煤气化基础知识培训讲稿

煤气化基础知识培训讲稿

一、煤炭气化定义

煤化工是以煤为原料经过化学加工，实现煤的转化并进行综合利用的工业。煤化工包括炼焦工业，煤炭气化工业，煤制化学品工业以及其他煤加工制品工业等。

所谓的煤炭气化技术，是新型煤化工的一个重要单元，就是将固体煤变成气态烃，CO，H2气体等的技术，其目的就是获得清洁能源和化工原料。煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）、供给热量，三者缺一不可。

二、煤炭气化发展简史

煤化工发展始于18世纪后半叶，用煤生产民用煤气；在欧洲当时用煤干馏方法，生产的干馏煤气用于城市街道照明；1840年由焦炭制发生炉煤气来炼铁，1875年使用增热水煤气作为城市煤气。二次世界大战时期，煤炭气化工业在德国得到迅速发展。1935~1945年期间德国共建立了9个合成油厂，总产量达570kt。二次世界大战后，煤炭气化工业因石油、天然气的迅速发展减慢了步伐，进人低迷时期，直到20世纪70年代成功开发由合成气制甲醇技术，由于甲醇的广泛用途，使煤炭气化工业又重新引起人们重视。到20世纪80年代末，由煤炭气化制合成气，羰基合成生产醋酸、醋酐开始大型化生产，这是煤制化学品的一个非常煤的加工 干馏

炼焦

气化

液化

合成化学品 煤的气化在煤化工中占有重要地位，用于生产各种燃料，是干净的能源，利于提高人民生活水平和环境保护;煤气化生产的合成气是合成液体燃料等多种产品的原料。

重要的突破。现在，随着气化生产技术的进一步发展，以生产含氧燃料为主的煤炭气化合成甲醇、二甲醚，有广阔的市场前景。

三、中国煤炭气化技术现状

煤气化技术视炉内气－固状态和运动形式，主要分为三大类∶

1. 固定床

以块煤（10～50mm）为原料的固定床，在气化过程中，煤由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部加入，煤料与气化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气化,而实际上，煤料在气化过程中是以很慢的速度向下移动的，比较准确的称其为移动床气化。

先进的固定床气化工艺以鲁奇移动床加压气化为代表，鲁奇炉是逆向气化煤在炉内停留时间长达1h， 反应炉的操作温度和炉出口煤气温度低，碳效率高、气化效率高。虽然鲁奇气化工艺优点很多，但由于固定床气化只能以不粘块煤为原料，不仅原料昂贵，气化强度低，而且气－固逆流换热，粗煤气中含酚类、焦油等较多，使净化流程加长，增加了投资和成本。

2. 流化床

以碎煤（小于6mm）为原料的流化床，以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，从而使得煤料层内温度均一，易于控制，提高气化效率。

使用碎煤为原料的流化床技术一直受到国内外的关注。德国发挥了其既有传统，开发出高温温克勒气化炉，美国正努力发展以流化床气化和燃烧相结合的高效工艺，预期可获得最良好的系统效率，但是关于流化床的报道较少，虽然有较大的发展空间但是技术支持并不强劲。

3. 气流床

以粉煤（小于0.1mm）为原料的气流床，它是一种并流气化，用气化剂将粒度为0.1mm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。煤料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。

德士古炉、K-T炉、壳牌炉，以粉煤为原料的气流床在极高温度下运符

（1300-1500℃），气化强度极高，单炉能力己达2500煤/日，我国进口的德士古炉也达400-700煤/日，气体中不含焦油、酚类，非常适合化工生产和先进发电系统的要求。目前，我国已经引进23套壳牌气化炉装置。

该工艺缺点是：高温气化为使灰渣易于排出，要求所用煤灰熔点低（小于1300℃），含灰量低（低于10％-15％），否则需加人助熔剂（CaO或Fe2O3）并增加运行成本。这一点特别不利于我国煤种的使用。此外，高温气化炉耐火材料和喷嘴均在高温下工作，寿命短、价格昂贵、投资高，气化炉在高温运行，氧耗高，也提高了煤气生产成本。

4. 增压床

为提高单炉能力和降低能耗，现代气化炉均在适当的压力（1.5～4.5MPa）下运行，相应地出现了增压固定床、增压流化床和增压气流床技术。

国内目前采用的煤炭气化技术主要以常压固定床煤气发生炉和水煤气发生炉为多，开发和引进了水煤气两段炉、鲁奇加压气化炉和德士古水煤浆气化技术。

四、煤炭气化技术的应用

1. 作为工业燃气

要求：热值为4620～5670kJ／m3

气化技术：常压固定床气化炉和流化床气化炉

应用：主要用于钢铁、机械、卫生、建材、轻纺、食品等部门，用以加热各种炉、窑，或直接加热产品或半成品。

2. 城市煤气

要求：热值在12600～16800kJ／m3，要求CO含量小于10％，H2、CH4及其他烃类可燃气体含量应尽量高。

技术：鲁奇炉

3. 作为化工合成和燃料油合成的原料气

要求：化工合成气对热值要求不高，主要对煤气中的CO、H2等成分有要求

技术：德士古气化炉、壳牌气化炉

应用：合成航空燃料油、合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚以及合成液体燃料等

4. 作为冶金用还原气

原因：煤气中的CO和H2具有很强的还原作用

应用：

1）在冶金工业中，利用还原气可直接将铁矿石还原成海绵铁；

2）在有色金属工业中镍、铜、钨、镁等金属氧化物也可用还原气来冶炼。因此，冶金还原对煤气中的CO含量有要求。

5. 作为联合循环发电的燃气 (IGCC)

是煤在加压下气化，产生的煤气经净化后燃烧，高温烟气驱动燃气轮机发电，再利用烟气余热产生高压过热蒸汽驱动蒸汽轮机发电。

用于IGCC的煤气，对热值要求不高，但对煤气净化度(如粉尘及硫化物)含量的要求很高。

与IGCC配套的煤炭气化一般采用固定床加压气化(鲁奇炉)、气流床气化(德士古)、加压气流床气化(壳牌气化炉)，加压流化床气化工艺等，煤气热值在9240～10500kJ／m3左右。

6. 煤炭气化制氢

目前世界上96％的氢气来源于石化燃料转化，同时煤炭气化制氢也起着很重要的作用，一般是将煤炭转化成CO和H2，然后通过变换反应将CO转换成H2和H2O，再将富氢气体经过低温分离或变压吸附及膜分离技术，即可获得氢气。

7. 煤炭液化的气源

不论煤炭直接液化和间接液化，都离不开煤炭气化工艺。煤炭液化需要煤炭气化制氢，而可选的煤炭气化工艺同样包括移动床加压鲁奇(Lurgi)气化、加压流化床气化和加压气流床气化工艺。

五、煤气化技术冲击中国市场

1. 煤气化在国内的发展

煤气化技术直接与国家能源结构相关，合成后可代替石油和燃料，煤气化的发电不产生二氧化硫等污染，可广泛用于化肥等化工产品的生产、煤间接液化、氢能源、燃料电池等诸多的领域。

2003年壳牌集团与中国石油化工集团公司、云天化集团和云南沾化公司之间签定了四个煤气化技术使用协议。根据协议，这些企业利用壳牌的洁净煤技术生

产合成气，为四家国内大型化肥厂提供生产原料(N2)。壳牌气流床的煤气化技术提供一种洁净及可持续的用煤方法。这项技术的环保性能接近天然气。

煤气化技术在中国已有近百年的历史，但仍然较落后和发展缓慢。全国有近万台各种类型的气化炉在运行，其中以固定床气化炉为最多。如氨非工业中应用的UGI水煤气发生炉（以美国联合气体改进公司（United Gas Improvement

Company)命名）就达4000余台；生产工业燃气的气化发生炉近5000台，其中还包括近年来引进的两段气化炉和生产城市煤气和化肥的鲁奇炉。

Winkler和U-GAS流化床气化和Texaco（徳古士）气流床气化等先进技术则多用于化肥工业，但数量有限。就总体而言，中国煤气化以传统技术为主，工艺落后，环保设施不健全，煤炭利用效率低，污染严重。如不改变现状，将影响经济、能源和环境的协调发展。

2. 煤气化在国内的发展趋势

国内目前采用的煤炭气化技术主要以常压固定床煤气发生炉和水煤气发生炉为多，但是就长远发展来看，加压气流床和流化床应是煤气化首选工艺。

(1)从国内外煤气化工艺发展趋势看，氧气气化必然取代空气气化。国外虽研发多种空气气化炉型，真正实现工业化并还在沿用(中国)的只有UGI炉。为推动煤气化工艺的技术进步，必须发展气流床气化、灰团聚气化等第2代炉型，逐步减少直至淘汰UGI炉，提高煤气化工艺水平。

(2)K-T炉从工业化到停止发展只有不足30年历史，这是因常压操作而引起的。灰团聚炉(常压)比UGI炉是一个进步，如果不研发加压炉必将走K-T炉的老路，生命力不会太强。

(3)Shell炉、PRENFLO炉虽属先进炉型，但由于专利费过高，一般企业无法接受，降低造价的办法是采用国内专利、走国产化之路，这对国内科研设计单位提出了更高的要求，国家应在干法进料加压气流床气化技术开发上增加投资，

争取开发自主知识产权的专利技术。

(4)煤气化多联产的趋向明显，由于煤气化多联产技术能利用中国富有的煤炭，解决工业、交通和生活能源短缺；生产出的能源属清洁能源，可解决伴随经济发展带来的环境污染问题；为化学工业开辟了新的原料途径；所以煤炭化工企业对于靠煤气化多联产技术互相补充、互相帮助的新产业路径有非常强烈的尝试

愿望。

六、煤气化技术在中国化肥市场发展前景

我国发展煤炭气化技术的起点较低，各种用途的煤气需求量均很大，从宏观上看，从国家的整体利益出发，发展煤炭气化技术的社会效益、环境效益及经济效益都非常显著，我国发展煤炭气化技术的前景是十分广阔的。但是国家目前发展煤炭气化技术重点放在民用煤气及煤气化联合循环发电两个方面，主要是由于化工合成原料气及工业工艺用燃料气的发展是受其相应应用领域的发展制约的,

所以它们的发展也是有一定限度的。

对于化肥行业，想使用煤炭气化的煤气作为燃料气，所采用的制备方法一般是选择混合煤气发生炉，该技术以块状焦炭或无烟煤甚至略带粘结性的烟煤为原料，以空气和水蒸汽为气化剂，也属于常压移动床(干法排灰)煤炭气化技术，该技术的制气过程是连续的，因此，煤气中的N2含量高，煤气热值低，该技术非常成熟，设备可全部国产化，且规格齐全，几十年来广泛用于机械、冶金、建材、轻工和食品等行业。其优点主要是工艺过程简单，工程投资少，建设周期短，煤气成本低，操作简单、灵活，弹性大。其缺点是工艺技术较落后，气化效率较低，且需块煤为原料，单台炉产气量不大，环境效益不佳。

在此要重点指出，煤炭气化后的气体除了可以进行燃气供应外，还可以作为化肥行业的合成氨用原料气，主要是利用煤气中的H2及与之成一定比例的N2，而煤气中的CO要先经过变换，使之转化为H2后再加以利用。由于其生产规模较小，故一般多以空气与水蒸汽作为气化剂，且采用间歇操作方式，作为关联产业可以考虑。

虽然煤气化产业在我国有较大的发展空间，但是我们要认识到对于化肥行业而言，煤气只是一个辅助的燃料原料，我国国内目前采用的燃料煤炭气化技术主要以常压移动床(干法排灰)煤炭气化技术为多，这个技术现在比较成熟，但是从长远看它必将被加压流化床、气化床取代，因为他的单台炉气产量不大，气化效率低，环境污染大，采用这种技术可以提高煤炭供热能力，但是并不能达到最佳效果，还要考虑其产生的不利方面的解决方法，想要长远的达到最佳效果，气化床、流化床是必然工业化方向，但是矛盾的是我国国内的加压流化床、气化床煤气化技术任然比较滞后，有很多技术问题并未攻克，想要在短时间内达到技术、