BGL炉技术经济评价与最佳运行方案

1、BGL炉技术经济评价与最佳运行方案BGL气化炉，为碎煤加压气化液态排渣移动床气化炉，它是在原碎煤加压气化固态排渣移动床鲁奇气化炉基础上发展而来。它克服鲁奇气化炉水蒸汽分解率低、工艺废水量大、气化温度低、固定碳利用率不高、装置能力低等弊病。它是目前以煤气化为核心的传统煤化工、现代煤化工主要气化技术之一。BGL气化炉工作原理气化剂为纯氧和水蒸汽，随着炉内压力、温度增加，气化、干馏强度与装置能力加大，产油率（尤其是轻质油）和油品质量提升，煤气热值也随压力增加而提高。对煤质要求：煤的强度、热稳定性要好（尤其是热稳定性），非粘结性，灰熔点要低，煤具有一定粒度（5-50mm）。该炉非常适合于高挥发分煤，如

2、低阶煤当中的烟煤（长烟煤、不粘煤、弱粘煤等）、褐煤等。该炉，从上到下分为干燥层、干馏层、甲烷层、还原层、氧化灰熔层。1、氧化灰熔层。也叫燃烧层，或放热层，在此半焦与氧充分接触燃烧，并形成高温区，促使灰熔，同时也为上面各层反应提供热量。氧化灰熔层温度>2000，主要化学反应。C+O2CO2+Q2C+O22CO+Q2CO+O22CO2+Q2、还原层。也叫气化层，或吸热层，它是水煤气主要产生层。还原层温度>800，温度越高越有利于还原反应，主要化学反应。CO2+C2CO-QCO+H2OCO2+H2+QC+H2OCO+H2-QC+2H2OCO2+2H2-Q3、甲烷层。该层也是一个放热反应，

3、增加压力、降低温度有利于甲烷生成。同时，也有利于轻质油的生成。甲烷层温度550-800，主要化学反应。C+2H2CH4+QCO+3H2CH4+H2O+Q2CO+2H2OCH4+2CO2+QCO2+4H2CH4+2H2O+Q2C+2H2OCH4+CO2+Q轻质油生成反应nCO+（2n+1）H2CnH2n+2+nH2O+Q2nCO+（n+1）H2CnH2n+2+nCO2+Q（3n+1）CO+（n+1）H2OCnH2n+2+（2n+1）CO2+QnCO2+（3n+1）H2CnH2n+2+2nH2O+Q总反应：2CO+2H2 CH2 +CO2+Q4、干馏层。也叫热解层，属于吸热层，它是热解焦油、热解煤

4、气产生层，也是产生液体燃料关键层。同时部分重油在该层热分解，生成轻质油。干馏层温度300-550，主要化学反应。煤+Q半焦+焦油+热解煤气+热解水-Q重油+H2轻质油1+轻质油2-Q5、干燥层。水分蒸发、预热层，属于吸热层，煤吸附的水、气体在此析出，并得到预热。该层耗能比较多，因水的汽化潜热大。干燥层温度150-300，主要化学反应。煤+Q干煤+吸附气+游离水-QBGL气化炉主要特点与最佳运行方法BGL炉主要特点：与目前主流气化气流床（粉煤和水煤浆气化）及流化床相比，BGL炉可实现煤炭分级分质阶梯利用，并在同炉内一并完成。既炉内有气化，也有热解，所产生的煤气为气化煤气和热解煤气的混合煤气。也就

5、是说，煤经历了先热解，半焦后气化、燃烧过程，并在同一炉内分阶段进行。热解煤气当中含有较多的油和甲烷等轻烃物质，所以非常适合煤制油、煤制气。如从混合煤气当中回收油、甲烷等轻烃物质，解析煤气用来制氢对煤焦油加氢，富余煤气主要成分H2+CO，可作为合成气（如合成油、甲烷、甲醇、烯烃、芳烃、乙二醇、氨等）。便可形成煤制油、煤制气一体化，或油、气、化一体化的传统、现代煤化工产业链。荒煤气（气化煤气+挥发分）实现分级利用，回收油和甲烷等轻烃物质及H2+CO合成气，品种多元化（油、LNG、LPG、合成气，再以合成气为原料进行后续合成），也增强了市场抗风险能力。而流化床、气流床气化，则是把煤中所有的有机质（油

6、和轻烃物质既所谓的挥发分及固定碳）全部转变成H2+CO合成气，再以此进行后续合成，加工工艺路线及产品相对比较单一，产品易受市场因素影响。若用于煤制油或煤制气岂不走了弯路（煤热解本身就产生油和气-挥发分）；BGL炉为移动床（或称固定床），炉体呈直筒状，内衬耐火砖，煤靠自身重力由上向下自行移动（无需动力），与上升的高温煤气进行充分直接换热，从而发生煤的干馏及预热、干燥。因此，炉出口煤气温度低，带出显热少；同时是热壁炉，热损小，耐火砖外侧也设置有水夹套，副产少量蒸汽。所以，BGL炉是目前热利用率最高、动力消耗最低的加压气化炉之一。BGL炉对煤粒度虽然有一定要求，但备煤系统（破碎、筛分、输送）要比气流

7、床简单得多，有利于投资和过程成本的降低；且气化炉对入炉煤水分要求不高，也就是说，水分高点、低点对炉子正常运行无不良影响，因该炉有干燥、预热功能（当然入炉煤水分还是越低越好）。BGL炉最佳运行方案：除常规BGL气化炉外，BGL也延伸出了高产油干馏气化一体炉，在原BGL炉的基础上强化设计了热解段，使其提供利于增加油产率的反应条件，充分增强气化炉的热解功能，提高油品的产量和质量。与通常单独热解技术相比：（1）充分利用了气化煤气显热，并实现了加压、富氢环境下热解，有利于油品产率和质量提高。煤加氢热解成了介于气化和液化之间的第三条具有吸引力的煤转化途径。一般的加氢热解需要纯氢作为热解反应气，昂贵的氢气原

8、料以及制氢所必需的气体分离、净化与循环等复杂的工艺过程，增加了加氢热解工艺的成本与投资费用。所以，寻找廉价的富氢气氛代替纯氢进行煤加氢热解以降低其成本已成为加氢热解工艺发展方向。本技术就是利用气化产生的富氢煤气作为热解气源，同时又利用煤气显热，一举两得。富氢环境下热解机理：煤在热解过程中，形成大量自由基，在富氢环境下很容易得到饱和，便析出。否则，自由基与自由基之间结合，形成大分子（重油、沥青质、半焦）。自由基与半焦之间聚合，形成半焦组分。自由基为了自身稳定，形成双键物质等。也就是说，通过外加氢来饱和煤热解产生的自由基，避免自由基间相互聚合反应，使自由基与氢结合生成油，并且又能提高油品的饱和度。

9、同时，对油品当中的氧、氮、硫、金属等有良好的脱除效果，使其分别形成水、氨、硫化氢、金属氢化物等得以脱除。富氢环境下热解，油产率大于铝甑低温干馏试验的焦油产率，油品当中的O、N、S、金属离子等杂质也比通常热解少60%-80%，随压力增加，效果越明显。此外，由于氢分子小，传热系数大、效率高，也非常适合作为热解气体热载体。该热解方式另一大特点：轻质油产率高。该热解为渐温热解过程，热解产生的油气逐渐上升，遇冷的煤重质油凝析，随煤的下行又进入高温区，届时重质油在富氢环境下二次热解，产生轻质油；在高压下热解，油气在富氢环境下停留时间相对较长，也有利于轻质油产生。油品质量和煤气热值，随压力增加而提高。（2）

10、固定碳化学潜热得以充分利用，热效率高，无半焦产品。高温高压下，碳与氧、水蒸汽会得到充分接触和反应，所以固定碳利用率高。加压气化干馏炉是一种自热式反应炉，通过燃烧层的C+O2CO2这个主要放热反应，产生大量热量。提供给气化、干馏、干燥及各种损失等所需的热。这种自热式过程热的利用效果好、效率高、热量损失小，无需外部供热，热量来自半焦中的固定碳化学潜热，无需考虑半焦利用问题。（3）煤气热值高，便于后续加工利用。煤气（气化煤气+热解煤气）没被其它惰性气体稀释，并随着压力增加，煤气当中的甲烷等轻烃物质含量增加。所以，煤气热值高，便于后续加工利用。如从煤气当中回收CNG（或LNG）、LPG后，通过CO转换

11、、变压吸附等获得氢气源，用于油品的加氢。富余煤气可作为合成气，如合成氨、甲醇、制气、制油、烯烃、芳烃、乙二醇等，形成煤化产品多元化，提高市场抗风险能力。（4）煤灰含碳少，活性好，便于后续开发利用。本移动床自热式加压气化富氢环境干馏炉，不同于一般干馏炉，没有半焦产品。煤是在高压、高温下干馏、气化，所产生的半焦又在富氧高温下燃烧，所以有利于灰当中的Si、Al、Ca、Mg、Fe等离子活化，对其加工成建材制品，或提取化学品（如白炭黑、氧化铝等）十分有利。（5）技术成熟，风险小。是在BGL气化炉基础发展而来，在保持原来优良气化性能基础上，充分利用其煤气显热及富氢特点，作为干馏热源，用以干馏高挥发份煤，获

12、得液体燃料和高热值热解煤气。（6）资源利用率高。该移动床自热式加压气化富氢环境干馏炉，非常适合高挥发份低阶煤，如褐煤、长烟煤、不粘煤、弱粘煤等，对原料的灰分、水分要求不高。由于气化、干馏压力较高，气流速度低，可以气化、干馏较小粒度的煤（5-50mm）。比其它气体热载体干馏炉（<20mm粒度无法利用），资源利用率要高。同时，<5mm煤制粉或制浆，从炉子底部进入作为燃料，资源可以做到100%利用。该设计已在黑龙江龙煤天泰项目上示范，预计16年5月份点火试车。针对该段热解工艺，笔者认为还可添加适当催化剂（如廉价无需再生的含铁系催化剂），实现催化加氢热解，在高压富氢环境下进一步提高油产率和

13、油品质量。BGL气化炉优点非常明显，既能产合成气又能产油及甲烷等轻烃物质，但也存在不足，可在工艺设计、组合、运行过程当中加以完善和解决。1、气化废水问题BGL炉产生的工艺废水，要比鲁奇炉少得多，但有机物含量高（COD高），处理难度大，虽然能达标回用、排放，如中煤图克实现废水零排，但处理成本相对于气流床废水处理而言要高。气化废水的主要来源为煤本身所带的水、化合水（热解水及氢与氧反应生成水）以及气化未分解的水蒸汽。其中化合水比较少，一般情况为煤的4%-8%，主要取决于煤中矿物质结晶水的多少；水蒸汽未分解的水也比较少，因液态排渣气化温度高，水蒸汽分解率高，可达95%以上。所以，BGL炉气化废水绝大部

14、分来自于入炉煤本身。如何降低入炉煤水分便是从源头解决废水量的关键。入炉前煤干燥脱水，最好采用非蒸发形式（安全、节能、环保、提质），煤脱水的同时还能增加煤的强度和热稳定性（BGL炉，对煤的强度、热解稳定性有要求）。同时，还可回收水资源，缓解煤化工水资源容量大的问题。入炉煤水分降低，不但可以减少气化废水量，还大大减少了热解、干燥的供热量，有利于炉子效率提高（主要是热解段），也相对降低了煤气水分离工段的负荷，同时提高了废水酚氨浓度，有利于酚氨回收经济性的提高。总之，入炉煤干燥脱水，可大大提高BGL炉运行经济性，也是降低运行成本和提高装置运行效率重要手段之一。2、<5mm粒度煤无法利用问题可采用

15、水煤浆气化，与BGL炉气化互补，将系统产生的有机废水（如酚氨回收后的废水）或高浓盐废水制成煤浆，一来降低废水处理难度，使其简单化，解决煤化工废水、废渣处理难技术屏障；二来降低了废水处理工段的投资和运行成本，有效解决煤化工废水、废渣处理投资大和费用高问题；三来废水、废渣当中的有机质，又得以回收利用；四来水煤浆气化也解决了<5mm粒度煤无法利用的问题，使其资源利用率100%。目前BGL也发展出了块粉一体炉，由于BGL底部设置有6个喷嘴，且处于高温燃烧层，因此可将原仅喷蒸汽氧气气化剂的单通道喷嘴改成双通道喷嘴，同时喷入物料进BGL炉气化燃烧层，进行燃烧气化反应，物料可选择粉煤进料或水煤浆进料，

16、最好采用水煤浆进料可解决自产的一部分废水，进一步降低废水的外排水量。该技术早已在黑水泵运行成功。3、BGL炉对煤质有要求BGL炉非常适合高挥发分低变质煤（如烟煤、褐煤等），但热稳定性差、具有粘结性的煤不适合。评价与结论BGL气化炉，若与煤非蒸发干燥、水煤浆气化或燃烧相组合，优势互补，形成“黄金搭档”，不但有效解决当前煤化工水容量大，废水、废渣难处理等技术屏障，而且由于装置效率提高，投资及运行成本降低，可有效缓解低油价对煤化工的冲击。BGL炉实现了煤化产品分级多元化，增强了市场抗风险能力，完全符合我国能源清洁利用“十三五”规划当中煤炭分级分质阶梯利用要求，煤的燃烧、气化、热解、干燥一体化，并在一

17、个炉子内完成，资源利用率100%。对热解来讲，做到了加压富氢环境下热解，无需提供热解热源，充分利用气化煤气显热，热效率高，无需考虑半焦利用问题，煤气热值高、粉煤灰活性好便于后续加工利用。强化热解功能的BGL炉可以拓展到油页岩行业。油页岩加工利用是以低温热解获得页岩油（页岩油质量要好于一般原油，它可以直接进入目前石油炼化装置）为目的，只要针对油页岩特点（与煤相比：水少、灰多、挥发分高、固定碳少、热值低、冷热强度好等），在装置结构上、运行操作上加以优化、强化完全可应用到油页岩领域。届时彻底解决油页岩行业固定碳不好利用、无法利用和产油率低、热解煤气（油页岩行业称之为瓦斯气）热值低不好利用等技术瓶颈，同