几种常用煤气化技术的优缺点

几种煤气化技术介绍

煤气化技术发展迅猛，种类很多，目前在国内应用的主要有：传统的固定床间歇式煤气化、德士古水煤浆气化、多元料浆加压气化、四喷嘴对置式水煤浆气化、壳牌粉煤气化、GSP气化、航天炉煤气化、灰熔聚流化床煤气化、恩德炉煤气化等等，下别分别加以介绍。

一 Texaco水煤浆加压气化技术

德士古水煤浆加压气化技术1983年投入商业运行后，发展迅速，目前在山东鲁南、上海三联供、安徽淮南、山西渭河等厂家共计13台设备成功运行，在合成氨和甲醇领域有成功的使用经验。

Texaco水煤浆气化过程包括煤浆制备、煤浆气化、灰水处理等工序：将煤、石灰石（助熔剂）、添加剂和NaOH称量后加入到磨煤机中，与一定量的水混合后磨成一定粒度的水煤浆；煤浆同高压给料泵与空分装置来的氧气一起进入气化炉，在1300～1400℃下送入气化炉工艺喷嘴洗涤器进入碳化塔，冷却除尘后进入CO变换工序，一部分灰水返回碳洗塔作洗涤水，经泵进入气化炉，另一部分灰水作废水处理。

其优点如下：

（1）适用于加压下（中、高压）气化，成功的工业化气化压力一般在4.0MPa 和6.5Mpa。在较高气化压力下，可以降低合成气压缩能耗。

（2）气化炉进料稳定，由于气化炉的进料由可以调速的高压煤浆泵输送，所以煤浆的流量和压力容易得到保证。便于气化炉的负荷调节，使装置具有较大的操作弹性。

（3团队监控）工艺技术成熟可靠，设备国产化率高。同等生产规模，装置投资少。

该技术的缺点是：

（1）由于气化炉采用的是热壁，为延长耐火衬里的使用寿命，煤的灰熔点尽可能的低，通常要求不大于1300℃。对于灰熔点较高的煤，为了降低煤的灰熔点，必须添加一定量的助熔剂，这样就降低了煤浆的有效浓度，增加了煤耗和氧耗，降低了生产的经济效益。而且，煤种的选择面也受到了限制，不能实现原料采购本地化。

（2）烧嘴的使用寿命短，停车更换烧嘴频繁（一般45～60天更换一次），为稳定后工序生产必须设置备用炉。无形中就增加了建设投资。

（3）一般一年至一年半更换一次炉内耐火砖。

二多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术

该技术由华东理工大学洁净煤技术研究所于遵宏教授带领的科研团队，经过20多年的研究，和兖矿集团有限公司合作，成功开发的具有完全自主知识产权、国际首创的多喷嘴对置式水煤浆气化技术，并成功地实现了产业化，拥有近20项发明专利和实用新型专利。目前在山东德州和鲁南均有工业化装置成功运行。

该技术的水煤浆气化压力为3.0～6.5MPa，温度为～1300℃。技术特点：多喷嘴对置的水煤浆气流床气化炉及复合床煤气洗涤冷却设备；分级净化的煤气初步净化工艺；蒸发分离直接换热式含渣水处理及热回收工艺。

固态发酵罐

（1）多喷嘴对置式气化及煤气初步净化

煤浆经隔膜泵加热，通过四个对称布置在气化炉气化室中上部同一水平面的工艺喷嘴，与氧气一起对喷进入气化炉，对置气化炉的流场结构由射流区、撞击区、撞击流股、回流区、折返流区和管流区组成。

煤浆颗粒在气化炉内的气化过程经历了以下步骤：颗粒的湍流弥散、颗粒的振荡运动、颗粒的对流加热、颗粒的辐射加热、煤浆蒸发与颗粒中挥发份的析出、挥发产物的气相反应、煤焦的多相反应、灰渣的形成等。

气化反应是串并联反应同时存在的极为复杂的反应体系，可分为一次反应与二次反应。

出气化室的夹带熔融态灰渣的高温合成气，在复合床结构的洗涤冷却室内完成合成气的洗涤冷却和熔渣的初步分离。

采用混合器、旋风分离器和水洗塔相结合的节能高效煤气初步净化系统，使煤气中灰、渣的含量降到最低，并且减少压力损失。

（2）含渣水处理

气化炉及煤气初步净化系统来的含渣水分别减压后导入含渣水处理系统，含渣水首长进入蒸发热水塔蒸发室，蒸发室内含渣水大量汽化，溶解在水中的酸性气体一起解吸，蒸发室产生的蒸汽进入热水室与循环灰水直接接触，使灰水得到最大程度升温。蒸发室底部含固量得到增浓的液相产物再进行真空闪蒸，进一步降低含渣水温度和浓缩含渣水的含固量，将酸性气体完全解吸

该技术的主要优点如下：

（1）适用于加压下（中、高压）气化，成功的工业化气化压力一般在4.0MPa和6.5MPa。在较高的气化压力下，可以降低合成气压缩的能耗。

（3）工艺技术成熟可靠，设备国产化率高。同等生产规模下，装置投资低于Texaco技术。

该技术的缺点是：

（1）为延长耐火衬里的使用寿命，煤的灰熔点尽可能的低，通常要求不大于1450℃。对于灰熔点较高的煤，为了降低煤的灰熔点，必须添加一定量的助熔剂，这样就降低了煤浆的有效浓度，增加了煤耗和氧耗，降低了生产的经济效益。

（2）由于拱顶高度不够，拱顶砖的使用寿命只有6500小时，还有待于进一步改进。

三多元料浆加压气化工艺

多元料浆加压气化工艺（MCSG）是一种新型煤气化技术，由西北化工研究院开发成功的，拥有我国自主知识产权，获得国家发明专利。该技术以其独有的先进性、适用性和成熟的工业应用业绩，打破了国外公司在大型煤气化技术上的垄断。该技术的工业化推广，将为推动我国能源结构调整和相关产业的发展发挥重要作用。

多元料浆新型气化技术属湿法气流床加压气化技术，是指对固体或液体含碳物质（包括煤/石油焦/沥青/油/煤液化残渣）与流动相（水、废液、废水）通过添加助剂（分散剂、稳定剂、PH值调节剂、湿润剂、乳化剂）所制备的料浆，与氧气进行部分氧化反应，生产CO+H2为主的合成气。水煤浆加压气化属多元料浆气化的特定型式。粗合成气通过激冷、洗涤、净化后，用于合成氨、合成甲醇、制氢、合成油品、联合循环发电等。

1.多元料气化反应原理

C+O2 = CO2+409.4

C+CO2 = 2CO －160.7

C+H2O = CO+H2－117.8

CO+H2O = CO2+H2－92.5

C+H2 = CH4+87.4

1/2S2+H2 = H2S+82.0

1/2S2+CO = COS+55.8

2.工艺过程

多元料浆气化反应的工艺过程包括料浆制备、加压气化、粗煤气净化、灰渣排放、灰水处理。工艺流程简图如下：

3.技术指标

料浆浓度/wt%	60～68.5
料浆表观粘度（D=15.89 s－1）/mPa·s	500～1000
料浆稳定性(24 h 析水率)/%	～1.8
碳转化率/%	96～98
有效气体(CO+H2)含量/%	80.6～86.2
冷煤气效率/%	70～75.8
氧耗/m3/1000 m3(CO+H2)	357～420
原料消耗/kg/1000 m3(CO+H2)	485～620

4.技术特点

（1）原料适应性广，包括煤、石油焦、石油沥青、渣油、煤液化残渣、生物质等含碳物质以及纸浆废液、有机废水等液体废弃物。

（2）新型结构的气化炉及独特的激冷器，具有结构简单，操作安全易控的特点，而且有利于热量回收、耐火材料保护及固液分离。

（3）富有特的固态排渣和液态排渣技术，不仅解决了高灰熔点原料的气化难题，而且从技术角度拓宽了原料适用范围。具体体现为：

①固态排渣工艺不存在堵炉、拉丝等现象，有利于实现气化炉长周期稳定运行。

②固态排渣因灰渣未形成熔融状态，不会对气化炉耐火材料形成化学侵蚀，耐火材料寿命延长2倍以上，大大降低操作和维护费用。

③根据不同原料，同一气化炉中，既可采用固态排渣，也可采用液态排渣，扩大了原料范围，提高了操作弹性，且无需增加投资。

（4）成熟完善的系统放大技术，解决了不同规模、不同压力等级气化装置的工程化问题。已工业化装置的压力等级为1.3～7.0 MPa，生产规模从年产3万吨合成氨到年产90万吨甲醇，单炉日投料量为150～2000 吨。

（5）通过气化原料的优化组合，既解决了原料成浆性问题，又解决了灰熔点问题，特别是难成浆原料的制浆问题，大大提高料浆的有效组成，降低了气化消耗。同时，解决了高浓度、高粘度料浆长距离输送的难题。

（6）独具特的灰水处理技术（I～III级换热闪蒸），减少了设备投资，简化了工艺流程。

（7）设备完全立足于国内，投资少，效益显著。

（8）三废排放少，环境友好，属于洁净气化技术。

（9）通过40余年的开发和完善，多元料浆气化技术形成了完整、系统的专利体系。

四 GSP煤气化技术

GSP是一种先进成熟的煤气化技术：干粉进粒，水冷壁气化反应器，激冷流程，液态排渣。它的优点是：原料适应性广，投资省、粗煤气成本较低、工艺运行可靠，兼有Shell与Texaco的优点。下面就对GSP技术作一概要介绍。

一、原料来源广，适应性强

从年青的泥、褐煤到年老的无烟煤系列中的所有煤种，灰分>1％的石油焦、油渣、工业污泥等均可作为气化原料。它对入炉煤或其他原料必须满足粒径、水分、灰分的基本要求。粒径主要影响碳转化率，水分主要影响煤粉输送，灰分要求1％以上，否则水冷壁无法挂渣形成膜式壁。各种不同的入炉原料粒径、水分、灰分要求见表1。

表1 各种入炉原料的料径、水分及灰分要求

火焰检测

名称	粒径分布/%	水分/%	灰分/%
泥煤	＜100μm ≥55	12	＞1
泥煤	＜500μm ≥99	12	＞1
褐煤	＜250μm ≥94	8	＞1
烟煤	＜250μm ≥94	2	＞1 防火拉链
烟煤	＜500μm 100	2	＞1 防火拉链
焦	＜250μm ≥99	2	＞1
焦	＜500μm≥ 100	2	＞1
无烟煤	＜63μm≥ 50～90	2	＞1
石油焦	＜200μm≥ 100