国内外煤气化技术新进展Word格式.docx

1、该技术以碎煤（6-50mm）为原料，适用于不粘结或弱粘结性和灰熔点较高的褐煤和活性好的次烟煤、贫煤等煤种，氧耗低、冷煤气效率高。但由于气化温度低，水蒸汽用量大且分解率低，生成气中甲烷含量大，同时生成气中含有苯、酚、焦油等一系列难处理的物质，废水量大、净化流程长；此外，该技术原料只能用块煤不适宜用粉煤，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。鲁奇气化适用于城市煤气和合成甲烷。熔融排渣BGL气化技术：此技术由英国煤气公司和鲁奇公司在鲁奇炉的基础上联合开发，从二十世纪70年代开始开发直到90年代，试验了英、美多种煤种，数量达数万吨，取得了大量数据，包括型煤的制作与气化，以及粗煤气的

2、甲烷化。BGL气化技术将鲁奇炉的干粉排渣改进为熔融排渣，提高了气化反应温度，气化用蒸汽大大减少，气化效率和气体成分有了很大改进，废水排放量比鲁奇气化大量减少，废水处理变得相对容易。自2000年起有一台3600工业示范炉在德国黑水泵厂运行至今，主要用于处理城市垃圾，所用原料为各种城市垃圾、废塑料和烟煤。我国云南解放军化肥厂于2004年引进了BGL气化技术改造了1台2800鲁奇炉，采用含高水分的褐煤直接投料，该项目已开车成功；随后解化又在云南瑞气年产15万吨二甲醚项目上采用，上了3台3600的熔融排渣的碎煤加压气化炉，在2008年10月建成投产。BGL熔渣气化技术和鲁奇气化有以下特点： 可在炉内形

3、成炉内局部高温（约2000）气化区，气化率高、气化强度大、同时将蒸汽使用量减少到鲁奇炉消耗的1015%。绝大部分喷入炉内的水蒸气通过参与气化而分解为H2和CO。 BGL熔渣气化设备投资、生产成本均明显低于气流床气化技术；与这些技术相比，BGL熔渣气化技术的有效气（CO+H2）成分与气流床气化相当（85%），但CH4含量高、碳转化率最高（99%）。 由于兼备鲁奇固定床的逆流气化和高温熔渣气化的特点，提高了气化热效率，使气化过程的氧耗较其它气流床熔渣气化技术的氧耗大幅度降低，显著节省了空分等设备的投资；粗煤气的出口温度仅为300550，提高了气化过程的热效率，大幅度降低了废热回收的设备成本。 由于

4、BGL气化技术的设计特点，炉内靠近炉壁处温度和粗气出口处温度较低，气化炉炉体和附属设备可采用常规压力容器钢材，在国内直接加工制造，可以大幅度降低了制造、运输和安装的成本。 对煤种的适用性高，对煤质变化不敏感。可应用于从劣质褐煤到高灰熔点无烟煤等煤种。 99%以上的煤转化为气体后，煤中剩余的矿物质在高温下熔化，经水激冷形成无渗滤性的玻璃质固体碎渣粒由炉底部排出。主要由煤中矿物质组成的炉渣可作为无污染副产品在建筑和筑路中使用。 BGL气化炉操作控制简便、操作弹性大、负荷变化和煤种变化对操作影响小。 粗煤气中分离的焦油和粗酚可返回炉内重新参与气化，当生产规模较大时也可作为有价值的副产品商业化销售。兰

5、炭生产干馏气化技术：在低变质煤干馏改质技术种所用的立式方型炉也属于移动床气化技术。这种炉型我国拥有自主知识产权。立式方型干馏炉按干馏加热形式有：内热内燃式，外热式、外热内热并热式方型炉。按单炉日处理煤能力有：250吨（半焦150吨）、375吨（半焦230吨）和500吨（半焦300吨）。目前运行正常最多的是日处理煤能力250吨（年产半焦5万吨）的内热内燃式立式方型干馏炉。日处理煤能力375吨和500吨的干馏炉已经投产运行。外热式、外热内热并热式方型炉尚未投产使用。立式方型干馏炉的要求入炉煤是20100毫米的块煤，立式方型干馏炉技术特点： SJ型低温干馏方炉实现布料、集气、加热、出料均匀，炉子能充

6、分发挥最大生产能力，为规模化生产创造了条件。 进炉煤经布料器自上而下均匀分布，与加热气流逆向运行，经干燥段逐步过渡到干馏段，温度逐步提高，最终干馏段温度控制在650700，实现低温干馏，既满足了半焦生产工艺条件，又使煤中的挥发分转化为气体产品。 炉体运行操作通过调整加热气体量、混合比、干馏温度、出口温度、压力和出焦量来控制炉子运行，操作简单、运行可靠。 SJ型低温干馏方炉产生煤气，经过净化处理后，一部分加热气体由煤气离心风机和空气离心风机经混合器压入炉内经花墙均匀喷入煤层，气体在炉内燃烧加热原煤；一部分用于烘干焦炭；剩余部分送出界区作为电厂燃料、生产合成氨原料或者生产甲醇的原料。 熄焦、煤气净

7、化系统采取封闭运行，减少了有害气体随水蒸气的挥发，节约水资源，减轻了对操作人员的职业伤害。 对煤气净化盈余废水通过处理后用来熄焦，和废水不经过处理直接熄焦相比，减少了产品中带走的污染物，减少了污染物向下游产品的转移量。立式方型干馏气化炉的缺点如下： 只能使用块煤为原料，资源受到限制； 由于生产工艺原因，煤气热值低、产量大，给净化和应用带来困难； 出焦是水捞焦，半焦经过烘干后含水率也在15%左右。（2） 气流床气化技术气流床气化技术，当今世界上先进的有美国GE（Texaco）气化技术、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，以及国内自主研发的多喷嘴气化技术

8、，多元料浆气化技术，两段式干煤粉加压气化技术，非熔渣熔渣分级气化技术（清华炉），HT-L粉煤加压气化炉（航天炉）等。GE气化技术：GE气化技术为原煤加入一定量的水，通过棒磨机制成约5865%的水煤浆，水煤浆经高压煤浆泵加压送至气化炉，与自空分来的高压氧气进行部分氧化反应制得合成气。气化过程中，煤中的硫元素、氯元素、氮元素分别生成硫化物（H2S、COS）、N2、及痕量的NH3、HCN。煤炭的高温气化，使煤中的灰份变成无污染、玻璃状不可沥滤的炉渣而排出。气化炉无转动部件，气化工艺有废锅、半废锅、激冷三种流程。该技术具有以下优点：气化压力适用性广，工业上应用的主要有2.7MPa、4.0MPa、6.5

9、MPa、8.7MPa压力级别。单台炉处理煤量大，单台炉最大日处理煤量2500吨（废锅流程），生产能力高；气化技术成熟。制备的水煤浆可用隔膜泵来输送，操作安全又便于计量控制。气化炉为专门设计的热壁炉，为维持13501400温度下反应，燃烧室内由多层特种耐火砖砌筑。生成气中有效气体组份（CO+H2）含量80%以上，甲烷量0.1%。碳转化率9798%。冷煤气效率7076%，气化指标较为先进。由于水煤浆中含有3540%水分，因而氧气用量较大。设备国产化率可达95%，国内技术支撑率高。三废量小，污染环境轻，废渣可做建材原料。投资较低，工程建设时间短。GE气化技术目前在世界上已有21套装置运行，在我国有1

10、8套装置运行。Shell气化技术：Shell气化技术是荷兰谢尔公司开发的一种先进的气化技术，该技术采用纯氧、蒸汽气化，干粉进料，干粉水含量低于2%，气化温度14001700，碳转化率达99%，有效组份（CO+H2）达90%以上，液态排渣，采用特殊的水冷壁气化炉，使用寿命长。采用废锅流程，可副产高压蒸汽。采用干煤粉气化，氧耗量较低。但需要氮气密封，气化压力不能太高，最高为4.0MPa；气化炉（带废锅），结构复杂庞大；设备费较高。Shell气化技术特点：气化温度高，一般在14001600，碳转化率高达99%。煤气中甲烷含量极少，不含重烃，CO+H2达到90%。氧耗相对较低，采用干煤粉进料与水煤浆气

11、化相比不需在炉内蒸发水份，氧气用量相比水煤浆气化可减少1525%。气化炉采用水冷壁结构，无耐火砖衬里。热效率高。Shell煤气化的冷煤气效率达到7883%，其余15%副产高压或中压蒸汽，总的原料煤的热效率可达98%。对环境影响小。气化过程无废气排放。系统排出的融渣和飞灰含碳低，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，容易处理，需要时可做到废水的零排放。该技术已在国内转让十多套，目前湖北双环、中石化安庆化肥厂、洞庭氮肥厂等已开车生产， Shell煤气化目前只有废锅流程，技术复杂、设备国产化水平低、投资高、工程建设时间长（较GE水煤浆气化多6个月到一年）。该技术对磨煤

12、、干燥、输煤系统要求高，能耗和投资大、控制有一定难度；此外粗煤气CO/H2比很大，使得变换及脱碳的负荷、设备尺寸和能耗都增加较多。GSP粉煤气化技术：GSP气化技术是德国未来能源技术公司开发的一种水冷壁气化技术，现被西门子收购，称作西门子GSP煤气化技术。该技术气化温度14001600，碳转化率大于99%，有效气体（CO+H2）约为90%以上，液态排渣，采用特殊的水冷壁气化炉，无耐火材料衬里，使用寿命较长。正常使用时维护量少，运行周期长。气化产生的高温气体采用激冷流程，设备费较低，但专利费较高。气化烧嘴半年检修一次，气化炉可不需备用炉。该工艺技术1979年在其技术中心建设了3MW的中试装置；1

13、986年在德国黑水泵建设了130MW的工业化示范装置，前5年试烧了多种煤种，累计操作时间7226小时，其后该装置没有用煤作原料；1996年在其技术中心建设了5MW的中试装置；2001年在英国建成了30MW的工业装置；2005年在捷克建设了140MW的工业装置。上述装置中，除了德国黑水泵工厂用煤作原料累计运行7226小时外，其它装置均未使用煤作原料。该技术同样有对磨煤、干燥、输煤系统要求高的缺点。GSP气化目前在运行的装置只有1个，处理能力仅相当日处理煤700吨左右。已经有9台日处理煤量2000吨气炉到达中国相关企业的现场，近期也将投入试运行。新型多喷嘴水煤浆气化技术：华东理工大学和兖矿集团有限

14、公司共同开发的“新型多喷嘴水煤浆气化技术”，首先应用于山东华鲁恒升化工股份有限公司大氮肥国产化工程，建设多喷嘴对置式水煤浆气化装置（6.5MPa，750吨煤/日），装置于2005年6月初正式投入运行。兖矿集团国泰化工有限公司年产24万吨甲醇项目也成功采用了该技术，气化压力4.0MPa，煤的处理能力1150t/d，并已于2005年10月正式投入运行。多喷嘴水煤浆气化技术，其基本工艺流程为：制备的水煤浆经煤浆加压泵加压喷入四喷嘴撞击流气化炉，与纯氧进行燃烧和部份氧化反应，生成含有一氧化碳和氢气的水煤气。水煤浆气化压力为4.06.5MPa，气化温度1350，在此高温高压下化学反应速率相对较快，而气化

15、反应速率为传递过程控制。为此，通过喷嘴对置、优化炉型结构及尺寸，在气化炉内形成撞击流，以强化混合和热质传递过程，并形成炉内合理的流场结构，从而达到良好的工艺与工程效果。气化炉内无转动部件，有一层抗氧化和耐腐蚀的耐火衬里，耐火砖使用寿命1.52年。喷嘴由耐热耐磨的不锈钢制造，并有水冷却保护外套。煤气的洗涤冷却单元为喷淋床与鼓泡床组成的复合床，具有良好的抑制煤气带水、带灰功能。煤气净化单元采用混合器、旋风分离器、固阀筛板塔三者组合的煤气净化技术，达到防堵塞、防带水、高除尘的技术目标，具有高效、节能的功效。气化黑水热回收与除渣单元核心设备有蒸发热水塔工艺，整个工艺具有蒸汽利用充分、耐堵渣、节能、长周

16、期运行的功能。对置式多喷嘴水煤浆气化炉采用外混式工艺烧嘴，若烧嘴尺寸设计不合理，容易腐蚀壳体；另外，若气化炉高径比设计不合理，容易烧穿炉顶耐火砖材料。多喷嘴水煤浆气化技术特点： 合成气中有效气体成分可达8384%。 单炉处理量大，可达2000吨/日，节约投资。 碳转化率相对较高，可达9899%，节约能耗。 煤气洗涤冷却单元采用喷淋床与鼓泡床组合的复合床，具有良好的抑制煤气带水、带灰功能。 渣水处理工序采用直接换热工艺，避免了间接换热设计中的换热器堵塞现象，使得渣水处理工序连续运行时间延长，减少了气化炉开车次数，节约了运行费用。 与GE水煤浆气化技术相比，专利费较低。缺点有： 设备和管道布置较为

17、复杂，检修空间较小，检修工作量大。 弓顶砖使用寿命短，约4800h，低于单喷嘴的8000h。 同等规模下，与GE水煤浆气化技术相比，工程投资高出510%左右（含专利费）。多元料浆气化技术：多元料浆气化技术（MCSG）属于湿法气流床加压气化技术，是指将固体或液体含碳物质（包括煤/石油焦/沥青/油/煤液化残渣）和流动相（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）制备成料浆，与氧气进行部分氧化反应，生产以CO+H2为主的合成气。粗合成气通过激冷、洗涤、净化后，用于合成氨、合成甲醇、制氢、合成油品、联合循环发电等。多元料浆气化技术有如下的特点： 原料适应性广，包括煤

18、、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、有机废水等液体废弃物。 新型结构的气化炉及独特的激冷器，具有结构简单，操作安全易控的特点，而且有利于热量回收、耐火材料保护及固液分离。 富有特色的固态排渣和液态排渣技术，不仅解决了高灰熔点原料的气化难题，而且从技术角度拓宽了原料煤适用范围。 成熟完善的系统放大技术，解决了不同规模、不同压力等级气化装置的工程化问题。已工业化装置的压力等级为1.37.0 MPa，生产规模从年产3万吨合成氨到年产90万吨甲醇，单炉日投料量为1502000 吨。 通过气化原料的优化组合，既解决了原料成浆性问题，又解决了灰熔点问题，特别是难成浆原料的制

19、浆问题，大大提高料浆的有效组成，降低了气化消耗。同时，解决了高浓度、高粘度料浆长距离输送的难题。独具特色的灰水处理技术（IIII级换热闪蒸），减少了设备投资，简化了工艺流程。 设备完全立足于国内，投资少，效益显著。 三废排放少，环境友好，属于洁净气化技术。 通过40余年的开发和完善，多元料浆气化技术形成了完整、系统的专利体系。HT-L粉煤加压气化技术（航天炉）：HT-L技术的主要特点是具有较高的热效率（可达95%）和碳转化率（可达99%）；气化炉为水冷壁结构，能承受1500至1700的高温；对煤种要求低，可实现原料的本地化；拥有完全自主知识产权，专利费用低；关键设备已经全部国产化，投资少，生产

20、成本低。与Shell、GE等同类装置相比，有三大优势：一是投资少，比同等规模投资节省三分之一；二是工期短，比壳牌炉建设时间缩短三分之一；三是操作程序简便，适应中国煤化工产业的实际，易于大面积推广。HT-L粉煤气化工艺对煤种的适应性广泛，从较差的褐煤、次烟煤、烟煤到石油焦均可作为气化的原料。即使是高灰分、高水份、高硫的煤种也能使用。但从经济运行角度考虑，并非所有煤种都能够获得好的经济效益。因此，使用企业应该认真细致地选择合适的煤种，在满足设计要求的前提下，保证装置的稳定运行。选择煤种主要要考虑一下因素： 水分：煤中水分包括外表水和内存水。影响气化主要是内存水，即煤的结合水，以化学态形式存在于煤中

21、。煤的内水高，去除内水要比去除外表水消耗更多的加热燃料，气化效率因此降低，煤耗增加。 灰分：灰分是煤中不直接参加气化反应的惰性物质，但灰的熔化却要消耗煤在气化反应过程中的大量热。在同样反应条件下，灰分增加1%，氧增大0.7%0.8%，煤耗增大1.3%1.5%，灰分越高气化煤耗、氧耗越高，灰渣对炉内构件的冲刷磨蚀越快，但由于HT-L粉煤气化装置是采用冷壁结构，以渣抗渣，如果灰分含量太低，气化炉的热损大，且不利于炉壁的抗渣保护，影响气化炉的使用寿命，所以灰含量要适当。 灰熔点及灰组成：HT-L粉煤气化装置采用液态排渣，为保证气化炉排渣顺利。正常操作温度应高于灰熔点FT（流动温度）约200。对高灰熔

22、点煤，一般可以通过添加助熔剂来改变煤灰的熔融特性，以保证气化炉的正常运转。煤灰主要是由SiO2、AL2O3、CaO、MgO、TiO2及Na2O、K2O等组成。一般而言，煤灰中酸性组分SiO2、AL2O3、TiO2和碱性组分Fe2O3、CaO、MgO、Na2O等的比值越大，灰熔点越高，煤灰组成一般对气化反应无多大影响，但其中某些组分含量过高会影响煤灰的粘温曲线，粘温曲线平滑对排渣会有利。两段式干煤粉加压气化技术：该技术是由西安热工研究院开发的一种气流床粉煤气化技术。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、水蒸气和氧气，向上炉膛喷入少量粉煤和水蒸气。利用下炉膛的煤气显热进行上炉

23、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。两段式干煤粉加压气化已经获得国家发明专利，具有自主的知识产权。两段式干煤粉加压气化的技术特点：气化温度范围13001700，气化反应压力0.54.0 MPa，碳转化率达99%以上，有效气体成份（CO+H2）达90%以上。不产生焦油、酚等凝聚物，不污染环境，合成气质量好； 煤种适应性好，可气化褐煤、烟煤、贫煤、无烟煤以及高灰分、高灰熔点煤，运行稳定可靠； 气化炉采用水冷壁结构，以渣抗渣，无耐火砖衬里，维护量少，无需备炉。水冷壁寿命长达20年，烧嘴寿命长达10年； 与国外

24、先进干法气化技术相比，冷煤气效率提高23个百分点，比氧耗低1015；与水煤浆气化技术相比，冷煤气效率提高710，比氧耗降低2030； 可省略冷煤气循环激冷流程，使得系统压缩机的自耗功大幅度降低，同时煤气冷却器及净化系统的设备尺寸减小1/2； 两段式干煤粉气化炉可配套适合于化工生产领域的激冷流程，也可配套适合于电力领域的废锅流程进行干气体的联合循环发电； 气化系统全部国产化，比国外先进干法气化炉造价低40%左右。非熔渣熔渣分级气化技术（清华炉）：原料（水煤浆、干煤粉或者其它含碳物质）通过给料机构和燃料喷嘴进入气化炉的第一段，采用纯氧作为气化剂，采用其它气体如O2或与O2以任意比例相混合的CO2、

25、N2、水蒸汽等作为预混气体调节控制第一段氧气的加入比例，使第一段的温度保持在灰熔点以下；在第二段再补充部分氧气，使第二段的温度达到煤的灰熔点以上并完成全部的气化过程。清华炉从化学反应过程上属于气流床，但却与气流床技术有所区别。清华炉通过氧气的分级加入，将煤的气化反应过程从传统气流床三个阶段变为五个阶段，即脱水分和挥发份燃烧气化再燃烧再气化，是气流床的提升和改进。清华炉的20万吨/年甲醇生产装置一期工程于2003年正式开工建设，2006年1月在山西丰喜肥业集团建成，一次开车成功。截至2007年10月21日考核止，累计自然天数637天，运行天数603天，在这637天期间运转率94.66%，平均日负

26、荷率107.3%，年负荷率达到120%。2009年清华炉被“中国氮肥工业协会”确定为行业振兴支持技术。长期以来，国内煤化工之所以不能大规模地发展，就是因为国内缺乏自主的粉煤加压气化技术,而粉煤气化技术以其优越的性能是将来的一个主要发展方向。而进口的技术也不能完全满足国内煤化工的需求如选用德士古煤气化技术，无法实现原料煤的本地化；选用壳牌煤气化技术的投资又太大。所以，开发并大力推广具有自主知识产权的高效、洁净、煤种适应性广的国内煤气化技术，一直是业界的梦想。尤其在大力倡导环保低碳的今天，对煤炭的清洁高效利用必将有着广阔的市场前景。 （3） 流化床气化技术流化床气化炉采用粉煤作为原料，用氧化剂（氧

27、气或者空气）来进行流化。其温度一般控制在1000以下，以防止灰融化后与炉床里的物质发生结聚。国外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。以及此后改进的高温温克勒（HTW）气化技术，气化温度提高到1100，压力提高到1.0MPa，建有用于IGCC的工业示范装置，处理原煤能力达到2000t/d。近年来，美国KBR公司开发了TRIG流化床煤气化技术，特别适宜处理水分含量高、灰分含量高、热值不太高的劣质煤，该技术是在其特长的重油催化裂化技术（FCC）基础上开发成功的，气化压力可达3.0-4.0MPa，气化温度9

28、001100，炉内无需烧嘴和其他转动部件。具有适宜处理劣质煤、且对煤粒度要求不高；处理原煤能力高，单炉可达3000t/d，碳转化率高可达99%，冷煤气效率高84%；采用干法脱灰，无气化污水；且可副产高压蒸汽等优点。但目前仅有中试装置运转，缺少工业生产装置的运行经验。2009年2月该技术正式开始允许转让。目前国内一保密用户正在利用该技术建设工厂，日投煤量2000吨，当量有效气体70000Nm3/hr，预计2011项目投产。国内流化床主要有灰熔聚气化技术和恩德粉煤常压气化技术。该技术可用多种煤种作原料，如烟煤、焦炭、焦粉等，使用粉煤在1100下气化，固态排渣，无废气排放。该技术工业示范装置已在陕西城固氮肥厂、天津碱厂等建成。其煤种适应性广，操作温度约为10001080，反应压力为0.030.05MPa（G）。气化炉是一个单段流化床，结构简单，可在流化床内一次实现煤的破粘、脱挥发份、气化、灰团聚及分离、焦油及酚类的裂解。带出细粉经除尘系统捕集后返回气化炉，再次参加反应，有利于碳利用率的进一步提高。产品气中不含焦油，含酚量