清洁转化制甲醇是替代石油能源的最佳选择

我国年产20×108t煤炭相当10×108t石油,若采用粉煤气化配入水电解氢合成甲醇液体燃料,可使碳元素达99%的利用率;煤中硫化物全部回收成硫磺且免去巨额CO2排放。甲醇合成弛放气中含N2又可用于合成氨加工成尿素。甲醇油除作发动机燃料外,还可加工转化成乙烯、丙烯替代短缺的石油原料。从元素的物料、热量平衡与化学反应分析得出,煤炭纯氧气化同水电解制氢和氧,替代合成气的CO变换成H2和CO2,免去脱除与排放CO2,氧作煤气化用氧替代空分;发动机用甲醇油催化成合成气,可提高发动机的压缩比,使低热值的甲醇油成为同等于汽、柴油作功当量的甲醇汽油。1.3t煤可产1t甲醇,相当产1t石油炼制的成品油,达到节约资源、环境友好循环经济的目的。     

Development and demonstration plant operation of an opposed multi-burner coal-water slurry gasification technology

The features of the opposed multi-burner (OMB) gasification technology, the method and process of the research, and the operation results of a pilot plant and demonstration plants have been introduced. The operation results of the demonstration plants show that when Beisu coal was used as feedstock, the OMB CWS gasification process at Yankuang Cathy Coal Co. Ltd had a higher carbon conversion of 3%, a lower specific oxygen consumption of about 8%, and a lower specific carbon consumption of 2%–3% than that of Texaco CWS gasification at the Lunan Fertilizer Plant. When Shenfu coal was used as feedstock, the OMB CWS gasification process at Hua-lu Heng-sheng Chemical Co. Ltd had a higher carbon conversion of more than 3%, a lower specific oxygen consumption of about 2%, and a lower specific coal consumption of about 8% than that of the Texaco CWS gasification process at Shanghai Coking & Chemical Corporation. The OMB CWS gasification technology is proven by industrial experience to have a high product yield, low oxygen and coal consumption and robust and safe operation.     

我国天然气供需现状及煤制天然气工艺技术和经济性分析

我国天然气消费市场持续增长,2008年天然气消费量达807×10^8m3,比上年增长10．1％;2020年天然气需求将增至2500×10^8m3,供应缺口达1000×10^8m3。与国际天然气价格相比,我国天然气价格水平仍然偏低。煤制天然气可以作为液化石油气和常规天然气的替代和补充,缓解我国天然气供应缺口。其竞争力主要源于可采用低价劣质煤．需要选择的主要是煤气化及甲烷化技术。含水含灰高、低热值的褐煤比较适于碎煤加压固定床或流化床气化。鲁奇煤气化工艺是煤制天然气项目首选的煤气化技术,此外还有流化床气化炉技术、BGL块／碎煤熔渣气化技术。鲁奇甲烷化技术是世界上首个商业化业绩,此外还有托普索公司甲烷化循环工艺技术和Davy甲烷化技术。以某年产10×10^8m3（标准）煤制天然气项目为例,其投资利润率16．16％（平均）,全部投资内部收益率16．21％（所得税后）,投资回收期7．72年,在经济上是可行的。目前一些地方和企业对煤制天然气项目的风险认识不足,首先应正确评价煤制天然气的能源效率和CO2排放,过分强调和夸大煤制天然气这个单一过程的高能源效率是不客观的：其次应认识到原料煤及产品价格是制约煤制天然气项目的关键因素;同时此类项目产品关联度低,并会受到天然气管网建设和管理的制约。     

车用甲醇汽油的生命周期能源消耗与温室气体排放分析

结合生命周期评价原理,对煤制甲醇与原油制汽油混合而成的甲醇汽油路线的能源消耗与温室气体排放进行生命周期分析。发现煤气化方法对甲醇路线影响较大,燃料的制造环节所消耗的能源与产生的温室气体占全生命周期相应指标的比例均超过50%。在所考虑的四种煤气化方法中,谢尔法的一次能源消耗与温室气体排放最低。若考虑车辆技术的进步,甲醇汽油路线的一次能源消耗可比传统汽油路线降低9%,温室气体排放量仅增加3.5%。此外,分析结果还表明利用煤制甲醇来代替部分传统汽油,每投入1.8t原煤便可以节省1.0t原油。由于我国的能源生产以煤为主,故以甲醇代替汽油的策略既能有效缓解我国对原油进口的依赖,又不会对能源生产造成明显压力。