水煤浆水冷壁气化和固定床气化的对比分析
固定床气化与气流床水煤浆气化集成的能量与经济分析
摘 要 ：针 对 煤 制 天 然 气 工 艺 中 固定 床 气 化 产 生 大 量 含 有 焦 油 、 酚 等 难 处 理 物 质 的 废 水 ，提 出 了 将 固定 床 气 化 和 气 流 床水 煤 浆 气化 相结 合 的 气化 方式 解 决 废 水 问题 。考 察 了未 分 离 焦 油 煤 气 水 直 接 制 浆 和 分 离 焦 油 后 酚 水 再 制 浆 的 两 种 气 化 集 成 方 式 ，以 煤 制 天 然 气 项 目为 基 础 对 其 进 行 能 量 与 经 济 分 析 。结 果 表 明 ：与 单 一 气 流 床 相 比 ， 固 定 床 气 化 和 气 流 床 水 煤 浆 气 化 耦 合 提 高 了 系 统 冷 煤 气 效 率 ；当 固定 床 与 气 流 床 水 煤 浆 气 化 干 基 煤 处 理 量 比为 ２ ，未 分 离 焦 油 煤 气 水 直 接 制 浆 和 分 离 焦 油 后 酚 水 再 制 浆 两 种 气 化 集 成 方 式 的气 化 系 统 煤 耗 分 别 为 ５ ６ ３ ｋ ｇ・ ｋ ｍ （ Ｃ Ｏ＋Ｈ２ ＋３ ． １ ２ ×Ｃ Ｈ ）和 ５ ９ ９ ｋ ｇ・ ｋ ｍ （ Ｃ Ｏ＋ Ｈ２ ＋３ ． １ ２ ×Ｃ Ｈ ） ，氧 耗 分 别 为 ２ １ ２ ｍ 。 Ｏ２ ・ｋ ｍ （ ｃ Ｏ＋ Ｈ２ ＋ ３ ． １ ２ ×Ｃ Ｈ４ ）和 ２ ０ ６ ｍ。 Ｏ ２・ ｋ ｍ （ Ｃ Ｏ＋ Ｈ２ ＋３ ． １ ２ ×ＣＨ ） ，冷 煤 气 效 率 分 别 为 ８ ４ ． ４ ４ 和 ８ ６ ． ７ ４ ，总 热 效 率 分别为 ７ ２ ． ５ ３ 和 ７ ４ ． ８ ７ ，且 副 产 焦 油 的气 化 集 成 方 案 与 单 一 固定 床 气 化 方 案 相 比 ，其 天然 气 生 产 成 本 增 加 不
几种常用煤气化技术的优缺点
几种煤气化技术介绍煤气化技术发展迅猛，种类很多，目前在国内应用的主要有：传统的固定床间歇式煤气化、德士古水煤浆气化、多元料浆加压气化、四喷嘴对置式水煤浆气化、壳牌粉煤气化、GSP气化、航天炉煤气化、灰熔聚流化床煤气化、恩德炉煤气化等等，下别分别加以介绍。
一 Texaco水煤浆加压气化技术德士古水煤浆加压气化技术1983年投入商业运行后，发展迅速，目前在山东鲁南、上海三联供、安徽淮南、山西渭河等厂家共计13台设备成功运行，在合成氨和甲醇领域有成功的使用经验。
Texaco水煤浆气化过程包括煤浆制备、煤浆气化、灰水处理等工序：将煤、石灰石（助熔剂）、添加剂和NaOH称量后加入到磨煤机中，与一定量的水混合后磨成一定粒度的水煤浆；煤浆同高压给料泵与空分装置来的氧气一起进入气化炉，在1300～1400℃下送入气化炉工艺喷嘴洗涤器进入碳化塔，冷却除尘后进入CO变换工序，一部分灰水返回碳洗塔作洗涤水，经泵进入气化炉，另一部分灰水作废水处理。
其优点如下：（1）适用于加压下（中、高压）气化，成功的工业化气化压力一般在4.0MPa 和6.5Mpa。
在较高气化压力下，可以降低合成气压缩能耗。
（2）气化炉进料稳定，由于气化炉的进料由可以调速的高压煤浆泵输送，所以煤浆的流量和压力容易得到保证。
便于气化炉的负荷调节，使装置具有较大的操作弹性。
（3）工艺技术成熟可靠，设备国产化率高。
同等生产规模，装置投资少。
该技术的缺点是：（1）由于气化炉采用的是热壁，为延长耐火衬里的使用寿命，煤的灰熔点尽可能的低，通常要求不大于1300℃。
对于灰熔点较高的煤，为了降低煤的灰熔点，必须添加一定量的助熔剂，这样就降低了煤浆的有效浓度，增加了煤耗和氧耗，降低了生产的经济效益。
而且，煤种的选择面也受到了限制，不能实现原料采购本地化。
（2）烧嘴的使用寿命短，停车更换烧嘴频繁（一般45～60天更换一次），为稳定后工序生产必须设置备用炉。
无形中就增加了建设投资。
水煤浆气流床的气化能效比较
第41卷第4期煤炭转化Vol.41 No.4 2018 年7月COAL CONVERSION Jul.2018水煤浆气流床的气化能效比较x刘兵1〉彭宝仔1〉方薪晖2)刘臻2)摘要以神木煤为原料，在设定的操作工况下对5种不同类型的水煤浆气化炉进行了模拟研究，分析了喷嘴类型、气化炉壁面条件、合成气水激冷及废锅等余热回收装置对气化性能的影响，并在此基础上通过氧煤比（氧气与煤的质量比）、比氧耗、比煤耗、冷煤气效率、热效率等指标进行了气化能效比较.结果表明：5种水煤浆气化的比煤耗在540 k g煤/I000 m3(C〇+H2)〜560 k g煤/ 1 000 1113(〇3+：92)之间，比氧耗在 360 1113 〇2/1 000 1113(〇3+：92)〜380 1113 〇2/1 000 1113(〇3+：92)之间，多喷嘴气化的比煤耗和比氧耗较单喷嘴气化的比煤耗和比氧耗低，碳转化率及冷煤气效率则高约2%;水冷壁炉用于低灰熔点煤，蒸汽产量较少，气化能效指标与热壁炉的气化能效指标相近；废锅可增加气化过程8%〜15%的热效率；单辐射废锅较辐射-对流废锅易维护，投资低，且可回收90%以上全废锅的回收热量，是煤气化技术进一步节能增效的发展方向.关键词煤气化，热回收，比氧耗，比煤耗，冷煤气效率，热效率中图分类号 TQ546，TQ018〇引言水煤浆气流床气化技术以其生产能力强、过程 稳定、产物清洁环保等优点成为现代煤气化的主流 技术之一[1_3].按喷嘴数量，气流床可分为顶置单喷 嘴气化炉与多喷嘴气化炉;按炉型壁面换热方式，可 分为采用耐火砖的热壁炉与采用水冷却的水冷壁 炉;按合成气显热是否回收，可分为水激冷炉与带废 锅的气化炉.目前，化工生产用的气化炉多以合成气 下行激冷的热壁炉为主.随着技术进步及我国节能 减排政策的日趋严格，煤气化过程的节能降耗受到 越来越多的重视[4].目前针对水煤浆气化炉气化性 能的研究，多针对单一炉型进行相关影响因素的实 验模拟分析或论述.虽然在气化规模、炉型和配套设 施、进料煤种及具体工艺参数上存在不同，但鲜有对 几种典型水煤浆气化炉的气化能效在同一基准上进 行横向分析比较的论述.本研究以G E水激冷炉（顶 置单喷嘴、热壁、下行水激冷型，简称GE-WQ)[5]、华东理工多喷嘴对置式气化炉(侧壁多喷嘴对置式、热壁、下行水激冷型，简称ECUST)[6]、G E全废锅 炉（顶置单喷嘴、热壁、气化腔下部带辐射废锅加对 流废锅，简称GE-DSC)[7]、清华水冷壁炉（顶置单喷 嘴、水冷壁、下行水激冷型，简称TH-MW)[8_9]及晋 *华炉（顶置单喷嘴、水冷壁、下部带辐射废锅型，简称 JH)™为例，采用Aspen Plus对气化能效的主要指 标进行模拟分析与比较.1比较基准与模型假设受成浆性限制，水煤浆气流床气化原料多以烟 煤为主.热壁炉受耐火砖耐温限制，要求煤的灰熔点 不宜过高;水冷壁炉出于挂渣要求，煤中灰分不宜过 少.为便于在同一基准上横向比较不同气化技术的 区别，本研究统一采用在热壁炉及水冷壁炉均有成 功工业应用的神木煤种作为原料煤.神木煤的分析 数据见表1.表1神木煤的工业分析与元素分析Table1Proximate and ultimate analysis of Shenmu coal P ro x im a te an alysis (a d) w/Y^U lt im a te a n a ly s is (d a f)w/Y^Q n et，v，d/ M A V F C C H O N S(M J.k g"1)6.7 6.533.853.083.474.5910.570.930.4426.99气流床的操作温度通常根据进料煤的灰熔点确 定.为保证顺利排渣，通常气化炉温比煤的灰熔点高 100 °C〜150 °C.该煤灰熔点为1 246 °C，此处假设 气化炉的气化（出口）温度为1 350 °C.水煤浆气化 炉的气化压力通常由下游工艺决定，实际使用的水 煤浆气化炉操作压力多在4. 0 MPa〜8. 5 MPa，此*国家重点研发计划项目（2017YFB0602603).1)博士、高级工程师;2)工程师，北京低碳清洁能源研究所，102211北京第一作者：刘兵，E-mail:zbliubing@收稿日期：2018-01-29;修回日期：2018-04-16第4期刘兵等水煤浆气流床的气化能效比较63处统一设置为4. 0 M Pa以便于比较.G E水激冷炉 等5种炉型对水煤浆气化的原料要求基本一致，此 处设置水煤浆质量分数均为61. 2%.气化用氧气纯 度为99. 6%，所含杂质为0. 01%的氮气和0. 03%的氩气.在气化室热损失或水冷壁传热方面，采用耐 火砖的热壁炉热损失较小，此处忽略不计;水冷壁炉 气化室的热损失主要来源于冷却水升温及蒸发带走 的热量，可参考实际的气化炉运行数据进行设置. 750 t/d清华水冷壁炉的热损失可按相应的4. 5 M Pa饱和蒸汽产量2 t/h进行估算[9=，晋华炉的水 冷壁热损失按621 t/d进料产生4.5M Pa饱和蒸汽 1t/h™进行等比例估算.对单喷嘴气化炉，典型碳 转化率在95%〜99%，由于各气化炉设定的气化温 度相同，煤质及水煤浆质量分数相同，喷嘴及气化炉 结构类似，此处统一设置碳转化率为96%[11];华东 理工多喷嘴对置式气化炉因多喷嘴对置强化了混合 且减少了顶置单喷嘴部分颗粒短路的影响，碳转化 率有所提升[12]，此处按文献[13]假设碳转化率为 98%.元素分析中的其余元素，如H，0，N，S在反应 后的固渣中残留极少，本研究假设其全部反应进入 气相组成中.在设定散热损失及碳转化率的基础上，氧气流量根据气化温度的需要用Aspen进行调节.废锅主要影响气化炉下游热回收效率，对气化 性能本身影响不大.对于带有辐射废锅的气化炉，余 热回收的效率主要取决于废锅的换热面积、热气体 与壁面温差、灰渣沉积对传热效率的影响，以及合成气在废锅内的停留时间.G E全废锅炉因带有对流 废锅，易造成灰渣沉积，使得开工率较低，且往往实 际运行的热回收效率低于设计值.本研究参考神华 宁煤实际运行的G E全废锅炉数据，设定蒸汽 产量为125 t/h.晋华炉水冷壁与辐射废锅的余热回 收参考阳煤621 t/d产生约28 t/h饱和蒸汽的测试 数据[w]，等比例放大至750 t/d计算蒸汽产量.气化 单元热效率定义为粗合成气低位热值加上废锅回收 的热量与煤低位发热量的比值.本研究除气化温度根据煤的灰熔点设定外，其 余如气化压力、碳转化率、水煤浆质量分数及废锅换 热量的设定等均参考类似工况的实际工业装置的运 行参数或报道参数进行设定，建立了不同气化技术 在相同工况条件下进行气化过程的比较基准.2气化工艺条件根据以上假设，采用Aspen P lu s的R Yield和RGibbs模型对煤气化过程进行模拟，设置的工艺条 件及产物组成见表2.其中，氧气流量为根据设定的 气化出口温度调整后的流量，给水温度为通过汽包 向水冷壁及废锅给水的温度.由表2可知，华东理工多喷嘴对置式气化炉气 化的氧煤比最高，这主要是因为多喷嘴对置气化设 定的碳转化率(98%)比单喷嘴气化设定的碳转化率 高，相应的合成气中有效气（H2+C〇）产量比单喷 嘴合成气中有效气产量高约2%.在设定气化温度表2气化工艺条件及产物组成Table 2 Gasification conditions and product compositionsGasifier Mass fraction of Coal flowrate/ Oxygen flowrate/ Oxygen temperature/ Oxygen to coal ratio/coal slurry/%(t • d_1) (m3• h_1) °C(kg 〇2• kg-1 coal(d))Outlet temperature/°cGE-WQ61.2 1 50041 347. 9300. 945 1 350 ECUST61.2 1 50041 837. 6300. 956 1 350 GE-DSC61.2 1 50041 347. 9300. 945 1 350 TH-MW61.275020 830. 4300. 952 1 350 JH61.275020 767. 9300. 949 1 350Gasifier Operating pressure/MPaGCoal slurry temperature/°CCarbon conversion/%Cooling water temperature/°CSteam pressure/MPaGE-WQ 4. 05096——ECUST 4. 05098——GE-DSC 4. 0509620010. 3 TH-MW 4. 05096105 4. 5 JH 4. 05096105 4.5Gasifier Steam production/(t • h_1)Raw gas flowrate (d)/ /i\ /〇/(m3• h-1) 忤2°9^c o ( d) / %9?c〇2 (d)/%:s(d)/%i〇c h4 (d)/(mg • m—3)GE-WQ—130 76032. 9552. 9313.490. 1357. 3 ECUST—133 19132. 8353.4113. 130. 1360.4 GE-DSC125.00130 76032. 9552. 9313. 490. 1357. 3 TH-MW 2. 0065 13132.8252.8713. 790. 1355. 6 JH33.8265 21432. 7852. 930. 140. 1356. 564煤炭转化2018 年下，G E炉因采用耐火砖，散热小，达到相同碳转化 率时其氧煤比较水冷壁炉的氧煤比略低.与Shell 等干粉煤气化相比[16]，清华水冷壁炉与晋华炉在水 冷壁部分产生的蒸汽较少，这主要是因为典型Shell 气化炉操作温度（1 500 °C〜1 650 °C)较高，蒸汽产 量较多；而水煤浆水冷壁炉采用的神木煤灰含量较 少，灰熔点较低，气化温度较低，因此，蒸汽产量较 少.因各气化炉设定的气化温度相同，水煤浆水冷壁 炉的热损失也较小，各气化炉产出合成气的组成基 本一致.合成气产量的差异主要由设定的生产规模 与碳转化率的差异造成.3气化能效分析炉下游，对气化的比煤耗和比氧耗没有影响.364 S-362360雜358图2不同气化技术的比煤耗及比氧耗比较 Fig. 2 Comparison of specific coal consumption and specific oxygen consumption among different gasification technologies□ —Specific coal consumption; □ —Specific oxygen consumption不同水煤浆气化技术的产气率和有效气含量见 图1.由于神木煤含灰量较少，且设定的操作温度相 对较低，各气化技术的粗煤气产气率（高于2. 0 m3合成气/k g煤）和有效气含量（高于85%)均较高.华东理工多喷嘴对置式气化炉的产气率和有效气含 量最高，这主要是由于多喷嘴对置式气化增强了气 固混合从而提高了碳转化率[17].清华水冷壁炉与晋 华炉因水冷壁吸热较少，产气率和有效气含量与热 壁炉的产气率和有效气含量接近.G E炉因采用耐 火砖气化，热损失较小，比水冷壁炉的产气率和有效 气含量略高.2.142.132-121!2.112-10 112.〇9 ||2.082.072.06GE-WQ ECUST GE-DSC TH-MW JHGasifier图1不同气化技术的产气率及有效气含量比较 Fig. 1 Comparison of gas production rate and syngas content among different gasification technologies图2所示为不同气化技术的比煤耗和比氧耗. 由图2可以看出，水煤浆气化的比煤耗在540 kg 煤/I 000 m3(C〇+H2)〜560 kg 煤/I 000 m3(C〇+ H2)之间，比氧耗在360 m3〇2/1 000 m3(C〇+H2)〜380 m3〇2/1 000 m3(C〇+H2)之间.华东理工多喷 嘴对置式气化炉因采用耐火砖，散热损失少，碳转化 率高，比煤耗和比氧耗均最低；G E炉相应指标比水 冷壁炉相应指标略低，这主要是由于G E炉散热损 失略低于水冷壁炉的散热损失.废锅因安装于气化需要指出的是，清华水冷壁炉与晋华炉因神木 煤灰熔点较低，采用的气化温度也较低，气化热损失 相对较小，比煤耗和比氧耗与热壁炉的比煤耗和比 氧耗相近.对于灰熔点较高或含灰量较高的煤，往往 需要采用更高的气化温度，水冷壁炉的移热量会有 较大增加，相应的比氧耗和比煤耗也会增加.在水冷 壁冷端温度及煤种、生产规模一定的前提下，热辐射 机理主导的水冷壁的移热量随温度变化的幅度通常 与气化炉操作温度的3次方成正比.在维持96%碳 转化率下，水冷壁气化炉操作温度与水冷壁移热量、比煤耗和比氧耗的关系见图3.其中，水冷壁移热量 为基于1 350 °C操作的750 t/d气化炉的实测值[9]按热辐射传热假设计算出的比率.Operating temperature / Tl图3操作温度与水冷壁移热及生产物耗的关系 Fig. 3 Relationship between operating temperature, heat removal from water membrane wall andfeedstock consumption由图3可以看出，对灰熔点较高的煤，较高的操 作温度会显著增加水冷壁的移热量和蒸汽产量，相 应地，合成气中的有效气含量也会降低，从而显著增 加了合成气生产的比煤耗和比氧耗.不同气化技术的冷煤气效率与热效率见图4.对给定煤种与水煤浆质量分数，冷煤气效率主要取决于有效气产量及气化炉散热损失或移热量.采用第4期刘兵等水煤浆气流床的气化能效比较650.95 0.90| 0.85弔 0.80§•专0.75| 0.70O0.65 0.60图4不同炉型气化效率比较Fig. 4 Comparison of gasification efficiencyamong different gasifiers耐火砖的热壁炉（如G E 水激冷炉和华东理工多喷 嘴对置式气化炉）因气化过程热损失最小，冷煤气效 率高于采用水冷壁炉型的冷煤气效率，其中华东理 工多喷嘴对置式气化炉因碳转化率和有效气产量 高，冷煤气效率最高.废锅因位于气化炉反应段下 游，对有效气产量无影响，因此，G E 废锅炉型和水 激冷炉型在冷煤气效率方面无差别.清华水冷壁炉 与晋华炉因神木煤气化温度低，水冷壁移热量相对 较小，对冷煤气效率影响不如在1 500 °C 〜1 650 °C 条件下操作的Shell 等干粉煤气化技术明显，因此， 其冷煤气效率与热壁炉的冷煤气效率差别不大.对 于水激冷型气化炉，如G E 水激冷炉与华东理工多 喷嘴对置式气化炉，因无余热回收装置，冷煤气效率 与热效率相同.G E 全废锅炉因通过辐射废锅与对 流废锅对合成气显热进行回收，显热回收率最高，热 效率最高（约93%)，但相应的投资成本较高，对流 废锅因灰渣易沉积而造成堵塞或设备腐蚀，导致炉型实际投产应用较少.晋华炉水冷壁产生的蒸汽较 少，合成气的显热主要依靠辐射废锅进行回收，废锅 下部采用水激冷损失了部分显热，造成热效率（约 88%)低于G E 全废锅炉的热效率，但比采用全废锅 炉方案投资成本低，且辐射废锅较对流废锅易于维 护，通过设置略大的换热面积可回收大于90%全废锅炉方案的热量.清华水冷壁炉因水冷壁产蒸汽较 少，热效率与G E 水激冷炉的热效率相当.华东理工 多喷嘴对置式气化炉的热效率略高于G E 水冷壁炉 和清华水冷壁炉的热效率，这主要是因为华东理工 多喷嘴对置式气化炉设定的碳转化率较高，合成气 产量较多，而水冷壁炉热回收量较少.4结论1)多喷嘴气化可强化混合，提高碳转化率，比煤耗、比氧耗及冷煤气效率等指标均高于单喷嘴气 化的相应指标.2) 对灰熔点温度较低的煤种，水冷壁炉的气化 能效指标与热壁炉的气化能效指标区别不大，相应 的水冷壁产蒸汽量也较小.3)气化炉下游安装废锅可有效回收合成气显热.全废锅热回收效率最高，但相应投资成本与设备 维护成本也较高.4) 单辐射废锅热回收效率低于全废锅热回收 效率，但投资相对较低且易于维护，是煤气化技术进 一步节能增效的发展方向.Gasifier参考文献[1] 王辅臣，代正华.煤气化——煤炭高效清洁利用的核心技术[J ].化学世界，2015(1) :51-55.WANG Fuchen,DAI Zhenghua. 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Journal of Southeast University (Natural Science Edition) ,2008,38(3) ：461-467.Comparison of Gasification Energy Efficiency Among Coal-slurryEntrained-flow GasifiersLIU Bing PENG Baozai FANG Xinhui LIU Zhen{National Institute o f Clean-and-Lovu-Carbon E n e r g y，102211 B e i ji n g^China) ABSTRACT Five types of coal slurry-fed gasifiers were simulated under designed operating conditions using Shenmu coal as raw material. Effects of burner types, gasifier wall conditions, syngas water quench and heat recovery equipment like syngas coolers on gasification performance were analyzed. Based on the analysis results, energy efficiencies were compared using the indices of oxygen to coal ratio, specific oxygen consumption, specific coal consumption, cold gas efficiency and thermal efficiency. The results show that the specific coal consumption and specific oxygen consumption of the five gasifiers are in the range of 540 kg coal/1 000 m3 (CO+H2)—560 kg coal/ 1000 m3(CO+H2) and 360 m302/l 000 m3 (CO+H2)—380 m302/l 000 m3(CO+H2)? respectively；multi-burner gasifiers consume less energy and feedstocks, but achieve about 2%higher carbon conversion and gasification efficiency than single-burner gasifiers；water cooling-wall gasifiers produce less steam for coals with low ash fusion temperature resulting in similar energy efficiencies to those of hot-wall gasifiers；syngas coolers can significantly increase the thermal efficiency of gasification processes 8%—15%. A single radiant syngas cooler has less capital cost and easier maintenance, and can recover greater than 90% sensible heat of a radiant-convective syngas cooler’s capacity，which indicates the development direction of further energy saving and efficiency improvement of gasification technologies.KEYWORDS coal gasification, heat recovery, specific oxygen consumption, specific coal consumption, cold gas efficiency, thermal efficiency。
煤化工气化方式的选择.pdf
清华盈德丰喜水冷壁；（600吨/天耗煤）
一、煤化工常用的气化方式
气流床（粉煤、国内） 激冷流程 1、HT-L加压粉煤气化炉（1200吨/天，七台在线）； 2、SE干煤粉气化炉； 2、两段式干煤粉气化炉； 3、多喷嘴干煤粉气化炉； 4、齐耀柳化炉（柳化鹿寨2000吨/天）
二、气化技术的选择
4、全流程作经济性分析 对前、后工序的投资和运营作经济分析 前工序：煤的输送、研磨、储存； 后工序：三废处理、CO变换、气体净化、
气体压缩； 装置的维护及更换。
二、气化技术的选择
5、全流程的能耗 煤的输送：制备1吨煤的水煤浆10 kWh，制
备1吨干煤粉30 kWh，输送1吨水煤浆约2 kWh，输送1吨干煤粉60 kWh；粉煤要干燥 到含水分3%； 气化压力：水煤浆气化尽量高压，6.5 MPa 甚至到8.7 MPa；粉煤气化最高只能到4.0 MPa； 净化采用低温甲醇洗在4.0 MPa下能耗很高。
二、气化技术的选择
6、气化装置的环保性能的分析 气化形成的废水数量、组分处理难易； 气化形成的废渣处理方式； 气化废气的处理问题。
三、气化炉的选择误区
1、热壁炉与冷壁炉的比较
冷壁炉能扩大煤种范围，消化高熔点、高灰分的煤，实现 原料煤本地化；解决耐火砖磨损需换砖，不能长周期运行 问题；
同样多的煤有效气体产生量少了1%-1.5%：水煤浆的水分 近40%，被加热到反应温度，同时把热量传到水冷壁副产 蒸汽，因而多消耗了煤和氧气，氧耗增加使CO2也增加了， 相当于用氧气生产了蒸汽；
1、成熟、可靠且先进的工程技术和工艺技 术。成熟可靠是指有在线的运行装置；技 术先进是指：（1）产品质量好；（2）单 位产品的原材、辅材、公用工程的消耗低； （3）环保性能好；（4）系统本质安全。
三种煤气化炉技术介绍
三种煤气化炉技术介绍我国对煤气化技术需求旺盛，据中国工程院倪维斗院士介绍，到2020年，我国对煤气化炉的需求量将达到2250套。
届时，我国将成为世界上最大的煤气化市场。
目前，我国正要准备中试和已经工业化应用的国内外煤气化技术有13种，其中国外技术有4种，国内技术9种。
世界上只有我国使用如此众多种类的煤气化技术，一些盲目和不成熟的引进令我国付出了惨重代价。
为此，我们将现有主要气化炉技术进行了小结，供参考。
三种煤气化炉技术介绍一、概述煤气化技术的开发与应用大约经历了200年的发展历史。
煤气化技术按固体和气体的接触方式可分为固定床、流化床、气流床和熔融床4种，其中熔融床技术还没有实际应用开发，各种煤气化炉的模式见图1。
图1 各种煤气化炉模式图1.固定床。
固定床气化炉是最早开发出的气化炉，如图1（a）所示，炉子下部为炉排，用以支撑上面的煤层。
通常，煤从气化炉的顶部加入，而气化剂（氧或空气和水蒸气）则从炉子的下部供入，因而气固间是逆向流动的。
特点是单位容积的煤处理量小，大型化困难。
目前，运转中的固定床气化炉主要有鲁奇气化炉和BGC-鲁奇炉两种。
2.流化床。
流化床气化炉如图1（b）所示，在分散板上供给粉煤，在分散板下送入气化剂（氧、水蒸气），使煤在悬浮状下进行气化。
流化床气化炉不能用灰分融点低的煤，副产焦油少，碳利用率低。
3.气流床。
气流床气化炉如图1（c）所示，粉煤与气化剂（O2、水蒸气）一起从喷嘴高速吹入炉内，快速气化。
特点是不副产焦油，生成气中甲烷含量少。
气流床气化是目前煤气化技术的主流，代表着今后煤气化技术的发展方向。
气流床按照进料方式又可分为湿法进料（水煤浆）气流床和干法进料（煤粉）气流床。
前者以德士古气化炉为代表，还有国内开发的多元料浆加压气化炉、多喷嘴（四烧嘴）水煤浆加压气化炉；后者以壳牌气化炉为代表，还有GSP炉以及国内开发的航天炉、两段炉、清华炉、四喷嘴干粉煤炉。
二、三种先进的煤气化工艺我国引进并被广泛采用的三种先进煤气化工艺——鲁奇气化炉、壳牌气化炉、德士古气化炉。
水煤浆气化的不足之处
水煤浆气化的不足之处水煤浆气化的不足之处一、水煤浆气化氧耗高比氧耗一般都在400 Nm3/1000Nm3 (CO+H2)以上，为了降低氧耗，应尽量选择灰份低、灰熔点低的煤，成浆性要好，以便可制得高浓度的煤浆，减少气化炉内大量水蒸发而消耗的氧。
二、需热备用炉气化炉一般能开二个月左右就要单炉停车检修，或出现故障，须有计划的停车，而备用炉必须在1000℃以上才可投料，若临时把冷备用炉升温至1000℃以上，势必影响全系统生产，所以有备用炉应处于热备用状态的要求。
而维持热备用炉耗能较大，需煤气150～1500 Nm3/h,空气150～1500 Nm3/h及部分抽引蒸汽、冷却水。
若能通过强化管理，优化操作，确保单炉长周期运转，做到计划停车，检修前将备用炉温升上来，就可不需热备用炉。
三、气化炉耐火材料寿命短耐火材料中的向火面砖时气化炉能否长期运转、降低生产成本的关键材料之一。
目前世界上使用最多的是法国砖、奥地利砖、美国砖。
法国砖的特点是在操作温度低的条件下性能比较好，适应操作温度变化大；而奥地利砖、美国砖操作温度高时性能好，但操作温度变化大时易变脆。
我国选用了法国砖（沙佛埃耐火材料公司），其寿命为1～1.5年。
其中渭河化肥厂开车一年三台气化炉向火面砖全改换过，一炉砖需75万美元，而且换一炉砖周期长，影响生产二个月。
目前，我们国内正研制价廉、耐高温侵蚀，而且使用寿命长的耐火材料。
同时我们在安装时要保证筑炉质量，操作上加强管理减少炉温波动，来人为地延长向火面砖的寿命。
四、气化炉炉膛热电偶寿命短由于气化炉外壳与耐火砖的受热后膨胀系数不同，而发生相互剪切，进而热电偶。
每次开停车炉温改变，我们尽量控制好外壳与炉膛温度，来保证热电偶不坏，来指导我们后续工作。
如果在热电偶坏时，我们可根据合成气中CH4含量的变化及炉子排出渣的颜色、颗粒的大小及形状来判断炉温，这就要求我们要有过硬的业务水平，积累经验，可看系统其它工艺参数，来控制炉温，维持系统正常生产。
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、天然气资源欠缺，煤炭资源相对丰硕。
进展煤化工产业，有利于推动石油替代战略的实施，知足经济社会进展的需要，煤化工产业的进展关于减缓我国石油、天然气等优质能源供求矛盾，增进钢铁、化工、轻工和农业的进展，发挥了重要的作用。
因此，加速煤化工产业进展是必要的。
1．各类气化技术现状和气化特点煤化工要进展，一个重要的工艺环节确实是煤气化技术要进展。
我国自上世纪80年代就开始引进国外的煤气化技术，包括初期引进的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、和近期拟引进的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要紧燃料的国家，世界上也只有我国利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)等煤化工技术的进展，用煤生产合成气和燃气的加压气化工艺最近几年来有了较快的进展。
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、和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猛烈的竞争，对增进煤化工的进展做出了奉献。
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，情形良好；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，将于尔后几年陆续投产；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2020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实验收，华能集团“绿色煤电”项目2000t/d级和内蒙古世林化工1000t/d 级的气扮装置正在设计安装中。
各种煤气化工艺的比较与选择
各种煤气化工艺的比较与选择煤化工中不同类型的煤气化技术是在技术发展的不同阶段，为适应不同的工艺要求而发展起来的。
离开煤种、煤气化配套的下游转化装置等具体问题，泛泛而谈不同煤气化技术的优劣，是没有意思的。
Simbeck等人曾对不同气化工艺的特点做了比较，见表1-17.表1-17 不同气化工艺的特点比较项目固定（移动床）流化床气流床灰渣形态干灰熔渣干灰灰团聚熔渣气化工艺Lurgi BGL Winkler，HTWICC,U-Gas K-T,TexacoCFB KRW Shell，E-Gas，GS P原料特点煤颗粒/mm 6~50 6~50 6~106~10 <0.1细灰循环有限制最好是干灰可以较好无限制粘结性煤加搅拌可以基本可以可以可以适宜煤阶任意高煤阶低煤阶任意任意操作特点出口温度/℃425~650 425~650 900~1050 900~1050 1250~1600氧气耗量低低中中高蒸汽耗量高低中中低碳转化率低低低低高焦油等有有无无无本书将从不同煤气化工艺的固有技术特征出发，从煤种适应性、合成气产物处理的难易程度、原料消耗、生产强度等几个方面对不同的气化技术作进一步的比较。
1.1 煤种适应性固定床气化炉煤炭网早期的固定床气化炉一般采用活性高、灰熔点高、黏结性低的无烟煤或焦炭，Lurgi加压固定床气化技术的成功，拓展了固定床对煤种的适应性，一些褐煤也可用于固定床加压气化，BGL技术的煤种适应性与干法排灰的Lurgi加压气化炉相比又进了一步。
1.2 流化床气化炉与固定床气化炉类似，早期一般的流化床气化炉为了提高碳转化率，多采用褐煤、长焰煤等活性比较好的煤种。
灰熔聚气化技术的发展拓展了流化床气化技术对煤种的适应性，特别是对一些高灰、高灰熔点的劣质煤油其独特的优势。
1.3 气流床气化炉气流床气化炉对煤的活性没有任何要求，从原理上讲几乎可以适应所有的煤种。
但是受制于诸多的工程问题，不同的气流床气化炉对煤种还是有所要求的。
两种煤气化方式的比较
两种煤气化方式的比较代红亮【摘要】对两种气化工艺( Lurgi和 GSP)从气化方法、煤种、进料要求、气化炉构造及国产化、生产能力、气化炉开车、废水处理方面进行了比较。
通过比较，GSP气化比Lurgi气化具有气化煤种更广泛、煤种适应性更强、气化炉构造简单、维修量小、生产能力大、开车快、废水量少且处理系统简单的优点， Lurgi气化比GSP气化具有简单的进料要求、高的设备国产化率、低的氧气消耗、运行业绩较多的优点。
为选择气化方式时提供参考。
%Two gasification process ( Lurgiand GSP ) were Compared through gasification methods, coal, feed requirements, gasifier structure and localization, production capacity, start-up and effluent treatment. There were some advantages in GSP gasification technology better than in Lurgi gasification, such as coal universality, more stronger adaptability, simple structure of gasifier, small amount of maintenance, large production capacity, driving fast, a small amount of waste water and easy processing, etc. . However, in terms of simple feed requirements, high equipment localization rate, low oxygen consumption and operational performance, there were more advantagesin Lurgi gasification. A reference for choosing way of gasification was provided.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】4页(P126-128,158)【关键词】煤气化;固定床;流化床;气流床【作者】代红亮【作者单位】中电投伊犁能源化工有限责任公司霍城煤制气分公司，新疆伊宁835000【正文语种】中文【中图分类】TQ546我国是一个缺油、少气、煤炭资源相对丰富的国家，如何利用我国煤炭资源的优势发展煤化工已成为大家关心的问题。
气流床气化工艺水煤浆和煤粉两种进料方式比较
气流床气化工艺水煤浆和煤粉两种进料方式比较范玮【摘要】气流床气化工艺根据进料方式不同可分为水煤浆气流床气化技术和干煤粉气流床气化技术两种.为了更好地降低生产成本,合理利用资源,比较特定煤种水煤浆和干煤粉两种不同进料方式的气化单位能耗,并通过热力学模型计算,评价了现有典型气流床气化工艺分别采用水煤浆和煤粉进料方式时在能耗、合成气品质、效率等方面的优劣.结果表明:对于煤气化做工业燃气,煤粉进料具有明显优势,而当煤气化做合成气时,则采用水煤浆进料较为适宜.【期刊名称】《洁净煤技术》【年(卷),期】2013(019)003【总页数】3页(P65-67)【关键词】气流床气化;水煤浆;煤粉【作者】范玮【作者单位】煤炭科学研究总院节能工程技术研究分院,北京100013【正文语种】中文【中图分类】TQ54;TD849煤气化技术是洁净煤技术之一,在国际油价高位震荡、国内天然气资源日趋紧张及环保要求越来越高的背景下,国内许多工业燃气用户迫切需要高效清洁的煤气化技术。
气流床气化技术具有效率高,灰渣残炭量少,不产生酚类和焦油等有害物质,通过简单处理即可实现硫的零排放等优点,可有效减少采用固定床气化炉带来的污染物排放。
目前陶瓷窑炉、玻璃窑炉、小化肥行业等消耗的燃料主要是燃料油、发生炉煤气或水煤气。
以煤气代替以上燃料不仅消除了对环境的污染,而且将大幅降低生产成本,对于发展循环经济,有效合理利用资源,构造资源节约型、环境友好型社会具有现实意义[1-2]。
气流床气化技术包括水煤浆气流床气化技术和干煤粉气流床气化技术。
水煤浆气流床气化又称湿法进料气流床气化,其中Texaco炉是一种率先实现工业化的水煤浆气流床气化技术。
水煤浆气流床气化是煤以水煤浆形式加料,利用喷嘴、气化剂高速喷出与料浆并流混合雾化,在气化炉内进行火焰型非催化部分氧化反应的工艺过程。
干煤粉气流床气化技术相对湿法进料具有氧耗低,煤种适应广和冷煤气效率高等优点,其代表技术有Shell,Prenflo,GSP气流床等[2-4]。
(完整版)国内外气流床气化技术比较分析
煤气化技术的分类
煤
煤气
固定床
流化床
气流床
气流床气化炉气化效率 高、污染易处理、可控 制富氧度调节合成气品 质，适用于对合成气热 值有较高要求的燃气用 户，或大型煤化工用户， 适用性广。
气流床气化炉是煤气化 发展的方向！
气流床气化技术的分类方法
气化原料
气化炉结构
干粉气化 水煤浆气化
308Nm3/kNm3(CO+H2) 640kg/kNm3(CO+H2)
＞99% 90%~93%
三菱重工两段炉（MHI）
干粉 NO. 06
MHI炉结构
气化炉特点： 1、干粉气化 2、两段进料 3、空气气化
MHI炉工艺流程
MHI炉发展历程
1700t/d IGCC Power Plant 200t/d Experimental Power Plant 2t/d Experimental24t/d Experimental Apparatus Apparatus
煤气冷却方式
绝热炉膛 水冷壁炉膛
煤气流动方向
水激冷
辐射废锅
煤气下行
煤气上行
国内外主流气流床气化炉
K-T炉
科达炉
Prenflo炉 五环炉
Shell炉 航天炉
GSP
东方炉
科林
两段炉
MHI两段炉 科达炉
干粉气化
水煤浆气化
德士古气化炉 E-Gas 清华炉 华理四喷嘴气化炉 多元料浆气化炉
干粉 NO. 01
多元料浆：指对固体或液体含碳物质 （包括煤、石油焦、沥青、油、煤液 化残渣）与流动相（水、废液、废水） 通过添加助剂（分散剂、稳定剂、pH 调节剂、湿润剂、乳化剂）所制备的 料浆
Texaco、Shell、GSP气化炉对比
Texaco、Shell、GSP
1
项目三
中国的煤化工建设热，对煤气化技术呈现 出巨大的需求。近几年，国内外各种气化技术纷 纷登场，中国已经成为世界上煤气化技术应用种 类最多的国家。
项目三
序 号 1 2 3 4 5 气化技术 鲁奇碎煤气化
GE（德士古）水煤浆气化
国内主要煤气化技术一览表
类型 固定床 气流床 气流床 气流床 气流床 技术 拥有方 德国鲁奇公司 美国GE公司 西北化工研究院 华东理工大学 英荷壳牌 适应煤种 褐煤、不粘结性或弱粘 结性的煤 低灰熔点的煤 低灰熔点的煤 低灰熔点的煤 煤种基本无限制 代表企业 天脊煤化工 渭河化工 安徽淮化 江苏灵谷 安庆石化
项目三
2.GSP 气化技术
技术优点
（1）原料煤适应范围宽：GSP 气化对煤质要求不苛刻，产物完全无焦油。 （2）水冷壁结构可靠性高:即所谓的“以渣抗渣”的结构。避免了因高温、 溶渣腐蚀及开停车产生应力对耐火料的破坏而导致气化炉无法长周期运行。可 单炉运行，不需要备用炉，可靠性高。 （3）反应速率高，生产能力大:有效气体（CO+H2）含量高达 91%以上，碳转 化率高达 99%以上。 （4）工艺紧凑，流程简单:激冷流程,气化炉点火升温迅速,设备及运行费用 较低，使得项目一次投资较shell小。 1 台套2 000 t /d 投煤量的气化装置 不足 4 亿元人民币，采用该气化技术是一种比较经济、现实的考虑。 （5）气化炉寿命长：水冷壁系统寿命在十年以上，炉体寿命更长。
Shell
7000 25000 6000 89-93 >99
Texaco
6000 8500 6200 78-81 >98
GSP
7000 15000 6000 89-91 >99
水煤浆水冷壁气化技术综述
壳 牌粉 煤气 化 技 术 、德 国 Ｇ Ｐ气 化 技 术 。这 些 Ｓ
定床间歇气化技术 ， 新型煤气化技术在产能 中占
的 比例较 小 。 固定床 间歇气 化技 术 是 以优质 无烟 块煤 为原 料 ，原料 来 源有 限且 质量 要求 较高 ，因 而价格 高 ，企 业 面临 的成本 压力 较 大 。煤气 化技 术 密 切关 系着 传统 煤化 工行 业 的发 展与 生存 ，因
第 ２期 ２１ ０ ２年 ３月
中 氮
肥
Ｎｏ ２ ． Ｍａ． ２ ２ ｒ ０１
Ｍ — ｉｅ ｔｏ ｅ ｏ ｓ Ｆ ｒｉｉｅ ｏ ｒ ｓ Ｓ ｚ ｄ Ｎｉ ｇ ｎ ｕ ｅ ｔｌ ｒＰｒ ｇ ｅ ｓ ｒ ｚ
水 煤 浆水 冷 壁气 化 技 术 综 述
李 战 学 。韩 喜 民 ，孟 令 兵 ，翟 玉鹏
未来 、煤 制 乙二 醇等煤 基材 料 和煤制 油 、煤制 天 然气 等新 型 煤化 工为 发展方 向 ，但这 都需 要先 进
中国缺 油 、少气 、富煤是 资源 禀赋 。煤 炭 占 全 国能 源 总 量 的 ７ ％ ，有 效 利 用 煤 炭 资 源 、合 ０ 理 发展 煤化 工是 平 衡 我 国能 源 消 耗 的有 力 措 施 。 在众 多煤 炭利 用 技术 中 ，煤气 化技 术是 煤炭 能 源
ｔ ｅ ａ ｖ ｎ ｅ ｒ ｃ ｓ ｎ ｉ ａｏ ｓ ｏ ｅ ｕ ｎｎ ｏ ｔａ ｄ ｇ ｏ ｄ ｐａ ｉ ｔ ｏ ｖ ｒ ｕ ｏ ｌ ｒ ｈ ｗｎ ｕ ． ｈ ｄ ａ ｃ ｄ ｐ ｏ ｅ ｓｉ ｄ ｃ ｔ ｒ ，ｌ ｗ ｒｒ ｎ ｉ ｇ ｃ ｓ ｎ ｏ ｄ ａ ａ ｔｂ ｌ ｙ ｔ ａ ｏ ｓ ｃ ａｓ ａ ｅ ｓ ｏ ｐ ｉ ｉ
固定床气流床流化床的具体区别
固定床、气流床、流化床的具体区别基本代表了三代煤气化技术。
固定床就是床层基本不动或者说缓慢向下移动，一般经历四个不同阶段，用蒸汽、空气（或富氧造气），采用块煤，气化温度较低，生产负荷小，煤气成分复杂，含焦油酚等，废水处理较难。
流化床相对固定床来说，气化剂流速更快，将床层吹起，不断上下浮动，象水沸腾一样。
属第二代煤气化技术，现在锅炉用的比较多，部分制气也有用的如温克勒。
气化床采用纯氧作气化剂，气流速度更快，煤粉或煤浆为原料，被喷头雾化，瞬间经历干馏、燃烧、还原等几个阶段，煤颗粒在被气化的过程中随气体一起流动，因此称气流床。
生产能力更大，气化效率高，目前新上项目大多采用气流床。
固定床气化是块煤从炉顶加入，自上而下经历干燥、干馏、还原、氧化和灰渣层，灰渣最终经灰箱排出炉外；气化剂自下而上经灰渣层预热后进入氧化层和还原层，生成的煤气显热用于煤的干馏和干燥。
流化床气化是气化剂由炉下部吹入，使细粒煤（﹤6mm）在炉内呈并逆流反应，气化剂通过煤粉层，使燃料处于悬浮状态，固体颗粒的运动如沸腾的液体一样，也称沸腾床气化炉。
气流床气化是原料煤（煤粉或水煤浆）由气化剂夹带入炉，进行并流式燃烧和气化反应。
受气化空间的限制，反应时间很短（1～10s），为了弥补反应时间短的缺陷，要求入炉煤粉粒度很细，以保证有足够的反应面积。
并流气化气固相相对速度低，气化反应是朝着反应物浓度低的方向进行，为增大反应推动力，提高反应速度，必须提高反应温度（火焰中心温度在2000℃以上）和反应压力，所以采用液态排渣是并流气化的必然结果。
1.移动床（固定床），鲁奇和BGL,2.气流床气化技术，当今世界上较为先进的有美国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和多元料浆水煤浆气化技术等。
流化床气化炉采用粉煤作为原料，用氧化剂（氧气或者空气）来进行流化。
其温度一般控制在1000℃以下，以防止会融化后与炉床里的物质发生结聚。
不同煤气化技术优劣性分析
不同煤气化技术优劣性分析如果要问最近我国煤气化技术领域最受关注的事件是什么，那世界第一台水煤浆气化的水冷壁气化炉在山西建成并成功连续运行了几个月当仁不让。
而由此，水煤浆热壁炉和水冷壁炉优缺点的比较再次成为业界的热点话题，继而又引起了关于煤气化技术孰优孰劣的争议。
事实上，目前国内煤气化技术种类众多，近几年围绕各种技术之间的优缺点比较、评判就一直就没有停止过。
国内煤化工企业也想通过选择与比较，寻求最好的技术。
哪种煤气化技术好？什么样的企业适用什么样的技术？企业在选取煤气化技术时应注意什么问题？气化技术各有优劣煤气化技术是煤化工项目的龙头。
目前在国内推广的煤气化技术，包括我国自主开发技术和国外技术10多种。
煤气化技术若按炉型分，主要有固定床、流化床、气流床三种。
具体来讲，固定床气化炉有UGI炉和鲁奇炉，目前我国氮肥产业就主要采用UGI炉，有几千台炉子在运行；流化床常用气化炉有温克勒炉、循环流化床炉、灰熔聚流化床炉、恩德炉、U-Gas气化炉等；气流床按进料形式不同，分为干煤粉进料和水煤浆进料两大类，而以气化炉内是否衬有耐火保温材料分类，又有热壁炉和水冷壁炉两种。
所谓水冷壁，就是由水管、石英砂、煤渣组成的内腔。
一直以来，水冷壁都用于粉煤气化炉，水煤浆气化炉则多用耐火砖结构的热壁炉。
但是，山西阳煤丰喜肥业（集团）有限责任公司临猗分公司与清华大学、北京达力科公司共同合作，把水煤浆气化炉的内衬革新改造为了水冷壁，可谓一项重大创新。
江苏索普集团有限责任公司副总经理邵守言向记者介绍，耐火砖结构的水煤浆气化炉，其耐火温度为1350℃。
如果煤的灰熔点超过1350℃，耐火砖会受不了。
水冷壁气化炉最大的优势，就是对灰熔点超过1350℃的煤也能气化。
尽管他认为水冷壁气化炉还要经过几年的工程运行考验，还要解决水带走的热量、结垢后怎么处理等工程问题，但这是个技术发展方向，从技术方案上来说具有可行性。
毕竟目前适合热壁炉的煤种在国内只在河南义马、甘肃华亭、陕西榆林等地有，适合的煤种不多，水冷壁气化炉拓宽了煤种的使用范围。
几种水煤浆气化技术的分析比较
几种水煤浆气化技术的分析比较水煤浆气化技术是一种将煤炭转化为燃气或合成气的方法。
它是一种既高效又环保的能源转化方式。
目前市场上存在多种水煤浆气化技术，下面将对几种常见的技术进行分析比较。
1. 乳化气化技术（Emulsified Coal Gasification）：乳化气化技术是将煤炭与水和柴油等混合物乳化，在高温和高压条件下进行气化。
这种技术相对简单，操作稳定性较好。
同时，乳化气化技术能够适应高灰分和高硫分的煤种，适用范围广。
然而，乳化气化技术需要对煤炭进行预处理，提高气化效率。
2. 喷雾气化技术（Spray Coal Gasification）：喷雾气化技术是通过将高浓度的煤浆雾化，再与氧气在高温和高压条件下混合，并在喷嘴中进行瞬时气化。
这种技术具有高效、高灵活性等优点。
喷雾气化技术可以处理粒径较小的煤炭，且煤炭煤浆浓度较低时仍能保持良好的气化效果。
然而，喷雾气化技术需要高能耗，操作难度较大。
3. 流化床气化技术（Fluidized Bed Gasification）：流化床气化技术是通过将煤浆在气体流化床中进行气化，煤颗粒在气流下悬浮并与氧气反应，形成合成气。
这种技术具有气化效果好、灵活性高、适应性强等优点。
流化床气化技术适用范围广，能够处理含硫、高灰分的煤炭。
然而，流化床气化技术需要耗费大量的气体作为气化剂，且气化剂的气速、流速等参数对反应效果有较大影响。
4. 固床气化技术（Fixed Bed Gasification）：固床气化技术是将煤浆置于固定的气化床中进行气化，煤浆在固床上发生气化反应，生成合成气。
这种技术具有操作简单、结构紧凑等优点。
固床气化技术适用范围广，能够处理多种不同煤种。
然而，固床气化技术需要较长的气化时间，并且存在煤焦结和热传导等问题，影响了气化效率。
综上所述，水煤浆气化技术根据不同的操作方式和气化床结构可以分为乳化气化技术、喷雾气化技术、流化床气化技术和固床气化技术。
水煤浆水冷壁气化炉与干粉气化炉对比
水煤浆水冷壁气化炉与干粉气化炉对比
----煤制甲醇全流程成本
晋华炉
气流床煤气化是现代煤化工产业的龙头技术，按照进料方式的不同分为水煤浆进料和干粉进料，两者均具有水冷壁衬里的气化炉。
本系列将从不同方面对水煤浆水冷壁气化炉与干粉气化炉进行对比。
以年产100万吨甲醇项目为例，分析了从原料制备及加压输送、气化/灰水处理、变换、净化和压缩单元的消耗情况，对干粉气化炉和水煤浆水冷壁气化炉的运行成本进行对比，见表1所示。
虽然由于水煤浆水冷壁气化炉进料中含有大量的水分，其氧耗和煤耗相对较高，但是水煤浆水冷壁气化炉不仅不需要过热蒸汽作为气化剂，而且通过辐射废锅副产高压饱和蒸汽，其气化/灰水单元的运行成本略低于干粉气化炉。
此外，水煤浆水冷壁气化炉在原料制备及加压输送、净化和压缩单元的运行成本均低于干粉气化炉。
总体上，采用干粉气化炉千方有效气成本为581.08元，吨甲醇成本为1278.38元，而水煤浆水冷壁气化炉千方有效气成本为483.30元，吨甲醇成本为1063.26元，水煤浆水冷壁气化炉的运行成本低约17%。
主要气化工艺对比
主要气化工艺对比气化工艺● 水煤浆加压气化①GE水煤浆加压气化工艺GE水煤浆加压气化法为目前世界上先进的气化技术之一，属气流床加压气化法。
其特点是该工艺对煤的适应范围较宽，可利用粉煤，单台气化炉生产能力较大，气化操作温度高，液态排渣，碳转化率高，煤气质量好，甲烷含量低，不产生焦油、萘、酚等污染物。
排出粗灰渣可以用做水泥的原料和建筑材料。
三废处理简单，易于达到环境保护的要求。
生产控制水平高，易于实现过程自动化及计算机控制。
A. 加压水煤浆气化的优点a）煤种适应性广年轻烟煤，粉煤皆可作原料，灰熔点要求不超过1350℃，煤可磨性和成浆性好，制得煤浆浓度要高于60%（wt）为宜。
b）气化压力范围大从2.5~8.0MPa（G）皆有工业化装置，以4.0MPa（G）和6.5MPa（G）较为普遍，气化压力高可节省合成气压缩功。
c）气化炉热量利用有激冷工艺制得含蒸汽量高的合成气如用于生产合成氨、甲醇、制氢等，在变换工序不需再外加蒸汽，也可采用废锅流程回收热量副产高压蒸汽，但废锅设备价格较高，可择优选用。
d）气化炉内无传动装置，结构比较简单。
e）单位体积产气量大，一台直径3200mm，6.5MPa气化炉产生气体，可日产甲醇1500吨。
f）有效气成分高，CO+H2≥80%（v%），排渣无污染，污水污染小易处理。
因高温气化，气体中含甲烷很低（CH4≤0.1%），无焦油，气化炉排渣无污染可用作铺路路渣，污水含氰化物少易处理。
g）产品气一氧化碳和氢含量高是碳一化学最好合成原料气，可用来生产合成氨，甲醇，制氢，羟基合成原料气，用途广泛。
h）碳转化率高最高可达98%。
B. 水煤浆气化对煤质要求a）GE水煤浆气化对煤质适应性较广。
除褐煤、泥煤及热值低于22940kJ/kg ，灰熔点高于1350℃的煤不太适用外，其他粘结性煤，含灰量较高的煤，石油焦，烟煤均可作原料。
b）煤中灰含量对消耗指标的影响，煤中的灰含量增加会增加氧气的消耗，同时也增加每m3（标）（CO+H2）气体的煤消耗量，一般煤中灰含量从20%（wt）降到6%（wt），可节省5%无灰干基煤消耗，节省氧气消耗10%左右。
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水煤浆水冷壁气化和固定床气化的对比分析
目前，我国固定床间歇气化在国内的煤气化行业占有率在60%以上，近几年，固定床气化的技术水平也得到了较快的发展，富氧连续气化、纯氧连续气化等技术也不断完善，但原料的来源问题和安全、环保的问题一直不能很好的解决，也制约了固定床气化的发展。
水煤浆水冷壁气化是清华大学开发的煤气化技术，2011年在山西阳煤丰喜一次开车成功，由于其煤种适用性强，运行安全、稳定，对环境友好，近几年应用业绩较多，为煤化工的主要选择炉型。
以下对采用固定床和水煤浆水冷壁气化的合成氨装置进行全流程比较。
一、两种气化技术主要特点
1、固定床气化的流程特点
固定床气化一般采用晋城、阳泉、河南焦作的无烟块煤、焦炭或型煤，气化温度一般在1200℃左右，固态排渣，利用空气作为气化剂，常压间歇运行，并配套建设有吹风气回收装置，副产的蒸汽可以满足固定床气化的正常使用。
固定床气化必须配套有气柜。
2、水煤浆水冷壁气化技术特点
水煤浆水冷壁采用水煤浆进料，对煤的粒度没有要求，纯氧气化，气化温度一般比煤的灰熔点高50℃左右，液态排渣，连续气化。
水煤浆气化不需要配备气柜。
二、使用煤种的区别
1、常压固定床对煤种的要求
（1）煤种：必须采用无烟煤或焦炭
（2）粒度：煤的粒度必须大于6mm，必须使用块煤或型煤；
（3）热稳定性：要求TS+6＞60%；
（4）煤的软化温度：T1＞1250℃
2、水煤浆水冷壁气化炉对煤种的要求
（1）粒度：采用水煤浆进料，对煤的粒度没有要求；
（2）挥发分：在点火阶段采用燃料气直接点燃煤浆，对挥发分没有要求；
（3）热稳定性：因为是液态排渣，对热稳定性没有要求；
（4）灰熔点：越低越好，灰熔点高炉温会相应提高，煤耗、氧耗会提高；
（5）成浆性：越高越好，煤的成浆性越高，煤耗、氧耗越低。
3、清华炉目前使用过的煤种
（1）低灰熔点煤
低灰熔点煤是水煤浆最常用的原料，水煤浆水冷壁气化炉使用的煤灰熔点最低1180℃，灰分最低5%，最高28%。
（2）高灰熔点煤
2012年，清华炉进行考核验收，按照石化联合会的要求，在山西阳煤丰喜采用阳泉白煤和神木煤的混煤，最高掺混比例60%
左右，经过在煤浆槽连续取样，在连续三天的考核中，灰熔点均大于1520℃。
2015年，阳煤集团朔州公司在阳煤丰喜临猗公司对朔州煤进行试烧经济性评价，朔州煤灰熔点＞1550℃，阳煤朔州公司用5000吨煤，经过60%、80%、100%朔州煤运行，证明水煤浆水冷壁气化炉可以使用100%朔州煤进行气化。
目前使用水煤浆水冷壁气化炉的山西阳煤平定乙二醇项目，山西阳煤寿阳乙二醇项目，山西南耀20万吨甲醇项目均使用当地高灰熔点煤作为原料。
（3）半焦气化
目前煤炭提质利用过后，大量半焦如何使用成为一个问题，神华集团北京低碳研究所承担的国家863项目，“低阶煤热解半焦制浆及气流床半焦气化研究”2015年在山西阳煤丰喜临猗公司的水煤浆水冷壁气化炉进行试烧，经过中国煤炭工业协会组织专家现场考核，证明水煤浆水冷壁气化炉可以利用半焦进行气化且运行数据良好。
（4）焦炭气化
焦炭和半焦气化一直是水煤浆气化的一个禁区，因为原来的水煤浆气化多采用耐火砖形式，耐火砖气化炉采用蓄热式点火，气化炉必须先用预热烧嘴将炉温升至800℃，然后更换为工艺烧嘴投煤浆，水煤浆进入气化炉后，首先脱水分和挥发分，然后利用耐火
砖的蓄热将挥发分点燃，然后将煤点燃，所以耐火砖型气化炉要求煤的挥发分＞20%。
水煤浆水冷壁气化炉采用一个组合烧嘴进行点火，先用燃料气将气化炉炉温升至800℃，然后在常压下直接投煤浆，燃料气和煤浆、氧气一起从烧嘴口喷出，利用燃料气放出的热量实现水分的蒸发和挥发分析出，直接将煤点燃，所以可以使用焦炭气化。
新疆天业将电石剩余的焦末直接制浆然后和煤混合进行气化，装置运行稳定。
（5）褐煤
褐煤因为其内水含量较高，成浆性较差，一直是水煤浆气化的禁区，2009年，清华大学承担了大唐呼伦贝尔化肥项目的低浓度水煤浆气化项目，煤浆浓度46~50%，目前运行稳定，这是世界上唯一的低浓度水煤浆气化装置，由于水煤浆浓度较低，煤耗和氧耗较高，但由于煤价也较低，单位尿素的成本也较低。
（6）高碱性渣煤
在我国新疆及其他一下地方，煤的灰组分中Na2O和K2O的含量较高，有的煤灰分中，Na2O+K2O＞4%，在新疆广汇、新疆庆华和大唐克旗项目中均出现了碱渣的腐蚀，水煤浆耐火砖气化炉使用高碱渣煤也造成耐火材料大量侵蚀的问题。
水煤浆水冷壁气化炉在新疆天业的项目中使用当地的高碱渣煤，可以稳定运行，没有发生任何腐蚀现象。
三、气化反应原理和气体成分
1、固定床气化
固定床间歇气化采用空气、蒸汽作为气化剂进行气化，气化过程分为吹风、上吹、下吹、二次上吹、吹净几个工序。
在吹风阶段，向炉内通入空气，空气中的氧气和煤中的碳进行燃烧反应，放出的热量积蓄在燃料层，为水蒸气和碳的反应提供热量，在制气阶段通入蒸汽，蒸汽和灼热的碳反应，生成氢和一氧化碳。
固定床纯氧连续气化采用氧气和蒸汽作为气化剂进行气化，从炉底连续加入氧气和蒸汽进行连续气化，氧气主要和煤发生燃烧反应，为碳和水蒸气的反应提供热量，同时部分水蒸气和一氧化碳在炉内发生变换反应，生成一氧化碳和氢气。
气体成分：（无烟煤）
2、水煤浆水冷壁气化
水煤浆水冷壁气化采用水煤浆和纯氧进行气化，氧气和煤浆从一个烧嘴口混合后喷出，进入气化炉后，煤浆首先进行脱水分、挥发分，然后煤中的碳和氧气发生燃烧反应，将气化炉温度提高至煤的灰熔点以上，高温的碳和煤浆中的水蒸气发生气化反应，生成一氧化碳和氢气，同时部分一氧化碳和水蒸气在高温下发生变换反应，生成二氧化碳和氢气。
气体成分：（神木煤）
四、气体的净化工段的比较
1、固定床气化的气体净化
固定床气体净化一般流程为，出气柜的气体先经过洗气塔降温、洗涤、分离后进入罗茨风机，加压后的气体先进入静电除焦工段，除去煤气中含有的煤焦油，然后进入湿法脱硫工段，出脱硫工段的气体经过压缩机加压后进入变换工段。
目前和固定床间歇气化配套的变换工段，压力为0.8MPa的居多，也有采用1.4MPa和2.0MPa的，出变换的气体经过变换气脱硫工段后进入脱碳工段。
固定床气化一般采用两级湿法脱硫，一级为常压脱硫，另一级为变换气脱硫，两级脱硫一般均采用纯碱脱硫，利用纯碱和硫化氢进行反应生成硫氢化物，再借助溶液中的栽氧体（催化剂）的氧化作用，将硫氢化物氧化成单质硫，同时获得副产品硫磺，然后还原栽氧体，再用空气将栽氧体氧化为氧化态，使脱硫溶液循环使用。
根据栽氧体的不同，脱硫方法分为栲胶、DDS、888等好多种。
进入变换工段的粗煤气为常温，所以变换工段必须外加蒸汽以满足变换反应的需要。
固定床气化配套的脱碳工艺主要有碳酸丙烯酯脱碳、NHD脱碳、MDEA脱碳和PSA脱碳，其中NHD脱碳属于低温脱碳，其余均为常温脱碳。
近年也有固定床气化配套低温甲醇洗脱硫脱碳的项目，但较少。
2、水煤浆气化的气体净化
由于水煤浆气化的压力较高，出气化工段的粗煤气温度较高，为了更好的利用粗煤气含有的热量，一般采用耐硫变换，粗煤气中含有的水蒸气可以满足变换反应的需要，即使是生产合成氨，也不用外加蒸汽
水煤浆气化的脱硫和脱碳按照气化压力的高低和规模大小，主要采用NHD脱硫脱碳、MDEA脱硫脱碳和低温甲醇洗脱硫脱碳，一般压力较高、规模较大的装置采用低温甲醇洗脱硫脱碳。
对于常压固定床气化和水煤浆气化的净化工段，区别较大的工段为变换工段和压缩工段的区别，其余工段区别不大。
变换工段的主要区别是由于两者进入变换工段的硫含量、气体温度和汽气比不同，所以变换催化剂选型和消耗不同。
常压固定床气化配套的变换工段一般吨氨需要添加0.5吨蒸汽，水煤浆气化配套的变换工段一般吨氨可以副产1.8吨蒸汽。
压缩工段的区别更大，固定床气化一般采用罗茨风机和多段往复式压缩机，吨氨压缩耗能较高。
水煤浆气化由于气化压力较高，压缩机进口压力较高，气体净化度较高，一般采用离心式压缩机，如果气化4.0MPa的水煤浆气化，压缩电耗和常压固定床相比，吨氨可以节约电耗400度，如采用6.5MPa的水煤浆气化，压缩工段的耗能更低，同时低温甲醇洗工段的能耗也更低。
五、投资和占地
常压固定床间歇气化主要流程
水煤浆气化主要流程
主要投资对比表
序号项目常压固定床间歇气化水煤浆水冷壁气化1空分不需要需要
2气化常压气化投资低，
气化炉数量多
加压气化投资高，
气化炉数量少
3气柜需要不需要
4静电
除焦
需要不需要
5罗茨
风机
需要不需要
从以上比较可知，常压固定床比水煤浆气化多投资的工段为气柜、静电除焦和罗茨风机；水煤浆气化比常压固定床多投资的工段为空分；变换、脱硫和压缩机的投资常压固定床比水煤浆气化略高。
整体比较，对于规模相同的装置，水煤浆水冷壁气化加上变换工段和净化工段和常压固定床气化加上变换工段和净化工段投资基本相当，使用水煤浆水冷壁气化比固定床气化投资大致高一套空分的价格。
常压固定床气化由于多采用常压设备，而且有气柜、罗茨风机等设备，占地面积要比水煤浆气化大。
纯氧固定床连续气化和水煤浆水冷壁气化相比，投资略低，主要是其配套的空分投资较低。
六、成本比较
以下就以4.0MPa的水煤浆气化和常压固定床气化的成本进行比较，为了便于比较，消耗相近的脱硫、脱碳工段不做比较。