國內(nèi)外煤氣化技術(shù)概況

(1)國外煤氣化技術(shù)概況

以煤為原料的氣化方法主要有移動床、流化床和氣流床等。

a、移動床氣化技術(shù)

移動床氣化技術(shù)較為先進的有魯奇（Lurgi）氣化技術(shù)。該技術(shù)雖然能連續(xù)加壓氣化，但由于氣化溫度低，生成氣中甲烷含量大，同時生成氣中含苯、酚、焦油等一系列難處理的物質(zhì)，凈化流程長；尤其是該技術(shù)只能用塊煤不能用粉煤，因而原料利用率低，大量篩分下來的粉煤要配燃煤鍋爐進行處理。

此技術(shù)經(jīng)過英國煤氣公司和魯奇公司于二十世紀(jì)七十年代聯(lián)合開發(fā)，開發(fā)出一種新爐型（BGL氣化爐），將魯奇爐固態(tài)排渣改為熔融排渣，同時提高了氣化反應(yīng)溫度，提高了塊煤中粉煤的利用率，氣化效率和氣體成分有了很大改進，廢水排放量及組分減少，污染問題也有所改善。現(xiàn)有一臺工業(yè)示范爐在德國黑水泵廠運行，用于處理城市垃圾，所用原料為各種城市垃圾、廢塑料和煙煤。

BGL氣化爐氣化壓力為2.0～4.0MPa，氣化溫度約為550℃。

我國云南解放軍化肥廠于2004年引進了一臺BGL氣化爐，氣化爐直徑約為φ2800mm。

b、流化床氣化技術(shù)

流化床氣化技術(shù)主要有德國溫克勒（Winkler）流化床粉煤氣化技術(shù)。該技術(shù)壓力較低，建有生產(chǎn)燃料氣的裝置，目前沒有生產(chǎn)合成氣的裝置。

c、氣流床氣化技術(shù)

氣流床氣化技術(shù)有美國GE公司水煤漿加壓氣化（GEGP）技術(shù)、荷蘭殼牌謝爾（Shell）粉煤加壓氣化技術(shù)、德國未來能源公司GSP粉煤氣化技術(shù)。

(2)國內(nèi)氣化工藝技術(shù)概況

a、固定床氣化

固定層間歇氣化技術(shù)，該工藝以無煙煤為原料，采用空氣和蒸汽作為氣化劑；投資低，技術(shù)成熟，目前我國小氮肥、小甲醇廠90%以上采用該工藝生產(chǎn)。

該技術(shù)氣化效率低，單爐產(chǎn)氣量少，常壓間歇氣化，吹風(fēng)過程中放空氣對環(huán)境污染嚴(yán)重，每噸合成氨的吹風(fēng)放空氣量達2800～3100立方米。該技術(shù)在國外已被淘汰。

國內(nèi)固定床氣化還有富氧連續(xù)氣化技術(shù)，雖然該技術(shù)連續(xù)氣化無吹風(fēng)氣排放，污染較少，但只能采用焦炭或無煙煤作原料，原料價格高；且生成氣中氮氣含量高，不適合作合成甲醇的原料氣。

b、流化床氣化

國內(nèi)流化床氣化主要有中科院山西煤化學(xué)研究所開發(fā)的灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)，該技術(shù)可用多種煤質(zhì)作原料，如煙煤、焦炭、焦粉等，使用粉煤在1100℃下氣化，固體排渣，無廢氣排放。該技術(shù)工業(yè)示范裝置已于2001年在陜西城固氮肥廠建成，小時耗煤量4O.2噸。其煤種適應(yīng)性廣，操作溫度約為1000℃，反應(yīng)壓力為0.03MPa(G)。氣化爐是一個單段流化床，結(jié)構(gòu)簡單，可在流化床內(nèi)一次實現(xiàn)煤的破粘、脫揮發(fā)份、氣化、灰團聚及分離、焦油及酚類的裂解。帶出細(xì)粉經(jīng)除塵系統(tǒng)捕集后返回氣化爐，再次參加反應(yīng)，有利于碳利用率的進一步提高。產(chǎn)品氣中不含焦油，含酚量低。碳轉(zhuǎn)化率為90%。主要的缺點是合成氣中（CO+H2）為68～72%，有效氣體成分較低，其次是氣化壓力低、單爐產(chǎn)氣量小。

c、恩德粉煤氣化

恩德粉煤氣化技術(shù)，適用于灰分不大于40%的褐煤、長焰煤、不粘或弱粘結(jié)的煤粉（0～10mm）。氣化劑采用蒸汽和富氧，富氧分為兩段加入氣化爐，在常壓下進行氣化反應(yīng)，反應(yīng)溫度為1000～1100℃，固態(tài)排渣，無廢氣排放。氣化爐無爐篳，空筒氣化，操作可靠，氣化爐運轉(zhuǎn)率可達92%。單爐產(chǎn)氣量有10000Nm3/h，20000Nm3/h，40000Nm3/h等。合成氣（CO+H2）為62～65%，CO2為27～28%，其它為惰性組分。由于氣化劑為富氧，故合成氣中氮氣含量高，故此合成氣適用于作為合成氨原料氣。主要的缺點也是有效氣體成分較低、且含氮高，不適合作甲醇合成氣。氣化壓力低、單爐產(chǎn)氣量小。

d、氣流床氣化

我國煤氣化技術(shù)科研人員經(jīng)過多年努力研究，開發(fā)出了具有中國知識產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)，即華東理工大學(xué)同兗礦集團等單位合作開發(fā)的水煤漿多噴嘴撞擊流氣化技術(shù)，該技術(shù)氧耗、煤耗比GE氣化技術(shù)低，碳轉(zhuǎn)化率可達98％，有效氣體成分（CO＋H2）81～85％，這些指標(biāo)均比GE氣化技術(shù)高。該技術(shù)中試裝置經(jīng)過72小時考核，通過了科技部組織的評審和驗收，取得了多項國家專利。德州華魯恒升公司大氮肥國產(chǎn)化工程及兗礦國泰化工有限公司均采用了該技術(shù)，兩項目分別于2004年12月和2005年7月投料試車。經(jīng)過2年多的運行，該技術(shù)已成熟。

原化工部臨潼化肥研究所（現(xiàn)西北化工研究院）早在60年代末就已開展水煤漿純氧氣化的研究，70年代初建立日處理原料煤50噸的氣化裝置。從水煤漿制備、純氧氣化、灰水處理等試驗中取得工藝流程、工藝參數(shù)確定、設(shè)備材料的選擇、自動控制，軟件開發(fā)等工程數(shù)據(jù)。本世紀(jì)初西北化工研究院又開發(fā)出了以煤、石油焦、石油瀝青等含碳物質(zhì)和油（原油、重油、渣油等）、水、添加劑等經(jīng)優(yōu)化混配形成多元料漿氣化技術(shù)，已成功地應(yīng)用于油氣化裝置的改造，并建有工業(yè)化裝置，如浙江豐登公司年產(chǎn)3萬噸合成氨、浙江巨化年產(chǎn)6萬噸合成氨和山東華魯恒升公司年產(chǎn)30萬噸合成氨裝置等，其他采用該項技術(shù)的幾套大型煤化工裝置也正在實施中。該技術(shù)部分設(shè)備已獲得國家專利。

本世紀(jì)初該院又開發(fā)了焦煤、水、添加劑的混合煤漿氣化技術(shù)，已成功地應(yīng)用于油氣化裝置的改造，建有工業(yè)化裝置，該技術(shù)部分設(shè)備已獲得國家專利。

(3)煤氣化技術(shù)的選擇

根據(jù)180萬噸甲醇產(chǎn)量，日處理原料煤量約為10020噸（收到基），因此煤氣化技術(shù)應(yīng)選當(dāng)今世界上較為先進的氣流床工藝技術(shù)。

氣流床工藝技術(shù)包括GE水煤漿氣化、Shell粉煤氣化、GSP粉煤氣化、國內(nèi)多噴嘴撞擊流水煤漿加壓氣化工藝、西北化工研究院多元料漿加壓氣化工藝等。

a、GE煤氣化技術(shù)

GE氣化技術(shù)為原煤加入一定量的水，通過棒磨機制成約60-65%的水煤漿，水煤漿經(jīng)高壓煤漿泵加壓送至氣化爐，與自空分來的高壓氧氣進行部分氧化反應(yīng)制得合成氣。

氣化爐中水煤漿與氧發(fā)生如下主要反應(yīng)：

CmHnSr+m/2O2—→mCO+（n/2-r）H2+rH2S

CO+H2O—→H2+CO2

氣化反應(yīng)在氣化爐反應(yīng)段瞬間完成，生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S、COS、微量的NH3等氣化氣。

氣化過程中，煤炭中的硫元素、鹵元素（Cl、P）、氮元素分別生成硫化物（H2S、COS）、Cl2、N2、及痕量的NH3、HCN。

煤炭的高溫氣化，使煤中的灰份變成玻璃狀不可瀝濾的爐渣而排出。

氣化爐無轉(zhuǎn)動部件，氣化工藝有廢鍋、半廢鍋、激冷三種流程。該技術(shù)具有以下優(yōu)點：

氣化壓力適用性廣，一般有2.7MPa、4.0MPa、6.5MPa、8.7MPa。

單臺爐處理煤量大，單臺爐最大日處理煤量2000噸，生產(chǎn)能力高；

氣化技術(shù)成熟。制備的水煤漿用隔膜泵來輸送，操作安全又便于計量控制。氣化爐為專門設(shè)計的熱壁爐，為維持1300～1350℃溫度下反應(yīng)，燃燒室內(nèi)由多層特種耐火磚砌筑。

有效組分（CO+H2）含量約為80%以上，甲烷量<0.1%。碳轉(zhuǎn)化率96～98%。冷煤氣效率70～76%，氣化指標(biāo)較為先進。由于水煤漿中含有35～40%水分，因而氧氣用量較大。設(shè)備國產(chǎn)化率可達95%，國內(nèi)技術(shù)支撐率高。

三廢量小，污染環(huán)境輕，廢渣可做水泥原料。

投資較低，工程建設(shè)時間短。

該技術(shù)在世界上已有多套裝置運行，在我國有7套裝置運行。

GE氣化技術(shù)有三種流程，即激冷流程、半廢鍋流程和廢鍋流程。國內(nèi)外目前在運行的絕大多數(shù)都采用激冷流程，采用廢鍋流程目前在運行中的工業(yè)裝置只有美國TECO電力公司POLK的IGCC裝置，日處理煙煤2000噸，此外，國內(nèi)寧夏有一套采用廢鍋流程的裝置正在建設(shè)。半廢鍋流程目前尚在工程設(shè)計階段，還沒有工業(yè)裝置在運行。

b、Shell氣化技術(shù)

Shell氣化技術(shù)是荷蘭謝爾公司多年開發(fā)的一種先進的氣化技術(shù)，該技術(shù)采用純氧、蒸汽氣化，干粉進料，水分含量低于2%，氣化溫度達1400～1600℃，碳轉(zhuǎn)化率達99%，有效氣體（CO+H2）達90%以上，液態(tài)排渣，采用特殊的水冷壁氣化爐，使用壽命長。采用廢鍋流程，可副產(chǎn)高壓蒸汽。采用干粉氣化，氧耗量較低。但需要氮氣密封，氣化壓力不能太高，最高為4.0MPa；氣化爐（帶廢鍋）結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大；設(shè)備費較高。

Shell氣化技術(shù)特點：

氣化溫度高，一般在1400～1600℃，碳轉(zhuǎn)化率高達99%。煤氣中甲烷含量極少，不含重?zé)N，CO+H2達到90%。

氧耗相對較低，采用干煤粉進料與水煤漿氣化相比不需在爐內(nèi)蒸發(fā)水分，氧氣用量因而可減少15～25%。

氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，無耐火磚襯里。

熱效率高。Shell煤氣化的冷煤氣效率達到78～83%，其余約15%的余熱副產(chǎn)高壓或中壓蒸汽，總的原料煤的熱效率達98%。

由于采用氮氣密封，氣化壓力不能太高，最高為4.0MPa，若甲醇合成采用6.5MPa壓力，則新鮮合成氣需經(jīng)壓縮增壓后才能進入甲醇合成系統(tǒng)。此外，由于Shell氣化的合成氣中惰性氣體組分含量高（約為5%），使合成回路循環(huán)壓縮機工耗增加，建議采用CO2輸送煤粉。

對環(huán)境影響小。氣化過程無廢氣排放。系統(tǒng)排出的融渣和飛灰含碳低，可作為水泥等建筑材料，堆放時也無污染物滲出。氣化污水不含焦油、酚等，容易處理，需要時可作到零排放。

該技術(shù)國內(nèi)技術(shù)支撐率低、投資高、工程建設(shè)周期較長。

c、GSP粉煤氣化技術(shù)

GSP氣化技術(shù)是德國未來能源技術(shù)公司多年開發(fā)的一種水冷壁氣化技術(shù)，氣化溫度1400～1600℃，碳轉(zhuǎn)化率大于99%，有效氣體（CO+H2）約為90%以上，液態(tài)排渣，采用特殊的水冷壁氣化爐，無耐火材料襯里，使用壽命較長。正常使用時維護量少，運行周期長。氣化產(chǎn)生的高溫氣體采用激冷流程，設(shè)備費較低，但專利費較高。氣化燒嘴半年檢修一次，氣化爐可不需備用爐。該工藝技術(shù)1979年在其技術(shù)中心建設(shè)了3MW的中試裝置；1986年在德國黑水泵建設(shè)了130MW的工業(yè)化示范裝置，前5年試燒了多種煤種，累計操作時間7226小時，其后該裝置沒有用煤作原料；1996年在其技術(shù)中心建設(shè)了5MW的中試裝置；2001年在英國建成了30MW的工業(yè)裝置；2005年在捷克建設(shè)了140MW的工業(yè)裝置。上述裝置中，除了德國黑水泵工廠累計7226小時用煤作原料，其它裝置均未使用煤作原料。

GSP煤氣化工藝流程為：由磨煤及干燥裝置來的粉煤，粒度為≤100μm，水分≤2%，與高壓氧氣及水蒸汽一起進入GSP氣化爐，氣化爐分為燃燒室和激冷室，在燃燒室進行氣化反應(yīng)，燃燒室操作溫度約為1500℃。燃燒室為水冷壁結(jié)構(gòu)，其中冷卻水壓力高于氣化壓力，冷卻盤管外側(cè)裝有密集的銷釘，用以固定碳化硅涂層，其表面溫度低于液渣的流動溫度，形成液膜保護耐火層。

氣化產(chǎn)生的粗煤氣和熔渣并流從燃燒室下部進入激冷室，在激冷室高溫氣體被循環(huán)的高壓灰水冷卻至200℃離開激冷室進入文丘里洗滌器，然后氣體進入冷卻冷凝器冷卻至195℃，產(chǎn)生的粗煤氣（含塵量≤1mg/Nm3）送至后續(xù)工段。

氣化爐工藝燒嘴為三通道式，中心管為燃料氣，其次為氣化劑（氧氣及水蒸汽），最外層為煤粉。對于日處理煤量750噸的氣化爐，工藝燒嘴煤粉進料口有3個，氣化劑進料口有3個，工藝燒嘴半年檢修一次，一年更換一次，更換時可根據(jù)磨損情況只更換燒嘴前半部分。

GSP氣化特點：

·水冷壁的氣化反應(yīng)器使用壽命可以超過10年

·干粉氣化，有效氣體成分（CO+H2）高，可達90%以上

·干粉氣化，碳轉(zhuǎn)化率高，一般為99%。

·單位有效氣體氧氣消耗低，比水煤漿氣化氧耗低20～25%，降低空分裝置投資

·氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，開車時間短，操作簡單，開工率可達95%

·不用替換燒嘴情況下可進行氣化爐的開停車操作

·高溫氣體采用激冷流程冷卻得到高水氣比的粗合成氣，滿足后續(xù)變換反應(yīng)的需要，簡化了流程設(shè)計。

·干粉氣化，碳轉(zhuǎn)化率高，一般為99%。

·單臺氣化爐日處理煤量可達2000噸。

·中國目前正在建設(shè)工業(yè)裝置，國內(nèi)技術(shù)支撐較低，專利費用高。

d、多噴嘴撞擊流氣化技術(shù)

該技術(shù)氧耗、煤耗比GE氣化技術(shù)低，碳轉(zhuǎn)化率可達98％，有效氣體成分（CO＋H2）81～85％，這些指標(biāo)均比GE氣化技術(shù)高。該技術(shù)中試裝置經(jīng)過72小時考核，通過了科技部組織的評審和驗收，取得了多項國家專利。德州華魯恒升公司大氮肥國產(chǎn)化工程及兗礦國泰化工有限公司均采用了該技術(shù)，兩項目分別于2004年12月和2005年7月投料試車。經(jīng)過2年多的運行，該技術(shù)已成熟。目前國內(nèi)另有魯南化肥廠、江蘇靈谷化工有限公司、滕州鳳凰化肥有限公司、江蘇索普（集團）有限公司、寧波萬華聚氨酯有限公司、寧煤集團等企業(yè)選擇采用了多噴嘴氣化技術(shù)。

綜合上述各種煤氣化工藝技術(shù)特點比較，結(jié)合低灰、低灰熔點（1250℃）的低硫煤，可供選擇的技術(shù)有GE氣化技術(shù)和多噴嘴撞擊流氣化技術(shù)。

多噴嘴撞擊流對置式水煤漿氣化技術(shù)是我國多個科研、設(shè)計、生產(chǎn)、制造部門共同開發(fā)研究成功的具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的水煤漿氣化技術(shù)，已在較大型的工業(yè)化裝置中成功應(yīng)用。工業(yè)化實踐證明，其主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)優(yōu)于GE水煤漿氣化技術(shù)，技術(shù)成熟，穩(wěn)妥可靠，投資省，風(fēng)險少，故推薦作為本可研報告的水煤漿加壓氣化工藝技術(shù)方案。

(4)氣化流程選擇

水煤漿氣化工藝流程有兩種：激冷流程和廢鍋流程，廢鍋流程可產(chǎn)生高壓蒸汽，但由于氣化氣溫度高、帶有大量煤渣，對廢鍋有磨蝕沖刷，設(shè)備材質(zhì)要求高，一次投資及維修費用較大；激冷流程是在氣化爐內(nèi)將氣體用水激冷降溫的同時，洗滌除塵，出氣化爐的氣體帶有大量的水蒸汽，在變換工段不再補加蒸汽；由于出氣化爐氣體溫度較低，使氣化設(shè)備投資較低，維修工作量較少；化工裝置中氣化還配套一氧化碳變換，因此采用激冷