几种煤气化工艺的优缺点

浅谈几种煤气化工艺的优缺点我国石油、天然气资源短缺，煤炭资源相对丰富。

发展煤化工产业，有利于推动石油替代战略的实施，满足经济社会发展的需要，煤化工产业的发展对于缓解我国石油、天然气等优质能源供求矛盾，促进钢铁、化工、轻工和农业的发展，发挥了重要的作用。

因此，加快煤化工产业发展是必要的。

1．各类气化技术现状和气化特征煤化工要发展，一个重要的工艺环节就是煤气化技术要发展。

我国自上世纪80年代就开始引进国外的煤气化技术，包括早期引进的Lurgi固定床气化、U-gas 流化床气化、Texaco水煤浆气流床气化，Shell气流床粉煤气化、以及近期拟引进的BGL碎煤熔渣气化、GSP气流床粉煤气化等等，世界上所有的气化技术在我国几乎都是有应用，正因为我国是一个以煤为主要燃料的国家，世界上也只有我国使用如此众多种类的煤气化技术。

随着煤气化联合循环发电(IGCC)、煤制油(CTL)、煤基甲醇制烯烃(MTP&MTO)等煤化工技术的发展，用煤生产合成气和燃气的加压气化工艺近年来有了较快的发展。

Lurgi固定床气化、Texaco水煤浆气化、Shell干粉加压气化、GSP干粉加压气化、BGL碎煤熔渣气化、以及我国自有知识产权的多喷嘴水煤浆气化、加压两段干煤粉气流床气化、多元料浆气化等等技术在我国的煤化工领域展开了激烈的竞争，对促进煤化工的发展做出了贡献。

Lurgi固定床气化工艺在我国有哈气化、义马、天脊、云南解肥、兰州煤气厂等6个厂；Texaco水煤浆气化工艺已在我国鲁南、上海焦化、渭化、淮化、浩良河、金陵石化、南化等9个厂投入生产，情况良好；Shell干粉加压气化技术在我国已经有双环、洞氮、枝江、安庆、柳化等5个厂投产，还有10余个项目正在安装，将于今后几年陆续投产；多喷嘴水煤浆气化已在山东华鲁恒升、兖矿国泰2个厂投运，还有7个厂家正在安装，最晚在2009年投产；GSP干煤粉气化技术在神华宁夏煤业集团和山西兰花煤化工有限责任公司的煤化工厂也将投入建设；加压两段干煤粉气流床气化技术已通过中试验收，华能集团“绿色煤电”项目2000t/d级和内蒙古世林化工有限公司1000t/d级的气化装置正在设计安装中。

在我国，目前不少煤化工生产企业都在选择适合自己的气化工艺技术，有不少想采用气流床气化工艺。

现有的气流床气化工艺按进料形式不同，可分成干煤粉进料和水煤浆进料两大类；以炉内气流方向分，可分为上行和下行两类；以工艺流程可分为废锅型和激冷型两类；按喷嘴的数量和布置来分，又可分为单喷嘴直喷和多喷嘴对喷两类；以气化炉内是否衬有耐火保温材料来分，又有热炉壁和水冷壁两种；以进料方式来分，又有一段和两段两种。

气化炉特点分类2．各类气化技术的特点2.1 Lurgi固定床气化工艺鲁奇加压气化是移动床逆流固定床气化炉工艺过程，属于是固态排渣。

鲁奇碎煤加压气化对原料煤种的适应性广，能气化从无烟煤到褐煤的各种煤系列，要求煤的灰熔点高、煤的活性和挥发性较高、入炉煤粒度范围限制在4～30mm，蒸汽消耗是比较高的。

气化可用空气、富氧、纯氧作气化剂，制取低热值工业燃料气、中热值城市煤气和合成气，由于煤气中含有较多甲烷，适宜作城市煤气，或在生产合成气时联产城市煤气。

若把其中甲烷再转化成合成气，将使生产流程复杂。

而且煤气化排水中含有较多的焦油、酚类、氨等物质，需要配置庞大污水处理装置。

现在我国运行的除云南解化和山西天脊是用来生产合成氨外，其余均是用来生产城市煤气。

2.2 德士古(Texaco)水煤浆气化工艺德土古气化技术是下喷式单喷嘴水煤浆气化技术，在它应用的工程项目中，大部分是采用水激冷工艺流程，但在用于IGCC发电项目时，也采用废锅流程。

国内单炉容量目前最大可达1000t／d投煤量，操作压力大都采用 4.0MPa、6.5MPa，个别项目也已达到8.4MPa。

我国引进该技术最早的是山东鲁南化肥厂，于1993年投产，目前已有近十个厂家使用。

德士古气化技术在我国经过10多年的应用，无疑是最成熟的技术。

从技术的掌握和操作的熟练，到设备的国产化和配套的耐火材料的制造都有较大的优势。

它的主要优点是较易升高压力，南化的气化炉压力达到了8.4MPa；这样就可能实现甲醇的等压合成，对合成气的生产十分有利。

它存在的主要问题是水煤浆中约有40％的水，使合成气的热值降低。

对煤质的要求较严格，如煤的含水率不能高于8%、灰分不宜大于20%、灰熔点不宜高过1350℃，而且气化效率相对较低(碳转化率约为94％-95％，气化效率约65％)，比氧耗是各种气流床气化工艺中最高的，约为420~450m3/km3(CO+H2)；耐火衬里的寿命短，喷嘴易磨损。

2.3 壳牌(Shell)干粉煤气化技术壳牌(Shell)干粉煤气化技术是采用多喷嘴上行干煤粉气化工艺，采用水冷壁炉，冷煤气回炉激冷热煤气．煤气冷却国内目前采用的均是废锅流程，Shell公司目前正在开发激冷流程。

该气化工艺具有如下特点：(1)采用干煤粉作气化原料，煤粉用惰气输送，操作十分安全。

对煤种的适应性比较广泛，从较差的褐煤、次烟煤、烟煤到无烟煤、石油焦均可使用；对煤的灰熔点适应范围比其它气化工艺更宽，即使是高灰分、高水分、高硫的煤种也能使用。

(2)气化温度高，一般在1400～1600℃，碳达到转化率高达99%，合成气质量好。

煤气中甲烷含量极少，不含重烃，CO+H2 90%。

由于气体中有效组分高，煤气总量有所减少，因而气化消耗煤量也可降低。

(3)氧耗低。

采用干煤粉进料与水煤浆气化相比不需在炉内蒸发水分，氧气用量因而可减少15～25%，从而降低了成本。

配套空分装置规模相对缩小，投资也可相应降低。

(4)气化炉采用水冷壁结构，无耐火砖衬里。

水冷壁设计寿命按25年考虑。

正常使用维护量很小，运行周期长，也无需设置备用炉。

单台炉日处理煤量大,目前已达2800吨。

(5)每台气化炉设有4～6个烧嘴，故对生产负荷调节比GSP或Texaco单个烧嘴更为灵活，范围也更宽。

Shell烧嘴保证寿命为8000小时，已超过连续16000小时运行。

烧嘴的使用寿命长，也是气化装置能长期运行的一个重要保证。

(6)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达98%，处于很高水平。

(7)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，需要时可作到零排放。

该技术由于采用了废锅流程，其最大的缺点就是投资较大。

我国引进该技术最早的是湖北双环化工厂，于2006年5月投产，目前已有15个厂家使用。

2.4 GSP气化技术GSP气化技术是单喷嘴下喷式干煤粉加压气流床气化技术，国外现在没有用户，根据煤气用途不同可用直接水激冷，也可用废锅回收热量。

该技术由我国神华宁煤集团与德国西门子合资组建的北京杰斯菲克公司负责在我国推广这项技术。

GSP技术采用了干煤粉进料、水冷膜壁，既扩大了煤种范围，又避开了耐火砖的麻烦。

下喷的直接水激冷使其装置投资大幅度下降。

干煤粉气化有诸多优点，如适用煤种广、效率高、可用水冷壁、氧耗低。

在GSP气化炉采用的是一个组合式的喷嘴，喷嘴中心有一个点火喷嘴，点火初期用天然气，正常生产时可以改用合成气驰放气。

目前采用设计能力1000t／d以下的气化炉，应该不会有太大的风险。

再放大（如2000t／d）时，一般单喷嘴容易受到限制，这也是应该考虑的。

但GSP气化技术目前最大的缺点是没有一个成功运行的经验，在单炉生产能力和长期运行方面还存在不足。

目前已运行过的装置在德国黑水泵厂也只有运行2000多小时的运行记录，单炉能力只有720 t/d的规模。

2000t／d的装置还需几年后才能在宁夏投入生产（52万吨/年煤基烯烃）。

安徽淮化厂和江苏灵谷集团都已经和杰斯菲克公司签定了GSP的技术转让合同，但是在看到神华宁煤集团公司的40万吨/年二甲醚项目中GSP工艺包迟迟不能交付、工艺包中的问题较多以及将GSP技术不用在该（40万吨/年二甲醚）项目的消息后，先后停止了与GSP技术的合作，而改为德士古(Texaco)水煤浆和多喷嘴水煤浆技术生产合成气。

2.5多喷嘴水煤浆气化技术该项技术是由兖矿集团有限公司、华东理工大学共同承担“十五”国家高技术研究发展计划（863计划）的重大课题，2000年10月通过国家石油和化学工业局组织的鉴定和验收。

示范厂为兖矿国泰化工有限公司，建设了2套日处理煤1150t的多喷嘴对置式水煤浆气化装置(4．0MPa)，配套生产24万吨甲醇，联产71．8MW发电，装置已于2005年10月投入运行。

2005年7月，气化装置化工投料一次成功，10月装置实现正常运行，目前正处于稳定的运转状态。

该技术从工艺技术到设备的国产化和配套的耐火材料的制造都具有较大的优势。

由于该技术还是采用的水煤浆的气化原理，它仍然存在着同德士古(Texaco)一样对煤质要求较严格的主要问题，如水煤浆中约有40％的水，使合成气的热值降低。

，如煤的含水率不能高于8%、灰分不易大于20%、灰熔点不易高过1350℃，而且气化效率相对较低、氧耗高、对煤质要求高、耐火砖寿命短、喷嘴寿命短等，不会有根本性的改变，多喷嘴多路控制系统还增加了设备投资和维修工作量。

2005年12月对该装置进行了考核，碳转化率〉98％；比氧耗309m3/km3(CO+H2)；合成气中有效成分CO+H2 84.9％，气化温度~1300℃。

2.6加压两段干煤粉气化技术加压两段干煤粉气化技术是由西安热工研究院等单位在科技部支持下，于1994年开始研究，2004年建成一套日处理煤量36~40吨（10MW/h）的中试装置。

该技术同shell干粉煤气化技术理念相同，是采用多喷嘴上行干煤粉气化工艺，采用水冷壁炉，上部喷煤粉激冷。

该气化炉的外壳为一直立圆筒，炉膛采用水冷壁结构，炉膛分为上炉膛和下炉膛两段，下炉膛是第一反应区，用于输入煤粉、水蒸气和氧气的喷嘴设在下炉膛的两侧壁上。

渣口设在下炉膛底部高温段，采用液态排渣。

上炉膛为第二反应区，其内径较下炉膛的内径小，高度较长，在上炉膛的侧壁上开有两个对称的二次粉煤和水蒸气进口。

运行时，由气化炉下段喷入干煤粉、氧气(纯氧或富氧)以及蒸汽，所喷入的煤粉量占总煤量的80％~85％，在上炉膛进口处喷入过热蒸汽和粉煤，所喷入量占总煤量的15％~20％。

该装置中上段炉的作用主要有二：其一是代替循环合成气使温度高达1400℃的煤气急冷至约900℃，其二则是利用下段炉煤气显热进行热裂解和部分气化，提高总的冷煤气效率和热效率。

煤气冷却可以采用废锅流程和激冷流程。

避免了水煤浆气化中对煤质要求较严格的问题、煤的含水率、灰分、灰熔点不易高、氧耗高、耐火砖寿命短、喷嘴寿命短等问题。