煤气化工艺的简要评述.docx

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煤气化工艺的简要评述

煤气化工艺的简要评述

目前国内可供选择的成熟或相对成熟的煤加压气化工艺很多，各种煤气化工艺的综合比较也有较多的文献、资料可供查阅，这里只简要叙述几种主要煤气化工艺的特点及现阶段存在存在的问题。

1、TEXACO水煤浆气化

TEXACO水煤浆气化采用水煤浆进料、液态排渣、在气流床中加压气化，水煤浆与纯氧在高温高压下反应生成煤气。

气化炉主要结构是水煤浆单喷嘴下喷式，大部分是采用水激冷工艺流程，单炉容量目前最大可达日投煤量2000吨，操作压力大多采4MPa、6.5MPa，少数项目也已达到8.4MPa。

我国引进该技术最早的是山东鲁南化肥厂，于1993年投产，后来又有若干厂使用，目前已有十来家。

比较有代表性的有渭河（气化压力6.0MPa）、淮南（气化压力4.0MPa）和鲁南（气化压力2.0MPa）。

  由于国内已经完全掌握了TEXACO气化工艺，积累了大量的经验，因此设备制造、安装和工程实施周期短，开车运行经验丰富，达标达产时间也相对较短，主要问题是对使用煤质有一定的选择性，同时存在气化效率相对较低、氧耗相对较高及耐火砖寿命短等问题，但随着在国内投运时间的延长部分问题已得到有效解决。

2、多喷嘴对置水煤浆气化

本项技术是“九五”期间由华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司合作开发的。

2000年10月通过原国家石油和化学工业局组织的鉴定和验收。

示范装置为兖矿国泰化工有限公司，建成两套日投煤1150吨的气化炉，操作压力4.0MPa，生产24万吨/年甲醇，联产71.8MW发电。

装置已于2005年10月投入运行。

第二个项目是应用在华鲁恒升化工股份有限公司大氮肥国产化工程，建设一套多喷嘴对置式水煤浆气化装置，日投煤750吨，操作压力6.5MPa，装置已于2005年6月初投入运行。

该工艺仍属于水煤浆气化的范畴，与TEXACO的主要区别是由TEXACO单喷嘴改为对置式多喷嘴，强化了热质传递，气化效果较好，但多喷嘴需要设置多路控制系统，增加了设备投资和维修工作量。

由于是国内技术，工艺包及专有技术使用费较引进技术有较大幅度的降低。

3、SHELL粉煤气化

气化炉主要结构是干煤粉多喷嘴上行废锅气化并采用冷炉壁，冷煤气回炉激冷热煤气，煤气冷却采用废锅流程。

由于壳牌气化技术上具有突出的优点吸引了国内一些企业纷纷引进，目前已有十余家。

本工艺的最大缺点是投资高，设备造价过高；合成气换热采用废锅形式增加了投资，对需要水蒸汽成分的化工生产来看直接用水激冷更合理；干燥、磨煤、高压氮气及回炉激冷用合成气的加压所需的功耗较大等。

目前在中国国内已投运的包括湖北双环、中石化三家（湖北化肥、安庆石化、岳阳石化）和柳化等五套装置。

4、西安热工院两段式干煤粉加压气化技术

气化炉采用水冷壁炉膛、液态排渣。

运行时，向下炉膛内喷入粉煤、水蒸汽和氧气，向上炉膛喷入少量粉煤和水蒸汽。

利用下炉膛的煤气显热进行上炉膛煤的热解和气化反应，以提高总的冷煤气效率；同时显著降低热煤气温度，使得炉膛出口的煤气降温至灰熔点以下，从而省去冷煤气激冷流程，该气化炉已经获得国家发明专利。

该技术目前尚无运行的工业装置，但2000吨/天级两段式干煤粉加压气化炉（废锅流程）已经应用于华能集团“绿色煤电”项目，预计于2009年建成；1000吨/天级两段式干煤粉加压气化炉（激冷流程）已经应用于内蒙古世林化工有限公司年产30万吨甲醇项目，预计于2008年投运。

5、HT-L气化技术

该技术由中国航天科技集团公司北京航天动力研究所研制，气化炉结构结合了SHELL和TEXACO的优点，目前正在进行包括安徽临泉化工股份有限公司、濮阳龙宇化工等示范项目的建设。

6、西北化工研究院多元料浆气化工艺

多元料浆气化技术（MCSG）是由西北化工研究院开发的大型煤气化技术，该技术采用湿法气流床气化概念，以煤、石油焦、石油沥青等含碳物质和油（原油、重油、渣油等）、水等经优化混配形成多元料浆，料浆与氧通过喷嘴混合后瞬间气化，具有原料适应性广、气化指标先进、技术成熟可靠、投资费用低等特点，目前在国内已有三套工业装置平稳运行。

7、GSP煤气化技术

该技术气化炉主要结构是单喷嘴下喷式干煤粉加压气流床气化，根据煤气用途不同可用直接水激冷，如化工合成气用户。

也可用废锅回收热量，产生高压蒸汽，如IGCC发电用户，GSP煤气化技术由德国西门子集团拥有。

GSP气化技术存在的主要问题是在单炉能力和生产长期运行考验方面还存在不足，目前已运行过的装置，单炉能力只有日投褐煤720吨的规模，运行时间的记录也不是很长。

煤气化的主要设备

根据煤的性质和对煤气的不同要求有多种气化方法，相应的气化设备有固定床（移动床）气化炉,如UGI煤气化炉、鲁奇煤气化炉等；流化床（沸腾床）气化炉，如温克勒煤气化炉等；气流床煤气化炉,如K-T煤气化炉、德士古煤气化炉等。

各种炉型的气化条件和生成气特征均不相同（见表[各种煤气化炉的主要工艺特性]）。

UGI煤气化炉  以美国联合气体改进公司命名的煤气化炉，是一种常压固定床煤气化设备。

原料通常采用无烟煤或焦炭，其特点是可以采用不同的操作方式（连续或间歇）和气化剂，制取空气煤气、半水煤气或水煤气。

炉子为直立圆筒形结构（图1[UGI煤气化炉]）。

炉体用钢板制成，下部设有水夹套以回收热量、副产蒸汽，上部内衬耐火材料，炉底设转动炉篦排灰。

气化剂可以从底部或顶部进入炉内，生成气相应地从顶部或底部引出。

因采用固定床反应,要求气化原料具有一定块度,以免堵塞煤层或气流分布不匀而影响操作。

UGI炉用空气生产空气煤气或以富氧空气生产半水煤气时,可采用连续式操作方法,即气化剂从底部连续进入气化炉，生成气从顶部引出。

以空气、蒸汽为气化剂制取半水煤气或水煤气时，都采用间歇式操作方法。

在中国，除少数用连续式操作生产发生炉煤气（即空气煤气）外，绝大部分用间歇式操作生产半水煤气或水煤气。

UGI炉的优点是设备结构简单，易于操作,一般不需用氧气作气化剂，热效率较高。

缺点是生产强度低，每平方米炉膛面积的半水煤气发生量约1000m／h,对煤种要求比较严格，采用间歇操作时工艺管道比较复杂。

鲁奇煤气化炉  德国鲁奇煤和石油技术公司在1926年开发的一种加压移动床煤气化设备。

特点是煤和气化剂（蒸汽和氧气）在炉中逆流接触，煤在炉中停留时间1～3h，压力2.0～3.0MPa。

适宜于气化活性较高，块度3～30mm的褐煤、弱粘结性煤等。

鲁奇煤气化炉为立式圆筒形结构（图2[鲁奇煤气化炉]），炉体由耐热钢板制成，有水夹套副产蒸汽。

煤自上而下移动先后经历干燥、干馏、气化、部分氧化和燃烧等几个区域,最后变成灰渣由转动炉栅排入灰斗,再减至常压排出。

气化剂则由下而上通过煤床，在部分氧化和燃烧区与该区的煤层反应放热，达到最高温度点并将热量提供气化、干馏和干燥用。

粗煤气最后从炉顶引出炉外。

煤层最高温度点必须控制在煤的灰熔点以下。

煤的灰熔点的高低决定了气化剂HO/O比例的大小。

高温区的气体含有二氧化碳、一氧化碳和蒸汽，进入气化区进行吸热气化反应，再进入干馏区，最后通过干燥区出炉。

粗煤气出炉温度一般在250～500℃之间。

鲁奇炉由于出炉气带有大量水分和煤焦油、苯和酚等，冷凝和洗涤下来的污水处理系统比较复杂。

生成气的组成（体积％）约为：

氢37～39、一氧化碳17～18、二氧化碳32、甲烷8～10，经加工处理可用作城市煤气及合成气（见彩图[加压气化法城市煤气生产装置]）。

鲁奇炉是采用加压气化技术的一种炉型，气化强度高。

目前共有近200多台工业装置,用于生产合成气的只有中国的9台。

鲁奇炉现已发展到MarkⅤ型，炉径为5.0m,每台产气量可达100000m/h，已分别应用于美国、中国和南非。

正在开发的鲁奇新炉型有:

鲁奇-鲁尔-100型煤气化炉，操作压力为9MPa，两段出气；英国煤气公司和鲁奇公司共同开发的BGL炉，采用熔融排渣技术,降低蒸汽用量，提高气化强度并可将生成气中的焦油、苯、酚和煤粉等喷入炉中回炉气化。

温克勒煤气化炉  以德国人F.温克勒命名的一种煤气化炉型。

1926年在德国工业化。

特点是用气化剂（氧和蒸汽）与煤以沸腾床方式进行气化。

原料煤要求粒径小于1mm的在15％以下，大于10mm的在5％以下，并具有较高的活性，不粘结,灰熔点高于1100℃。

常压操作,温度900～1000℃，煤在炉中停留时间0.5～1.0h。

生成气中不含焦油，但带出的飞灰量很大。

Shell煤气化技术

1  国内外能源消费结构的变化趋势

  煤、石油和天然气是当今世界一次能源的三大支柱。

根据其发现先后、资源多少、采集难易、输送贮供条件、后加工技术进步，以及对环境带来影响等诸多因素，各个国家在各个历史时期中3种燃料占能源消费的比重在不断衍变。

20世纪以前，能源消费以煤为主。

20世纪发达国家的能源消费经历了由煤向石油的过渡。

21世纪世界能源消费结构随着石油量下降及天然气量上升，煤炭将持平，达到各占27％～28％局面。

继后将出现一个以天然气为主的短暂时期，然后再转向煤为主。

这种趋势已为人们所共识。

为了适应这种变化，能源多元化已被国际社会所关注，同时在化工原料路线上也出现了多元化的选择。

与3种原料相关的技术将出现公平竞争的局面。

煤化工的发展快慢除取决于油和天然气的价格和供求外，很大程度上取决于自身技术的发展，如洁净煤技术、燃煤发电技术、气化技术、碳一化学技术，以及有关环境保护技术。

洁净煤将成为21世纪后叶的主要能源。

  我国贫油少气，但煤炭资源丰富，煤在国民经济中所占能源消费结构的比重极大。

化学工业以煤化工起家，而石油化工起步晚。

虽然采取了大力发展石油化工的方针，但由于资金和原料的限制，仍难改变以煤炭为主的局面。

目前化学工业面临的形势是石油化工产品远不能满足社会需求，而煤化工企业现代化改造又跟不上形势发展。

因此化学工业必然只能是油、气、煤并举的多元化原料路线，在大力发展石油化工的同时，有计划地逐步发展现代煤化工，特别是发展高效率、低能耗的煤气化技术。

2  煤化工技术的发展趋势

  煤的液化技术近20年来虽有进步，但由于其能耗高、氢源困难、成本高，目前还不能形成煤制化学品的工业生产规模。

从煤出发制取化学品仍须经过气化过程。

古老的气化技术采用的是炼焦炉、煤气发生炉和水煤气炉。

在20世纪，针对不同煤种和气体用途发展了几百种气化方法，其中以鲁奇碎煤加压气化炉、常压K—T炉、温克勒气化炉等应用最广。

20世纪70年代以来，围绕提高燃煤电厂热效率、减少对环境的污染等技术问题，促使了新一代煤气化工艺诞生。

在美国的45个洁净煤技术示范项目中有7个煤气化联合循环发电项目，配套有6种煤气化技术。

  我国目前能源供应以煤炭为主，约占消费量的72％，其中大部分是直接将煤燃烧用于电力工业和运输工业。

煤通过气化形式用于生产合成气的比重甚低，气化技术仍很落后。

在合成气生产方面，国内多用常压固定层气化炉。

多年以前，国内研究部门也曾开发过以粉煤为原料的K—T炉、熔渣炉，并在常压固定层气化炉中采用富氧连续气化工艺，但因种种原因，这些技术尚未达到工业化应用推广的程度。

  国外煤气化技术早在20世纪50年代就已实现工业化，后因天然气、石油大量开发，煤气化发展一度停止。

20世纪70年代初，国际上出现能源危机，发达国家出于对石油天然气供应紧张的担忧，纷纷把煤气化作为替代能源重新提到议事日程，加快了煤气化新工艺的研究。

近十年来，国外很多公司为了提高燃煤电厂热效率，减少对环境的污染，对煤气化联合循环发电技术做了大量工作，从而促进了煤气化技术的开发。

目前已成功开发了对煤种适应性广、气化压力高、气化效率高、污染少的新一代煤气化工艺。

其中具有代表性的有荷兰壳牌（Shell）公司的SCGP工艺、美国德士古（Texaco）公司的水煤浆气化工艺、美国（DOW）化学公司的DOW气化工艺、德国的GSP工艺、“Prenfio"工艺（加压K—T法）及鲁奇工艺。

DOW气化工艺与Texaco工艺相近，但其业绩及经验不如