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1、煤的气化工艺煤炭气化技术虽有很多种不同的分类方法，但一般常用按生产装置化学工程特征 分类方法进行分类，或称为按照反应器形式分类。气化工艺在很大程度上影响煤 化工产品的成本和效率,采用高效、低耗、无污染的煤气化工艺（技术）是发展煤 化工的重要前提，其中反应器便是工艺的核心，可以说气化工艺的发展是随着反 应器的发展而发展的，为了提高煤气化的气化率和气化炉气化强度，改善环境， 新一代煤气化技术的开发总的方向，气化压力由常压向中高压（8.5 MPa）发展； 气化温度向高温（15001600C ）发展；气化原料向多样化发展；固态排渣向液 态排渣发展。1、固定床气化固定床气化也称移动床气化。固定床一般以块
2、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
3、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。（1）、固定床间歇式气化炉（UGI）以块状无烟煤或焦炭为原料，以空气和水蒸气为气化剂，在常压下生产合成 原料气或燃料气。该技术是30年代开发成功的，投资少，容易操作，目前已属 落后的技术，其气化率低、原料单一、能耗高，间歇制气过程中，大量吹风气排 空，每吨合成氨吹风气放空多达5 000 m3，放空气体中含CO、C02、H2、H2S、 S02、NOx及粉灰；煤气冷却洗涤塔排出的污水含有焦油、酚类及氰化物，造成 环境污染。我国中小化肥厂有900余家，多数厂
4、仍采用该技术生产合成原料气。 随着能源政策和环境的要来越来越高，不久的将来，会逐步为新的煤气化技术所 取代。（ 2）、鲁奇气化炉30年代德国鲁奇（Lurgi）公司开发成功固定床连续块煤气化技术，由于其 原料适应性较好，单炉生产能力较大，在国内外得到广泛应用。气化炉压力（2.5 4.0） MPa，气化反应温度（800900）C，固态排渣，气化炉已定型（MK1 MK-5），其中MK5型炉，内径4.8m，投煤量（7584）吨/h,粉煤气产量（10 14）万m3/h。煤气中除含CO和H2夕卜，含CH4高达10%12%,可作为城市煤气、 人工天然气、合成气使用。缺点是气化炉结构复杂、炉内设有破粘和煤分布
5、器、 炉篦等转动设备，制造和维修费用大；入炉煤必须是块煤；原料来源受一定限制； 出炉煤气中含焦油、酚等，污水处理和煤气净化工艺复杂、流程长、设备多、炉 渣含碳5%左右。针对上述问题，1984年鲁奇公司和英国煤气公司联合开发了液 体排渣气化炉（BGL），特点是气化温度高，灰渣成熔融态排出，炭转化率高， 合成气质量较好，煤气化产生废水量小并且处理难度小，单炉生产能力同比提高 35倍，是一种有发展前途的气化炉。2、流化床气化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
6、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
7、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（57） 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（8001050） 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（l.92.0） 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
8、MK型炉煤气中CO2 含量，有利于合成氨的生产。（ 2）、灰熔聚流化床粉煤气化技术灰熔聚煤气化技术以小于6mm粒径的干粉煤为原料，用空气或富氧、水蒸气 作气化剂，粉煤和气化剂从气化炉底部连续加入，在炉内（10501100）C的高 温下进行快速气化反应，被粗煤气夹带的未完全反应的残碳和飞灰，经两极旋风 分离器回收，再返回炉内进行气化，从而提高了碳转化率，使灰中含磷量降低到 10%以下，排灰系统简单。粗煤气中几乎不含焦油、酚等有害物质，煤气容易净 化，这种先进的煤气化技术中国已自行开发成功。该技术可用于生产燃料气、合 成气和联合循环发电，特别用于中小氮肥厂替代间歇式固定床气化炉，以烟煤替 代无烟煤
9、生产合成氨原料气，可以使合成氨成本降低15%20%，具有广阔的发 展前景。U-Gas在上海焦化厂（120吨煤/天）1994年11月开车，长期运转不正常， 于2002年初停运；中科院山西煤化所开发的ICC灰熔聚气化炉，于2001年在陕 西城化股份公司进行了 100吨/天制合成气工业示范装置试验。CFB、PFB可以生 产燃料气，但国际上尚无生产合成气先例；Winkler已有用于合成气生产案例， 但对粒度、煤种要求较为严格，甲烷含量较高（0.7%2.5%），而且设备生产强 度较低，已不代表发展方向。3、气流床气化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
10、、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135 01500C ；后者是气化剂将煤粉夹带入气化炉，在15001900C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。气流床对煤种（烟煤、褐煤）、粒度、含硫、含灰都具有较大的兼
11、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6065%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3.08.5MPa之间，
12、气化温度 1400C，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 9699%，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20002400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250MW。Texaco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
13、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%
14、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。（2）、Destec （Global E-Gas）气化炉Destec气化炉已建设2套商业装置，都在美国：LGT1 （气化炉容量2200吨/天，2.8MPa，1987年投运） 与Wabsh Rive （二台炉，一开一备，单炉容量2500吨/天，2.8MPa，1995年投运）炉型类似于K-T，分第 一段（水平段）与第二段（垂直段），在第一段中， 2个喷嘴成180度对置，借助撞击流以强化混合，克 服了 Texaco炉型的速度成钟型（正态）分布的缺陷，最高反应温度约1400C。为提高冷煤
15、气效率，在第 二阶段中，采用总煤浆量的10%20%进行冷激（该点与Shell、Prenflo的循环没气冷激不同），此处的 反应温度约1040C，出口煤气进火管锅炉回收热量。熔渣自气化炉第一段中部流下，经水冷激固化，形成 渣水浆排出。E-Gas气化炉采用压力螺旋式连续排渣系统。Global E-Gas气化技术缺点为：二次水煤浆停留时间短，碳转化率较低；设有一个庞大的分离器，以 分离一次煤气中携带灰渣与二次煤浆的灰渣与残炭。这种炉型适合于生产燃料气而不适合于生产合成气。（3）、 Shell 气化炉最早实现工业化的干粉加料气化炉是K-T炉，其它都是在其基础之上发展起来的，50年代初Shell开 发渣
16、油气化成功,在此基础上，经历了 3个阶段：1976年试验煤炭30余种；1978年与德国Krupp-Koppers （krupp-Uhde 公司的前身）合作，在 Harburg 建设日处理 150t 煤装置；两家分手后， 1978 年在美国 Houston 的Deer Park建设日处理250t高硫烟煤或日处理400t高灰分、高水分褐煤。共费时16年，至1988年Shell 煤技术运用于荷兰Buggenum IGCC电站。该装置的设计工作为1.6年，1990年10月开工建造，1993年开 车，1994年1月进入为时3年的验证期，目前已处于商业运行阶段。单炉日处理煤2000t。Shell气化炉壳体直径约4.5m, 4个喷嘴位于炉子下部同一水平面上，沿圆周均匀布置，借助撞击流 以强化热质传递过程，使炉内横截面气速相对趋于均匀。炉衬为水冷壁（Membrame Wall），总重500t。 炉壳
