国内外煤气化技术介绍共51页

煤气化技术介绍一、起源煤气化技术是指把经过适当处理的煤送入反应器如气化炉内,在一定煤气化技术工艺流程的温度和压力下,通过氧化剂(空气或氧气和蒸气)以一定的流动方式(移动床、硫化床或携带床)转化成气体，得到粗制水煤汽，通过后续脱硫脱碳等工艺可以得到精制一氧化碳气。

1857年，德国的Siemens兄弟最早开发出用块煤生产煤气的炉子称为德士古气化炉。

这项工艺引进中国后在二十世纪九十年代由山东省鲁南化肥厂经过广大工程技术人员的努力，发明了自主知识产权的对置式四喷嘴气化炉，目前已经在国内得到广泛推广应用，特别是兖矿集团煤化工项目在多处使用次技术，取得了显著的经济效益。

还有经过其他许多开发商的开发，到1883年应用于生产氨气。

煤气化技术是清洁利用煤炭资源的重要途径和手段。

二、原理煤干馏过程，主要经历如下变化：当煤料的温度高于100℃时，煤中的水分蒸发出；温度升高到200℃以上时，煤中结合水释出；高达350℃以上时,粘结性煤开始软化，并进一步形成粘稠的胶质体（泥煤、褐煤等不发生此现象）；至400～500℃大部分煤气和焦油析出，称一次热分解产物；在450～550℃，热分解继续进行，残留物逐渐变稠并固化形成半焦；高于550℃，半焦继续分解,析出余下的挥发物（主要成分是氢气），半焦失重同时进行收缩，形成裂纹；温度高于800℃,半焦体积缩小变硬形成多孔焦炭。

当干馏在室式干馏炉内进行时，一次热分解产物与赤热焦炭及高温炉壁相接触，发生二次热分解，形成二次热分解产物（焦炉煤气和其他炼焦化学产品）。

煤干馏的产物是煤炭、煤焦油和煤气。

煤干馏产物的产率和组成取决于原料煤质、炉结构和加工条件（主要是温度和时间）。

随着干馏终温的不同，煤干馏产品也不同。

低温干馏固体产物为结构疏松的黑色半焦，煤气产率低，焦油产率高；高温干馏固体产物则为结构致密的银灰色焦炭，煤气产率高而焦油产率低。

中温干馏产物的收率，则介于低温干馏和高温干馏之间。

煤干馏过程中生成的煤气主要成分为氢气和甲烷，可作为燃料或化工原料。

国内外各种先进煤气化技术一、引言二、煤气化技术概述：2.1 固定层制气工艺（移动床）2.2 流化床气化工艺2.3 气流床气化工艺2.4 其他煤气化技术三、国内主流煤气化技术详解3.1 Lurgi（鲁奇）煤气化技术3.2 Texaco（德士古）煤气化技术3.3 Shell煤气化技术工艺3.4 GSP煤气化技术3.5 Dow煤气化工艺3.6 Texaco、Shell、GSP三种气化技术对比四、其它煤气化技术4.1 第三代煤气化技术4.2 组合气化炉煤气化法五、国内外煤气化的技术现状和发展趋势5.1 国外技术现状和发展趋势5.2 国内的技术现状和发展趋势5.3 国内工业化煤气化装置技术最新成果一、引言我国石油资源相对短缺，仅占化石能源探明储量的51.3％，开采量仅为世界开采量的21.4％，石油供需矛盾日益突出。

由于世界资源日趋减少，中东地区战乱不止，石油价格动荡不稳因此大量依赖石油进口将严重威胁我国国民经济的运行安全。

同时，我国煤炭资源丰富，探明可采储量2040亿t(2002年)。

煤炭在一次能源消费结构中占有主导地位，20世纪80年代以来一直在70％上下。

专家研究认为，在未来相当长时期内，一次能源消费结构中煤炭仍将居主导地位，到2050年将维持在50％以上。

目前国内发展煤气化合成化工产品的势头很旺特别是在产地,一批新的煤化工项目开始起步,老企业正以现代新技术改造传统落后的生产装置,以油为原料的大、中型合成氨厂开始进行煤代油的技术改造。

通过改造可以达到降低生产成本，改善环境状况之目的。

本文针对这一情况综合介绍国内煤气化技术现状，并对目前主流煤气化技术作一横向对比。

煤炭气化，即在一定温度、压力条件下利用气化剂(O2、H2O或CO2)与煤炭反应生成洁净合成气(CO、H2的混合物)，是对煤炭进行化学加工的一个重要方法，是实现煤炭洁净利用的关键。

煤炭气化技术，尤其是高压、大容量气流床气化技术，显示了良好的经济和社会效益，代表着发展趋势，是现在最清洁的煤利用技术，是洁净煤技术的龙头和关键。

国内外煤气化技术概述煤气化技术的研发已有200多年的历史，根据气化炉所使用的煤颗粒大小和颗粒在气化炉内的流动状态，气化炉总体上分为三类，即以鲁奇为代表的固定床气化炉、以U—Gas、灰熔聚为代表的流化床气化炉和以德士古、壳牌为代表的气流床气化炉。

1．1 鲁奇固定床气化技术鲁奇固定床气化技术产生于20世纪40年代，由鲁奇公司开发。

鲁奇炉以8～50mm粒度、活性好、不黏结的无烟煤、烟煤或褐煤为原料，煤从气化炉的项部加入，而气化剂从炉子的下部供入，因而气固间为逆向流动，随着反应的进行，煤在气化炉内缓慢移动。

鲁奇固定床气化的压力可达3．0MPa，气化温度为900～1050℃，单炉投煤量一般为1000ffd(最大可达1920ffd)，采用固态排渣方式。

典型的鲁奇固定床气化炉对燃料的要求比较高，尤其不宜使用焦结性煤。

由于气化温度较低，产生的煤气中不可避免的含有大量的沥青、焦油，因此需要对粗煤气进行分离净化。

为简化复杂的粗煤气净化流程，提高气化效率，英国煤气公司在固作态排渣鲁奇炉的基础上，进一步提高了气化温度，以强化气化过程，发展成液态排渣鲁奇炉⋯。

鲁奇气化炉起初主要用于生产城市煤气，后发展到生产合成油、氨、甲醇等，以及燃气。

我国云南解化集团等许多单位采用该技术用于合成氨。

由于鲁奇气化炉生产合成气时，气体成分中甲烷含量高(8～10％)，且含焦油、酚等物质，气化炉后需要设置废水处理及回收、甲烷分离转化装置，用于生产合成气生产流程长、投资大，因此单纯生产合成气较少采用鲁奇气化炉。

1．2 GSP气流床气化技术GSP工艺技术由前民主德国的德意志燃料研究所开发，始于20世纪70年代末。

GSP气化炉由烧嘴、冷壁气化室和激冷室组成。

烧嘴为内冷多通道的多用途烧嘴，冷却水分别在物料的内中、中外层之间和外层之外，冷却方式比较均匀，可以使烧嘴温度保持在较低水平。

固体气化原料被碾磨为不大于0．5mm的粒度后，经过干燥，通过浓相气流输入系统送至烧嘴。

(1) 国外煤气化技术概况以煤为原料的气化方法主要有移动床、流化床和气流床等。

a、移动床气化技术移动床气化技术较为先进的有鲁奇（Lurgi）气化技术。

该技术虽然能连续加压气化，但由于气化温度低，生成气中甲烷含量大，同时生成气中含苯、酚、焦油等一系列难处理的物质，净化流程长；尤其是该技术只能用块煤不能用粉煤，因而原料利用率低，大量筛分下来的粉煤要配燃煤锅炉进行处理。

此技术经过英国煤气公司和鲁奇公司于二十世纪七十年代联合开发，开发出一种新炉型（BGL气化炉），将鲁奇炉固态排渣改为熔融排渣，同时提高了气化反应温度，提高了块煤中粉煤的利用率，气化效率和气体成分有了很大改进，废水排放量及组分减少，污染问题也有所改善。

现有一台工业示范炉在德国黑水泵厂运行，用于处理城市垃圾，所用原料为各种城市垃圾、废塑料和烟煤。

BGL气化炉气化压力为2.0～4.0MPa，气化温度约为550℃。

我国云南解放军化肥厂于2004年引进了一台BGL气化炉，气化炉直径约为φ2800mm。

b、流化床气化技术流化床气化技术主要有德国温克勒（Winkler）流化床粉煤气化技术。

该技术压力较低，建有生产燃料气的装置，目前没有生产合成气的装置。

c、气流床气化技术气流床气化技术有美国GE公司水煤浆加压气化（GEGP）技术、荷兰壳牌谢尔（Shell）粉煤加压气化技术、德国未来能源公司GSP粉煤气化技术。

(2) 国内气化工艺技术概况a、固定床气化固定层间歇气化技术，该工艺以无烟煤为原料，采用空气和蒸汽作为气化剂；投资低，技术成熟，目前我国小氮肥、小甲醇厂90%以上采用该工艺生产。

该技术气化效率低，单炉产气量少，常压间歇气化，吹风过程中放空气对环境污染严重，每吨合成氨的吹风放空气量达2800～3100立方米。

该技术在国外已被淘汰。

国内固定床气化还有富氧连续气化技术，虽然该技术连续气化无吹风气排放，污染较少，但只能采用焦炭或无烟煤作原料，原料价格高；且生成气中氮气含量高，不适合作合成甲醇的原料气。

国内外煤气化技术比较随着煤炭资源的日益短缺，煤的高效利用已成为世界各国关注的重点。

煤气化技术，将煤转化为可燃气体并用于热能、电力和化学前驱体等领域，是当前实现煤高效清洁利用的重要技术之一。

本文将比较国内外煤气化技术的发展现状、技术路线和应用前景。

一、发展现状国内煤气化技术大多起步较晚，主要集中在购买国外设备和技术转化方面。

目前，中国已拥有天然气化工、华能大庆气化、山东诸城气化等多家成熟的煤炭气化企业。

其中，天然气化工主要生产合成气、氢气、苯乙烯等高附加值产物，煤气化率可达到92%以上。

华能大庆气化项目，煤气化率达到了80%以上，年生产合成气、苯乙烯、丙烯、氢气等150万吨。

山东诸城气化项目可生产甲醇、甲醛、乙醇、合成天然气和合成油等。

同时，国内目前正在进行的煤气化项目还有多个，如鄂尔多斯兴隆煤气化、华电集团新能源与煤制氢等。

而国外煤气化技术研究与应用较早，煤气化率和产物种类也较为丰富。

美国、德国、日本、澳大利亚等国家的煤气化技术都十分成熟，其中美国的煤气化产业发展历史最久，技术和产业规模也最大。

美国能源部现有10多个煤气化项目，年产能均在100万吨以上，产物种类包括合成天然气、液体燃料、合成酒精、硫酸、氮肥、尿素、润滑油和化肥等。

二、技术路线国内煤气化技术路线主要有三种：固定床煤气化技术、流化床煤气化技术和煤浆气化技术。

其中，固定床煤气化技术为中国比较成熟的技术路线，常用于生产油制气。

流化床煤气化技术则常用于生产合成气和聚烯烃等化工产品，煤浆气化技术则更适用于城市垃圾热解和冶金煤气化等领域。

目前，煤浆气化技术在国内尚处于探索阶段，需要进一步进行实验研究和工程应用。

而国外煤气化技术路线更为多样化，包括了上文提到的固定床、流化床、煤浆气化以及自动旋转床、堆积流化床、内循环流化床、熔融盘煤气化等。

三、应用前景煤气化技术的应用前景广阔。

其一是消费后果，煤气化技术生产的氢气、合成气、甲醇等化学中间体和化学品可以替代天然气和石油制品，进而推进煤的多元化消费。

国内外煤气化技术调研摘要：介绍了煤气化技术的种类和各种气化炉的特点、气化技术工艺流程、进料方式和气化后工艺等。

关键词：煤气化，气化炉，工艺煤气化是洁净、高效利用煤炭的主要途径之一，被誉为煤化工产业的龙头技术。

实践证明：在将煤炭转化为更便利的能源和产品形式的各种技术中，煤气化是最应优先考虑的一种加工方法。

1 煤气化的种类及特点煤气化技术可归纳为固定床、流化床和气流床三大类。

1.1 固定床煤气化技术固定床煤气化技术的气化炉主要包括间隙固定床气化炉UGI、鲁奇(Lurgi) 气化炉、BGL （鲁奇改进)气化炉，其技术参数见表1。

表1 几种固定床气化炉的技术参数注：*以标态下生产1 000 m3(CO+H2)为基准，下同。

(1) UGI常压固定床气化技术的优点是操作简单、投资少，但技术落后、能力和效率低、污染严重。

以常压中Φ2650 mm气化炉为例，单台炉投煤量仅60 t／d，且要求原料为25mm～80 mm的无烟块煤或焦炭。

(2) 鲁奇(Lurgi)气化炉工艺成熟可靠，气化温度900℃～1250℃，包括焦油在内的气化效率、碳转化率、气化热效率都较高，氧耗是各类气化工艺中最低的，原料制备、排渣处理成熟。

煤气热值是各类气化工艺中最高的，最适合生产城市煤气。

若选择制合成气，该工艺存在以下问题：①煤气成分复杂，合成气中含甲烷体积分数在7％～10％，如将这些甲烷转化为H2和CO，投资大、成本高；②冷凝污水量大，污水中含有大量的焦油、酚、氨、脂肪酸、氰化物等，因此需建焦油回收装置以及酚、氨回收和生化处理装置，增加了投资和原材料消耗；③气化原料为15mm～50 mm的块煤，块煤价格高，增加了生产成本。

(3) BGL气化炉是在鲁奇(Lurgi)炉基础上，由固态排渣改为液态排渣，可直接气化含水质量分数大于20％的各种煤；在1400℃～1600℃高温气化条件下，蒸汽用量大幅下降，90％～95％的蒸汽在气化过程中分解，不仅提高了气化效率，而且使气化废水量减少80％以上，减小了酚和氨回收装置的规模；气化炉炉体结构简单，采用常规压力容器材料和常规耐高温炉衬及循环冷却水夹套即可满足要求。

国内外煤气化技术现状按煤在气化炉内的运动方式，气化方法可划分为三类，即固定床气化法、流化床气化法和气流床气化法。

(1)固定床气化：在气化过程中，煤由气化炉顶部加入，气化剂从气化炉底部加入，煤与气化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤下降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气化；而实际上，煤在气化过程中是以很慢的速度向下移动的，比较准确的应称其为移动床气化。

(2)流化床气化：它是以粒度为0～10 mm的小颗粒煤为气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应，从而使得煤层内温度均一，易于控制，提高气化效率。

(3)气流床气化：它是一种并流气化，用气化剂将粒度为100 um以下的煤粉带入气化炉内，也可将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉内。

煤在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化反应，灰渣以液态形式排出气化炉。

煤气化技术包括备煤技术、气化炉技术、气化后工艺技术三部分，核心是气化炉。

1．2目前国内外主要气化炉(1)德士古气化炉美国德士古2002年初成为雪佛龙公司一部分，2004年5月被通用电气公司收购开发的水煤浆气化工艺是将煤加水磨成浓度为60%-65％的水煤浆，用纯氧作气化剂，在高温高压下进行气化反应，气化压力在3．0～8．5 MPa之间，气化温度1 400℃，液态排渣，煤气成份CO+H2为80％左右，不含焦油、酚等有机物质，对环境无污染，碳转化率96%-99％，气化强度大，炉子结构简单，能耗低，运转率高，且煤适应范围较宽。

目前雪佛龙德士古最大商业装置是Tampa电站，属于DOE 的CCT-3，1989年立项，1996年7月投运，12月宣布进入验证运行。

该装置为单炉，日处理煤2 000-2 400 t，气化压力为2．8 MPa，氧纯度为95％，煤浆浓度68％，冷煤气效率76％，净功率250 MW。

德士古气化炉由喷嘴、气化室、激冷室(或废热锅炉)组成。