⼀、⽓化简介
⽓化是指含碳固体或液体物质向主要成分为H2和CO的⽓体的转换。所产⽣的⽓体可⽤作燃料或作为⽣产诸如NH3或甲醇类产品的化学原料。 ⽓化的限定化学特性是使给料部分氧化；在燃烧中，给料完全氧化，⽽在热解中，给料在缺少O2的情况下经过热降解。
⽓化的氧化剂是O2或空⽓和，⼀般为蒸汽。蒸汽有助于作为⼀种温度调节剂作⽤；因为蒸汽与给料中的碳的反应是吸热反应（即吸收热）。空⽓或纯O2的选择依⼏个因素⽽定，如给料的反应性、所产⽣的⽓体⽤途和⽓化炉的类型。
⽓化最初的主要应⽤是将煤转化成燃料⽓，⽤于民⽤照明和供暖。虽然在中国（及东欧）⽓化仍有上述⽤途，但在⼤多数地区，由于可利⽤天然⽓，这种应⽤已逐渐消亡。最近⼏⼗年中，⽓化主要⽤于⽯化⼯业，将各种碳氢化合物流转换成'合成⽓'，如为制造甲醇，为⽣产NH3提供H2或为⽯油流氢化脱硫或氢化裂解提供H2。另外，⽓化更为专门的⽤途还包括煤转换为合成汽车燃料（在南⾮应⽤）和⽣产代⽤天然⽓（SNG）（⾄今未有商业化应⽤，但在70年代末和80年代初已受到重视）。 ⼆、⽓化⼯艺的种类
有多种不同的⽓化⼯艺。这些⼯艺在某些⽅⾯差别很⼤，例如，技术设计、规模、参考经验和燃料处理。最实⽤的分类⽅法是按流动⽅式分，即按燃料和氧化剂经⽓化炉的流动⽅式分类。
正像传统固体燃料锅炉可以划分成三种基本类型（称为粉煤燃烧、流化床和层燃），⽓化炉分为三组：⽓流床、流化床和移动床（有时被误称为固动床）。流化床⽓化炉完全类似于流化床燃烧器；⽓流床⽓化炉的原理与粉煤燃烧类似，⽽移动床⽓化炉与层燃类似。每种类型的特性⽐较见表1。 表1 各种⽓化炉⽐较
* 如果在⽓化炉容器内有淬冷段，则温度将较低。
1.⽓流床⽓化炉
在⼀台⽓流床⽓化炉内，粉煤或雾化油流与氧化剂（典型的氧化剂是氧）⼀起汇流。⽓流床⽓化炉的主要特性是其温度⾮常⾼，
在⼀台⽓流床⽓化炉内，粉煤或雾化油流与氧化剂（典型的氧化剂是氧）⼀起汇流。⽓流床⽓化炉的主要特性是其温度⾮常⾼，且均匀（⼀般⾼于1000℃），⽓化炉内的燃料滞留时间⾮常短。由于这⼀原因，给进⽓化炉的固体必须被细分并均化，就是说⽓流床⽓化炉不适于⽤⽣物质或废物等类原料，这类原料不易粉化。⽓流床⽓化炉内的⾼温使煤中的灰溶解，并作为熔渣排出。⽓流床⽓化炉也适于⽓化液体，如今这种⽓化炉主要在炼油⼚应⽤，⽓化⽯油原料。
现在，运营中的或在建的⼏乎所有煤⽓化发电⼚和所有油⽓化发电⼚都已选择⽓流床⽓化炉。⽓流床⽓化炉包括德⼠古⽓化炉、两种类型的谢尔⽓化炉（⼀种是以煤为原料，另⼀种以⽯油为原料）、Prenflo⽓化炉和Destec⽓化炉。其中，德⼠古⽓化炉和谢尔油⽓化炉在全世界已有100部以上在运转。
2.流化床⽓化炉
在⼀个流化床内，固体（如煤、灰）悬浮在⼀般向上流动的⽓流中。在流化床⽓化炉内，⽓体流包含氧化介质（⼀般是空⽓⽽⾮O2）。流化床⽓化炉的重要特点（像流化床燃烧器⼀样）是不能让燃料灰过热，以⾄熔化粘接在⼀起。假如燃料颗粒粘在⼀起，则流化床的流态化作⽤将停滞。空⽓作为氧化剂的作⽤是保持温度低于~1000℃。这表⽰流化床⽓化炉最适合⽤⽐较易反应的燃料，如⽣物质燃料。
流化床⽓化炉的优点包括能接受宽范围的固体供料，包括家庭垃圾（经预先适当处理的）和⽣物质，如⽊柴，灰份⾮常⾼的煤也是受欢迎的供料，尤其是那些灰熔点⾼的煤，因为其他类型的⽓化炉（⽓流床和移动床）在熔化灰形成熔渣中损失⼤量能。
流化床⽓化炉包括⾼温温克勒（HTW），该⽓化炉由英国煤炭公司开发，⽬前由Mitsui Babcock能源有限公司（MBEL）销售，作为吹空⽓⽓化联合循环发电（ABGC）的⼀部分。在运转的⼤型流化床⽓化炉相对较少。流化床⽓化炉不适⽤液体供料。 3.移动床⽓化炉
蒸汽减压减温装置 在移动动床⽓化炉⾥，氧化剂（蒸汽和O2）被吹⼊⽓化炉的底部。产⽣的粗燃料⽓通过固体燃料床向上移动，随着床底部的供料消耗，固体原料逐渐下移。因此移动床的限定特性是逆向流动。在粗燃料⽓流经床层时，被进来的给料冷却，⽽给料被⼲燥和脱去挥发分。因此在⽓化炉内上下温度显着不同，底部温度为1000℃或更⾼，顶部温度⼤约500℃。燃料在⽓化过程中脱除挥发分意味着输出的燃料⽓含有⼤量煤焦油成分和甲烷。故粗燃料⽓在出⼝处⽤⽔洗来除去焦油。其结果是，燃料⽓不需要在合成⽓冷却器中来⾼温冷却，假如燃料⽓来⾃⽓流反应器，它就需冷却。移动床⽓化炉为⽓化煤⽽设计，但它也能接受其他固体燃料，⽐如废物。
有两项主要的移动床⽓化炉技术。20世纪30年代开发出早期的鲁尔⼲法排灰⽓化炉，已⼴泛应⽤于
城市煤⽓的⽣产，在南⾮⽤于煤化学品⽣产。在该⽓化炉内，床层底部温度保持在低于灰熔点，这样煤灰就可作为固体排出。20世纪70年代，鲁尔公司，然后是英国煤⽓公司（现在的BG plc）开发了底部温度⾜以使灰熔化的液态排渣炉。这种⽓化炉称为BGL （BG-Lurgi）⽓化炉。⽬前，有⼏台BGL⽓化炉在电⼚安装，⽤来⽓化固体废物和共同⽓化煤和废物。
生产企业原材料的订购与运输 三、典型⽓化炉
以下按字母顺序介绍⼀些最重要的和众所周知的⽓化⼯艺。
1.BGL⽓化炉（移动床）
BGL⽓化炉最初开发于20世纪70年代，⽤来提供⼀种⾼甲烷含量的合成⽓，为⽤煤⽣产代⽤天然⽓（SNG）提供⼀种有效⽅法。这种⽓化炉15年以前由英国煤⽓公司在法夫的Westfield开发中⼼开发的，开始是为试验⽤该⼯艺⽣产SNG的适⽤性，后来⽤于IGCC。
（图1 BGL ⽓化炉）
块煤和像⽯灰⽯这样的助熔剂送⼊⼀闸⽃仓，定期往⽓化炉的顶部送料（见图1）。⼀个缓慢旋转的分配器盘将煤均匀地分布在床的顶层。对于粘结性煤给料，分配器被联接到⼀搅拌器，也维持床层均匀，和防⽌煤团聚。当床层下降，煤料经过⼀些反应。这些反应能在燃料床的不同⾼度分成三个层：上层煤被⼲燥和脱挥发分；中层被⽓化；低层被燃烧，产⽣的CO2作为中段的⽓化剂。O2和蒸汽经床底部喷咀（喷⼝）加⼊。产⽣的熔渣在⽓化炉底部形成熔渣池，定期排出。
⽓化炉容器有耐⽕材料衬⾥，以防⽌床层过多热量损失。由于耐⽕材料被煤床本⾝与床层的最热部分（喷⼝的顶端）隔开，因此不经受⾼温。
⽓体在450-500℃的温度离开⽓化炉，⽓体中含有因煤脱挥发分⽽产⽣的焦油和油以及从床层淘析出的煤粉。这由安装在⽓体出
⽓体在450-500℃的温度离开⽓化炉，⽓体中含有因煤脱挥发分⽽产⽣的焦油和油以及从床层淘析出的煤粉。这由安装在⽓体出⼝的淬冷容器脱除。⽓体同时由⼀⽔淬冷装置冷却和清洁。然后⽓体通过⼀系列交换器，使⽓体在脱硫前冷却到室温。⽓体中脱除的焦油和⽔转⼊⼀个分离器，焦油和煤尘从那⾥再循环到⽓化炉的喷咀（⼀部分可加在⽓化炉上部，⽤来抑制煤尘的扬析）。
BGL⽓化炉具有很⾼的冷⽓体效率，即，与其他⽓化炉⽐较，煤原有热值（CV）的⼤部分在⽓体中作为化学能出现，⽽⾮热能。这样，BGL⽓化炉不像其他⽓化炉中的谢尔和德⼠古系统那样要求有⾼温热交换器。因此，⽓化区和CCGT装置很少紧密结合，因为⽓体冷却系统不直接与蒸⽓轮机循环结合。BGL系统同⽓流床系统相⽐，燃⽓轮机产⽣的电⼒较多，蒸⽓轮机产⽣的电⼒较少。
BGL⽓化炉能处理给⼊⽓化炉顶部的块状供料⾥含的⼤量粉煤（即<6mm），取决于煤的粘结性，如匹兹堡 No.8这样的⾼膨胀、⾼粘结性煤，其⾼达35%可作为粉煤给料。但是，原煤⼀般按重量计含有40-50%的粉煤。因此，⽓流床⽓化炉所有⽤煤要先经研磨，在BGL装置，煤要先经筛分。BG实验了⽓化炉利⽤粉煤的多种⽅式，将粉煤送⼊风咀，或⼲法输送，或以煤浆形式，或⽤沥青作为粘结剂将它们压制成型煤。
⽬前，由法夫电⼚再度交付使⽤的Westfield的现有的、备⽤的⽓化炉作为电⼚的⼀部分将⽤煤和污泥发电120MWe。法夫电⼚已申请建⽴第⼆座较⼤（400MWe）电⼚，使⽤煤和城市固体废物（MSW）来发电。
2.Destec（⽓流床）
Destec⼯艺是煤浆⼊料、加压、两段式⼯艺。
该⼯艺最初由Dow 化学公司于20世纪70年代开发。随着中试规模和样机试验，1984年决定在Dow的普莱克明(路易斯安那)化学联合企业建⽴商业化装置，1987年该装置投⼊运营。1989年，Dow将⽓化和其余电⼒从公司脱离出，另成⽴⼀公司，80%由Dow所有，称为Deslec公司。同时，该技术已被选来⽤于印第安纳州的沃巴什河的IGCC电⼚增容项⽬。
⽓化炉（图3）由衬有未冷却的耐⽕材料的压⼒壳构成。
图3 Destec⽓化炉
在⽓化炉的下（第⼀）段有两个⽓化燃烧器，在上段有煤的进⼀步喷⼊点。煤制成约60%固体（按重量计）的浆状。⼤约80%的
煤浆同O2⼀起注⼊到下段的两个燃烧器中，在约1350-1400℃和⼤约30巴压⼒下不完全燃烧。煤中的灰熔化，下落⾄容器并经排放⼝进⼊⽔冷却装置。在第⼀段形成的燃料⽓向上流动到⽓化炉的第⼆段，剩余的20%煤浆在第⼆段注⼊和反应，经热解和⽓化，并将⽓体冷却到⼤约1050℃。这两段⼯艺有增加合成⽓热值的作⽤。然后粗合成⽓在⼀燃烧管合成⽓冷却器内冷却。
然后冷却的合成⽓⽤过滤器净化，去除⼤量灰分和半焦颗粒。这些半焦可以再循环⾄⽓化炉。
唯⼀在运转的Destec⽓化炉在沃巴什河IGCC电⼚，该电⼚以烟煤作原料。多年来，⽤次烟煤和⽯油焦作原料的进⾏了⼤量的试验。
3.⾼温温克勒（HTW）（流化床）
HTW⼯艺是在原有温克勒流化床⽓化⼯艺的进⼀步发展。原温克勒⼯艺最初于20世纪20年代开发和利⽤，是⼀项常压⼯艺。HTW⼯艺由莱茵褐煤公司发明，莱茵褐煤公司拥有并经营德国鲁尔地区的⼏座褐煤煤矿。HTW⼯艺最初是为⽣产铁矿⽯⽤的还原⽓
HTW⼯艺由莱茵褐煤公司发明，莱茵褐煤公司拥有并经营德国鲁尔地区的⼏座褐煤煤矿。HTW⼯艺最初是为⽣产铁矿⽯⽤的还原⽓⽽开发；后来兴趣转向⽣产合成⽓，再后来转向发电。所有的应⽤是在褐煤⽓化基础上进⾏。⽬前重点放在废塑料⽓化领域。莱茵褐煤公司仍负责HTW⼯艺的开发，克鲁勃伍德公司从事销售和供应。
甲胺基苯丙酮
莱茵褐煤公司在弗雷兴建设⼀座中试⼚，该⼚从1978年⾄1995年运转。额定⼯作压⼒10巴，每⼩时处理1.8t。1985年在科隆附近Berrenrath建成⼀座⽰范装置。该装置⼯作压⼒10巴，所产的合成⽓⽤管道输送⾄在Wesseling 附近的甲醇合成⼚。Berrenrath⼚使⽤蒸⽓和O2作为⽓化介质。
1989年出于开发⼯艺⽤于发电⽬的，在Wesseling开始建⼯作压⼒25巴的中试⼚。那时，褐煤的⽓化，同在⽓化前预⼲褐煤的流化床⼯艺结合起来，被视为⽤莱茵褐煤以⾼效、洁净⽅式发电的最佳办法。该项⼯作最终是设计吹⽓HTW⽓化炉为基础的IGCC电⼚，名为KoBRA（Kombikraftwerk mit Lnlegrietier BRAunkohlvergasung褐煤⽓化联合循环）。最初的KoBRA装置准备建在科隆附近的⼽尔登堡电站，但是，出于经济问题的考虑，该项⽬现已中⽌。现在，下⼀代褐煤电⼚愿意采⽤⾼效传统Pf锅炉。
随着KoBRa IGCC项⽬的消亡，研究重点转向废物⽓化。在Berrenrath⼚已就废塑料和污物的⽓化进⾏试验研究。克鲁勃现已开发⼀种⼯艺，称之PreCon，在此⼯艺中，HTW⽓化炉与废料的预处理和灰的后处理结合⽣产化学品或发电⽤的合成⽓。
充气包装袋
燃料在闸⽃仓内加压，然后储存⽇仓或加料仓⾥，之后再螺旋给⼊⽓化炉。⽓化炉的底部是流化床，流化介质是空⽓或O2和蒸汽。⽓体加淘析的固体向上流⾄反应器，在这⾥再加⼊空⽓/O2和蒸汽来完成⽓化反应。之后将粗合成⽓在除尘器⾥除尘并冷却。在除尘器中脱除的固体回⾄⽓化炉底部。⽤螺旋除灰器将灰从⽓化炉底部排出。门控系统
立式轴承座 ⽓化炉基底的温度保持在800-900℃，控制温度以保证其不超过灰溶点；在床上部悬浮段的温度可能相当⾼。操作压⼒可在10巴(为制造合成⽓)和25-30巴（为IGCC）间变化。
4.鲁奇⼲法排灰炉（移动床）
鲁奇⼲法排灰⽓化⼯艺于20世纪30年代由鲁奇公司发明，作为⽣产城市煤⽓的⼀种⽅法。第⼀座商业化⼚建于1936年。直到1950年，该⼯艺主要局限在利⽤褐煤，但在50年代，鲁奇和鲁尔煤⽓公司合作试验开发了⼀种⼯艺，也适⽤烟煤。⾃那时起，鲁奇⽓化⼯艺在世界上⼴泛应⽤，⽣产城市煤⽓和为各种⽤途（如NH3、甲醇、液化燃料产品⽣产合成⽓。除鲁奇公司供应这种⽓化装置外，东欧和前苏联也建造鲁奇型⽓化炉。世界第⼀座GPP在德国的吕嫩，使⽤鲁奇系统（不常见的是，这些⽓化炉为吹⼊空⽓式）。其他应⽤鲁奇装置的重要设施是在美国北达科他州的⼤平原（Great Plain） SNG⼚，和南⾮萨索尔合成燃料⼚。该⼯艺⽰意图见图5。
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