干粉气化和水煤浆气化综合成本比较

干粉气化和水煤浆气化综合成本的对比

目前成熟的高压粉煤气化技术从进料方式上可以分为干法（干粉进料）和湿法（水煤浆进料）。干法气化目前在国内应用较多的主要有Shell、GSP和航天炉；湿法气化目前在国内应用较多的主要有GE、四喷嘴和清华炉。这些气化技术各有优缺点，就气化炉本身而言也有很多科研单位和应用单位对其优缺点、性能、使用情况进行了介绍和对比。由于甲醇工程是技术集成度很高的综合工程，涉及多个单元，尤其气化方式的不同会影响到原料制备、合成气净化、合成气变换等单元，因此仅仅从气化炉本身进行对比不尽全面，不尽合理。本文从甲醇整个流程上选取航天炉作为干粉气化的代表，选取清华炉作为湿法气化的代表，从全流程的消耗进行比较，以便从整个流程上对两种气化方法有更全面的认识，以便于气化技术的选择。

为便于比较，选用国内目前较成熟的工艺路线进行比较，航天炉流程为：4.0MPa气化，两段耐硫变换，低温甲醇洗，合成气压缩，甲醇合成。清华炉流程为：6.5MPa气化，一段耐硫变换，低温甲醇洗，合成气压缩，甲醇合成。其中两种气化技术的甲醇合成装置均相同，故不作比较，仅对前面工序进行对比。

对于空分工段，不是本文比较的重点，仅对氧耗进行比较。一般4.0MPa气化，配套氧气压力为5.1MPa；6.5MPa气化，配套氧气压力为8.1MPa。如均采用内压缩流程，5.1MPa和8.1MPa相比，1Nm3氧气的能耗相差约0.02KW，在国内实际的运行案例中，两者的实际差别几乎没有，例如，神华宁煤采用4.0MPa气化，神华包头采用6.5MPa气化，但是宁煤空分单位氧气的能耗却比包头的还要高。

1. 气化反应

不论是干法气化还是湿法气化，其气化原理是相同的，目前在国内应用的高压气流床气化均是采用纯氧气化，主要的反应式为：

nnCmHn(挥发分)+(m+)O2=mCO2+H2O

422C+O2=2CO

C+O2=CO2

1

2CO+O2=2CO2

1H2+O2=H2O

2C+H2O=CO+H2 CO+H2O=CO2+H2C+CO2=2COC+2H2=CH4

对于湿法进料清华炉，由于大量水分随水煤浆进入气化炉，因此气化室内有大量的水蒸气存在，在炉内会发生部分CO变换反应，有比较多的CO会转化成CO2，同时得到相同摩尔数的H2，而且在高温下变换反应的速率很大，所以清华炉出气化炉的粗煤气中CO含量比航天炉低，H2含量比航天炉高。

航天炉和清华炉的消耗比较业界意见多不统一，参照两种炉型气化神木煤的气化代表性数据作为比较，以1000 Nm3有效气为比较基准:

航天炉数据（采用高压N2输送煤粉）： 组分 CO H2 25 278 1000 CO2 4 44 766 N2 5 55 55 其他气体 1 11 11 合计 100 1110 1832 气化出口全变换前（V%） 65 气化出口气量（Nm3） 全变换后气量（Nm3） 清华炉数据： 组分 CO 722 0 H2 35 437.5 1000 CO2 19 237.5 800 其他气体 1 12.5 12.5 合计 100 1250 1812.5 气化出口全变换前（V%） 45 气化出口气量（Nm3） 全变换后气量（Nm3） 562.5 0 上面两表以CO全部变换为H2的极端情况作为比较，主要是要说明由于在气化炉内变换程度的不同而产生的差异，通过上表我们可以得出以下结论：

2

? 航天炉和清华炉在相同有效气产量的情况下，干粉气化采用氮气输送，变换

后的气量大于水煤浆气化；

? 航天炉的煤耗比清华炉低，（800-766）÷800=0.0425=4.25%，氧耗低4.25×

2=8.5%

根据项目公司提供的煤种，航天炉和清华炉消耗见下表：

表1 氧耗和煤耗比较表

项目 吨醇煤耗 吨醇氧耗 清华炉 航天炉 1552.3Kg 1486.3Kg 870.8Nm3 796.8Nm3 以上比较的基础是相同煤种 备注 干煤 2. 煤浆（粉）制备

2.1 干粉制备

干粉气化采用干磨，原料煤在微负压条件和热惰性气条件下，原料煤在磨煤机中磨粉的同时被热惰性气体干燥，热惰性气由热风炉提供。惰性气体对煤粉进行吹扫并将煤粉夹带出磨煤机，同时将蒸发出来的水分带走。惰性气体和煤粉在煤粉袋式过滤器中分离后，进入循环风机加压，部分气体放空，剩余部分通过热风炉加热后循环使用。如果煤中的水分过高，则必须采用两级干燥进行。对于此项目项目，煤中水分为14.75%，采用一级干燥即可。

研磨后的干煤粉含水量一般控制在2%左右，粒度要求大于90微米的小于10%、小于5微米的小于10%。

干粉制备主要消耗的物料有燃料气、工厂空气、氮气和电。

根据经验，制备一吨干煤粉的电耗为30KW（根据煤种不同会有所不同），燃料气耗一般根据煤的含水量不同而不同，如1吨含水量为14.75%的煤种，在干燥时需消耗的能量为1000×（0.1475-0.02）×2670÷0.7=486321KJ（燃料气能量利用率按70%计）。

干粉气化一般利用液化气、天然气、工厂废气或粗煤气燃烧产生热量进行干燥,如利用粗煤气进行干燥，则烘干1吨含水14.75%的煤，约需消耗粗煤气38.78m3（粗煤气热值按照12540KJ/Nm3）。干燥时温度控制非常关键，如果温度过高，极有可能发生燃烧、爆炸的事故。

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2.2水煤浆制备

水煤浆气化采用湿磨，原料煤通过煤称重给料机和水、添加剂一起加入磨煤机，磨机采用溢流式，合格的煤浆从磨机的出口流出，煤浆浓度一般为60%~68%。煤浆浓度一般和煤的内水有关，煤的内水越低，成浆性能越好，煤浆浓度越高。

水煤浆制备主要消耗的物料有水、添加剂和电。

添加剂的种类、添加量与煤种、水煤浆浓度，粒度等因素有关，通常通过试验确定，添加剂的加入量一般为煤浆量的0.1～0.3％。

根据经验，制备一吨水煤浆的电耗为10 KW（根据煤种不同会有所不同）。 制浆用水可以采用工厂难以处理的废水。

表2 煤浆（粉）制备比较表

项目 清华炉 主要消耗 吨浆电耗10KW，折吨粉电耗15.2KW，折吨醇电耗23.6KW 不需烘干 吨浆添加剂1~3Kg 安全性 水煤浆制备是在常温常压下操作，安全可靠性高。

航天炉 备注 吨粉电耗30KW，折吨醇电耗煤浆浓度66B.8KW 计 吨煤干燥耗能486321KJ 不需添加剂 粉煤制备是用可燃气体燃烧加热惰性气体来加热煤粉，挥4

含水14.75% 已经投运干粉气化发生过该

发份易挥发，容易发生自燃、类事故 爆炸事故 有废气排放 将煤中的水烘干，需在后工段以蒸汽或锅炉水的形式补充 环保 节水

无废气排放 可利用废水

3. 煤粉（浆）的加压和输送

3.1 干粉的加压和输送

如下图所示系统为干粉比较常用的一种加压输送简图，一个煤粉系统给多个煤粉烧嘴供料。来自干粉制备系统的煤粉首先进入煤粉储仓，然后进入煤粉锁斗，经加压后进入煤粉给料仓，煤粉锁斗和煤粉给料仓的排气进入煤粉装料袋滤器，其收集下来的煤粉再排入煤粉储仓。煤粉给料仓的下部有锥形的充气锥，通过高压氮气或二氧化碳气对充气锥进行充气，高压氮气（或二氧化碳）的流量和压力必须进行严格控制。

干煤粉输送过程中主要消耗的物料为高压氮气（或二氧化碳）和低压氮气，高压氮气（或二氧化碳）由氮气（或二氧化碳）压缩机提供。氮气（或二氧化碳）必须加热至90℃以上。

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