煤气化系列技术的开发和应用

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·特约专稿·

煤气化系列技术的开发和应用

亢万忠

（中国石化集团宁波工程公司， 浙江宁波 315103）

摘 要 与水煤浆气化技术相比，粉煤气化具有能耗低、煤炭利用率高的特点，而碎煤气化是充分利用褐煤资源的重要途径。

重点介绍了自主开发的单喷嘴粉煤气化技术、新型余热回收式粉煤气化技术和生物质/碎煤气化技术，分析了3项技术的特点、流程配置、适宜规模、可靠性等关键的技术属性。分析介绍了脱油沥青气化、气态烃气化等工艺技术的应用情况，并对气化下游的CO 变换、低温甲醇洗、合成天然气、合成甲醇等技术的最新进展情况进行了说明。

关键词 煤气化； 系列技术； CO 变换； 甲醇洗； 甲醇； 天然气

中国能源结构的特点是多煤、少油、少气，因此我国发展煤化工具有广阔的前景。宁波工程公司长期从事煤气化及其产业链的技术研究和推广应用，是目前国内具有不同气化技术工程业绩最多的工程公司，先后完成了GE 水煤浆、Shell 粉煤、西安热工院两段式粉煤、西北化工研究院多元料浆水煤浆、鲁奇碎煤等不同气化技术的装置建设，开发了以不同原料（以煤为主）气化为基础的合成气制备技术及其下游的产品链技术，如合成氨、甲醇、二甲醚、合成天然气等。通过与华东理工大学、上海锅炉厂等单位密切合作，目前已成功开发出了两

种粉煤气化技术和一种生物质/碎煤气化技术（SCG 气化技术）。

目前，宁波工程公司已经形成了以粉煤气化、水煤浆气化、气态烃（天然气、煤层气、焦炉气）气化和脱油沥青气化为龙头，集成劣质混合原料气化和生物质气化为一体的多原料、多规模、多产品选择的合成气制备技术群，该技术群可满足生产化肥、炼厂制氢、甲醇、二甲醚、醋酸、醋酐、合成油、IGCC、SNG 等领域工程项目建设的需要。

1 主要煤气化技术开发应用情况

图1 单喷嘴冷壁式粉煤加压气化技术工艺流程图

煤粉制备

气化

初步净化与渣水处理

供料与输送

成熟技术 关键技术 核心技术成熟技术

1.1单喷嘴粉煤气化技术

单喷嘴粉煤气化技术是针对化工合成气制备工艺特点，采用干煤粉加压气化激冷流程。核心设备是单喷嘴水冷壁式气化炉－“东方炉”，其结构简单、造价低；针对合成气最终产品是羰基合成气或合成氨可以CO2或N2为输送煤粉载气；合成气初步净化采用简单、成熟的激冷流程，投资低，工艺成熟，更适合化工生产。单台气化炉用煤能力750～1500t/d、负荷范围60%～120％；气化配套的粉煤制备及加压输送、气体激冷、排渣及渣水处理系统在国内已有成功的操作管理和运行经验，技术成熟可靠。该技术具有投资省、运行可靠性高、连续运行周期长、对煤种的适应性广、气化技术指标先进、消耗较低及运行费用低的特点。

“单喷嘴冷壁式粉煤加压气化技术”现应用于中海油内蒙古天野化工和华鹿集团两套350kt/a合成氨项目。

1.2 新型余热回收式粉煤气化技术

新型余热回收式粉煤气化技术是针对IGCC系统特点，由华东理工大学、宁波工程公司&宁波技术研究院、上海锅炉厂组成产学研研发团队，在充分消化吸收的基础上，通过对成熟单元技术的集成，自主研发完成了“2000t/d煤IGCC配套新型余热回收式粉煤加压气化技术”，以此支撑自主产权IGCC产业化发展。

新型余热回收式粉煤气化技术是在成熟单元技术（辐射废锅技术、对流废锅技术、循环合成气激冷技术）基础上，通过系统优化形成的。气化炉系统采用“多喷嘴粉煤气化炉－部分激冷－辐射废锅＋对流废锅”模式。实现了辐射传热效率高、激冷气量消耗少、合成气中的飞灰夹带量少、操作控制可靠、降低设备投资与运行费用等目标。该技术的技术性能指标先进，以设计煤种（神木煤）为例，有效气成分90.4%，碳转化率>99%，比氧耗296 m3/1000m3（CO+H2），比煤耗536 kg /1000m3（CO+H2），冷煤气效率82.4%。

“2000t/d煤IGCC配套新型余热回收式粉煤加压气化技术”已通过了由上海市科委组织的专家评审，现正在基于上海电力建设2x400MW级IGCC项目的要求，编制3000t/d煤规模的气化技术方案。

图2 新型余热回收式粉煤加压气化技术的工艺流程图

1.3SCG生物质气化技术

宁波工程公司在2007年着手开展碎煤和生物质气化技术的开发工作。研发工作主要借鉴了国外相关的生物质气化研究成果，并结合宁波工程公司自身在鲁奇Mark－IV工程实践中的经验，在大量调研的基础上于2007年3月提出了生物质气化炉模型，2007年5月通过了气化炉安全性评估。在2008年12月完成了生物质气化制合成气技术中试工艺包，并通过了专家评审，被命名为SCG(Sinopec Carbon Gasfication)技术。

多喷嘴粉煤气化炉

辐射废锅

对流废锅

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SCG技术采用两级气化以处理生物质气化中形成的烯烃、焦油和高沸点化合物。SCG生物质气化工艺包包括原料气化、气化气激冷、非催化部分氧化、焦油分离、渣处理等主要工艺单元。该技术按照任何比例非碎煤和生物质进料进行设计，可被用于煤制天然气SNG需的“块煤”气化。目前，已确定在南化公司进行4000t/a中试试验，水、电、汽、氧等公用工程条件已落实，正在进行中试试验设计。

图3 SCG生物质气化技术工艺流程配置图

1.4 其他气化技术及工程业绩

1.4.1 脱油沥青气化技术

宁波工程公司和华东理工大学联合研发团队于1998年解决了Shell渣油气化烧嘴的烧损问题，研制出了具有自主知识产权的渣油气化烧嘴；2003年在九江分公司成功进行了渣油掺烧炼厂干气试验并获得成功，开发了油气联合气化烧嘴；2004年，在九江分公司进行了渣油改脱油沥青的原料技术改造获得成功。

随着2008年九江分公司脱油沥青拔出率提高到50%以上后，气化炉烧嘴运行寿命明显变短，2008年全年烧嘴累计损坏22次，最短运行周期7d，平均使用寿命30d。气化烧嘴频繁损坏成为化肥装置长周期运行的“瓶颈”，严重制约装置的安稳长满优运行和技术经济指标。2009年2月由宁波工程公司、华东理工大学和九江分公司联合攻关，研制了I型和II型两种“高拔出率劣质脱油沥青气化烧嘴”，其中I型气化烧嘴成功操作运行253d，II型气化烧嘴成功操作30d（无任何烧损）后装置停产。形成的具有自主知识产权的高拔出率脱油沥青气化烧嘴技术性能指标达到国际先进水平，为充分利用有限的原油资源奠定了气化技术基础。

1.4.2 气态烃（天然气、煤层气、焦炉气等）气化技术

宁波工程公司与华东理工大学联合团队分别于2002年、2003年采用自主研发的天然气气化成套技术实现了中国石油兰州石化公司、中海油内蒙古天野化工两套300kt/a合成氨装置原料‘渣油改天然气’技术改造并获得成功，形成了气化专利7项（其中3项发明专利），配套的合成气净化（低温甲醇洗）发明专利4项，专有技术3大类15项。

该技术基于气化过程传递控制的原理，开发了新型天然气非催化部分氧化烧嘴；基于烧嘴与流场匹配的思想，提出了新的气化炉拱顶隔热衬里设置结构型式；开发了天然气非催化部分氧化新流程、自动控制及安全联锁保护系统，保证了装置的安全稳定运行，形成了具有自主知识产权的气态烃非催

化部分氧化制合成气成套技术。该技术可为我国大

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