煤炭气化原理煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、 CH4等可燃气体和C02、N2等非可燃气体的过程煤炭气化时，必须具备三个条 件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可气化原料为各种煤或焦炭煤炭气化包含一系列物理、化学变化一般包括热解和气化和燃烧四个阶段干燥属于物理变化，随着温度的升高，煤中的水分受热蒸发其他属于化学变 化，燃烧也可以认为是气化的一部分煤在气化炉中干燥以后，随着温度的进一步 升高，煤分子发生热分解反应，生成大量挥发性物质（包括干馏煤气、焦油和热解 水等），同时煤粘结成半焦煤热解后形成的半焦在更高的温度下与通入气化炉的 气化剂发生化学反应，生成以一氧化碳、氢气、甲烷及二氧化碳、氮气、硫化氢、 水等为主要成分的气态产物，即粗煤气气化反应包括很多的化学反应，主要是碳、水、氧、氢、一氧化碳、二氧化碳相互间的反应，其中碳与氧的反应又称燃烧 反应，提供气化过程的热量主要反应有：1、 水蒸气转化反应C+H2O=CO+H2-131KJ/mol2、 水煤气变换反应CO+ H2O =CO2+H2+42KJ/mol3、 部分氧化反应C+0.5 O2=CO+111KJ/mol4、 完全氧化（燃烧）反应C+02二C02+394KJ/mol5、 甲烷化反应C0+2H2二CH4+74KJ/mol6、 Boudouard 反应C+C02=2C0-172KJ/mol气化过程发生的反应包括煤的热解、气化和燃烧反应。
煤的热解是指煤从固 相变为气、固、液三相产物的过程煤的气化和燃烧反应则包括两种反应类型，即 非均相气一固反应和均相的气相反应气化过程发生的反应包括煤的热解、气化和燃烧反应煤的热解是指煤从固 相变为气、固、液三相产物的过程煤的气化和燃烧反应则包括两种反应类型，即 非均相气一固反应和均相的气相反应不同的气化工艺对原料的性质要求不同，因此在选择煤气化工艺时，考虑气 化用煤的特性及其影响极为重要不同的气化工艺对原料的性质要求不同，因此在选择煤气化工艺时，考虑气 化用煤的特性及其影响极为重要气化用煤的性质主要包括煤的反应性、粘结性、 结渣性、热稳定性、机械强度、粒度组成以及水分、灰分和硫分含量等煤炭气化工艺可按压力、气化剂、气化过程供热方式等分类，常用的是按气 化炉内煤料与气化剂的接触方式区分，主要有：1） 固定床气化：在气化过程中，煤由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部 加入，煤料与气化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢， 甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气化；而实际上，煤料在气化过程中是以 很慢的速度向下移动的，比较准确的称其为移动床气化固定床气化也称移动床气化固定床一般以块煤或焦煤为原料。
煤由气化炉 顶加入，气化剂由炉底加入流动气体的上升力不致使固体颗粒的相对位置发生变 化，即固体颗粒处于相对固定状态，床层高度亦基本保持不变，因而称为固定床气 化另外，从宏观角度看，由于煤从炉顶加入，含有残炭的炉渣自炉底排出，气化 过程中，煤粒在气化炉内逐渐并缓慢往下移动，因而又称为移动床气化固定床气化的特性是简单、可靠同时由于气化剂于煤逆流接触，气化过程 进行得比较完全，且使热量得到合理利用，因而具有较高的热效率固定床气化炉常见有间歇式气化（UGI）和连续式气化（鲁奇Lurgi） 2种 前者用于生产合成气时一定要采用白煤（无烟煤）或焦碳为原料，以降低合成气中 CH4含量，国内有数千台这类气化炉，弊端颇多；后者国内有20多台炉子，多用 于生产城市煤气；该技术所含煤气初步净化系统极为复杂，不是公认的首选技术2） 流化床气化：它是以粒度为 0-10mm 的小颗粒煤为气化原料，在气化炉内 使其悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应，从而使得煤料 层内温度均一，易于控制，提高气化效率流化床气化又称为沸腾床气化其以小颗粒煤为气化原料，这些细颗粒在自 下而上的气化剂的作用下，保持着连续不断和无秩序的沸腾和悬浮状态运动，迅速 地进行着混合和热交换，其结果导致整个床层温度和组成的均一。
流化床气化能得 以迅速发展的主要原因在于：（1）生产强度较固定床大2）直接使用小颗粒碎 煤为原料，适应采煤技术发展，避开了块煤供求矛盾3）对煤种煤质的适应性 强，可利用如褐煤等高灰劣质煤作原料流化床气化炉常见有温克勒（Winkler）、灰熔聚（U-Gas）、循环流化床 （CFB）、加压流化床（PFB是PFBC的气化部分）等1）、循环流化床气化炉CFB鲁奇公司开发的循环流化床气化炉（CFB）可气化各种煤，也可以用碎木、树 皮、城市可燃垃圾作为气化原料，水蒸气和氧气作气化剂，气化比较完全，气化强 度大，是移动床的2倍，碳转化率高（97%），炉底排灰中含碳2%〜3%，气化原料 循环过程中返回气化炉内的循环物料是新加入原料的40倍，炉内气流速度在（5〜 7） m/s之间，有很高的传热传质速度气化压力0.15MPa气化温度视原料情况进 行控制，一般控制循环旋风除尘器的温度在（800〜1050）°C之间鲁奇公司的 CFB气化技术，在全世界已有60多个工厂采用，正在设计和建设的还有30多个工 厂，在世界市场处于领先地位CFB气化炉基本是常压操作，若以煤为原料生产合成气，每公斤煤消耗气化 剂水蒸气1.2kg，氧气0.4kg，可生产煤气（1.9〜2.0） m3。
煤气成份 CO+H2>75%, CH4含量2.5%左右，CO215%，低于德士古炉和鲁奇MK型炉煤气中 CO2含量，有利于合成氨的生产3）气流床气化它是一种并流气化，用气化剂将粒度为100um以下的煤粉带 入气化炉内，也可将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉内煤料在高于其灰 熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化反应，灰渣以液态形式排出气化炉气流床气化是一种并流式气化从原料形态分有水煤浆、干煤粉 2 类；从专 利上分，Texaco、Shell最具代表性前者是先将煤粉制成煤浆，用泵送入气化 炉，气化温度1350〜1500°C ；后者是气化剂将煤粉夹带入气化炉，在1500〜 1900°C高温下气化，残渣以熔渣形式排出在气化炉内，煤炭细粉粒经特殊喷嘴进 入反应室，会在瞬间着火，直接发生火焰反应，同时处于不充分的氧化条件下，因 此，其热解、燃烧以吸热的气化反应，几乎是同时发生的随气流的运动，未反应 的气化剂、热解挥发物及燃烧产物裹夹着煤焦粒子高速运动，运动过程中进行着煤 焦颗粒的气化反应这种运动状态，相当于流化技术领域里对固体颗粒的“气流输 送”，习惯上称为气流床气化气流床气化具有以下特点：(1)短的停留时间(通常1s) ； (2)高的反应温度(通 常1300-1500C)； (3)小的燃料粒径(固体和液体，通常小于0. 1mm)； (4)液态排 渣。
而且，气流床气化通常在加压(通常20-50bar)和纯氧下运行气流床气化主要有以下几种分类方式：(1) 根据入炉原料的输送性能可分为干法进料和湿法进料；(2) 根据气化压力可分为常压气化和加压气化；(3) 根据气化剂可分为空气气化和氧气气化；(4) 根据熔渣特性可分为熔渣气流床和非熔渣气流床在熔渣气流床气化炉中，燃料灰分在气化炉中熔化熔融的灰分在相对较冷 的壁面上凝聚并最终形成一层保护层，然后液态熔渣会沿着该保护层从气化炉下部 流出熔渣的数量应保证连续的熔渣流动通常，熔渣质量流应至少占总燃料流的 6%为了在给定的温度下形成具有合适粘度的液态熔渣，通常在燃料中添加一种被 称为助熔剂的物质这种助熔剂通常是石灰石和其它一些富含钙基的物质在非熔 渣气流床气化炉中，熔渣并不形成，这就意味着燃料必须含有很少量的矿物质和灰 分，通常最大的灰分含量是1%非熔渣气流床气化炉由于受原料的限制，因此工 业上应用的较少气流床对煤种（烟煤、褐煤）、粒度、含硫、含灰都具有较大的兼容性，国 际上已有多家单系列、大容量、加压厂在运作，其清洁、高效代表着当今技术发展 潮流干粉进料的主要有 K-T （Koppres-Totzek）炉、Shell- Koppres 炉、Prenflo 炉、Shell炉、GSP炉、ABB-CE炉，湿法煤浆进料的主要有德士古（Texaco）气化 炉、Des tec 炉。
1）、德士古（Texaco）气化炉美国Texaco（2002年初成为Chevron公司一部分，2004年5月被GE公司收 购）开发的水煤浆气化工艺是将煤加水磨成浓度为60〜65%的水煤浆，用纯氧作气 化剂，在高温高压下进行气化反应，气化压力在3.0〜8.5MPa之间，气化温度 1400°C，液态排渣，煤气成份CO+H2为80%左右，不含焦油、酚等有机物质，对环 境无污染，碳转化率96〜99%，气化强度大，炉子结构简单，能耗低，运转率高， 而且煤适应范围较宽目前Texaco最大商业装置是Tampa电站，属于DOE的CCT- 3，1989年立项，1996年7月投运，12月宣布进入验证运行该装置为单炉，日 处理煤2000〜2400吨，气化压力为2.8MPa,氧纯度为95%，煤浆浓度68%，冷煤 气效率〜76%，净功率250MWTexaco气化炉由喷嘴、气化室、激冷室（或废热锅炉）组成其中喷嘴为三通 道，工艺氧走一、三通道，水煤浆走二通道，介于两股氧射流之间水煤浆气化喷 嘴经常面临喷口磨损问题，主要是由于水煤浆在较高线速下（约30m/s）对金属材质 的冲刷腐蚀喷嘴、气化炉、激冷环等为Texaco水煤浆气化的技术关键。
80年代末至今，中国共引进多套 Texaco 水煤浆气化装置，用于生产合成 气，我国在水煤浆气化领域中积累了丰富的设计、安装、开车以及新技术研究开发 经验与知识从已投产的水煤浆加压气化装置的运行情况看，主要优点：水煤浆制备输 送、计量控制简单、安全、可靠；设备国产化率高，投资省由于工程设计和操作 经验的不完善，还没有达到长周期、高负荷、稳定运行的最佳状态，存在的问题还 较多，主要缺点：喷嘴寿命短、激冷环寿命仅一年、褐煤的制浆浓度约59%〜 61%；烟煤的制浆浓度为 65%；因汽化煤浆中的水要耗去煤的 8%，比干煤粉为原料 氧耗高 12%〜20%，所以效率比较低。