煤气化技术发展的现状和进展

采 用液 态排渣 ， 系统 排 出的 灰渣 含 碳量 低 ， 不造 成 二 次污染 ； 气化 污水 不含 焦油 和酚等 ， 容易 处理 。 国 内外 开 发 的 气 流 床 技 术 较 多 ， 包 括 水 煤 浆
１ ． １ 粉煤气 化技 术 粉煤 气 流 床 气 化 特 点 是 ： 对 煤 的 灰 熔 点 适 应 范 围宽 ， 可 通 过 煤 的混 配 提 供 合 适 的气 化 用 煤 。 相 对 于 水煤 浆 ， 炉 内给 煤 的不 稳 定是 其 缺 点之 一 。 由于炉体采用水冷 壁方式 ， 对煤 的黏温 特性有要求 。 粉 煤气化 温度 高 ， 碳 转 化率 高 ； 产 品 中气 体 甲
石
油
炼
制
与
化
工
２ ０ １ ４年 第 ４ ５卷
的灰分 同 时发生 复杂 的无 机化 学反 应 ， 最后 以熔 渣
化技 术 、 华东 理工大学 开发 的对 置多 喷 嘴水煤 浆气
态 出炉 。气流床气化 技术是现代煤化 工气 化 的主流
技术 之一 ， 相 比固态排渣 固定 床和流化床 气化技 术 ，
烷含量极 少， 不 含焦油 和酚 ， 有效气 组分 （ Ｃ Ｏ＋
和粉 煤气 流床技 术 。比较 先 进且 具 有 较 多工 业 化 业绩 及应 用 前 景 的技 术 如 下 ： 粉 煤 气 流 床 技 术 有 壳牌 公 司的 Ｓ Ｃ ＧＰ技术 、 中 国航 天科 工集 团的 ＨＴ
技术 、 同 源 于 前 德 国 燃 料 研 究 所 的 西 门子 公 司 ＧＳ Ｐ技 术 和 科林 公 司 的 Ｃ Ｃ Ｇ技术 、 中 国石 化 Ｓ Ｅ
统 复杂 ， 气 体 系统 易堵 ， 单 炉 系统 投 资 大 。而 这 种
投 资对 于需 要 大 量 低 温 蒸 汽 进 行 变换 的 制 氢 、 合 成 氨及天 然 气 项 目必 要 性 不 大 ， 系 统 的 能 效 没 有
明显 高于 简单 的激 冷 流 程 。因 而现 在 更 多 煤 化工 项 目选用 粉 煤 气 化 时 采 用 激 冷 流 程 ， 壳 牌 公 司也
化技 术 、 清华 大学 开发 的水冷 壁水 煤浆气 化技 术 和
美国Ｄ ＯＷ 化学公 司开发 的 Ｅ － ｇ ａ ｓ 气化技术 。
特 点如 下 ： 原料 煤 由气 化 剂夹带 人炉并 进行 燃烧 和 气化 ， 停 留时 间短 ， 因此 入 炉煤 的粒 度要小 （ 粒 径小 于０ ． １ ｍｍ） ， 保 证煤与 气化 剂充 分接 触并 在 高温下 快速反 应 ； 气化温度高 ， 火焰 中心温度高达 ２ ０ ０ ０℃，
压蒸 汽 ， 总热 效 率 高 达 ９ ８ 。表 ２是 实 际工 业 运
东方 炉气 化技术 ； 水煤 浆气 流床技 术有 ＧＥ公 司气
行 的几种 粉煤 气流床 气化 技术 的特点 比较 。
表２ 几 种 典 型 粉 煤 气 流 床 气 化 技 术 的 比 较
我 国 已有 １ ９家 企 业 使 用 了壳 牌 公 司气 化 炉 （ 壳 牌炉 ） ， 其 操 作 的运 行 周 期 越 来 越 长 。影 响 长
周期 运行 的炉 内部 问题 主 要集 中在 气 化 炉烧 嘴 隔
化 温度 可 以很 高 ， 煤 的转 化 率可 达 ９ ９ ． ８ ； 二 是 多
烧 嘴使 生产 负 荷 的调 节 更 为 灵 活 ， 负 荷 调 节 范 围
为４ ０ ～１ ０ ０ ； 三是煤 烧 嘴设 计 寿命 为 ８ ０ ０ ０ ｈ ， 保 证 了气 化 装 置 能够 长 周 期 稳 定 运 行 ； 四是 其 大 型 化 的可能性 比单 喷嘴要 高 。 壳牌炉的缺点主要是采用废锅流程 ， 因 而 系
Ｃ Ｃ Ｇ 技术 在 贵州兖 矿 贵州 开 阳化 工有 限公 司 ２台
煤 的物 流直 喷进入 炉 内 ， 按 照冷 模 和 热模 试 验 ， 气
包煤 流更 易 弥 散 且 直 喷 不 产 生 上 窜 火 焰 ， 便 于 提
高气 化温 度 。炉 体 再 匹 配 较 高 的 长径 比， 理 论 上 可 以适应 高 灰熔 点 和高灰 煤 ， 目前 在 中国石化扬 子 石油化 工有 限公 司建设 的 １ ０ ０ ０ ｔ ／ ｄ的示 范炉 已具 备开工 条件 。 １ ． ２ 水 煤浆 气化 技术 水煤 浆 气 流 床 气 化 对 煤 质 的 要 求 是 成 浆 性
开封 晋开 集 团化工 公 司 、 １台在 山东 瑞 星 集 团都 已
中国石化 和华 东 理 工 大 学 开 发 的东 方 炉 属 于 顶置 式 单 喷 嘴 技 术 。但 其 喷 嘴 结 构 做 了 较 大 改 动， 喷嘴 的外 层 为 气 化 剂 ， 内层 为 粉 煤 ， 形 成 气 包
经工业 化 运行 。ＧＳ Ｐ技术 ５台 １ ８ ０ ０ ｔ ／ ｄ气 化 炉在 宁夏 神华 宁煤 项 目上 取 得 了成 功 ， 单 炉 连 续 运 行 最长 达 到 ９ ５天 ， 各 炉平 均运行 达到 ７ ０天 左 右 。
正在 开发激 冷 流程 的煤气化 工艺 。
除壳 牌 公 司 粉 煤 气 化 技 术 外 ， ＨＴ、 ＧＳ Ｐ 和
Ｃ Ｃ Ｇ技 术 在 国内都 取得 了 大规模 炉 型 的商业 化成
第 ４期
戴厚 良， 等． 煤 气 化 技 术 发 展 的现 状 和 进 展
３
功 。在 过 去 ＨＴ 技 术 ７ ５ ０ ｔ ／ ｄ气 化 炉 成 功 运 行 的 基础上， 开发 的 １ ５ ０ ０ ｔ ／ ｄ粉 煤 气 化 炉 ４台 在 河 南
好， 成浆 浓 度 一 般 大 于 ６ ０ ， 煤 的 灰 熔 点 不 能 太
１ ２ ０ ０ ｔ ／ ｄ气 化炉 也 取得 了工业 化 的成 功 运 行 。不 同于 壳牌 公 司技 术 ， 这 ３种 技 术 都 是 使 用 激 冷 流
采取 对煤 烧 嘴 更 好 的保 护 措 施 ， 保 持 煤 粉 输 送 系 统 的稳定 ， 通 过 对 煤 质 的认 真 分 析 和 采 用 配煤 技 术， 使 气化 炉运行 周期 越 来 越 长 ， 一 般 运行 周 期 能 达到 １ ０ ０天 以上 ， 如果 控制好 煤 的质 量 指标 如灰 熔 点、 灰分等 ， 有 的装置 Ｂ级运行周期达 到了 ３ ０ ０天 。 壳 牌炉 的最大 特点 是 设有 ４ ～ ６个 烧 嘴 ， 且 在 炉 体 内呈 切 圆式 分 布 ， 火 焰 分 布 好 。优 点 一 是 气
其转 化成燃料 和化学 品的过程工业 。煤化 工技术 主
加 工煤种 和产 品需 求 ， 确 定气 化 技术 的类 型 。本文 力 求对各种 气化 的技 术特点及适用 性进行分析 。 煤 的气 化技 术 分 类 方 法 较 多 。按 床 型可 分 为 固定床 、 流 化床 和气 流 床 ； 按 进 料 方 式 可分 为 水 煤 浆、 干粉 煤 和块 （ 碎） 煤； 按炉 壁 保 护 方式 可分 为 水 冷壁、 保 温砖 和混合 保 温 （ 水 冷 壁 加 保 温砖 ） ； 按 合 成 气 的冷 却 和 热 量 的 回 收 流程 可 分 为 激 冷 、 全 废 锅 和半废 锅 流 程 ； 按 烧 嘴 布 置 划 分 可 分 为 单 烧 嘴
主， 在 氧气 消耗之 后 气化 产物 发 生碳 的各 种转 化 反
应， 最终形成 以 Ｃ Ｏ和 Ｈ 为主要成 分的合成气 。煤
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４ ０ １ — ２ ７ 。
作 者 简 介 ：戴 厚 良， 博士， 教 授 级 高 级 工程 师 ， 现 任 中 国石 油 化
工 集 团公 司 科 学 技 术 委 员 会 主 任 。
通讯联系人 ： 周 晓刚， Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ： ｚ ｈ ｏ ｕ ｘ ｇ ＠ｓ ｉ ｎ ｏ ｐ ｅ ｃ ． ｃ ｏ ｍ。
程 。高 温下 ， 气 化剂 与 煤 的有 机 物 分 子 、 热解 产 物
和终 极 产 物 （ Ｈ。和 Ｃ Ｏ、 Ｃ Ｏ ） 以 发 生 燃 烧 反 应 为
２
关键词 ： 煤气化
气流床
水煤浆
固定 床
水 冷壁
合 成 气

２ Ｏ世纪末 期 以来 居 高不 下 的 原 油 价 格 ， 大 力 推 动 了 国 内外 企 业 对 煤 化 工 技 术 的研 发 ， 特 别 是 由于 中 国“ 贫 油、 少气 、 多煤” 的资源禀赋 特点 ， 使 新 型煤 化工 技术 产 业 化 在 中 国取 得 了突 破 性 的 进 展 。相 对 于传 统 的 煤 焦 化 、 煤 制 电石 和 煤 制 合 成 氨 工业 ， 新 型煤 化工 是 以煤 为 原 料 ， 经化 学 加 工 使
Ｈｚ ） 体积 分数 达到 ９ Ｏ 。与 水 煤 浆 气 化 工 艺 相 比， 氧耗 低 １ ５ ～２ ５ ， 可 降低 配套 空气 分 离 装 置 投 资和运 行费 用 ； 热效率高， 煤气 化 的冷 煤 气效 率
可 以达 到 ８ Ｏ ～８ ３ ９ ／ ６ ， 其余 约 １ ５ 副产 高 压 或 中
石 特 约 综 述
油
炼
制
与
化
工
ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ Ｐ Ｒ０ＣＥＳ Ｓ Ｉ ＮＧ ＡＮＤ Ｐ ＥＴＲＯＣＨＥＭ Ｉ ＣＡＬＳ
２ ０ １ ４年 ４月 第４ ５卷 第 ４期
煤 气 化 技 术 发 展 的现 状 和 进 展
戴 厚 良 ，何 祚 云。
（ １ ．中 国石 油 化 工 集 团 公 司 ，北 京 １ ０ ０ ７ ２ ８ ；２ ．中 国 石化 长 城 能 源 化 工 有 限 公 司 ）
和 多烧 嘴技 术 ； 按 气 化 温 度 又 分 为 高 温 气 化 和 低
要包 括煤 的气化 、 合成 气 的加工 和 以 甲醇为原 料 的 下游产 品生产 。其 中煤气 化技术是新 型煤化 工行 业 发展 的基础 和关 键 ， 在一个 具体项 目中起龙 头作 用 。
与石油相 比， 煤有更 加非均质化 的特点 ， 加上 煤气 化
表 １ 各 种 气 化 技 术 分 类 的 关 系
１ 气 流 床 气 化 技 术
煤 粉 或水煤 浆 与 过热 气 化 剂 通 过 特 殊 喷 嘴 高
速 同 向或 并 流 喷 入 气 化 炉 内 ， 在 极 短 的 时 间 内 完 成 升温 、 裂解、 燃 烧 及转 化 等 一 系 列 物 理 和 化 学 过
焰罩 泄漏 造成堵 渣 、 渣 口和渣 池 堵塞 、 高 温高 压 陶 瓷过 滤器元 件破 损 、 人 口三通 腐 蚀 和磨 蚀 、 过 滤 器 堵塞 等方 面 ； 合 成气 冷却 器 十 字 架积 灰 、 积 灰 超 温
以及 对后 工 序 影 响 。根 据 多 厂 长 期 的运 行 经 验 ，
摘
要： 煤 气 化 技 术 是 新 型 煤 化 工 的 基 础 和关 键 ， 煤 气 化 技术 的 选 择 应 用 对 煤 化 工 项 目综 合 能 效 和 运 行 稳
定 性 起 至 关 重 要 的作 用 。按 床 层 分 类 对 气 化 技 术 进 行 描 述 ， 介 绍 了 工 业 化 应 用 最 多 的 固 定 床 技 术 和 气 流 床 技 术 。 分 析 了粉 煤 、 水煤 浆气 流 床 气 化 技 术 和 固渣 、 熔 渣 固定 床 气 化 技术 的 特 点 及 适 用 性 ， 提 未 来 煤 气 化 技 术 的 发 展 趋 势 及 煤 气 化 技 术 选 择 应 用 的建 议 。
温 气化 ； 按气 化压力 又 分为 高压 、 低压 和 常压 气化 。 以下 主要 按床 层分 类 对气 化技 术 进行描 述 ， 只对 工 业化最 多的两类气 化技术 固定床技术 和气 流床技 术 进行分析 。表 １ 描 述 了各种 气化技术分类 的关系 。
过程具 有 以固相 为 主及 气 固液 三相 共 存 的特 点 ， 因 而煤 气化 技 术 非 常 复杂 。在 技术 选 择 时 往 往根 据