其他煤气化技术

高低温耦合煤分级转换技术

通过耦合两级串联流化床反应器,高温气化段进行原煤气化,产生的气体作为低温气化段的气化剂,在低温气化段发生气化反应后产生富含甲烷的气体,排出气化炉。

技术原理

高低温耦合煤分级转化是煤在高温和低温两级流化床气化炉中分别发生高温气化和低温气化反应,实现煤的分级转化利用。一级气化炉为流化床高温气化炉,反应温度900~1000℃,压力为2.0~3.5Mpa。煤和水蒸气在一级高温气化炉发生煤气化反应,一级气化炉产生的合成气将热量带入二级气化炉(低温气化炉),同时未分解的水蒸气与二级气化炉的原料煤进一步发生热解、气化反应,二级气化炉的反应温度为600~800℃。按照该技术的开发设计思路,高低温耦合煤分级转化利用技术可以和煤热解、加氢气化、催化气化以及化学链技术有效耦合,实现优势互补,达到煤炭高效、分级利用。

技术现状

2017年3月13日,新奥高低温耦合煤分级转化5t/d中试装置实现首次开车成功,打通了从进料、转化、排渣、到后系统全流程,相继实现了气化炉点火、送煤等关键节点一次成功,产出了高质量的产品气,其中有效气体组成达67%以上。

化学链气化技术

传统煤制气技术主要反应包括:高温气化、低温水煤气变换以及甲烷化,整体工艺流程冗长,效率低。其中气流床气化炉处理量大,但反应温度一般在1400oC左右,需要大量换热,使得换热系统复杂,降低了能量效率。而固定床反应器虽然理论能效较高,但由于反应温度低于1000oC,煤需要更长的反应时间以达到理想的碳转化率,此外,还涉及焦油等副产物及含酚废水处理等难点。因此,如果煤气化技术能在1000 oC以下高转化率同时低污染物排放地完成,则可大大提高煤化工产业的经济与环保效益。

技术原理

钙基化学链气化技术为解决上述煤制气难题提出了整体解决方案,使用双床循环的方式,在气化床内,CaO作为催化剂在750oC~850oC高效地进行煤气化反应,CaO同时担当碳载体,使气化过程中产生的CO2碳酸化,促进平衡向生成H2和CH4的方向进行。气化床内发生的主要反应如下,其中CaO碳酸化为放热反应,气化反应为吸热反应,二者相互匹配,实现能量互补。气化床生成的CaCO3和未反应完全的半焦一同进入燃烧反应器,在空气氛围中使CaO再生,得以循环利用。

气化反应器:

2C + 2H2O = CO2 + CH4 12 kJ Eq.1
C + 2H2O = CO2 + 2H2 102 kJ Eq.2
CO2 + CaO = CaCO3 -163 kJ Eq.3

通过调节通入化学链系统的煤、水和氧量,总反应基本为热中性反应,根据需要增加氧的用量,可以使用系统放出的热量供给流化介质(如水蒸气和空气)和煤的预热,无需额外给反应器供热,系统达到自热运行。因此,钙基化学链气化技术在煤制气方面相对传统方法具有以下明显的优势:

1.产品气富集甲烷>15%,同时H2:CO>3,无需水煤气变换工段即可进入甲烷化,或通过循环合成气省略甲烷化工段;
2.更优化的热量整合,过程将甲烷化、碳酸化等放热反应集成在气化炉内,同时从全局对碳转化率优化,约70-80%的能量用于甲烷化学储能,20-30%能量供过程自热运行;
3.氧化钙成本较低,已有用于煤燃烧、气化领域的应用和研究;
4.更低的设备投资,不需要空分和水汽变换装置,同时用于总体热平衡的需求,只需要气化工段碳转化率接近80%,缩短了最难转化的半焦停留时间需求,气化炉体积缩小;
5.CaO具有焦油重整供能,可以降低焦油产量;同时对硫具有吸收作用,可简化H2S净化工段。