煤气化

2. 1煤气化技术概述

2.1.1煤气化的含义

煤的气化过程是热化学过程，煤或煤焦与气化剂(如空气、氧气、水蒸汽、氢气等)

在高温下发生化学反应，将煤或煤焦中的有机物转变为煤气地过程(煤气是煤与气化剂在

一定条件下反应得倒的混合气体，即气化剂奖每种的碳转化成可燃性气体。煤气的有效组成成分为一氧化碳、氢气和甲烷。)。煤气化过程是进行的一个复杂的多相物理及物理化

学过程，反应产生碳的氧化物、氢气、甲烷。主要是固体燃料中的碳与气相中的氧气、水蒸汽、二氧化碳、氢气之间相互作用。通过煤气化方法，几乎可以利用煤中所含的全部有机物质，因此，煤气化生产时或得基本有机化学工业原料的重要途径，也可以说，煤气化是将煤中无用固体脱除，转化为洁净煤气的过程，用于工业燃料、城市煤气和化工原料。

2.1.2煤气化技术的含义

煤气化技术即煤气化过程所采用的设备、方法。

煤气化是煤化工最重要的方法之一。煤气化己经有150多年的历史，气化方法有

7080种。开发、选定新型煤气化技术，不仅是经济、合理、有效地利用煤炭资源的重要

途径，也是发展煤化工的基础。

中国目前采用的煤气化技术除常压固定床煤气发生炉和水煤气发生炉外，开发和引进了水煤气两段炉、鲁奇加压气化炉和Texaco水煤浆气化技术、Shell气化技术。目前，

新建厂多采用效率较高、制取煤气成分较好的加压Texaco水煤浆气化工艺、加压干粉煤Shell气化工艺和具有自主知识产权的多喷嘴技术。

(2)煤气化过程的主要工艺指标

煤气化技术的工艺指标是评价煤气化技术好坏的一个重要方面，只有指标优良的煤气化技术才能给企业带来良好的经济效益，并且节能环保。通常选择合适的煤气化技术依据的工艺指标有煤气质量、有效气体含量及组成、碳转化率、冷煤气效率等。

1)煤气质量:煤气质量由煤气热值和煤气组成构成。

a.煤气热值:指一标准立方米的煤气在完全燃烧是所放出的热量。相同所作条件

下，煤气热值与气化炉炉型、气化剂类型、操作压力以及煤的挥发分有关。气

化后制得的煤气中甲烷含量越高，则热值越高;煤的挥发分越低，煤气的热值

越低;操作压力越大，煤气热值越大;气化剂中氮气含量越高，则煤气的热值

越低。

b.煤气质量:煤气质量通常是指产出的合成气中的有效气体成分，有效气体成分

越高，则煤气质量越好。

2)气化强度:指在单位时间内，单位气化炉截面积上处理原料煤的质量或产生的煤

气量。即:

气化强度与气化炉炉型、气化剂供给量、气化操作条件以及煤的质量等有关。气化强

度越大，炉子的生产能力越强。

3)煤气产率:指气化单位质量原料煤得到的标况下的煤气体积(m3/kg)。原料煤的灰

分越大，煤气产率越低;原料煤含碳量越高，煤气产率越高。

4)灰渣含碳量(原料损失):灰渣含碳量用灰渣中碳所占的百分数表示。一般情况下，

固定床和流化床气化炉排出的灰渣含碳量要求低于10%，最好在5%以下。干法进料

气流床灰渣含碳量一般为1%一下，水煤浆进料一般在5%一10%0

飞灰含碳量(%):指煤气夹带着为反应的煤粒出路，造成原料煤能量转化的损

失。气化过程中，气流速度越大，造成损失越大。飞灰量越少，含碳量越低，

则气化效率越高。

b.灰渣含碳量(%):指由于为反应的原料被熔融的灰分包裹着而不能与气化剂接触而形成碳核，这些碳核随灰渣一起排出炉外造成原料煤能量的损失。气化过

程的操作温度越高，灰渣含碳量越小。

5)碳转化率:指在气化过程中消耗的(参与反应的)碳量占进入气化炉内的原料煤中

总含碳量的百分数。不同气化炉的谈转化率一般为90%}-99%，其中干粉煤进料气

流床气化炉的谈转化率最高。

6)气化效率与气化热效率:衡量煤气化过程能量合理利用的重要指标。

a.气化效率:指所制得的煤气热值和所使用的燃料热值之比。

b.气化热效率:指煤中的能量有多少转移到煤气中。

7)单炉生产能力:指单位时间内，一台炉子能生产的煤气量，是企业综合经济效益中

的重要考核指标。单炉生产能力主要与气化炉的内径、气化强度以及原料煤的煤气

产率有关。

8)消耗指标:

a.

水蒸汽消耗量:指气化lkg煤所消耗水蒸气的量，水蒸汽消耗量主要受原料煤

的理化性质影响。

分解率越高，蒸汽消耗量越低，气化效率越高，得到的煤气质量也就越高，即

粗煤气中水蒸汽的含量越低。干粉进料引入炉水蒸汽量很少，其分解率大于

90%。

汽氧比:指气化时加入气化剂中的水蒸汽与氧气的的比(kg/mol)。汽氧比是

一个经济指标，一般控制得越低越好。

氧煤比:也称氧碳比，指气化是单位干燥无灰基煤所消耗的氧气量。降低氧煤

比，可减少氧耗，降低生产成本。

(1) Texaco煤气化技术分析

Texaco煤气化技术是一种水煤浆加压气化工艺，简称TCGP, 1948年起开始进入测试，

20世纪90年代，发展较为成熟的Texaco煤气化技术进入中国，并得以广泛使用。

使用Texaco煤气化技术，需将原料煤在称重给料机中进行计量，然后送入磨机;原

料煤在磨机中与水、添加剂、石灰石、氨水等物料混合，研磨成具有适当粒度分布的水煤

浆后，用泵将其送入气化炉顶部的单烧嘴，在气化炉顶部与高压氧气混合后开始进行一系

列复杂的气化反应。由于在Texaco气化炉中产生的合成气混有较为大量的熔渣，因此，

合成气需进入碳洗塔进行进一步的冷却、除尘后，方可进入后续工序。

Texaco煤气化技术要求水煤浆具有稳定性高，流动性好，灰熔点低等特点，因此对

原料煤的要求较高。加之Texaco气化炉受其耐火砖操作条件及使用寿命的限制，其气化

温度不高，仅为1300-1500摄氏度，，气化压力也仅为2. 7-6. 5Mpa，因此，其可气化的煤种较为有限。但Texaco气化炉内无机械传动装置，操作性能高，操作弹性大，结构较为简单，且更为可靠。

(2) Shell煤气化技术分析

Shell煤气化技术的研究始于1972年，目前，全球己有超过150台Shell煤气化气

化炉投入生产能。

与多数煤气化技术相同，Shell煤气化技术的工艺流程也主要分为进料、气化、除尘、冷却及排放等部分。Shell煤气化技术属于粉煤气化技术，原料煤在进入气化炉前需经过

磨机将其碾碎到适合于有效气化的微粒，然后经锁斗和高压料斗，在高压氮气的输送下进入气化炉;由于Shell气化炉采用的是干粉气化，其气化温度较Texaco水煤浆气化略高，

可达到1500摄氏度，炉内气化反应压力约为2-4Mpa;气化后得到的合成气伴有大量黑水

及粉尘，合成气需经一系列除尘、冷却处理，才能进入后续工序，投入生产。

与水煤浆气化技术相比，Shell煤气化技术对煤种的适应范围更广，多喷嘴设计使得

单炉生产能力提高，单炉日投煤量约为2000吨。然而，由于Shell煤气化技术气化炉的

结构复杂，加工难度大，使得其投资成本也较高。

26氧煤比与冷煤气效率的关系

冷煤气效率是衡量气化炉工作性能好坏的重

要指标。气化反应生成煤气的化学能与气化用煤

的化学能之比称为冷煤气效率，煤气、煤的化学能可

采用相应的低位发热量。提高冷煤气效率，煤的化学

能可更多地转化为煤气的化学能，相应也提高了煤的

利用率。氧煤比与冷煤气效率的关系见图10}Z}