国内煤气化技术评述与展望

2012年 第15期 广 东 化 工 第39卷 总第239期 · 59 ·

国内煤气化技术评述与展望

付长亮

(河南化工职业学院，河南 郑州 450042)

[摘 要]依据煤气化技术的常用分类标准和评价指标，分析研究了国内所用的煤气化技术的优势与不足。综合考虑原料广泛性、技术先进性、投资成本等因素，认为航天炉干粉煤气化技术具有适应的煤种多、气化效率高、生产能力大、碳转化率高、投资省、操作费用低等优势，在未来的煤化工产品生产中将会得到普遍的应用。

[关键词]煤气化技术；评述；展望

[中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2012)15-0059-02

Review and Prospects of Domestic Coal Gasification Technology

Fu Changliang

(Henan V ocational College of Chemical Technology, Zhenzhou 450042, China)

Abstract: According to common classification standard and evaluation index, advantages and disadvantages of domestic coal gasification technology were analyzed and studied. Considering comprehensively the raw material extensive, technology advanced and investment cost, it was thought that HT-L dry powder coal gasification had the vast potential for future development, because of the more quantity of coal type used, higher gasification efficiency, larger production capacity, higher carbon conversion, lower investment cost.

Keywords: coal gasification technology ；review ；prospects

1 煤气化及其评价指标

煤气化指在高温下煤和气化剂作用生成煤气的过程。可简单表示如下：

+⎯⎯⎯→高温

煤气化剂煤气

其中的气化剂主要指空气、纯氧和水蒸汽。煤气化所制得的煤气是一种可燃性气体，主要成分为CO 、H 2、CO 2和CH 4，可作为清洁能源和多种化工产品的原料。因此，煤气化技术在煤化工中处于非常重要的地位。

煤气化反应主要在气化炉(或称煤气发生炉、煤气炉)内进行。不同的煤气化技术主要区别在于所用的气化炉的形式不同。

通常，对煤气化技术的评价主要从气化效率、冷煤气效率、碳转化率和有效气体产率四个方面进行。气化效率衡量原料(煤和气化剂)的热值转化为可利用热量(煤气的热值和产生蒸汽的热值)的情况，是最常用的评价指标，标志着煤气化技术的能耗高低。冷煤气效率衡量原料的热值转化为煤气热值的情况，是制得煤气量多少及质量高低的标志。碳转化率衡量煤中有多少碳转化进入到煤气中，是煤利用率高低的标志。有效气体产率衡指单位煤耗能产出多少有效气体(CO+H 2)，是对煤气化技术生产有价值成分效果好坏的评价。这四个指标不完全独立，从不同的方面反映了煤气化技术中人们最关注的问题。

2 煤气化技术的分类

煤气化的分类方法较多，但最常用的分类方法是按煤与气化剂在气化炉内运动状态来分。此法，将煤气化技术分为如下几种。 2.1 固定床气化

固定床气化也称移动床气化，一般以块煤或煤焦为原料。煤由气化炉顶加入，气化剂由炉底送入。流动气体的上升力不致使固体颗粒的相对位置发生变化，即固体颗粒处于相对固定状态。气化炉内各反应层高度亦基本上维持不变。因而称为固定床气化。另外，从宏观角度看，由于煤从炉顶加入，含有残炭的灰渣自炉底排出，气化过程中，煤粒在气化炉内逐渐并缓慢往下移动，因而又称为移动床气化。目前，国内采用此方法的煤气化技术主要有固定床间歇气化法和加压鲁奇气化法。 2.2 流化床气化

流化床煤气化法以小颗粒煤为气化原料，这些细粒煤在自下而上的气化剂的作用下，保持着连续不断和无秩序的沸腾和悬浮状态运动，迅速地进行着混和和热交换，其结果导致整个床层温度和组成的均一。目前，国内属于此方法的煤气化技术主要有恩德粉煤气化技术和ICC 灰融聚气化法。 2.3 气流床气化

气流床气化是一种并流式气化。气化剂(氧与蒸汽)与煤粉一同进入气化炉，在1500~1900 ℃高温下，将煤部分氧化成CO 、H 2、CO 2等气体，残渣以熔渣形式排出气化炉。也可将煤粉制成

煤浆，用泵送入气化炉。在气化炉内，煤炭细粉粒与气化剂经特殊喷嘴进入反应室，会在瞬间着火，发生火焰反应，同时处于不充分的氧化条件下。因此，其热解、燃烧以及吸热的气化反应，几乎是同时发生的。随气流的运动，未反应的气化剂、热解挥发物及燃烧产物裹挟着煤焦粒子高速运动，运动过程中进行着煤焦颗粒的气化反应。这种运动形态，相当于流态化技术领域里对固体颗粒的“气流输送”，习惯上称为气流床气化。属于此类方法的煤气化技术较多，国内主要有壳牌干粉煤气化法、德士古水煤浆气化法、GSP 干粉煤气化法、航天炉干粉煤气化等[1-3]。

3 国内主要煤气化技术评述

3.1 固定床间歇式气化

块状无烟煤或焦炭在气化炉内形成固定床。在常压下，空气和水蒸汽交替通过气化炉。通空气时，产生吹风气，主要为了积累能量，提高炉温。通水蒸汽时，利用吹风阶段积累的能量，生产水煤气。空气煤气和水煤气以适当比例混合，制得合格原料气。

该技术是20世纪30年代开发成功的。优点为投资少、操作简单。缺点为气化效率低、对原料要求高、能耗高、单炉生产能力小。间歇制气过程中，大量吹风气排空。每吨合成氨吹风气放空多达5000 m 3。放空气体中含CO 、CO 2、H 2、H 2S 、SO 2、NO x 及粉灰。煤气冷却洗涤塔排出的污水含有焦油、酚类及氰化物，对环境污染严重。我国中小化肥厂有900余家，多数采用该技术生产合成原料气。随着能源和环境的政策要求越来越高，不久的将来，会逐步被新的煤气化技术所取代。 3.2 鲁奇加压连续气化

20世纪30年代，由德国鲁奇公司开发。在高温、高压下，用纯氧和水蒸汽，连续通过由煤形成的固定床。氧和煤反应放出的热量，正好能供应水蒸汽和煤反应所需要的热量，从而维持了热量平衡，炉温恒定，制气过程连续。

鲁奇加压气化法生产的煤气中除含CO 和H 2外，

含CH 4高达10 %~12 %，可作为城市煤气、人工天然气、合成气使用。相比较于固定床间歇气化，其优点是炉子生产能大幅提高，煤种要求适当放宽。其缺点是气化炉结构复杂，炉内设有破粘机、煤分布器和炉篦等转动设备，制造和维修费用大，入炉仍需要是块煤，出炉煤气中含焦油、酚等，污水处理和煤气净化工艺复杂。 3.3 恩德粉煤气化技术

恩德粉煤气化技术利用粉煤(<10 mm)和气化剂在气化炉内形成沸腾流化床，在高温下完成煤气化反应，生产需要的煤气。

由于所用的原料为粉煤，煤种的适应性比块煤有所放宽，原料成本也得到大幅度降低。得益于流化床的传质、传热效果大大优于固定床，恩德粉煤气化炉的生产能力比固定床间歇制气有较大幅度的提高。由于操作温度不高，导致气化效率和碳转化率都不高，且存在废水、废渣处理困难等问题。此技术多用于替代固定床间歇制气工艺[4-6]。

[收稿日期] 2012-07-21

[作者简介] 付长亮(1968-)，男，河南荥阳人，硕士，高级讲师，主要从事化工工艺的教学与研究。