国内合成氨与甲醇的煤气化技术发展现状国内合成氨与甲醇的煤气化技术发展现状刘卫平刘卫平 （山东红日阿康化工股份有限公司， 山东临沂市 276021） 摘 要： 介绍了我国主要的煤气化技术发展状况，不同煤气化技术的工艺特点，各技术的优势及不足 提出了在煤气化技术的选择方面应注意的几个主要方面 关键词：煤气化，固定床，流化床，气流床，恩德炉，灰熔聚，德士古，Shell，水煤浆 一 序言 国内的合成氨与甲醇工业经历了多年的发展，目前在原料的采用上有煤、天然气、焦炉气等多种原 料，同时由于我国能源特点是缺油少气，煤炭资源相对丰富，因此煤在国内合成氨和甲醇工业原料中仍 占据主导地位 对于煤气化炉类型，目前主要有固定床、流化床和气流床三种，对于不同的炉型，相应的有固定床 间歇气化炉、灰熔聚、德士古、恩德炉等多种造气方式，不同造气方式均有各自不同的特点，在国内也 有不同厂家采用，下面进行具体介绍 二 国内煤气化技术概况 ㈠ 固定床间歇气化（UGI） 1 技术概况 这是我国采用最早的煤气化方式，也是目前在国内甲醇与合成氨装置中应用最普遍的一种造气方式， 占目前合成氨生产能力的 70％以上。
经过多年的发展，该技术已经基本成熟，且装置已经完全国产化 固定层间歇气化造气系统，主要包括原料煤的配置、造气、气体净化除尘、废热回收等装置生产 工艺为常压间歇气化，每个造气循环主要由吹风、上吹、下吹、二次上吹、吹净五部分组成，循环时间 一般在 120－150 秒之间根据不同的控制工艺可生产成分不同的水煤气和半水煤气该技术采用固态排 灰方式，由于采用空气作为氧化剂，碳利用率较低，入炉蒸汽分解率，低灰渣含碳量较高，一般在 20％ 左右因为是常压间歇制气，单台设备生产能力较低，根据炉子规格不同，单台设备产气量在4000Nm3／h－12000 Nm3／h 之间，所产煤气有效气含量在 60％－85％之间 该造气方式采用山西无烟块煤为原料，要求块煤粒度在 20－80mm 之间，水分含量＜8％，目前在国 内有 600 家以上企业采用该技术 2 技术的优势与不足： 该技术投资小，建设周期短，这是该技术最大的优点，由于采用空气与碳反应，省去了昂贵的空分 装置，使该技术投资是目前所有煤气化技术中最低的，一般 10 万吨合成氨装置所需的煤气化系统投资在 3000 万左右，从而生产成本的折旧费用降低低 由于采用无烟块煤为原料，而该煤种价格较高，来源受到限制，同时原料利用率低，能耗高，使生 产成本较高，这也是该技术的最大不足。
造气采用常压、间歇气化，使装置大型化受到限制，同时由于设备连续运行时间短，使装置检修工 作量大，而且一般采用两台或以上的备用炉 装置环境污染较大，现场粉尘量较大，操作环境差，工艺相对落后㈡ 恩德炉 1 技术概况 恩德炉粉煤流化床气化技术是朝鲜咸竟北道恩德郡的七七化工厂在原温克勒粉煤流化床气化炉的基 础上，逐步改进和完善的一种煤气化工艺该煤气化技术由辽宁恩德工程建设有限公司 90 年代引进中国， 该炉型以粉煤为原料，采用不同的气化剂，可生产空气煤气、半水煤气和水煤气，分别用于工业加热炉 煤气、民用燃料和化工合成气目前该装置已经全部做到国产化 恩德炉的造气系统，主要包括原料煤配置、造气、气体的初步净化以及配套的空分装置构成生产 工艺为常压气化，操作温度在 900－1000℃之间，采用固态排灰方式，灰渣含碳量＜10％，所产煤气有效气含量为 65％－70％对于气量 40000Nm3／h 的装置，如果采用一台造气炉，整套煤气化系统投资约 8000 万，其中恩德炉投资约 3200 万，空分系统投资 3000 万如果采用 2 台 20000Nm3／h 的造气炉，整 套系统投资约 9000 万 该技术采用的原料主要是褐煤、长焰煤、不粘性和弱粘性烟煤，要求煤的灰分小于 25%～30%，灰熔 点高（ST 大于 1250℃） 、低温化学活性好（在 950℃时，应大于 85%，1000℃时，应大于 95%） 。
该设备目前生产能力主要有 10000Nm3／h、20000Nm3／h、40000Nm3／h 三种，考虑到设备的检修对装 置运行稳定性的影响，一般一套装置要采用两台或以上的造气炉，从而在一台设备出现故障时不会造成 装置停车 目前已在国内应用有 18 套装置，其中有 7 套以上用于合成氨装置国内第一套恩德炉的造气装置于 2001 年在江西景德镇投产，装置规模为 10000Nm3／h，随后又有黑龙江黑化集团有限公司，吉林长山化肥 集团有限公司，安徽淮化集团有限公司，黑龙江倍丰集团宁安化工公司，吉林北方气体等化工企业的恩 德炉煤气化装置相继建成投产 2 技术的优势与不足： 由于恩德炉造气技术可全部做的国产化，因此它的投资较小，10 万吨/年合成氨装置投资约 7－8 千 万，相对于其它连续造气方式，投资较低 原料方面：该炉型采用褐煤和长焰煤为原料，价格比山西白煤低，从而可以降低造气成本，但对原 料煤的粘性等指标要求较严格，目前该煤种主要分布在吉林、内蒙古、广西、云南、河南义马等地，在 国内的分部并不广泛，因此该造气方式由于原料的限制在较大程度山影响了它的推广，这也是该炉型一 个较主要缺陷 目前最大能力发气量为 40000 Nm3／h，由于为常压气化方式，一方面对于取代国内普遍应用的固定 床间歇气化造气炉有较大优势，另一方面也使该炉型在装置的大型化方面受到一定限制， 考虑装置的运行稳定性，一般一套装置采用两台以上造气炉，从而使投资、占地增大，操作复杂程 度增加。
㈢ 灰熔聚煤气化技术 1 技术概况 灰熔聚技术是中国科学院山西煤炭化学研究所和陕西秦晋科技有限公司等单位联合开发的具有国内 自主知识产权的煤气化技术 该技术为国内自主开发的较新的煤气化技术，目前在国内已有多家企业采 用该技术生产合成氨或甲醇 灰熔聚流化床粉煤气化系统主要包括原料煤配置、进煤系统、气化炉、排灰系统、除尘系统、废热 回收系统和洗涤净化设备等该技术采用富氧或纯氧连续制气，采用造气压力在 0.03MPa—1.0 MPa 之间， 操作温度一般控制在 1100℃左右，应比灰熔点低 100℃采用固态排灰方式，灰渣含碳量<10%，碳转化 率超过 90％，有效气含量 72～78%，气体中无焦油及重质烃类等物质，酚含量低，废水量少 单台设备生产能力按合成氨计算，从 3 万吨/年至 10 万吨/年不等考虑到设备检修较频繁，一般一 套装置要配套两台以上造气炉，从而保证装置运行连续性和稳定性对于 10 万吨/合成氨装置，灰熔聚 造气系统的投资 1.5－2.5 亿元，其中空分系统的投资约占 40％以上 该技术对于原料煤的预处理要求达到粒径范围 0～6mm（其中:大于 6mm 的＜1%，小于 1mm 的＜40％）。
要求煤灰份从 10%～40%，焦渣特性 1～6(以 2～4 为好)外在水分≤5%，灰熔点(ST)：≥1250℃，采用 的煤种有褐煤、烟煤、贫瘦煤、无烟煤、焦粉等，适应性较广，目前在工业装置应用的煤种有甘肃华亭 烟煤、陕西彬县烟煤、山西大同粘结性烟煤、山西唐安无烟煤以及平顶山高灰分烟煤等煤种 该气化技术的主要消耗指标如下：项 目常 压 气 化低压（1.0MPa）气化比煤耗：Kg/1000Nm3(CO+H2)650～700500～600比氧耗： Nm3/1000Nm3(CO+H2)300～350270～320比蒸汽耗：Kg/1000Nm3(CO+H2)540～590400～4502 技术的优势与不足： 该技术是国内开发的具有完全知识产权的新型煤气化技术，因而设备可全部国产化，相对投资较低 由于该技术属较新的煤气化技术，目前该技术也不断的改进和成熟，有较好的市场前景，但因其推广应 用时间较短，应用厂家较少，使该技术相应的设计、制作、应用经验较少 该技术摆脱了原料对山西白煤的依赖，但对煤种的灰熔点、灰份等性质仍有一定要求，对于原料仍 有较多限制，从而也影响了该技术的推广 该技术目前以常压气化为主，低压气化正处于推广应用时期，单台设备产能较低，大型化还有待时 日。
该设备目前由于中心管使用周期较短，一般运行三个月至半年需更换中心管，从而使设备连续运转周 期较短，设备开停车频繁，同时为了保证装置运行稳定性，一套装置需配套两台以上造气炉 该造气炉所产煤气中 CO2含量一般超过 20％，比目前固定床煤气化方式所产半水煤气中 CO2含量高一 倍以上，从而使后续脱碳工段能力相应有较大增加㈣ 壳牌煤气化技术 1 技术概况Shell 煤气化技术从上世纪 70 年代开始研究，在进行了多次小试、中试、示范化装置建设基础上于 1989 年在荷兰德姆克勒联合循环发电厂建造了 2.5×105 kW 工业化装置，该装置于 1993 年投入运行 该技术属于气流床技术，工艺流程主要包括原料煤的预处理、煤的加压和投料、煤的气化、除灰、 煤气净化、脱硫以及配套的水处理、空分、氮气系统等采用的造气压力为 2.0－4.0MPa，操作温度 1400－1600℃之间，采用液态排渣技术，渣中含碳量＜1％，干煤粉进料，碳转化率达 99％，煤气中有效 气含量约 90％有效气比氧耗约 340Nm3/1000Nm3(CO+H2)，比煤耗约 590Kg/1000Nm3(CO+H2) 对于壳牌的煤气化技术，目前除国外的一套工业化装置以外，国内从 2001 年起，已经有广西柳州化 肥厂、中石化湖南洞庭氮肥厂、中国神华煤制油有限公司、中石化湖北枝江化肥厂、中石化安徽安庆化 工总厂、大连大化公司合成氨厂、云南云天化集团、云南云沾化集团等多家单位引进了 12 套 13 台 Shell 炉工艺，生产能力从 20 万吨/年－50 万吨/年不等，基本应用于合成氨和甲醇装置。
涉及到专利技术转让、设备国产化率低、关键设备需进口等因素，使该技术成为目前国内投资最大 的煤气化装置，20 万吨/年合成氨装置配套的煤气化系统，投资约 3.5－4 亿元，其中空分系统投资约 1 亿元 2 技术的优势与不足： 煤种适应性较广，对原料煤几乎没有要求，从无烟煤、烟煤、褐煤到石油焦化均可气化，对煤的灰 熔融性适应范围宽，即使高灰分、高水分、高含硫量的煤种也同样适应，这也是其它煤气化技术难以比 拟的，但对于灰熔点较高的煤需加入助熔剂（石灰）来降低煤的熔点，因此从经济运行角度考虑，煤种 还是要有所选择 采用加压气化，氧耗低，单炉生产能力大，适合大型化生产，目前单台设备投煤量可达到 2000 t／d，相应合成氨生产能力可达 1500 －1600t／d 由于采用了水冷壁结构，无需耐火砖衬里，同时气炉内无运转部件，配套气化炉烧嘴使用寿命长， 一般可达一年以上，使该设备连续运转周期长，无需备炉，这也是和其它煤气化技术的一个较大不同点 但由于国内同类型装置的开车时间较短，因此这一点还需要通过实际运行情况来验证 Shell 气化炉使用多个喷嘴，数量一般为 4～6 个，采用成双对称布置，使装置的操作弹性较大。
高温制气使气化反应进行的很彻底，因此所得煤气中副产物很少，不含重烃，对环境污染小 该气化技术的关键设备需要在国外制造，同时喷嘴、煤粉阀等需完全依赖进口，装置国产化率低， 使该气化装置的投资在目前国内煤气化技术中投资最高，使产品成本中折旧占较大比例同时装置建设 周期较长，一般建设周期要三年甚至更多这是该技术的一个最大不足 由于采用干法进料，碳转化率高，热效率高，热损失小，能耗低，有效气含量高但虽然有效气含 量高，但由于气化炉热利用采用废锅流程，使所产煤气中氢碳比约 0.5，氢碳比太低，而生产甲醇所需氢 碳比超过 2，生产合成氨要求全部 CO 和 CO2进行变换，因此该装置所产煤气需后续的变换工段消耗大量蒸汽来完成 CO 的变换因此从气体成分角度考虑，该技术更适合于发电装置，而不适合生产甲醇和合成 氨等化工产品 该技术目前国外仅有一套工业化装置用于联合循环发电，没有用于合成。