煤气化技术选择依据
王 锦,贺根良,朱春鹏,门长贵
(西北化工研究院,陕西 西安 710054)
摘 要:介绍了目前几种典型煤气化技术,对煤气化技术的选择提供了几点参考依据,分别从煤质因素、气化指标因素和下游产品需要因素考虑,给出了目前选择煤气化技术的一些参考建议。
关键词:煤气化技术;选择;依据
Ba sis for Selecti n g Coa l Ga si f i ca ti on Process Technology
WAN G J in,HE Gen-liang,ZHU Chun-peng,M EN Chang-gui
(Northwest Research I nstitute of Che m ical I ndustry,Shaanxi Xi’an710054,China)
Abstract:Based on intr oducti on of several ty p ical coal gasificati on p r ocess technol ogies,s ome reference basis were put f or ward f or selecting coal gasificati on p r ocess technol ogies,considering res pectively fr om coal character,gasificati on index and downstrea m p r oducts.Some advices for selecting coal gasificati on p r ocess technol ogies were given out.
Key words:coal gasificati on p r ocess technol ogy;selecting;basis
我国的煤炭资源丰富,油气匮乏。在未来几十年内,煤炭在
我国能源结构中仍将占主导地位,是我国战略上最安全和最可
靠的能源。作为一个煤炭生产和消费大国,使煤炭资源得到更
加科学合理的利用尤为重要。
在众多的煤炭利用技术中,煤气化则是煤炭能源转化的基础技
术,也是煤化工发展中最重要、最关键的工艺过程之一。本文介绍
了几种典型的煤气化技术;针对新建煤化工项目给出了选择煤气化
技术的主要依据,以期为选择适合自身的煤气化技术提供参考。
1 煤气化技术
煤气化工艺有几十种,若按煤气化炉的炉型分类,大致有三类:
固定床气化工艺;流化床气化工艺;气流床气化工艺,气流床煤气化
技术又分为湿法气化和干法气化两种。这里主要介绍几种对中国
洁净煤技术发展具有重要意义的典型代表性的煤炭气化工艺。
1.1 固定床L urg i工艺
固定床气化炉常见有间歇式气化(U.G.I)和连续式气化
(鲁奇Lurgi)两种。U.G.I炉已有一百多年的历史,它是以块状
无烟煤或焦炭为原料,以空气和水蒸气为气化剂,在常压下生产
合成原料气或燃料气。该炉型所用原料要求高,工艺技术落后,
生产强度低,环境污染严重,属淘汰或禁止使用的煤气化技术。
Lurgi加压气化技术是在U.G.I炉的基础上,在20世纪40
年代由西德鲁奇公司开发,属第一代煤气化工艺。
Lurgi炉是以块状的弱粘结性贫瘦煤为原料,氧气(空气)和
蒸汽为气化剂在加压条件下连续气化制取煤气,该炉型适合于
生产燃料煤气或间接液化制油的原料气。若选择制合成气存在
以下问题:(1)煤气成分复杂,合成气中含CH
4
约16%～18%,
如果将这些CH
4转化为H
2
、CO,将会造成投资大,成本高。(2)
大量冷凝污水需处理。污水中含大量焦油、酚、氨、脂肪酸、氰化
物等,因此要建焦油回收装置,酚、氨回收和生化处理装置,增加
了投资和原材料消耗。(3)Lurgi气化技术原料为6～50mm块
煤。块煤价高,影响工厂经济效益[1]。
Lurgi炉主要应用在南非和我国,20世纪50年代中期和80
年代初期,我国云南解放军化肥厂和山西天脊集团先后引进了
鲁奇加压气化技术用于合成氨的生产,生产能力分别为15×
104t/a和30×104t/a。我国哈尔滨伊兰、甘肃兰州、河南义马也
分别引进了鲁奇加压气化技术,主要用于生产城市煤气和工业
燃气。由于该气化技术煤气后处理工艺及水处理过程较复杂,
所以近年来在合成气生产装置上应用少[2]。
1.2 流化床HT W工艺
流化床煤气化技术是介于固定床和气流床煤气化技术之间
的一种煤气化技术。第一个流化床煤气化生产装置———温克勒
煤气化法1926年在德国投入运转。但是该炉存在气化压力低,
单台炉处理量较小,碳转化率低,带出物和灰渣中残碳含量较
高,并且气化炉体积庞大,单位容积气化率低等缺点。针对常压
温克勒气化炉存在的缺点,通过提高气化温度和气化压力,成功
开发了高温温克勒煤气化技术(HT W)[3]。
HT W工艺为加压流化床气化技术,适宜于气化褐煤、长焰煤
以及其他一些粘结性不强、化学反应活性较高的煤种,原料煤入
炉粒度为0～10mm、流化床气化炉的生产能力为相同气化压力
下、相同规模固定床气化炉的3～4倍,该工艺已经工业化的单
台气化炉耗煤量为160t/h。
1.3 气流床煤气化技术
气流床煤气化技术包括干法干煤粉进料和湿法料浆进料的
气流床气化技术,湿法料浆气化技术主要有:国外的GE工艺和
国内的多元料浆气化技术。干法干煤粉气化技术:Shell工艺、GSP技术等。
1.3.1 干法干煤粉气化技术
(1)Shell工艺
该技术主要是将煤通过粉碎研磨成干煤粉,喷入气化炉进
行燃烧制得燃料气或合成气。气化炉采用水冷壁结构。气化温度在1400℃～1600℃,气化压力～3.0M Pa,碳转化率高达99%,煤气中甲烷含量很少,C O+H
2
达到90%。Shell气化技术指标先进,但装置复杂,投资大,运行经验不足。国内建设的Shell炉是世界上应用于化工产品的首例。现已建成十多套,均在试运行,估计需一定的探索期,其时间长短取决于专利技术成熟的程度。对这十多套装置实际运行的技术经济指标以及是否能够以单炉运行来保证生产的连续性、稳定性等尚待观察、证实。
(2)GSP技术
该技术干煤粉由气化炉顶部进入,属单烧嘴下行制气。气化炉内有水冷壁内件,单炉生产能力大,目前已投入运转的气化炉压力为3.0MPa,单台炉日处理煤量720t,已设计完成日处理量为2000t级的更大规模装置。GSP技术碳转化率可达到98%
～99%,冷煤气效率达80%～83%,合成气有效气CO+H
2
成分高达90%以上。由于粗煤气的洗涤净化采用水激冷流程,故投资比Shell炉省。
1.3.2 湿法料浆气化技术
(1)GE工艺
GE工艺以水煤浆为原料,气化炉内部采用耐火材料衬里结构,气化压力4.0～8.7MPa。其技术特点是对煤种适应性较宽,对煤的活性没有严格的限制,但对煤的灰熔点有一定的要求,单炉生产能
力大,碳转化率高,达95%～98%,有效成分(C O+H
2
)达80%左右,适宜做合成气。我国鲁南、渭河、上海三联供、安徽淮南已从国外引进了水煤浆气化装置,用于生产合成氨、甲醇、醋酸、发电等[4]。
(2)多元料浆气化技术
国内开发的具有自主知识产权的多元料浆加压气化技术也属于湿法加压气流床煤气化技术,对该技术的研究始于20世纪60年代后期。该气化方法的原料可以是石油焦、石油沥青、煤、石油加工过程的各种固体残渣及残液等,采用合适的添加剂,通过一步法制浆技术,制备出合格的气化料浆,然后在高温、高压条件
下和氧气反应生成C O、H
2
为主成分的合成气。其主要工艺指标:
有效气组成(C O+H
2
)～85%左右,碳转化率达95%～98%,多元料浆技术投资小,能耗低,设备国产化率较高,超过98%;进料易于控制和计量,成功地实现了加压气化,建立的大型工业化装置均实现了长周期稳定运行。整个工艺流程简单,粗合成气便于后续处理;环境友好,高温快速气化使得煤气中不含焦油、酚等,无废气排放;废水排放小且易于处理,属洁净气化技术。截止目前,多元料浆气化技术已在国内三十多套工业装置上实现推广应用,涉及3万～30万t/a合成氨、20万～60万t/a甲醇以及50万t/a煤制油装置,已有6套工业装置平稳运行,属于较有前途的煤气化方式。
2 依煤质因素选择
我国煤炭资源十分丰富,种类齐全,从褐煤到无烟煤各个煤化阶段的煤都有赋存,但各煤类的数量不均衡,地区间分布差别也很大。而不同煤种的组成和性质相差是非常大的,即使是同一煤种,由于成煤的条件不同,性质的差异也较大。煤结构、组成以及变质程度之间的差异,会直接影响和决定煤炭气化过程
工艺条件的选择,也会影响煤炭气化的结果及气化工艺的配置。
气化反应过程与煤的性质有着非常密切的关系。煤的气化过程在工艺上有着多种多样的选择,对一种特定的气化方法,往往对煤的性质有特定的要求。
下面对煤的气化工艺过程有关的煤的性质做必要的阐述[6]。
(1)水分含量
煤中的水分和其变质程度有关,随煤的变质程度加深而呈规律性的变化:即从泥炭、褐煤、烟煤、年轻无烟煤,水分逐渐减少。
炉型不同对气化用煤的水分含量要求也是不同的。对固定床来说,一般生产中要求水分含量在8%～10%左右。采用流化床和气流床时,固定颗粒粉的粒度很小,过高的含水量会降低颗粒的流动性,因而规定煤的含水量小于5%。尤其对烟煤的气流床气化法,采用干法加料时,要求原料煤的水分含量应小于2%。
(2)灰熔点
简单地说,灰熔点就是灰分熔融时的温度。一般用于固态排渣的气化炉的煤,在气化时不能出现结渣,其灰熔点应较高;液态排渣却相反,灰熔点越低越好,但要保证一定的流动性,其黏度应小于25Pa?s,黏度太大,液渣的流动性变差,还有可能出现结渣。
(3)灰组成
灰组成影响着灰熔点的高低,若灰中Si O
2
和A l
2
O3的含量
越大,其熔化温度范围越高,而Fe
2
O3和Mg O等碱性成分含量越
高,则熔化温度越低,可以用公式(Si O
2
+A l2O3)/(Fe2O3+CaO +Mg O)来表示,该值越大,则灰熔点越高,灰分越难结渣,相反,则灰熔点越低,灰分越易结渣。
(4)成浆性
选用湿法气化技术时,对原料煤的成浆性有一定要求,成浆性好的煤种所制得煤浆浓度高,气化指标好。
(5)发热量
发热量即热值,是煤的主要性能指标之一,其值与煤的可燃组分有关,热值越高每千克煤产有效气量就越大,要产相同数量的有效气煤耗量就越低。
在以上介绍的煤气化技术中,固定床对原料煤种有较严格的要求,入炉煤必须是块煤或碎煤。干煤粉气流床煤气化方法对煤种有广泛的适应性,它几乎可以气化从无烟煤到褐煤的各种煤。湿法料浆气流床煤气化方法可以气化气煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、高硫煤以及低灰熔点的劣质煤、石油焦等。气化褐煤时选择干煤粉气流床煤气化方法较为适宜。
3 煤气化技术的指标因素
选择煤气化技术可以考虑以下几个方面。
3.1 煤气化工艺指标
煤气化技术的工艺指标是评价煤气化技术好坏的一个重要方面,只有指标优良的煤气化技术才能给企业带来良好的经济效益,并且节能环保。通常选择合适的煤气化技术依据得主要工艺指标包括:产气率、有效气含量及组成、碳转化率、冷煤气效率、比氧耗、比煤耗等。
(1)产气率
产气率是指气化单位重量的原料所得到煤气的体积数(在标准状态下),通常以m3/kg表示。
产气率=煤气产量
入炉干原料量
×100%
(2)有效气含量及组成
煤气中的主要成分是C O 和H 2,生成粗煤气中有效气含量是指粗煤气中(CO +H 2)的量。
(3)碳转化率
碳转化率是指在气化过程中消耗的(参与反应的)总碳量占入炉原料煤中碳量的百分数,可用下述公式表示:
碳转化率=生成的煤气中碳量
单位重量煤中碳量
×100%
如灰渣中含碳高、飞灰和焦油多,则碳的转化率就低。(4)冷煤气效率
冷煤气效率=煤气的发热量
原料的发热量
×100%
冷煤气效率是衡量煤炭气化过程能量合理利用的重要指标。(5)比氧耗和比煤耗
有效气比氧耗为生产1000标方有效气体(C O +H 2)的氧气消耗量,Nm 3/1000Nm 3(C O +H 2);有效气比煤耗为生产1000标方有效气体(CO +H 2)的煤消耗量,Kg/1000Nm 3(C O +H 2)。
表1为两种具有典型代表性的气流床煤气化技术的工艺性能和气化指标比较数据表。
表1 两种典型气流床煤气化技术气化指标比较
炉型
干法粉煤气化湿法料浆气化
煤气成分/%
CO
61～6545～47H 2
25～2833～38CO 2018～31820～26CH 40101～0102011～013
H 2S +COS
01070102N 2
413～8103012～014
有效气含量/%
92～9580106～85单炉最大生产能力/(t ?d -1)
20002000冷煤气效率/%78～83
70～76碳转化率/%
≥99
95～98氧耗Nm 3/1000Nm 3(CO +H 2)330～360370～420煤耗Kg/1000Nm 3(CO +H 2)
520～550
550～610
以上干法粉煤气化指标数据来源于Shell 气化技术的运行数据[7]。
以上湿法料浆气化指标数据源于西北化工研究院多元料浆气化技术的工业化装置运行数据。
3.2 技术的成熟可靠性
选择成熟可靠,能够长周期稳定运行的煤气化技术是十分重要的。煤气化是生产各类煤基化学品(氨、甲醇、二甲醚等)、煤基液体燃料、煤基低碳烯烃、制氢、先进的I GCC 发电、多联产系统的共性、关键技术,是煤化工的基础。煤气化在很大程度上影响甚至决定了全系统装置能否长周期、安全稳定的运行。如果煤气化装置不能实现长周期运转或者年运转率较低,就会造成巨大的损失。
气流床湿法加压气化技术在我国已有近二十年的生产应用经验,国内已培养出大批掌握该技术的设计、设备制造、建筑安装、煤种评价、试烧和工程总承包的企业及工程技术人员,因此该气化技术的成熟可靠性好。
气流床干法加压气化技术Shell 工艺国产化率低,国内运转的少,1994年已经投运的荷兰De mkolec 250MW I GCC 示范电站采用Shell 气化炉,设计容量为2000t/d 。国内现有十余家引进该气化技术并建立装置其运行经验正在积累。目前世界上采用
GSP 气化工艺技术的有3家,国内神华宁夏煤业集团有限责任
公司引进此技术用于煤化工项目[5]。干煤粉气化技术成熟可靠性相对不足,相对缺乏实际运行和指导经验。
3.3 消耗与成本
这一项评价指标是指每生产m 3(C O +H 2)对原材料水、电、汽等的消耗。消耗低的煤气化技术对提高单炉生产能力和气化效率、降低成本都有意义。如煤的加压气化可实现后续工段的等压合成或降低合成气体的压缩比,这比压缩煤气要经济的多,这正是近年来开发加压煤气化的重要原因之一。这几种煤气化技术中,GSP 干煤粉气化技术原料消耗最低。
3.4 三废排放及处理
煤中含有部分无机矿物质,以及在加工利用的过程中,存在残渣、废水、废气的排放,先进的煤气化技术,均是高温加压纯氧气化,碳的转化率高,这些排放物应相对较少或容易处理。这也是国家煤炭洁净利用政策的要求。
3.5 投资
企业在选择煤气化技术时,应根据本单位的实际情况,综合考虑投资,设备、仪表阀门等的国产化程度以及技术转让费和服务费都直接会影响到投资从而影响企业的经济效益。同等规模气化系统投资的比例为Shell 法ζGSP 法ζ多元料浆法=1.8ζ1.2ζ1。
从指标因素可以看出,干法煤气化技术气化指标最先进,消耗最低,但和湿法加压气化技术相比缺乏长周期稳定运行经验,并且其投资比湿法气化技术高很多。综合考虑来看,现阶段,湿法气流床煤气化技术最具有优势。在选择湿法气流床煤气化技术时,应尽量采用国内具有自主知识产权且成熟可靠的湿法煤气化技术。
4 下游产品需要(项目最终目的)的因素
煤气化技术的选择还应考虑到下游产品的需要,根据煤气化后所产产品的不同,是用于发电、生产燃料气,还是生产甲醇、合成氨,来确定采用何种炉型。因为不同的炉型气化生产的原料气的压力、气体成分均不同,适用于不同的工业领域。
图1列出了各工艺强调的合成气质量指标。
图1 下游工序对煤气化产气的质量要求
(下转第31页)
在现有锅炉上的改造,同时制氧投资非常大。采取局部增氧比较合理且容易实现,即只对二次风采取增氧的方式。
4.2 讨论
(1)炉膛温度分布控制
增氧后的二次风通过二次风管或注氧点从不同高度送入炉膛,这样会使稀相区的燃烧份额增大(在密相区未燃烧完全的在这里基本燃尽,导致稀相区的燃烧份额增大),同时燃烧温度升高。
解决办法:只要合理布置注氧点完全可以将炉膛的温度控制在950℃以下,同时保证温度梯度不超标。但是如果二次风配入不合理,可能会使炉膛的温度分布不均,温度梯度达不到允许范围,造成因局部超温,而限制负荷的提升。
(2)物料循环和热平衡的控制
循环流化床锅炉运行的关键在于建立稳定的物料循环,大量的循环物料起着传质和传热作用,使得整个炉膛的温度梯度不大。采用富氧燃烧后,燃料相应减少,同时反回料也因燃烧完全而减少,整个循环量也就减少。但是富氧燃烧后三原子分子浓度增大(C O
2
浓度增加),多原子分子的辐射传热要比单分子要强,这样炉膛的辐射传热就增强,可以弥补因循环量小的热量传递。
(3)氮氧化物和二氧化硫的控制
局部富氧燃烧在局部会产生高温,同时热力型的NO
X
生成量因此而增加。但是炉膛的温度还是在最佳脱硫温度范围,所以脱硫效果差别不大。另外由于烟气量的减少,使得氮氧化物和二氧化硫的浓度提高,这样更有利于收集和捕捉。
(4)富氧燃烧对锅炉材质的影响
富氧燃烧会产生局部高温,会对炉底的开工火咀的寿命带来影响;同时对炉膛的耐火材料也是一个考验,所以富氧燃烧也会带来材质升级的问题。
5 结 语
循环流化床锅采用富氧燃烧技术能提高锅炉的运行效率:固体燃料燃烧更加充分,增加传热效率;减小CF B锅炉旋风分离器的负荷;烟气量减小,排烟损失减小;有害气体浓度升高便于NO X和C02的捕捉;另外,物料的充分燃烧减小了固体颗粒对系统的磨损,延长锅炉耐火材料寿命。
富氧燃烧在CF B锅炉的工程应用才刚刚开始,尽管CF B锅炉有自身不可比拟的优势,但是富氧燃烧技术的应用可以使其更加完美,所以开发应用这一技术对节约煤炭资源,提高能源利用率和环境保护都有重要意义。需要广大工程技术人员和相关设计人员的共同努力来实现
。
图3 CF B锅炉供风系统与变压吸附工段工艺结合示意图
注:实线(右)示意混合注氧燃烧形式;虚线(左)示意喷入式注氧燃烧形式
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(上接第28页)
5 结 论
通过对煤质因素,气化指标因素和下游工序产品需求因素的综合考虑,给出如下建议:
(1)当原料煤为:A褐煤时,选择Lurgi炉或者干煤粉气化工艺较为适宜;
B烟煤或者变质程度较高、成浆性适中的煤种时,目前选择成熟可靠且投资较少的湿法气化工艺较为适宜(2)当生产下游产品为:A燃料气或者还原气时,选择Lurgi炉或者干煤粉气化工艺较为适宜;
B合成氨、甲醇、合成油等时,目前选择湿法气化工艺较为适宜。
煤气化是发展煤化工的重要核心技术,在工艺技术方案选择上必须选择经过大量试验、工业性示范和工业生产实践的工艺、要择优选用节能、投资省、成本低、效率高、对环境无污染或轻度污染且易于处理的洁净煤气化技术。
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业出版社,2008:289.
四种煤气化技术及其应用 李琼玖,钟贻烈,廖宗富,漆长席,周述志,赵月兴 (成都益盛环境工程科技公司,四川成都610012) 摘要:介绍了4种煤气化工艺技术,包括壳牌工艺、德士古水煤浆气化工艺、恩德工艺、灰熔聚流化床气化工艺,对其技术特点、工艺流程、主要设备及应用实例进行了详细阐述,并对4种工艺进行了对比。 关键词:煤气化;壳牌工艺;德士古;恩德工艺;灰熔聚工艺;煤气炉 中图分类号:TQ546文献标识码:A文章编号:1003-3467(2008)03-0004-04 Four Coal Gasification Technologi es and Their Applicati on L I Q iong-ji u,ZHONG Y i-lie,LIAO Zong-fu, QI Chang-xi,ZHOU Shu-zhi,ZHAO Yue-xing (Chengdu Y i s heng Envir on m ent Eng i n eering Techo logy C o.Ltd,Chengdu610012,China) Abst ract:Four coal gasificati o n technologies,inc l u d i n g Shell techno logy,Texaco coa l-w ater sl u rry gasif-i cati o n,Enticknap pr ocess,ash agg l o m erati o n fl u i d ized bed gasification technology are intr oduced,and the technical features,technolog ical process,m ai n equipm ent and app lication exa m p le o f the four techno l o g i e s are descri b ed in detai.l K ey w ords:coal gasification;She ll techno logy;Texaco;Enticknap process;ash agglo m erati o n tech-nology;gas stove 1壳牌粉煤气化制取甲醇合成气 1.1壳牌工艺技术的特点 壳牌煤气化过程(SCGP工艺)是在高温加压下进行的,是目前世界上最为先进的第FG代煤气化工艺之一。按进料方式,壳牌煤气化属气流床气化,煤粉、氧气及蒸汽在加压条件下并流进入气化炉内,在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程。一般认为,由于气化炉内温度很高,在有氧存在的条件下,碳、挥发分及部分反应产物(H2、CO等)以发生燃烧反应为主;在氧气消耗殆尽之后发生碳的各种转化反应,过程进入到气化反应阶段,最终形成以CO、H2为主要成分的煤气离开气化炉。 壳牌粉煤气化的技术特点:1干煤粉进料,加压氮气输送,连续性好,气化操作稳定。气化温度高,煤种适应性广,从无烟煤、烟煤、褐煤到石油焦均可气化,对煤的活性几乎没有要求,对煤的灰熔点范围比其它气化工艺更宽。对于高灰分、高水分、含硫量高的煤种同样适应。o气化温度约1400~1700e,碳转化率高达99%以上,产品气体相对洁净,不含重烃,甲烷含量极低,煤气中有效气体(CO+H2)高达90%以上。?氧耗低,与水煤浆气化相比,氧气消耗低,因而与之配套的空分装置投资可减少。?单炉生产能力大,目前已投入运转的单炉气化压力为3MPa,日处理煤量已达2000t。?气化炉采用水冷壁结构,无耐火砖衬里,维护量少,气化炉内无转动部件,运转周期长,无需备炉。?热效率高,煤中约83%的热能转化在合成气中,约15%的热能被回收为高压或中压蒸汽,总的热效率为98%左右。?气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状颗粒,性质稳定,对环境几乎没有影响。气化污水中含氰化合物少,容易处理,必要时可做到零排放,对环境保护十分有利。à壳牌公司专利气化烧嘴可根据需要选择,气化压力2.5~4.0M Pa,设计保证寿命为8000h,荷兰De m ko lec电厂使用的烧嘴在近4年 收稿日期:2007-10-13 作者简介:李琼玖(1930-),男,教授级高级工程师、研究员,长期从事化工设计、建设、生产工程技术工作,主编5合成氨与碳一化学6、5醇醚燃料与化工产品链工程技术6专著,发表论文百余篇,电话:(028)86782889。
《东北电力技术》1996年第12期 煤气化技术的研究与进展 东北电力学院(132012) 张化巧 姜秀民 张靖波 孙键 摘 要 文中回顾了煤气化技术的产生及发展过程,阐述了它的应用前景,详细介绍了煤气化技术的发展现状及存在的问题,同时也包括我国学者在这方面的贡献,指出了目前尚待解决的问题和发展方向,最后说明了我国开发这方面研究工作的重要意议。 关键词 煤气化 煤气化技术 流化床 1 煤气化技术的产生及应用 1.1 煤气化技术的产生 煤气化是用气化剂将煤及其干馏产物中的有 机物最大限度地转变为煤气的过程。早在18世 纪末期,人们就由煤中获得了煤气,19世纪初形成 煤气生产的产业部门。煤的制气技术从19世纪 中叶得到发展,20世纪20年代,出现了煤的多种 气化工艺。1922年,常压流化床粉煤气化的温克 勒炉获德国专利,1926年投产。后来德国又作了 增加二次风等方面的改进,提高反应温度和反应 空间,并称之为高温温克勒炉。1955年,第一台加 压固定床鲁奇气化炉在德国投产。1940年,奥地 利建成了第一台焦化与气化相结合的两段炉。 1939～1944年期间,第一台常压气化气流床研制 成功。40年代后期,美国开发出气流床气化的德 士古气化炉。20世纪中期,由于丰富的天然气资 源通过公用的管线输送广泛地分配到各处,这样 由煤所生产的煤气量逐渐减少,一些已建成的煤 气化炉也纷纷停产,煤气化技术的发展受到抑制。 20世纪70年代中期,由于注意到石油和天然气储 量的日益减少,人们又对煤的气化产生了强烈的 兴趣。70年代初,美国又开发出U-G AS气化炉。 此外,比较成功的煤气化方法还有西屋法、D ow 法,Shell法等。我国自80年代起开始这一领域的 研究工作,发表了许多文献。中科院煤化所于80 年代初开始的灰熔聚法流化床气化的研究,目前 已进入半工业化试验阶段。 1.2 气化产物的用途 煤气化是将煤中可燃物完全转化为气体产 物,这些气体产物的潜在用途是: a. 生产天然气的代用品; b. 用作以后生产乙醇、汽油、塑料等的合成 气; c. 用作发电的气体燃料; d. 用作生产工业蒸汽和工业用热的气体燃 料。 2 煤气化技术研究现状及存在的问题 煤气化技术已广泛用于制取各种气体燃料, 满足工业生产的要求。煤气化方法有多种,相应 的气化炉也有多种。根据原料在气化炉内的状态 可分成固定床、流化床及气流床三种形式。为了 验证气化器的整体特性,解释测量结果,确认重要 的试验变量,识别控制速率的过程,确定需进一步 研究的问题,帮助按比例放大工作,加强反应器的 模化等原因,在物理、化学定律和实验观察的基础 上建立了煤反应综合模型。综合模型的各个分部 模型进展情况及存在的问题包括: 2.1 湍流流体力学 通用化的多维煤反应模型需要有一个对带回
主流煤气化技术及市场情况系列展示（之五） 壳牌煤气化技术 技术拥有单位：壳牌全球解决方案国际私有有限公司 壳牌是世界知名的国际能源公司之一。壳牌煤气化技术可以处理石油焦、无烟煤、烟煤、褐煤和生物质。气化炉的操作压力一般在，气化温度一般在1400～1700摄氏度。在此温度压力下，碳转化率一般会超过99%，冷煤气效率一般在80～83%。对于废热回收流程，合成气的大部分显热可由合成气冷却器回收用来生产高压或中压蒸汽；如配合采用低水气比催化剂的变化工艺，在变换单元消耗少量蒸汽即可保证变换深度要求，剩余大量蒸汽可送入全厂蒸汽管网，获得可观的经济效益。 目前，壳牌全球解决方案国际私有有限公司负责壳牌气化技术的技术许可，工艺设计以及技术支持。2007年壳牌成立了北京煤气化技术中心，2012年初，壳牌更是将其全球气化业务总部也从荷兰移师中国，这充分体现了壳牌对中国现代煤化工蓬勃发展的重视，同时壳牌也能更好地利用其全球气化技术能力，贴近市场，为中国客户提供更加快捷周到的技术支持。目前，在北京的壳牌煤气化技术团队可提供从研发、工程设计、培训、现场技术支持以及生产操作和管理的全方位技术支持和服务。 一、整体配套工艺 根据不同的煤质特性以及用户企业的不同生产需求和规划，壳牌开发了下面3种不同炉型： 壳牌废锅流程是当前工业应用经验最丰富的干粉气化技术。它的效率和工艺指标的先进性已经得到了验证和认可，而且在线率也在不断创造新的世界纪录，大部分客户已实现满负荷、长周期、安全、稳定运转。如果业主比较关注热效率,全厂能效和环保效益的话，采用壳牌废锅流程并配合已成功应用的低水气比变换技术应该是最合适稳妥的方案。 壳牌上行水激冷流程特别适合处理有积垢倾向的煤种；适合大型项目，此外投资低，可靠性高。对于比较关注在线率和低投资的业主，采用壳牌上行水激冷流程应该是最合适稳妥的方案。
煤气化技术是现代煤化工的基础，是通过煤直接液化制取油品或在高温下气化制得合成气，再以合成气为原料制取甲醇、合成油、天然气等一级产品及以甲醇为原料制得乙烯、丙烯等二级化工产品的核心技术。作为煤化工产业链中的“龙头”装置，煤气化装置具有投入大、可靠性要求高、对整个产业链经济效益影响大等特点。目前国内外气化技术众多，各种技术都有其特点和特定的适用场合，它们的工业化应用程度及可靠性不同，选择与煤种及下游产品相适宜的煤气化工艺技术是煤化工产业发展中的重要决策。 工业上以煤为原料生产合成气的历史已有百余年。根据发展进程分析，煤气化技术可分为三代。第一代气化技术为固定床、移动床气化技术，多以块煤和小颗粒煤为原料制取合成气，装置规模、原料、能耗及环保的局限性较大；第二代气化技术是现阶段最具有代表性的改进型流化床和气流床技术，其特征是连续进料及高温液态排渣；第三代气化技术尚处于小试或中试阶段，如煤的催化气化、煤的加氢气化、煤的地下气化、煤的等离子体气化、煤的太阳能气化和煤的核能余热气化等。 本文综述了近年来国内外煤气化技术开发及应用的进展情况，论述了固定床、流化床、气流床及煤催化气化等煤气化技术的现状及发展趋势。 1．国内外煤气化技术的发展现状 在世界能源储量中，煤炭约占79%，石油与天然气约占12%。煤炭利用技术的研究和开发是能源战略的重要内容之一。世界煤化工的发展经历了起步阶段、发展阶段、停滞阶段和复兴阶段。20世纪初，煤炭炼焦工业的兴起标志着世界煤化工发展的起步。此后世界煤化工迅速发展，直到20世纪中叶，煤一直是世界有机化学工业的主要原料。随着石油化学工业的兴起与发展，煤在化工原料中所占的比例不断下降并逐渐被石油和天然气替代，世界煤化工技术及产业的发展一度停滞。直到20世纪70年代末，由于石油价格大幅攀升，影响了世界石油化学工业的发展，同时煤化工在煤气化、煤液化等方面取得了显著的进展。特别是20世纪90年代后，世界石油价格长期在高位运行，且呈现不断上升趋势，这就更加促进了煤化工技术的发展，煤化工重新受到了人们的重视。 中国的煤气化工艺由老式的UGI炉块煤间歇气化迅速向世界最先进的粉煤加压气化工艺过渡，同时国内自主创新的新型煤气化技术也得到快速发展。据初步统计，采用国内外先进大型洁净煤气化技术已投产和正在建设的装置有80多套，50%以上的煤气化装置已投产运行，其中采用水煤浆气化技术的装置包括GE煤气化27套（已投产16套），四喷嘴33套（已投产13套），分级气化、多元料浆气化等多套；采用干煤粉气化技术的装置包括Shell煤气化18套（已投产11套）、GSP2套，还有正在工业化示范的LurgiBGL技术、航天粉煤加压气化（HT-L）技术、单喷嘴干粉气化技术和两段式干煤粉加压气化（TPRI）技术等。
煤化工产业概况及其发 展趋势 集团标准化办公室：[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]
我国煤化工产业概况及其发展趋势 煤化学加工包括煤的焦化、气化和液化。主要用于冶金行业的煤炭焦化和用于制取合成氨的煤炭气化是传统的煤化工产业，随着社会经济的不断发展，它们将进一步得到发展，同时以获得洁净能源为主要目的的煤炭液化、煤基代用液体燃料、煤气化—发电等煤化工或煤化工能源技术也越来越引起关注，并将成为新型煤化工产业化发展的主要方向。发展新型煤化工产业对煤炭行业产业结构的调整及其综合发展具有重要意义。 1 煤化工产业发展概况 1． 1 煤炭焦化 焦化工业是发展最成熟，最具代表性的煤化工产业，也是冶金工业高炉炼铁、机械工业铸造最主要的辅助产业。目前，全世界的焦炭产量大约为～亿t/a，直接消耗原料精煤约亿t/a 。受世界钢铁产量调整、高炉喷吹技术发展、环境保护以及生产成本增高等原因影响，工业发达国家的机械化炼焦能力处于收缩状态，焦炭国际贸易目前为2500万t/ a。 目前，我国焦炭产量约亿t/a，居世界第一，直接消耗原料煤占全国煤炭消费总量的14%。 全国有各类机械化焦炉约750座以上，年设计炼焦能力约9000万 t/a，其中炭化室高度为4m～5.5m以上的大、中型焦炉产量约占80%。中国大容积焦炉（炭化室高≧6m）已实现国产化，煤气净化技术已达世界先进水平，干熄焦、地面烟尘处理站、污水处理等已进入实用化阶段，焦炭质量显着提高，其主要化工产品的精制技术已达到或接近世界先进水平。 焦炭成为我国的主要出口产品之一，出口量逐年上升，2000年达到1500t/a，已成为全球最大的焦炭出口国。 从20世纪80年代起，煤炭行业的炼焦生产得到逐步发展，其中有的建成向城市或矿区输送人工煤气为主要目的的工厂，有的以焦炭为主要产品。煤炭行业焦化生产普遍存在的问题是：焦炉炉型小、以中小型焦炉为主，受矿区产煤品种限制、焦炭质量调整提高难度较大，采用干法熄焦、烟尘集中处理等新技术少，大多数企业技术进步及现代化管理与其他行业同类工厂相比有较大差距。 1．2 煤气化及其合成技术 1.2.1 煤气化 煤气化技术是煤化工产业化发展最重要的单元技术。全世界现有商业化运行的大规模气化炉414台，额定产气量446×106Nm3/d，前10名的气化厂使用鲁奇、德士古、壳牌3种炉型，原料是煤、渣油、天然气，产品是F-T合成油、电或甲醇等。 煤气化技术在我国被广泛应用于化工、冶金、机械、建材等工业行业和生产城市煤气的企业，各种气化炉大约有9000多台，其中以固定床气化炉为主。近20年来，我国引进的加压鲁奇炉、德士古水煤浆气化炉，主要用于生产合成氨、甲醇或城市煤气。
煤气化及多元料浆气化技术简介 (西北化工研究院) 2007-03-07 多元料浆新型气化技术属湿法气流床加压气化技术，是指对固体或液体含碳物质(包括煤/石油焦/沥青/油/煤液化残渣)与流动相(水、废液、废水)通过添加助剂(分散剂、稳定剂、PH值调节剂、湿润剂、乳化剂)所制备的料浆，与氧气进行部分氧化反应，生产CO+H2为主的合成气。水煤浆加压气化属多元料浆气化的特定型式。 1 开发背景 本院在多年煤气化技术研究基础上，特别是水煤浆加压气化技术开发研究及工业化应用积累的经验和教训，结合国内市场背景及需求情况，本项技术开发基于以下几方面原因： (1)配合实现国家”煤代油”的能源发展战略。 (2)解决水煤浆加压气化技术在工业化应用过程中暴露的问题，更有利于实现装置长周期安全稳定运行，克服水煤浆气化技术缺陷。 (3)获得自主知识产权、节省技术引进费。 (4)实现气化原料多样化，扩大原料使用范围。 在国家、中石化、中石油及企业的支持下，先后承担并完成了“煤油水混合料浆制备及气化研究”、“煤焦水乳化制浆及气化研究”、“煤沥青水浆制备及气化研究”和国家科技部攻关项目“多元料浆新型气化技术开发研究”。并同相关企业进行了卓有成效的研究，成功开发了多元料浆新型气化技术(MCSG)，并实现工业化应用。 2 技术特点、创新点和关键技术 多元料浆新型气化技术使用工艺氧气，对固态或液态含碳物质所制备的料浆进行部分氧化反应，生产合成气(CO+H2)。 工艺技术包括： 料浆制备 料浆气化 粗煤气洗涤净化 灰水处理 主要技术特点： (1)通过不同原料(特别是难成浆原料)的制浆技术研究，大大提高料浆的有效组成，降低气化过程的消耗。 (2)该技术原料适应性广，包括煤、石油焦、石油沥青、渣油、煤液化残渣、生物质等含碳物质以及纸浆废液、有机废水等。 (3)长距离料浆输送技术，解决了高浓度、高粘度料浆难输送的问题。 (4)新型结构的气化炉，具有结构简单，操作安全易控的特点，而且有利于热量回收和耐火材料保护，使用周期延长两倍左右。 (5)富有特色的固态排渣和液态排渣工艺技术，不仅解决了高灰熔点原料的气化难题，而且从技术角度解决了原料适应性问题。 (6)通过配煤技术，优化资源配置，既解决了原料成浆性问题，又解决了灰熔点问题，为多元料浆主要特色之一。 (7)独具特色的灰水处理技术(Ⅰ～Ⅲ级换热闪蒸技术)，减少了设备投资，简化了工艺流程。 (8)成熟完善的系统放大技术，解决了不同规模、不同压力等级装置的气化工程化问题。 (9)设备完全立足于国内，投资少，效益显著。 (10)三废排放少，环境友好，属洁净气化技术。
煤气化技术的现状和发展趋势 1、水煤浆加压气化 1.1 德士古水煤浆加压气化工艺（TGP） 美国Texaco 公司在渣油部分氧化技术基础上开发了水煤浆气化技术，TGP 工艺采用水煤浆进料，制成质量分数为60%~65％的水煤浆，在气流床中加压气化，水煤浆和氧气在高温高压下反应生成合成气，液态排渣。气化压力在2.7~6.5MPa，提高气化压力，可降低装置投入，有利于降低能耗；气化温度在1 300~1 400℃，煤气中有效气体（CO+H2）的体积分数达到80％，冷煤气效率为70％~76％，设备成熟，大部分已能国产化。世界上德士古气化炉单炉最大投煤量为2 000t/d。德士古煤气化过程对环境污染影响较小。 根据气化后工序加工不同产品的要求，加压水煤浆气化有三种工艺流程：激冷流程、废锅流程和废锅激冷联合流程。对于合成氨生产多采用激冷流程，这样气化炉出来的粗煤气，直接用水激冷，被激冷后的粗煤气含有较多水蒸汽，可直接送入变换系统而不需再补加蒸汽，因无废锅投资较少。如产品气用作燃气透平循环联合发电工程时，则多采用废锅流程，副产高压蒸汽用于蒸汽透平发电机组。如产品气用作羟基合成气并生产甲醇时，仅需要对粗煤气进行部分变换，通常采用废锅和激冷联合流程，亦称半废锅流程，即从气化炉出来粗煤气经辐射废锅冷却到700℃左右，然后用水激冷到所需要的温度，使粗煤气显热产生的蒸汽能满足后工序部分变换的要求。 1.2 新型（多喷嘴对置式）水煤浆加压气化 新型（多喷嘴对置式）水煤浆加压气化技术是最先进煤气化技术之一，是在德士古水煤浆加压气化法的基础上发展起来的。2000 年，华东理工大学、鲁南化肥厂（水煤浆工程国家中心的依托单位）、中国天辰化学工程公司共同承担的新型（多喷嘴对置）水煤浆气化炉中试工程，经过三方共同努力，于7 月在鲁化建成投料开车成功，通过国家主管部门的鉴定及验收。2001 年2 月10 日获得专利授权。新型气化炉以操作灵活稳定，各项工艺指标优于德士古气化工艺指标引起国家科技部的高度重视和积极支持，主要指标体现为：有效气成分（CO+H2）的体积分数为~83％，比相同条件下的ChevronTexaco 生产装置高1.5~2.0 个百分点；碳转化率＞98％，比ChevronTexaco 高2~3 个百分点；比煤耗、比氧耗均比ChevronTexaco 降低7％。 新型水煤浆气化炉装置具有开车方便、操作灵活、投煤负荷增减自如的特点，同时综合能耗比德士古水煤浆气化低约7％。其中第一套装置日投料750t 能力新型多喷嘴对置水煤浆加压气化炉于2004 年12 月在山东华鲁恒升化学有限公司建成投料成功，运行良好。另一套装置两台日投煤1 150t 的气化炉也在兖矿国泰化工有限公司于2005 年7 月建成投料成功，并于2005 年10 月正式投产，2006 年已达到并超过设计能力，目前运行状况良好。该技术在国内已获得有效推广，并已出口至美国。 2、干粉煤加压气化工艺 2.1 壳牌干粉煤加压气化工艺（SCGP） Shell 公司于1972 年开始在壳牌公司阿姆斯特丹研究院（KSLA）进行煤气化研究，1978 年第一套中试装置在德国汉堡郊区哈尔堡炼油厂建成并投入运行，1987 年在美国休斯顿迪尔·帕克炼油厂建成日投煤量250~400t 的示范装置，1993年在荷兰的德姆克勒（Demkolec）电厂建成投煤量2 000t/d 的大型煤气化装置，用于联合循环发电（IGCC），称作SCGP 工业生产装置。装置开工率最高达73％。该套装置的成功投运表明SCGP 气化技术是先进可行的。 Shell 气化炉为立式圆筒形气化炉，炉膛周围安装有由沸水冷却管组成的膜式水冷壁，其内壁衬有耐热涂层，气化时熔融灰渣在水冷壁内壁涂层上形成液膜，沿壁顺流而下进行分
煤气化技术及其进展概述 华陆工程科技股份公司副总工程师 王洪金 煤气化技术是煤化工产业的龙头，是煤基合成油、合成化学品等的关键性技术。煤气化技术的选用，不能仅仅考虑其某一方面的优势，必须注意工程化的系统分析，也就是从技术的先进性、可靠性以及适用性等方面统一协调起来综合考虑。 一、技术的先进性和可靠性问题 1．Shell干粉加压气化工艺 Shell气化技术于2000年前后进入我国市场，以其优异的气化性能指标、煤种适应性宽等优点，引起了中国工程界的极大兴趣，短短的四、五年时间里引进了十几套生产装置，用于生产合成氨和甲醇制氢等。以60万t/a甲醇为例，对其应用于煤化工领域的先进性、可靠性和适用性等进行工程化的系统分析(系统的界区，从煤的磨制干燥、气化，到合成气经变换、净化后送至甲醇界区)发现，在先进性方面，与湿法Texaco相比，Shell气化技术存在以下问题：①煤气化部分(可比的部分)投资增加30％～40％；②经常运转费用中(主要包括煤粉制备、干燥，激冷气循环，输煤和飞灰过滤的C02压缩，SynGas的压缩送出界区等)，电力消耗大约增加12200kW；③气化部分回收的中压蒸汽(4MPa)供耐硫变换仍嫌不足，需变换副产蒸汽进行补充；④有效气(CO+H2)中H2/CO比不符合生产化学品的要求，SynGas合成化学品时H2/CO至少要>1.5，且耐硫变换工艺条件苛刻，会影响催化剂的寿命；⑤气化性能中，比煤耗和比氧耗分别较湿法Texaco降低8%和15％，但所节约的能耗又被电耗增加所抵消，所以盈利很少，煤价按200元/t、02按0.35元/Nm3、电价按0.344元／kW·h计，年盈利560多万元。 通过以上案例，按全系统进行工程分析可知，Shell煤气化技术具有先进性，但该性能在合成气生产化学品中不具优势。如果该技术用于IGCC发电，则不存在打折、抵偿的因素，其优势将会被充分发挥。荷兰的IGCC装置也从侧面印证了这一结果。 技术的可靠性主要以装置的年可用率(Availability)来衡量。据2004年10月华盛顿煤气化技术年会上的报道，荷兰Demkolec IGCC装置已投产七、八年的气化岛年可用率为81.8％，电力板块为89.8%(主要煤气轮机设有燃油系统作补充措施)，年会上专家一致认为，无论采用哪种气流床炉型，IGCC的气化岛应该增加备用系列。 2．湿法气化工艺 我国已引进多套湿法气化装置，其气化性能指标比Shell差。在可靠性方面，通过多年的摸索并在设有备用系列的条件下，年可用率可达90％；其适用性、激冷型(CO+H2)成分和H2/C0较适宜于合成化学品，耐硫变换的工艺条件比较温和；废锅流程宜用于IGCC。在美国和西欧有多套IGCC的例子，但总热效率均低于Shell的IGCC，其主要的问题是煤种适应性狭窄，要求低灰融点低内水含量的煤；烧咀使用寿命短，因此要设置备用系列。 以上分析说明，选用煤气化技术首先应当结合资源(煤种)条件，再考虑下游产品的要求(如生产化学品、1GCC或煤电多联产等)。作为工程公司，在发展煤化工产业中的重要任务
国内外煤气化技术新进展 华陆工程科技有限责任公司刘艳军 一、煤炭的综合利用 我国具有丰富的煤炭资源，煤炭保有储量高达1万亿吨以上，全国煤炭产量2002年近14亿吨，2003年为16亿吨，2009年为亿吨，平均每年以大于5%的速度递增。目前，我国已经成为世界上最大的煤炭生产国和消费国。我国是富煤少油国家，当前每年进口的原油和石油制品已达到国内需求的30%以上，全球范围内新一轮的石油竞争将会愈演愈烈，大力发展煤化工作为保证国家能源安全的战略已凸显重要而紧迫。未来，我国能源以煤为主的状况，在相当长的一段时间内不会有大的改变，预测2010年将占60％左右，2050年不会低于50％，煤炭在我国的能源消费中仍然占有基础性地位。 随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，对煤和以煤为原料的相关产品的技术要求也越来越高。然而，由于煤的结构和组成的复杂性，给人们利用煤带来诸多环境问题。例如，煤中含有硫、氯、氮、灰等有害物质在煤炭直接燃烧后被排放到环境中，引起严重的环境污染问题。有关调查统计结果表明：目前我国能源消费总量中约68%为煤炭，其中有85%采用效率低、污染严重的直接燃烧技术。燃煤产生的二氧化硫排放量占全国总排放量的74％，氮氧化物排放量占总排放量的60％，总悬浮颗粒（TSP）排放量占总排放量的70％，二氧化碳排放量占总排放量的85％。目前，我国已成为世界上环境污染严重的国家之一，这不仅严重地威胁到生态环境和人类健康，而且每年由于燃煤而引发的SO2污染和酸雨造成的经济损失已超过1000亿元。因此大量直接燃烧煤炭将受到国家政策限制。 从发展的长远观点来看，我国以煤为主的能源消费结构正面临着严峻挑战，如何解决燃煤引起的环境污染问题已迫在眉睫。我国政府对此高度重视，对环境保护的政策越来越严格，并把煤炭的清洁转化和高效利用列入《中国21世纪议程》，实行“节能优先、结构优化、环境友好”的可持续能源发展战略。 二、煤气化技术 煤气化技术是煤利用技术中的关键技术，而气化炉又是煤气化技术的核心。世界上许多国家对开发新型气化炉都投入了大量的人力和财力，并已经取得了可喜的成果，各种形式的气化炉也陆续投入了工业化生产，这些设备广泛应用于煤
2012年 第15期 广 东 化 工 第39卷 总第239期 https://www.doczj.com/doc/4815304785.html, · 59 · 国内煤气化技术评述与展望 付长亮 (河南化工职业学院，河南 郑州 450042) [摘 要]依据煤气化技术的常用分类标准和评价指标，分析研究了国内所用的煤气化技术的优势与不足。综合考虑原料广泛性、技术先进性、投资成本等因素，认为航天炉干粉煤气化技术具有适应的煤种多、气化效率高、生产能力大、碳转化率高、投资省、操作费用低等优势，在未来的煤化工产品生产中将会得到普遍的应用。 [关键词]煤气化技术；评述；展望 [中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2012)15-0059-02 Review and Prospects of Domestic Coal Gasification Technology Fu Changliang (Henan V ocational College of Chemical Technology, Zhenzhou 450042, China) Abstract: According to common classification standard and evaluation index, advantages and disadvantages of domestic coal gasification technology were analyzed and studied. Considering comprehensively the raw material extensive, technology advanced and investment cost, it was thought that HT-L dry powder coal gasification had the vast potential for future development, because of the more quantity of coal type used, higher gasification efficiency, larger production capacity, higher carbon conversion, lower investment cost. Keywords: coal gasification technology ；review ；prospects 1 煤气化及其评价指标 煤气化指在高温下煤和气化剂作用生成煤气的过程。可简单表示如下： +???→高温 煤气化剂煤气 其中的气化剂主要指空气、纯氧和水蒸汽。煤气化所制得的煤气是一种可燃性气体，主要成分为CO 、H 2、CO 2和CH 4，可作为清洁能源和多种化工产品的原料。因此，煤气化技术在煤化工中处于非常重要的地位。 煤气化反应主要在气化炉(或称煤气发生炉、煤气炉)内进行。不同的煤气化技术主要区别在于所用的气化炉的形式不同。 通常，对煤气化技术的评价主要从气化效率、冷煤气效率、碳转化率和有效气体产率四个方面进行。气化效率衡量原料(煤和气化剂)的热值转化为可利用热量(煤气的热值和产生蒸汽的热值)的情况，是最常用的评价指标，标志着煤气化技术的能耗高低。冷煤气效率衡量原料的热值转化为煤气热值的情况，是制得煤气量多少及质量高低的标志。碳转化率衡量煤中有多少碳转化进入到煤气中，是煤利用率高低的标志。有效气体产率衡指单位煤耗能产出多少有效气体(CO+H 2)，是对煤气化技术生产有价值成分效果好坏的评价。这四个指标不完全独立，从不同的方面反映了煤气化技术中人们最关注的问题。 2 煤气化技术的分类 煤气化的分类方法较多，但最常用的分类方法是按煤与气化剂在气化炉内运动状态来分。此法，将煤气化技术分为如下几种。 2.1 固定床气化 固定床气化也称移动床气化，一般以块煤或煤焦为原料。煤由气化炉顶加入，气化剂由炉底送入。流动气体的上升力不致使固体颗粒的相对位置发生变化，即固体颗粒处于相对固定状态。气化炉内各反应层高度亦基本上维持不变。因而称为固定床气化。另外，从宏观角度看，由于煤从炉顶加入，含有残炭的灰渣自炉底排出，气化过程中，煤粒在气化炉内逐渐并缓慢往下移动，因而又称为移动床气化。目前，国内采用此方法的煤气化技术主要有固定床间歇气化法和加压鲁奇气化法。 2.2 流化床气化 流化床煤气化法以小颗粒煤为气化原料，这些细粒煤在自下而上的气化剂的作用下，保持着连续不断和无秩序的沸腾和悬浮状态运动，迅速地进行着混和和热交换，其结果导致整个床层温度和组成的均一。目前，国内属于此方法的煤气化技术主要有恩德粉煤气化技术和ICC 灰融聚气化法。 2.3 气流床气化 气流床气化是一种并流式气化。气化剂(氧与蒸汽)与煤粉一同进入气化炉，在1500~1900 ℃高温下，将煤部分氧化成CO 、H 2、CO 2等气体，残渣以熔渣形式排出气化炉。也可将煤粉制成 煤浆，用泵送入气化炉。在气化炉内，煤炭细粉粒与气化剂经特殊喷嘴进入反应室，会在瞬间着火，发生火焰反应，同时处于不充分的氧化条件下。因此，其热解、燃烧以及吸热的气化反应，几乎是同时发生的。随气流的运动，未反应的气化剂、热解挥发物及燃烧产物裹挟着煤焦粒子高速运动，运动过程中进行着煤焦颗粒的气化反应。这种运动形态，相当于流态化技术领域里对固体颗粒的“气流输送”，习惯上称为气流床气化。属于此类方法的煤气化技术较多，国内主要有壳牌干粉煤气化法、德士古水煤浆气化法、GSP 干粉煤气化法、航天炉干粉煤气化等[1-3]。 3 国内主要煤气化技术评述 3.1 固定床间歇式气化 块状无烟煤或焦炭在气化炉内形成固定床。在常压下，空气和水蒸汽交替通过气化炉。通空气时，产生吹风气，主要为了积累能量，提高炉温。通水蒸汽时，利用吹风阶段积累的能量，生产水煤气。空气煤气和水煤气以适当比例混合，制得合格原料气。 该技术是20世纪30年代开发成功的。优点为投资少、操作简单。缺点为气化效率低、对原料要求高、能耗高、单炉生产能力小。间歇制气过程中，大量吹风气排空。每吨合成氨吹风气放空多达5000 m 3。放空气体中含CO 、CO 2、H 2、H 2S 、SO 2、NO x 及粉灰。煤气冷却洗涤塔排出的污水含有焦油、酚类及氰化物，对环境污染严重。我国中小化肥厂有900余家，多数采用该技术生产合成原料气。随着能源和环境的政策要求越来越高，不久的将来，会逐步被新的煤气化技术所取代。 3.2 鲁奇加压连续气化 20世纪30年代，由德国鲁奇公司开发。在高温、高压下，用纯氧和水蒸汽，连续通过由煤形成的固定床。氧和煤反应放出的热量，正好能供应水蒸汽和煤反应所需要的热量，从而维持了热量平衡，炉温恒定，制气过程连续。 鲁奇加压气化法生产的煤气中除含CO 和H 2外， 含CH 4高达10 %~12 %，可作为城市煤气、人工天然气、合成气使用。相比较于固定床间歇气化，其优点是炉子生产能大幅提高，煤种要求适当放宽。其缺点是气化炉结构复杂，炉内设有破粘机、煤分布器和炉篦等转动设备，制造和维修费用大，入炉仍需要是块煤，出炉煤气中含焦油、酚等，污水处理和煤气净化工艺复杂。 3.3 恩德粉煤气化技术 恩德粉煤气化技术利用粉煤(<10 mm)和气化剂在气化炉内形成沸腾流化床，在高温下完成煤气化反应，生产需要的煤气。 由于所用的原料为粉煤，煤种的适应性比块煤有所放宽，原料成本也得到大幅度降低。得益于流化床的传质、传热效果大大优于固定床，恩德粉煤气化炉的生产能力比固定床间歇制气有较大幅度的提高。由于操作温度不高，导致气化效率和碳转化率都不高，且存在废水、废渣处理困难等问题。此技术多用于替代固定床间歇制气工艺[4-6]。 [收稿日期] 2012-07-21 [作者简介] 付长亮(1968-)，男，河南荥阳人，硕士，高级讲师，主要从事化工工艺的教学与研究。
几种煤气化技术介绍 煤气化技术发展迅猛，种类很多，目前在国内应用的主要有：传统的固定床间歇式煤气化、德士古水煤浆气化、多元料浆加压气化、四喷嘴对置式水煤浆气化、壳牌粉煤气化、GSP气化、航天炉煤气化、灰熔聚流化床煤气化、恩德炉煤气化等等，下别分别加以介绍。 一Texaco水煤浆加压气化技术 德士古水煤浆加压气化技术1983年投入商业运行后，发展迅速，目前在山东鲁南、上海三联供、安徽淮南、山西渭河等厂家共计13台设备成功运行，在合成氨和甲醇领域有成功的使用经验。 Texaco水煤浆气化过程包括煤浆制备、煤浆气化、灰水处理等工序：将煤、石灰石<助熔剂）、添加剂和NaOH称量后加入到磨煤机中，与一定量的水混合后磨成一定粒度的水煤浆；煤浆同高压给料泵与空分装置来的氧气一起进入气化炉，在1300～1400℃下送入气化炉工艺喷嘴洗涤器进入碳化塔，冷却除尘后进入CO变换工序，一部分灰水返回碳洗塔作洗涤水，经泵进入气化炉，另一部分灰水作废水处理。 其优点如下： <1）适用于加压下<中、高压）气化，成功的工业化气化压力一般在 4.0MPa 和6.5Mpa。在较高气化压力下，可以降低合成气压缩能耗。 <2）气化炉进料稳定，因为气化炉的进料由可以调速的高压煤浆泵输送，所以煤浆的流量和压力容易得到保证。便于气化炉的负荷调节，使装置具有较大的操作弹性。 <3）工艺技术成熟可靠，设备国产化率高。同等生产规模，装置投资少。 该技术的缺点是： <1）因为气化炉采用的是热壁，为延长耐火衬里的使用寿命，煤的灰熔点尽可能的低，通常要求不大于1300℃。对于灰熔点较高的煤，为了降低煤的灰熔点，必须添加一定量的助熔剂，这样就降低了煤浆的有效浓度，增加了煤耗和氧耗，降低了生产的经济效益。而且，煤种的选择面也受到了限制，不能实现原料采购本地化。 <2）烧嘴的使用寿命短，停车更换烧嘴频繁<一般45～60天更换一次），为稳定后工序生产必须设置备用炉。无形中就增加了建设投资。 <3）一般一年至一年半更换一次炉内耐火砖。 二多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术 该技术由华东理工大学洁净煤技术研究所于遵宏教授带领的科研团队，经过20多年的研究，和兖矿集团有限公司合作，成功开发的具有完全自主知识产权、国际首创的多喷嘴对置式水煤浆气化技术，并成功地实现了产业化，拥有近20项发明专利和实用新型专利。目前在山东德州和鲁南均有工业化装置成功运行。
2016年第35卷第3期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·653· 化工进展 现代煤气化技术发展趋势及应用综述 汪寿建 （中国化学工程集团公司，北京 100007） 摘要：现代煤气化技术是现代煤化工装置中的重要一环，涉及整个煤化工装置的正常运行。本文分别介绍了中国市场各种现代煤气化工艺应用现状，叙述汇总了其工艺特点、应用参数、市场数据等。包括第一类气流床加压气化工艺，又可分为干法煤粉加压气化工艺和湿法水煤浆加压气化工艺。干法气化代表性工艺包括Shell炉干煤粉气化、GSP炉干煤粉气化、HT-LZ航天炉干煤粉气化、五环炉（宁煤炉）干煤粉气化、二段加压气流床粉煤气化、科林炉（CCG）干煤粉气化、东方炉干煤粉气化。湿法气化代表性工艺包括 GE水煤浆加压气化、四喷嘴水煤浆加压气化、多元料浆加压气化、熔渣-非熔渣分级加压气化（改进型为清华炉）、E-gas(Destec)水煤浆气化。第二类流化床粉煤加压气化工艺，主要有代表性工艺包括U-gas灰熔聚流化床粉煤气化、SES褐煤流化床气化、灰熔聚常压气化（CAGG）。第三类固定床碎煤加压气化，主要有代表性工艺包括鲁奇褐煤加压气化、碎煤移动床加压气化和BGL碎煤加压气化等。文章指出应认识到煤气化技术的重要性，把引进国外先进煤气化技术理念与具有自主知识产权的现代煤化工气化技术有机结合起来。 关键词：煤气化；市场应用；气化特点；参数数据分析 中图分类号：TQ 536.1 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）03–0653–12 DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.03.001 Development and applicatin of modern coal gasification technology WANG Shoujian （China National Chemical Engineering Group Corporation，Beijing100007，China）Abstract：Modern coal gasification technology is an important part of modern coal chemical industrial plants，involving stable operation of the entire coal plant. This paper introduces application of modern coal gasification technologies in China，summarizes characteristics of gasification processes，application parameters，market data，etc. The first class gasification technology is entrained-bed gasification process，which can be divided into dry pulverized coal pressurized gasification and wet coal-water slurry pressurized gasification. The typical dry pulverized coal pressurized gasification technologies include Shell Gasifier，GSP Gasifier，HT-LZ Gasifier，WHG (Ning Mei) Gasifier，Two-stage Gasifier，CHOREN CCG Gasifier，SE Gasifier. The typical wet coal-water slurry pressurized gasification technologies include GE (Texaco) Gasifier，coal-water slurry gasifier with opposed multi-burners，Multi-component Slurry Gasifier，Non-slag/slag Gasifier (modified as Tsinghua Gasifier)，E-gas (Destec) Gasifier. The second class gasification technology is fluidized-bed coal gasification process. The typical fluidized-bed coal gasification technologies include U-gas Gasifier，SES Lignite Gasifier，CAGG Gasifier. The third class gasification technology is fixed-bed coal gasification process. The typical fixed-bed coal gasification technologies include Lurgi Lignite 收稿日期：2015-09-14；修改稿日期：2015-12-17。 作者：汪寿建（1956—），男，教授级高级工程师，中国化学工程集团公司总工程师，长期从事化工、煤化工工程设计、开发及技术管理工作。E-mail wangsj@https://www.doczj.com/doc/4815304785.html,。
各种煤气化工艺的优缺点 1、常压固定层间歇式无烟煤（或焦炭）气化技术 这是目前我国生产氮肥的主力军之一，其特点是采用常压固定层空气、蒸汽间歇制气，要求原料为25-75mm的块状无烟煤或焦炭，进厂原料利用率低，单耗高、操作繁杂、单炉发气量低、吹风气放空对大气污染严重。从发展看，属于将逐步淘汰的工艺。 2、常压固定层间歇式无烟煤（或焦炭）富氧连续气化技术 这是从间歇式气化技术发展过来的，其特点是采用富氧为气化剂，原料可采用8-10mm粒度的无烟煤或焦炭，提高了进厂原料利用率，对大气无污染、设备维修工作量小、维修费用低，适合于有无烟煤的地方，对已有常压固定层间歇式气化技术的改进。 3、鲁奇固定层煤加压气化技术 主要用于气化褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤，要求原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱粘结性，适用于生产城市煤气和燃料气，不推荐用以生产合成气。 4、灰熔聚流化床粉煤气化技术 中科院山西煤炭化学研究所的技术，2001 年单炉配套20kt/a 合成氨工业性示范装置成功运 行，实现了工业化，其特点是煤种适应性宽，可以用6-8mm以下的碎煤，属流化床气化炉， 床层温度达1100C左右，中心局部高温区达到1200-1300C,煤灰不发生熔融，而只是使灰渣熔聚成球状或块状排出。床层温度比恩德气化炉高100-200C，所以可以气化褐煤、低化 学活性的烟煤和无烟煤，以及石油焦，投资比较少，生产成本低。缺点是气化压力为常压，单炉气化能力较低，产品中CH4含量较高（1%-2%，环境污染及飞灰综合利用问题有待进 一步解决。此技术适用于中小氮肥厂利用就地或就近的煤炭资源改变原料路线。 5、恩德粉煤气化技术 恩德炉实际上属于改进后的温克勒沸腾层煤气化炉，适用于气化褐煤和长焰煤，要求