煤气化技术现状及发展趋势

□文/陈 峰

（华能新疆能源开发公司 新疆·乌鲁木齐）

煤气化是清洁、高效利用煤炭的主要途径之一，长期的生产实践表明，在各种煤炭转化技术中，煤气化是应优先考虑的一种加工方法。它是煤基化学品、煤基液体燃料、合成天然气、IGCC发电、制氢、燃料电池、多联产等工艺为基础。因此发展煤炭产业，首先要提高煤气化技术水平。

一、煤气化技术开发现状

煤气化技术核心是气化炉，按煤在炉内的流体力学行为分为四类，即固定（移动）床、气流床、流化床和熔融床。

（一）固定（移动）床气化。固定（移动）床气化，是指原料煤从炉顶加入，高温气体不断向上流动，整个物料自上而下移动，相对固定。煤在高温气化剂作用下发生气化反应，生成高温煤气，最后从上部煤气出口出炉。固定（移动）床气化有以下四种技术路线：

1、单段式固定（移动）床气化。因单段式固定（移动）床气化炉缺陷较多，20世纪六十年代初，国外已停止使用。目前，单段式固定（移动）床目前真正实现工业化的只有碎煤加压气化。

2、两段式固定（移动）床气化。该工艺是上世纪四十年代开发的，到上世纪五十年代，该技术在欧洲被广泛用于生产城市煤气和燃料气，气化剂为空气或水蒸气。

3、鲁奇加压气化。该技术选用的煤种为长烟煤、褐煤，操作压力3.0MPa，煤气出口温度600℃，碳转化率98%。最大缺点是冷凝洗涤污水含有大量焦油、苯和酚，处理难度大。目前，鲁奇气化炉最大用户是南非SASOL，有各种型号97台。

4、BG L加压气化。以喷嘴、渣池和间歇排渣系统为核心专有技术。该工艺选用的煤种为烟煤、次烟煤，操作压力2.35～3.0MPa，煤气出口温度 400～540℃，碳转化率99.5%。

（二）气流床气化。在高温高压条件下，粉煤或水煤浆与气化剂同时由喷嘴喷入气化炉燃烧室内，迅速气化，产生粗煤气和熔渣。因炉内气、固两相的流速基本相同，故称为气流床气化。目前，主要有以下五种技术路线：

1、德士古加压水煤浆气化技术。该工艺选用的煤种不限，气化压力2.7～6.5MPa，气化温度 1300～1500℃，碳转化率95%～99%。该工艺设备操作连续性强，产品煤气压力高可省去后续气体压缩工段，废水易处理。该技术最大的问题是因水煤浆在喷嘴中以约30m/s的高线速度喷出，对金属材料的冲刷腐蚀颇为严重，喷口特别容易磨损。

2、华东理工四喷嘴对置式水煤浆气化技术。该工艺可提高合成气中的有效成分2～3个百分点，四喷嘴间具有较好的协同作用，有利于装置大型化，缺点是设备投资成本比较高。

3、壳牌加压气流床煤气化技术。该工艺气化压力2.0～4.0MPa，气化温度1400～1600℃，碳转化率99%。与水煤浆法相比，该技术优点是：O2和煤消耗低；负荷调解方便，可根据要求关闭其中一对，负荷降低50%。主要缺点是设备投资增大，技术要求高。

4、德国G SP加压气流床气化技术。该工艺最大的优势是可气化工业废弃物和生物质，把价格低廉、直接燃烧污染较大的煤、石油焦、垃圾等转化为高附加值合成气。该工艺气化压力2.5～4.0MPa，气化温度1400～1600℃，碳转化率99.6%。

5、航天炉H T-L气化技术。该工艺的煤种选择范围宽，碳转化率高于99%。控制系统自动化程度高，有完善的安保联锁系统。

（三）流化床气化。流化床气化，就是增大炉内向上的气流速度，使煤粉处于沸腾悬浮状态，但又不被带出气化炉的操作。因此，与固定床气化相比，流化床气化的优点是气-固和固-固接触充分，传热、传质速率大，设备大型化。目前主要有以下八种技术：

1、德国的温克勒煤气化工艺。全世界共建有70多台温克勒气化炉。由于存在诸多技术问题，仅在上世纪五十年代末和六十年代初一度盛行，之后很少新建，运行至今的已不多见。

2、德国莱茵褐煤公司发明的高温温克勒气化（H TW）。该工艺适宜煤种为褐煤，气化压力 1～2.75MPa，气化温度 950～1000℃，碳转化率96%。该工艺优点为氧耗量低、不产生液态烃。

3、朝鲜恩德炉粉煤气化。该技术适宜长焰煤、褐煤。碳转化率为91%～96%。恩德炉粉煤气化技术是一种比较适合我国国情的中小型洁净煤气化技术，可用于甲醇、氢气、一氧化碳等生产，以及城市煤气和冶金、机械、建材等行业的燃气生产。

4、鲁奇公司开发的循环流化床气化（C FB）。该工艺适用煤种不受限制。气化压力 0.05～0.4MPa，气化温度 950～1100℃，碳转化率95%～98%。该工艺优点是可以用树皮、城市可燃垃圾作为气化原料。气化强度是移动床的2倍。该系统结构简单，操作方便，造价较低，易国产化。目前，全世界已有60多家企业采用CFB气化技术，正在设计和建设的还有30多家，总体水平处于世界领先地位。

5、美国能源部组织研发的输运床反应器气化（KBR）。该工艺适用于多种煤，尤其是低阶煤，气化压力0.9-1.5MPa，气化温度950℃，碳转化率91%～96%。该项技术可在空气和氧气两种模式下运行。目前，以空气为气化剂是开发重点，特别适合于IGCC及多联产系统。氧气模式可产生合成气，用于多种化学品和燃料的生产。20世纪九十年代中期，KBR在美国阿拉巴马州威尔逊维尔建设了50吨/天的示范装置。

6、美国芝加哥煤气工艺研究所U-gas气化工艺。该技术适宜煤种宽，技术特点为气化压力在0.1、3.0MPa，气化温度955～1095℃，碳转化率96.83%。优点是煤气中不含焦油和酚；设备简单，可全程自动化控制。

7、美国西屋电力公司开发的KR W气化。该工艺适用煤种宽，碳利用率可达95%。在1987年实现了工业化运行。但目前无KRW气化炉运行。

8、煤化所灰熔聚法。该工艺适用褐煤，气化压力 0.9～1.5MPa，气化温度1050～1100℃，碳转化率 91%～96%。该工艺的优点是：气化炉为单段流化床，粗煤气中几乎不含焦油、酚等有害物质，易净化。该技术特别适合于中小氮肥厂替代间歇式固定床气化炉，以烟煤替代无烟煤生产合成氨原料气，使合成氨成本降低15%～20%。

二、煤气化技术发展趋势

综合现有煤气化技术，当前煤气化技术的发展趋势是以粉煤代替粒煤，气流床和流化床代替固定床。具有气化压力向高压化（8.5MPa）发展、气化温度向高温化（1500～1600℃）发展、气化剂向多样化发展和排渣方式向液态化发展的特点。依据煤种特性和合成气后续工段的要求而开发设计出不同的气化炉，因此，无“万能炉型”或“通用技术”。目前，技术最为成熟的是鲁奇（Lurgi）和德士古（Texaco），处理能力达到 400～1650吨/天。国外的壳牌（Shell）、德士古（Texaco）、德国 GSP 等气流床气化技术，国内的两段式干煤粉、多喷嘴干煤粉、航天炉发展很快。而我国煤气化工艺目前以传统的常压移动床为主，先进的大型加压煤气化工艺总体处于研究、示范阶段。结合我国国情及现有技术情况，我国煤化气技术发展趋势：

（一）拓宽原料的适应性，集成优化不同技术。目前，国内大规模工业气化技术主要是高温气流床技术，即德士古、壳牌、多元料浆及四喷嘴，要求原料煤的灰熔点<1350℃，灰含量<10%。而我国煤炭储量大、低灰、低灰熔点煤集中在西部地区。动力煤平均灰含量超过20%，灰熔点超过1400℃的超过50%。将煤炭分级转化是措施之一，将不同技术集成优化是一个重要趋势。

（二）装置规模大型化。以煤气化为基础的现代工业发展的一个显著标志就是装置规模的大型化。由于受制造、运输、安装等客观因素的限制，在尺寸有限的设备上实现高效、大规模，必须实现加压气化，提高其处理能力和效率。

（三）开发煤气化净化技术，实现煤气化技术的近零排放。不同的煤田，煤中砷、汞、氯、氟、磷及其他微量元素的含量及组成差异颇大，深入研究煤气化过程中这些有害元素的迁移规律，对拓展气化原料的煤种，控制气化过程中微量元素的释放，实现近零排放，促进煤化工行业废水资源的循环利用，意义重大。故此需要进行煤气中、高温脱硫及有害元素、高温除尘、CO2资源化利用和洗涤水净化等多方面的技术研发。

[1]黄戒介，房倚天，王洋等.现代煤气化技术的开发与进展 [J].燃料化学学报，2002.30.5.

[2]陈俊峰.煤气化技术的发展现状及研究进展[J].广州化工，2012.40.5.

[3]屈利娟.流化床煤气化技术的研究进展[J].煤炭转化，2007.30.2.