几种煤气化基础工艺的优缺点.docx
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几种煤气化基础工艺的优缺点
浅谈几种煤气化工艺优缺陷
国内石油、天然气资源短缺，煤炭资源相对丰富。
发展煤化工产业，有助于推动石油代替战略实行，满足经济社会发展需要，煤化工产业发展对于缓和国内石油、天然气等优质能源供求矛盾，增进钢铁、化工、轻工和农业发展，发挥了重要作用。
因而，加快煤化工产业发展是必要。
1．各类气化技术现状和气化特性
煤化工要发展，一种重要工艺环节就是煤气化技术要发展。
国内自上世纪80年代就开始引进国外煤气化技术，涉及初期引进Lurgi固定床气化、U-gas流化床气化、Texaco水煤浆气流床气化，Shell气流床粉煤气化、以及近期拟引进BGL碎煤熔渣气化、GSP气流床粉煤气化等等，世界上所有气化技术在国内几乎都是有应用，正由于国内是一种以煤为重要燃料国家，世界上也只有国内使用如此众各种类煤气化技术。
随着煤气化联合循环发电（IGCC）、煤制油（CTL）、煤基甲醇制烯烃（MTP&MTO）等煤化工技术发展，用煤生产合成气和燃气加压气化工艺近年来有了较快发展。
Lurgi固定床气化、Texaco水煤浆气化、Shell干粉加压气化、GSP干粉加压气化、BGL碎煤熔渣气化、以及国内自有知识产权多喷嘴水煤浆气化、加压两段干煤粉气流床气化、多元料浆气化等等技术在国内煤化工领域展开了激烈竞争，对增进煤化工发展做出了贡献。
Lurgi固定床气化工艺在国内有哈气化、义马、天脊、云南解肥、兰州煤气厂等6个厂；Texaco水煤浆气化工艺已在国内鲁南、上海焦化、渭化、淮化、浩良河、金陵石化、南化等9个厂投入生产，状况良好；Shell干粉加压气化技术在国内已有双环、洞氮、枝江、安庆、柳化等5个厂投产，尚有10余个项目正在安装，将于此后几年陆续投产；多喷嘴水煤浆气化已在山东华鲁恒升、兖矿国泰2个厂投运，尚有7个厂家正在安装，最晚在投产；GSP干煤粉气化技术在神华宁夏煤业集团和山西兰花煤化工有限责任公司煤化工厂也将投入建设；加压两段干煤粉气流床气化技术已通过中实验收，华能集团“绿色煤电”项目t/d级和内蒙古世林化工有限公司1000t/d级气化装置正在设计安装中。
在国内，当前不少煤化工生产公司都在选取适合自己气化工艺技术，有不少想采用气流床气化工艺。
既有气流床气化工艺按进料形式不同，可提成干煤粉进料和水煤浆进料两大类；以炉内气流方向分，可分为上行和下行两类；以工艺流程可分为废锅型和激冷型两类；按喷嘴数量和布置来分，又可分为单喷嘴直喷和多喷嘴对喷两类；以气化炉内与否衬有耐火保温材料来分，又有热炉壁和水冷壁两种；以进料方式来分，又有一段和两段两种。
气化炉特点分类
气化特点
shell
Texaco
多喷嘴水煤浆
GSP
两段干煤粉气化
Lurgi
进料形式
干煤粉
水煤浆
水煤浆
干煤粉
干煤粉
碎煤块
气流方向
上行
下行
下行
下行
上行
上行
喷嘴数量
各种
单个
各种
单个
各种
单个（气化剂）
炉壁形式
水冷壁
耐火砖
耐火砖
水冷壁
水冷壁
夹套水冷壁
进料方式
中间对喷
顶部直喷
中间对喷
顶部直喷
中间二段
顶部
排渣方式
液态排渣
液态排渣
液态排渣
液态排渣
液态排渣
固态排渣
热量回收
废锅
激冷
激冷
激冷
废锅和激冷
废锅
2．各类气化技术特点
2.1Lurgi固定床气化工艺
鲁奇加压气化是移动床逆流固定床气化炉工艺过程，属于是固态排渣。
鲁奇碎煤加压气化对原料煤种适应性广，能气化从无烟煤到褐煤各种煤系列，规定煤灰熔点高、煤活性和挥发性较高、入炉煤粒度范畴限制在4～30mm，蒸汽消耗是比较高。
气化可用空气、富氧、纯氧作气化剂，制取低热值工业燃料气、中热值都市煤气和合成气，由于煤气中具有较多甲烷，适当作都市煤气，或在生产合成气时联产都市煤气。
若把其中甲烷再转化成合成气，将使生产流程复杂。
并且煤气化排水中具有较多焦油、酚类、氨等物质，需要配备庞大污水解决装置。
当前国内运营除云南解化和山西天脊是用来生产合成氨外，别的均是用来生产都市煤气。
工厂名称
气化炉数量
气化压力MPa
气化炉规格
产品
投产时间
云南解化化肥厂
5台
2.95
Φ2760
合成氨
不详
山西天脊化肥厂
5台
2.95
Φ3800
合成氨
1992
兰州煤气厂
5台
2.95
Φ2760
都市煤气
1994
哈尔滨依兰气化厂
5台
2.95
Φ3800
都市煤气
1988
长春第一汽车制造厂
3台
2.95
Φ1800
都市煤气
1988
河南义马煤气厂
4台
2.95
Φ3800
都市煤气
1996
2.2德士古（Texaco）水煤浆气化工艺
德土古气化技术是下喷式单喷嘴水煤浆气化技术，在它应用工程项目中，大某些是采用水激冷工艺流程，但在用于IGCC发电项目时，也采用废锅流程。
国内单炉容量当前最大可达1000t／d投煤量，操作压力大都采用4.0MPa、6.5MPa，个别项目也已达到8.4MPa。
国内引进该技术最早是山东鲁南化肥厂，于1993年投产，当前已有近十个厂家使用。
工厂名称
气化炉数量
气化压力MPa
投煤量t/d
热量回收
产品
投产时间
鲁南化肥厂
2台
2.7
360
激冷
合成氨
1993
上海焦化厂
4台
4.0
500
激冷
甲醇、CO
1995
渭河化肥厂
3台
6.5
500
激冷
合成氨
1996
淮南化肥厂
3台
4.0
500
激冷
合成氨
金陵石化厂
3台
4.0
800
激冷
合成氨
浩良河化肥厂
3台
4.0
480
激冷
合成氨
南化公司
2台
8.4
1000
激冷
合成氨、甲醇
神木化工厂
3台
4.0
450
激冷
甲醇
南京惠生化学
4台
4.0
500
激冷
甲醇、CO
德士古气化技术在国内通过10近年应用，无疑是最成熟技术。
从技术掌握和操作纯熟，到设备国产化和配套耐火材料制造均有较大优势。
它重要长处是较易升高压力，南化气化炉压力达到了8.4MPa；这样就也许实现甲醇等压合成，对合成气生产十分有利。
它存在重要问题是水煤浆中约有40％水，使合成气热值减少。
对煤质规定较严格，如煤含水率不能高于8%、灰分不适当不不大于20%、灰熔点不适当高过1350℃，并且气化效率相对较低（碳转化率约为94％-95％，气化效率约65％），比氧耗是各种气流床气化工艺中最高，约为420~450m3/km3（CO+H2）；耐火衬里寿命短，喷嘴易磨损。
2.3壳牌（Shell）干粉煤气化技术
壳牌（Shell）干粉煤气化技术是采用多喷嘴上行干煤粉气化工艺，采用水冷壁炉，冷煤气回炉激冷热煤气．煤气冷却国内当前采用均是废锅流程，Shell公司当前正在开发激冷流程。
该气化工艺具备如下特点：
（1）采用干煤粉作气化原料，煤粉用惰气输送，操作十分安全。
对煤种适应性比较广泛，从较差褐煤、次烟煤、烟煤到无烟煤、石油焦均可使用；对煤灰熔点适应范畴比其他气化工艺更宽，虽然是高灰分、高水分、高硫煤种也能使用。
（2）气化温度高，普通在1400～1600℃，碳转化率高达99%，合成气质量好。
煤气中甲烷含量很少，不含重烃，CO+H2达到90%。
由于气体中有效组分高，煤气总量有所减少，因而气化消耗煤量也可减少。
（3）氧耗低。
采用干煤粉进料与水煤浆气化相比不需在炉内蒸发水分，氧气用量因而可减少15～25%，从而减少了成本。
配套空分装置规模相对缩小，投资也可相应减少。
（4）气化炉采用水冷壁构造，无耐火砖衬里。
水冷壁设计寿命按25年考虑。
正常使用维护量很小，运营周期长，也无需设立备用炉。
单台炉日解决煤量大,当前已达2800吨。
（5）每台气化炉设有4～6个烧嘴，故对生产负荷调节比GSP或Texaco单个烧嘴更为灵活，范畴也更宽。
Shell烧嘴保证寿命为8000小时，已超过持续16000小时运营。
烧嘴使用寿命长，也是气化装置能长期运营一种重要保证。
（6）热效率高。
Shell煤气化冷煤气效率达到78～83%，别的～15%副产高压或中压蒸汽，总原料煤热效率达98%，处在很高水平。
（7）对环境影响小。
气化过程无废气排放。
系统排出融渣和飞灰含碳低，可作为水泥等建筑材料，堆放时也无污染物渗出。
气化污水不含焦油、酚等，容易解决，需要时可作到零排放。
该技术由于采用了废锅流程，其最大缺陷就是投资较大。
国内引进该技术最早是湖北双环化工厂，于5月投产，当前已有15个厂家使用。
工厂名称
气化炉数量
气化压力MPa
投煤量
t/d
热量回收
产品
投产时间
湖北双环化工厂
1台
2.8
1000
废锅
20万吨/年合成氨
.5
中石化洞庭化肥厂
1台
4.0
废锅
30万吨/年合成氨
.12
中石化安庆氮肥厂
1台
4.0
废锅
30万吨/年合成氨
.11
中石化湖北化肥厂
1台
4.0
废锅
30万吨/年合成氨
.12
柳州化肥厂
1台
4.0
1300
废锅
30万吨/年合成氨
.1
云天化股份有限公司
1台
4.0
2600
废锅
50万吨/年合成氨
预测.12
云维集团沾化股份公司
1台
4.0
2600
废锅
50万吨/年合成氨
预测.12
大连大化集团公司
1台
4.0
1300
废锅
30万吨/年甲醇
预测.1
河南开祥煤电公司
1台
4.0
1300
废锅
30万吨/年甲醇
预测.2
中原大化集团
1台
4.0
2200
废锅
50万吨/年甲醇
预测.2
河南永城煤电集团
1台
4.0
2200
废锅
50万吨/年甲醇
预测.1
神华煤制油公司
2台
4.0
2400
废锅
100万吨/年油品
预测.6
大唐国际发电公司
3台
4.0
2800
废锅
48万吨/年聚丙烯
预测.8
天津碱厂
2台
4.0
2200
废锅
30万吨/年合成氨
50万吨/年甲醇
预测.5
贵州天福化工有限公司
1台
4.0
2200
废锅
30万吨/年合成氨
15万吨/年二甲醚
预测.10
2.4GSP气化技术
GSP气化技术是单喷嘴下喷式干煤粉加压气流床气化技术，国外当前没有顾客，依照煤气用途不同可用直接水激冷，也可用废锅回收热量。
该技术由国内神华宁煤集团与德国西门子合资组建北京杰斯菲克公司负责在国内推广这项技术。
GSP技术采用了干煤粉进料、水冷膜壁，既扩大了煤种范畴，又避开了耐火砖麻烦。
下喷直接水激冷使其装置投资大幅度下降。
干煤粉气化有诸多长处，如合用煤种广、效率高、可用水冷壁、氧耗低。
在GSP气化炉采用是一种组合式喷嘴，喷嘴中心有一种点火喷嘴，点火初期用天然气，正常生产时可以改用合成气驰放气。
当前采用设计能力1000t／d如下气化炉，应当不会有太大风险。
再放大（如t／d）时，普通单喷嘴容易受到限制，这也是应当考虑。
但GSP气化技术当前最大缺陷是没有一种成功运营经验，在单炉生产能力和长期运营方面还存在局限性。
当前已运营过装置在德国黑水泵厂也只有运营多小时运营记录，单炉能力只有720t/d规模。
t／d装置还需几年后才干在宁夏投入生产（52万吨/年煤基烯烃）。
安徽淮化厂和江苏灵谷集团都已经和杰斯菲克公司签定了GSP技术转让合同，但是在看到神华宁煤集团公司40万吨/年二甲醚项目中GSP工艺包迟迟不能交付、工艺包中问题较多以及将GSP技术不用在该（40万吨/年二甲醚）项目消息后，先后停止了与GSP技术合伙，而改为德士古（Texaco）水煤浆和多喷嘴水煤浆技术生产合成气。
2.5多喷嘴水煤浆气化技术
该项技术是由兖矿集团有限公司、华东理工大学共同承担“十五”国家高技术研究发展筹划（863筹划）重大课题，10月通过国家石油和化学工业局组织鉴定和验收。
示范厂为兖矿国泰化工有限公司，建设了2套日解决煤1150t多喷嘴对置式水煤浆气化装置（4．0MPa），配套生产24万吨甲醇，联产71．8MW发电，装置已于10月投入运营。
7月，气化装置化工投料一次成功，10月装置实现正常运营，当前正处在稳定运转状态。
该技术从工艺技术到设备国产化和配套耐火材料制造都具备较大优势。
由于该技术还是采用水煤浆气化原理，它依然存在着同德士古（Texaco）同样对煤质规定较严格重要问题，如水煤浆中约有40％水，使合成气热值减少。
，如煤含水率不能高于8%、灰分不易不不大于20%、灰熔点不易高过1350℃，并且气化效率相对较低、氧耗高、对煤质规定高、耐火砖寿命短、喷嘴寿命短等，不会有主线性变化，多喷嘴多路控制系统还增长了设备投资和维修工作量。
12月对该装置进行了考核，碳转化率〉98％；比氧耗309m3/km3（CO+H2）；合成气中有效成分CO+H284.9％，气化温度~1300℃。
工厂名称
气化炉数量
气化压力MPa
气化炉规格
投煤量t/d
产品
投产时间
兖矿国泰
2台
4.0
Φ3400
1150
甲醇、发电
华鲁恒升
1台
6.5
Φ2800
750
甲醇
兖矿国泰
1台
4.0
Φ3400
1150
甲醇、醋酸
预测.8
鲁南化肥厂
1台
4.0
Φ3400
1150
合成氨、甲醇
预测.6
江苏灵谷
2台
4.0
Φ3880
1800
合成氨
预测.1
滕州凤凰化肥厂
2台
6.5
Φ3400
1500
合成氨、甲醇
预测.11
江苏索普有限公司
3台
6.5
Φ3400
1500
甲醇、醋酸
预测.3
神华宁煤集团
3台
4.0
Φ3880
甲醇
预测.7
宁波万华聚氨酯公司
3台
6.5
Φ3200
1000
甲醇、CO
预测.7
2.6加压两段干煤粉气化技术
加压两段干煤粉气化技术是由西安热工研究院等单位在科技部支持下，于1994年开始研究，建成一套日解决煤量36~40吨（10MW/h）中试装置。
该技术同shell干粉煤气化技术理念相似，是采用多喷嘴上行干煤粉气化工艺，采用水冷壁炉，上部喷煤粉激冷。
该气化炉外壳为始终立圆筒，炉膛采用水冷壁构造，炉膛分为上炉膛和下炉膛两段，下炉膛是第一反映区，用于输入煤粉、水蒸气和氧气喷嘴设在下炉膛两侧壁上。
渣口设在下炉膛底部高温段，采用液态排渣。
上炉膛为第二反映区，其内径较下炉膛内径小，高度较长，在上炉膛侧壁上开有两个对称二次粉煤和水蒸气进口。
运营时，由气化炉下段喷入干煤粉、氧气（纯氧或富氧）以及蒸汽，所喷入煤粉量占总煤量80％~85％，在上炉膛进口处喷入过热蒸汽和粉煤，所喷入量占总煤量15％~20％。
该装置中上段炉作用重要有二：
其一是代替循环合成气使温度高达1400℃煤气急冷至约900℃，其二则是运用下段炉煤气显热进行热裂解和某些气化，提高总冷煤气效率和热效率。
煤气冷却可以采用废锅流程和激冷流程。
避免了水煤浆气化中对煤质规定较严格问题、煤含水率、灰分、灰熔点不易高、氧耗高、耐火砖寿命短、喷嘴寿命短等问题。
该气化技术同样具备对煤种适应性比较广泛、气化温度高、氧耗低、气化炉采用水冷壁构造寿命长、多烧嘴、热效率高、对环境影响小等干煤粉气化所具备长处。
当前最大缺陷是没有一种工业化成功运营经验。
该技术当前已有2个厂家使用。
工厂名称
气化炉数量
气化压力MPa
投煤量
t/d
热量回收
产品
投产时间
华能集团“绿色煤电”项目
1台
2.8
废锅
250MWIGCC发电
预测
内蒙古世林化工有限公司
1台
4.0
1300
激冷
30万吨/年甲醇
预测
2.7BGL碎煤熔渣气化技术
BGL（BritishGas-Lurgi英国燃气—鲁奇）碎煤熔渣气化炉技术是在原鲁奇固定床加压气化炉2、3、4型炉技术基本上，由当时英国燃气公司科技开发部（现Advantica公司）在德国鲁奇公司协助下，在位于英国爱丁堡附近西田（Westfield）煤气化实验厂开发出来新型煤气化技术。
BGL熔渣气化技术将高温熔渣气化与加压固定床气化技术结合在一起，上部还是Lurgi固定床区域，下部增长了一种高温熔渣区，克服固定床气化技术某些缺陷，提高了气化强度、减少了氧耗、提高了气化效率。
BGL气化技术开发初期，重要针对大规模高效生产代替天然气，应对当时也许发生欧美天然气供应源由于国际政治因素或开采生产因素枯竭。
云南解化集团与Advantiea公司合伙，采用英国西田煤气化实验厂设计方案，改造了一台Lurgi固定床加压气化炉，作为实验和示范炉，摸索直接试烧本地高含水量（约35％水分）褐煤途径。
7月完毕炉体改造，截至5月，进行了8次开车实验，并未达到预期目的。
合成气中CH4含量依然高达6~8%，当前在改进中。
当前最大缺陷是没有一种工业化成功运营经验。
3各类技术中特点优缺陷对比
当前工业生产上各类可采用气化技术如上所述，这些工艺各有优缺陷。
在详细气化工艺选取中，还要考虑拟使用煤种水含量、灰份、灰融点、可磨性、气化特性等等；以及合成气用途和质量规定；作为业主和设计人员，在选取新技术时，一方面考虑应是技术成熟性、可靠性及经济性等方面因素。
3.1水煤浆与干粉
水煤浆中近40％水会吸取大量热，为了维持热平衡，因此合成气中CO2含量高。
水煤浆气化工艺对耐火砖内层是规定较高，没有好耐火砖内衬，水煤浆气化就无法进行。
为了维持耐火砖一定寿命，炉内操作温度不得高过1400~C。
煤浆浓度对煤成浆性有规定；对煤中灰含量和灰熔融性温度也会有规定等，这些规定导致可用煤范畴变窄。
但水煤浆制备和加压输送比干煤粉要容易，投资和运营成本低，在高压下气化可以节约背面工序压缩功。
3.2水冷壁炉和耐火砖热壁炉
对于高温熔融态排渣加压气化技术来说，冷、热壁炉是影响气化温度重要因素。
气化温度越高，所合用煤质范畴就越广；气化后气体成分也就越好。
内衬耐高温熔渣侵蚀耐火砖虽然可以大量减少炉壁热量损失，有助于较好气化热平衡实现，但在长期高温熔渣冲蚀耐火衬里容易损坏，为了满足工艺生产需要，它必要要有备用炉，国内当前对耐火衬里材料生产也基本实现了国产化。
水冷壁炉虽然可以承受较高温度生产，也不需备用炉，但它也需要采用高铬镍特种钢制造，制造难度和制导致本较高，国内当前无法生产。
3.3单喷嘴和多喷嘴
水煤浆德士古工艺和干煤粉GSP工艺均采用单喷嘴直喷，而壳牌（shell）、华东理工大学和西安热工研究院都采用多喷嘴对喷。
单个喷嘴容量总是受一定限制，要扩大单炉投煤量和调节生产负荷，多喷嘴是比单喷嘴要较为以便多；如壳牌大容积气化炉（4000t／d）就考虑增长一对喷嘴，即6喷嘴；单喷嘴在构造制造和维护上要比多喷嘴复杂和难度大些；多喷嘴在对喷过程中因气流对撞和折流成果使气固相间相对速度加大，有利气化反映进行，多喷嘴水煤浆气化技术运营成果中碳转化率比德士古工艺提高就是证明。
3.4废锅流程与激冷流程
德士古、GSP、多喷嘴水煤浆气化几种工艺均采用激冷流程，激冷工艺设备简朴、投资低、煤气中夹带大量水蒸气可供后边CO变换使用，普通以为较适合于合成气生产使用。
废锅流程可回收高温煤气中大量显热，产生高压蒸汽，达到较高热效率，但燃气在废锅前煤气激冷、去除渣尘等办法使得该系统变得庞大、复杂、和投资较高。
采用冷合成气激冷，需要对大量冷合成气加压，投资和动力消耗都增长了。
结合中华人民共和国国情，在用于化工合成气生产时，与否应采用激冷流程？
并且废锅流程高投资会使某些公司作出改选其他流程决定。
从原则上讲，提高热效率综合运用是符合国内政府当前提出循环经济目的规定，但如果付出代价过高，就会适得其反，普通以为废锅流程较合用于生产IGCC发电用
3.5效率与投资
正如上述废锅流程与激冷流程问题同样，废锅流程可以得到较多高压蒸汽、得到较高热效率，但投资必然也要上去；激冷所得到低压蒸汽在化工厂用处是十分有限，其热效率也是很低；这是一对矛盾主题。
在解决效率和投资这对矛盾时，应从局部扩大到整体来考虑，从整个项目和全厂总体来考虑，权衡利弊，优化选取。
3.6冷合成气和喷煤激冷
气流床气化炉出口温度很高，为了防止爬渣堵塞，在工艺中都采用激冷来解决这个问题。
壳牌（shell）气化炉采用了增压回炉冷煤气来激冷，加压两段干煤粉气化技术采用是上部喷煤粉激冷。
用冷合成气激冷虽然可以免除产生灰渣黏结后部系统问题，但冷合成气激冷等办法实行使得该系统变得庞大、复杂、和投资较高，需要对大量冷合成气加压，投资和动力消耗都增长了；喷煤粉激冷是运用下段炉煤气显热进行热裂解和某些气化，提高总冷煤气效率和热效率，但控制难度大，易导致合成气中CH4含量上升，不利于后续工段操作。
如果能用水或者蒸汽激冷代替冷煤气激冷，即可减少升气管复杂化也省去冷煤气加压机及其消耗功率，应当是十分有利。
4．结束语
煤气化技术诸多，有气流床、流化床、移动床和熔渣池等，这些技术都是依照不同煤种特性和不同合成气后工段规定而开发，各有其特点，有各自优缺陷，所谓“十全十美炉”事实上是不存在。
当前，国内煤化工事业正在蓬勃发展，煤炭资源又大多在干旱缺水北方和西北，比常规烧粉煤PC电站要省水一半煤气化联合循环发电技术（IGCC）也将是此后发展必然。
作为这些技术先导煤气化技术必要要加快发展，才干满足规定。
作为煤气化技术重要分支气流床煤气化技术近年来发展不久，但在详细应用时，还存在需要改进之处。
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