国内外煤气化技术新进展

国内外煤气化技术新进展华陆工程科技有限责任公司刘艳军一、煤炭的综合利用我国具有丰富的煤炭资源，煤炭保有储量高达1万亿吨以上，全国煤炭产量2002年近14亿吨，2003年为16亿吨，2009年为亿吨，平均每年以大于5%的速度递增。

目前，我国已经成为世界上最大的煤炭生产国和消费国。

我国是富煤少油国家，当前每年进口的原油和石油制品已达到国内需求的30%以上，全球范围内新一轮的石油竞争将会愈演愈烈，大力发展煤化工作为保证国家能源安全的战略已凸显重要而紧迫。

未来，我国能源以煤为主的状况，在相当长的一段时间内不会有大的改变，预测2010年将占60％左右，2050年不会低于50％，煤炭在我国的能源消费中仍然占有基础性地位。

随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，对煤和以煤为原料的相关产品的技术要求也越来越高。

然而，由于煤的结构和组成的复杂性，给人们利用煤带来诸多环境问题。

例如，煤中含有硫、氯、氮、灰等有害物质在煤炭直接燃烧后被排放到环境中，引起严重的环境污染问题。

有关调查统计结果表明：目前我国能源消费总量中约68%为煤炭，其中有85%采用效率低、污染严重的直接燃烧技术。

燃煤产生的二氧化硫排放量占全国总排放量的74％，氮氧化物排放量占总排放量的60％，总悬浮颗粒（TSP）排放量占总排放量的70％，二氧化碳排放量占总排放量的85％。

目前，我国已成为世界上环境污染严重的国家之一，这不仅严重地威胁到生态环境和人类健康，而且每年由于燃煤而引发的SO2污染和酸雨造成的经济损失已超过1000亿元。

因此大量直接燃烧煤炭将受到国家政策限制。

从发展的长远观点来看，我国以煤为主的能源消费结构正面临着严峻挑战，如何解决燃煤引起的环境污染问题已迫在眉睫。

我国政府对此高度重视，对环境保护的政策越来越严格，并把煤炭的清洁转化和高效利用列入《中国21世纪议程》，实行“节能优先、结构优化、环境友好”的可持续能源发展战略。

二、煤气化技术煤气化技术是煤利用技术中的关键技术，而气化炉又是煤气化技术的核心。

世界上许多国家对开发新型气化炉都投入了大量的人力和财力，并已经取得了可喜的成果，各种形式的气化炉也陆续投入了工业化生产，这些设备广泛应用于煤制甲醇、煤制合成氨、醋酐原料气、煤制甲烷及联合循环发电等。

工业上采用的煤气化技术，气化炉的形式按反应方式主要可分为移动床(固定床)、流化床、气流床三种类型。

各种气化技术的特点与应用进展情况如下：(1) 移动床气化技术鲁奇(Lurgi)气化技术：是最早工业化、也是在世界范围内应用最广的气化技术，运行中的气化炉有数百台。

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Ф3600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Ф2800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Ф3600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：①可在炉内形成炉内局部高温(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10～15%。

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。

②BGL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%)。

③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300～550℃，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。

④由于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。

⑤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。

⑥99%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。

⑦BGL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。

⑧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20～100毫米的块煤，立式方型干馏炉技术特点：①SJ型低温干馏方炉实现布料、集气、加热、出料均匀，炉子能充分发挥最大生产能力，为规模化生产创造了条件。

②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650～700℃，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。

③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。

④SJ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。

⑤熄焦、煤气净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。

⑥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：①只能使用块煤为原料，资源受到限制；②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；③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，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58~65%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、、、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1350℃～1400℃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<%。

碳转化率97～98%。

冷煤气效率70～76%，气化指标较为先进。

由于水煤浆中含有35～40%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18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1400～1700℃，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；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1400℃～1600℃，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15～25%。

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78～83%，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、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。