煤气化技术简介

煤气化技术简介

我国是富煤炭、缺油气、可再生能源总量有限的国家,在我国的煤炭储量中劣质煤占总储量的80％以上.近些年，煤化工在全球范围内得到了迅速发展;生产合成气的原料主要有煤、石油焦、石油和天然气，但石油焦、石油和天然气在当地无资源，相比较而言，煤炭资源丰富,对于我国这样一个煤炭资源相对丰富的国家，煤化工在我国化学工业中将占有越来越重要的地位。煤气化生产的合成气，是制备合成氨、甲醇、液体燃料、天然气等多种产品的原料，煤气化工艺技术的进步带动着煤化工技术的整体发展，可以保证以煤为原料生产合成气制作下游产品的可靠性和稳定性。

煤气化是一个热化学过程。以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等作气化剂,在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为气体燃料的过程.煤气化是煤化工的“龙头”,也是煤化工的基础。煤气化工艺是生产合成气产品的主要途径之一,通过气化过程将固态的煤转化成气态的合成气，同时副产蒸汽、焦油、灰渣等副产品.

一、煤气化技术分类及概况

目前以煤为原料生产合成气的煤气化技术按照气化炉内物料流动方式来划分,主要有三大类：固定床（或称为移动床）、流化床和气流床。其中具有代表性的煤气化技术如下：

各种气化技术已经发展多年，但在目前的情况下，并没有一种气化技术可以适用于所有的工程项目。气化技术的选择要综合从原料煤种、装置规模、产品方案、业主的详细要求，从整个工厂的角度具体分析确定气化方法。

固定床气化的煤质适应范围较广,除黏结性较强的烟煤、热稳定性差的煤以及灰熔点很低的煤外，从褐煤到无烟煤均可气化.固定床气化的缺点是单炉产气量略小，反应温度较低，蒸汽的分解率低,气化装置需要大量的蒸汽。气化装置所产生的废水中还含有大量的酚、氨、焦油，污水处理工序流程长,

投资高大。由于出气化炉的煤气中的甲烷含量较高，对于煤制城市煤气或天然气项目,有较高的优势.碎煤固定层加压气化采用的原料煤粒度为6～50mm，气化剂采用水蒸汽与纯氧作为气化剂.该技术氧耗量较低，原料适应性广，可以气化变质程度较低的煤种(如褐煤、泥煤等)，得到各种有价值的焦油、轻质油及粗酚等多种副产品。该技术的典型代表是鲁奇加压气化技术和BGL碎煤熔渣气化技术。

流化床气化首次工业化大规模应用是温克勒用于粉煤气化，该技术在1922年获得专利之后，就广泛应用于化工合成、冶金、干燥、燃烧、换热等工业过程中。流化床气化的优点是床层温度均匀，传质传热效率高，煤的适用性广，产品煤气中基本不含有焦油和酚类物质。缺点是对煤的颗粒度要求较高,且气体中带出细粉过多，影响了碳转化率。目前，流化床技术在中小型煤化工项目中有所应用，对于大型煤化工项目，正在进一步开发。粉煤流化床加压气化又称之为沸腾床气化，这是一种成熟的气化工艺，在国外应用较多，该工艺可直接使用0～6mm碎煤作为原料，备煤工艺简单，气化剂同时作为流化介质，炉内气化温度均匀,典型的代表有德国温克勒气化技术,山西煤化所的ICC灰融聚气化技术和恩德粉煤气化技术。

虽然近年来流化床气化技术已有较大发展，相继开发了如高温温柯勒(HTW）、U-Gas等加压流化床气化新工艺以及循环流化床工艺（CFB），在一定程度上解决了常压流化床气化存在的带出物过多等问题,但仍然存在煤气中带出物含量高、带出物碳含量高且又难分离、碳转化率偏低、煤气中有效成分低，而且要求煤高活性、高灰熔点等多方面问题。

气流床气化是最清洁，也是效率最高的煤气化类型。粉煤在1200—1700℃时被氧化，高温保证了煤的完全气化，煤中的矿物质成为熔渣后离开气化炉。气流床所使用的煤种要比移动床和流化床的范围更广泛.使用氧气可以使气化更有效，并可避免水煤气被氮气稀释，水煤气的热值也将高于空气氧化炉所产生的水煤气的热值.气流床气化单炉产量大、气化压力和效率高，适用于甲醇、醋酸、合成氨、IGCC等大型、超大型的化工装置，也可为大型的石油化工装置提供氢气。气流床加压气化技术大都以纯氧作为气化剂,在高温高压下完成气化过程,粗煤气中有效气（CO+H2）含量高，碳转化率高，不产生焦油、萘和酚水等,是一种环境友好型的气化技术.

气流床气化技术主要分为水煤浆气化技术和粉煤气化技术，水煤浆气化技术的典型代表有：GE水煤浆加压气化技术、华东理工大学的多喷嘴对置式水煤浆气化技术、清华大学非熔渣—熔渣氧气分级气化技术以及西北化工研究院的多元料浆气化技术.粉煤气化技术典型代表有Shell的SCGP粉煤气化技术、西门子公司的GSP粉煤气化技术、科林干粉煤加压气化技术、西安热工研究院的两段式干粉煤加压气化技术和北京航天动力研究所的HT—L气化技术等.

二、各种气化技术简介

（一）固定床气化技术

移动床气化又称固定床气化，属于逆流操作。分为常压与加压两种。常压法比较简单，但要求用块煤，低灰熔点的煤难以使用。加压法是常压法的改进和提高，常用O2与水蒸气为气化剂，对煤种适应性大大提高.属于这类炉型的气化炉有UGI炉、鲁奇（Lurgi）炉和液态排渣鲁奇(BGL)炉等。

1、UGI炉

固定床气化炉常压UGI炉以块状无烟煤或焦炭为原料,以空气和水蒸气为气化剂,在常压下生产合成原料气或燃料气。该技术是20世纪30年代开发成功的，设备容易制造、操作简单、投资少。但是，这种常压煤气化技术设备能力低、三废量大以及必须使用无烟块煤等缺点变得日益突出。①UGI 炉单炉生产能力小.即使是最大的3。6m炉，单炉的产气量也只有12000m3/h(标）左右，使得气化炉数量增多，布局十分困难。② UGI炉生产现场操作环境恶劣。一层潮湿，二层闷热，三层升腾的蒸汽让人难以忍受。

③一个制气循环分为吹风、上吹、下吹、二次上吹、空气吹净5个阶段。气化过程中大约有1/3的时间用于吹风和倒换阀门，有效制气时间少,气化强度低。另外，需要经常维护气化区的适当位置，加上阀门开启频繁，部件容易损坏,因而操作与管理比较繁琐。④来自洗气箱和洗气塔的大量含氰废水和吹风气，对河流和空气造成严重污染。⑤ UGI炉对煤质的要求极为严格，原料必须是25~80mm的无烟块煤，入炉煤必须经过筛选，筛选下来的粉煤和碎煤只能低价卖出或烧锅炉。⑥ UGI炉碳转化率低,渣中含碳量高达22％以上，造成煤的大量浪费。⑦ UGI炉出炉煤气中CO+H2只有70％左右，而且炉出口温度低，气体含有相当量的煤焦油，给气体净化带来困难。

UGI炉目前已属于落后的技术，国外早已不再采用。我国的中小氮肥厂仍有3000多台UGI炉在运转。

2、Lurgi(鲁奇）加压气化炉