李耀武 劉侃

（中海油大同煤制氣項目組，山西大同 037100）

現(xiàn)代煤氣化技術(shù)發(fā)展綜述

李耀武 劉侃

（中海油大同煤制氣項目組，山西大同 037100）

本文介紹煤氣化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，重點(diǎn)分析魯奇固定床氣化、BGL煤氣化、賽鼎碎煤加壓氣化、德士古水煤漿加壓氣化、殼牌粉煤氣化、GSP粉煤氣化和SE-東方爐粉煤氣化等幾種氣化工藝的特點(diǎn)和應(yīng)用。

煤氣化；氣化爐；工藝特點(diǎn)

煤氣化技術(shù)是高效清潔利用煤炭資源的重要方法之一?，F(xiàn)代煤化工以煤制油、煤制天然氣、煤制烯烴、煤制甲醇和煤制乙二醇等為主，煤氣化技術(shù)也是諸多煤化工產(chǎn)業(yè)的龍頭，其生產(chǎn)的合成氣是煤化工產(chǎn)業(yè)下游的重要原料。因此，提高煤氣化技術(shù)的先進(jìn)性、可靠性對穩(wěn)步推進(jìn)現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展顯得尤為重要。

1 煤氣化原理

煤的氣化是指煤與氣化劑作用，進(jìn)行各種化學(xué)反應(yīng)，把煤炭轉(zhuǎn)化為燃料煤氣或合成氣的過程。煤氣化過程是一個熱化學(xué)過程，是以煤或煤焦為原料，以氧氣（或空氣）、水蒸氣等作氣化劑，在高溫加壓條件下通過化學(xué)反應(yīng)將煤或焦炭中的可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體。

2 煤氣化技術(shù)的發(fā)展及分類

根據(jù)反應(yīng)原料在氣化爐內(nèi)部反應(yīng)時的運(yùn)動形式和氣化爐構(gòu)造的不同，可將氣化技術(shù)分為三類：固定床氣化、流化床氣化和氣流床氣化［1］。

3 各種煤氣化技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用

3.1 固定床氣化

固定床氣化工藝通常是將一定粒徑的塊煤從氣化爐頂部加入，空氣（或氧氣）和水蒸氣從氣化爐底部送入。固定床氣化廢水中含有焦油、酚氨等雜質(zhì)，處理成本較高。目前，工業(yè)上廣泛應(yīng)用的固定床氣化工藝包括BGL煤氣化工藝、魯奇固定床氣化工藝、賽鼎碎煤加壓氣化工藝。

3.1.1 魯奇固定床氣化工藝。魯奇固定床氣化工藝經(jīng)過幾代爐型改進(jìn)，工藝成熟可靠。魯奇爐一般采用5～50mm的塊煤進(jìn)料，要求煤的機(jī)械強(qiáng)度高、灰熔點(diǎn)高、粘結(jié)性小，適應(yīng)煤種包括褐煤、次煙煤、貧煤和無煙煤。床層在氣化爐中自下而上分為灰層、燃燒層、還原層、干餾層和干燥層?，F(xiàn)在工業(yè)上應(yīng)用的MK4爐型超過100臺，氣化爐設(shè)計壓力達(dá)到4.0MPa，單爐產(chǎn)氣量4.5萬Nm3/h，氣化爐碳轉(zhuǎn)化率達(dá)到99%，熱效率大于90%。近年來，魯奇公司根據(jù)以往的氣化爐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計出了MK+氣化爐，設(shè)計壓力達(dá)到6.0MPa，單爐產(chǎn)氣量進(jìn)一步提高，但是尚未工業(yè)化應(yīng)用。

3.1.2 BGL煤氣化工藝。英國煤氣公司于20世紀(jì)80年代在魯奇爐的基礎(chǔ)上開發(fā)了BGL氣化爐。該氣化技術(shù)為液態(tài)排渣，氣化溫度1 400～1 600℃，操作壓力3.0MPa，單爐設(shè)計粗煤氣量7.5萬Nm3/h，冷煤氣效率89%以上，碳轉(zhuǎn)化率99%。煤種適應(yīng)性強(qiáng)，包括褐煤、次煙煤、煙煤、無煙煤和石油焦，灰熔點(diǎn)較高時需加入助溶劑。BGL熔渣氣化爐與魯奇氣化爐結(jié)構(gòu)相似，不同之處在于爐底排渣系統(tǒng)，氣化廢水較魯奇工藝大大減少。但是，BGL氣化工藝排渣系統(tǒng)復(fù)雜，對氣化爐耐火材料要求高，投資成本高。

3.1.3 賽鼎碎煤加壓氣化工藝。賽鼎工程有限公司與魯奇公司的合作積累了豐富的煤氣化技術(shù)設(shè)計建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上，獨(dú)立開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的碎煤加壓氣化技術(shù)，成功應(yīng)用于天脊集團(tuán)的合成氨裝置。近年來，氣化壓力4.0MPa的賽鼎碎煤氣化工藝在新疆慶華煤制天然氣、大唐克旗煤制天然氣等項目上均有應(yīng)用。賽鼎碎煤氣化工藝原料適應(yīng)范圍廣，塊煤粒徑要求6～50mm，合成氣中甲烷含量高，煤氣化單元裝置投資低。缺點(diǎn)是氣化廢水量大，煤氣水成分復(fù)雜，后續(xù)處理成本高；氣化爐壓力低，單臺爐處理煤量低。

3.2 流化床氣化

流化床氣化技術(shù)主要代表是恩德爐工藝和U-Gas技術(shù)。

3.2.1 恩德爐工藝。恩德爐粉煤流化床氣化技術(shù)是朝鮮恩德聯(lián)合企業(yè)在溫克勒粉煤流化床氣化爐的基礎(chǔ)上，經(jīng)長期的生產(chǎn)實(shí)踐，逐步改進(jìn)和完善的一種煤氣化工藝。該工藝煤種適用廣泛，原料價格相對低廉，操作簡單。但是因?yàn)槌簹饣瑲饣屎吞嫁D(zhuǎn)化率低，逐漸被淘汰。

3.2.2 U-GAS技術(shù)。U-GAS氣化工藝由美國煤氣工藝研究所（IGT）開發(fā)，屬于單段流化床煤氣化工藝，采用灰團(tuán)聚方式操作。該技術(shù)設(shè)計簡單，運(yùn)行安全可靠，能氣化所有煤種的煤。氣化壓力0.25～1.0MPa，單爐投煤量最高1 200t/d。由于氣化壓力低，處理量不高，隨著現(xiàn)代煤化工的發(fā)展，逐漸被淘汰。

3.3 氣流床煤氣化工藝

氣流床氣化在現(xiàn)代煤氣化技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛。該氣化技術(shù)是將煤粉或煤漿與氣化劑一起經(jīng)噴嘴進(jìn)入氣化爐，煤的氣化過程瞬間完成，礦物質(zhì)以熔融狀態(tài)離開氣化爐。目前，典型的氣流床氣化工藝包括德士古水煤漿加壓氣化工藝、殼牌粉煤氣化工藝、GSP粉煤氣化工藝和SE-東方爐粉煤氣化工藝等。

3.3.1 德士古水煤漿氣化工藝。德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)是美國德士古公司于20世紀(jì)80年代開發(fā)的煤氣化技術(shù)，現(xiàn)屬于GE公司。根據(jù)合成氣熱量回收方式的不同，分為激冷流程和廢鍋流程。該工藝對煤種有一定的要求，煤中灰分不宜超過15%。氣化壓力范圍寬，2.8～8.7MPa，氣化溫度1 350～1 400℃，碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%。工藝技術(shù)成熟可靠，環(huán)境影響小，氣化過程不產(chǎn)生焦油、酚氨等污染物，廢水易處理。缺點(diǎn)是對煤的成漿性要求高，灰含量要求低，灰熔點(diǎn)要求低，對設(shè)備等級要求高，一次投資高。

3.3.2 殼牌粉煤氣化工藝。殼牌煤氣化技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用廣泛，其主要特點(diǎn)是采用密封料斗加料和粉煤密相輸送，氣化爐內(nèi)部采用水冷壁結(jié)構(gòu)。殼牌粉煤氣化技術(shù)同樣分為廢鍋流程和激冷流程，其中廢鍋流程在國內(nèi)應(yīng)用最多。目前在潞安煤制油項目、同煤甲醇項目、中石化安慶、湖北枝江和云天化等項目上應(yīng)用。該氣化技術(shù)的特點(diǎn)是煤種適應(yīng)性廣，從褐煤、次煙煤、煙煤、無煙煤到石油焦均可氣化；單系列生產(chǎn)能力大，單爐最大投煤量可達(dá)3 000t/d；氣化溫度1 400～1 600℃，壓力4.0MPa，碳轉(zhuǎn)化率99%；與水煤漿氣化工藝相比，氧耗低；熱效率高，穩(wěn)定運(yùn)行周期長，環(huán)境效益好，氣化廢水易處理。缺點(diǎn)是較其他氣化工藝，一次投資高。

3.3.3 GSP粉煤氣化工藝。GSP煤氣化技術(shù)是世界上最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的氣流床干煤粉加壓氣化技術(shù)。該技術(shù)最早由原民主德國燃料研究所開發(fā)，后歸西門子公司擁有。目前，全球應(yīng)用的GSP氣化爐超過20臺。神華寧煤煤制烯烴項目使用5套GSP爐，單爐投煤量2 000t/a。GSP氣化技術(shù)操作壓力為2.5～4.0MPa，氣化溫度1 350～1 600℃，氣化效率高，原料煤及氧氣消耗低，碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%；氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，對原料煤的灰熔點(diǎn)限制較少；采用激冷工藝流程，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，裝置投資少。

3.3.4 SE-東方爐粉煤氣化工藝。SE-東方爐粉煤氣化工藝是中石化寧波技術(shù)研究院和寧波工程公司在2007年與華東理工大學(xué)合作開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“單噴嘴冷壁式粉煤加壓氣化技術(shù)”。2014年在揚(yáng)子石化建成1 000t/a的東方爐示范裝置并投煤成功。該技術(shù)充分吸收了干煤粉氣化技術(shù)和水煤漿氣化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，采用激冷流程，碳轉(zhuǎn)化率和冷煤氣效率高，煤種適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)是與殼牌粉煤氣化技術(shù)、德士古水煤漿氣化技術(shù)相比，大型工業(yè)化應(yīng)用較少，單爐投煤量不高。

4 結(jié)語

隨著現(xiàn)代煤化工的不斷發(fā)展，現(xiàn)代煤氣化技術(shù)也向著高溫高壓氣化、大型化、規(guī)模化、多樣化方向發(fā)展。煤氣化技術(shù)選擇的成功與否直接關(guān)系到煤化工生產(chǎn)裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。在選擇煤氣化技術(shù)時，要綜合考慮煤氣化技術(shù)的成熟可靠性、環(huán)境友好性、原料煤煤種適應(yīng)性、與目標(biāo)產(chǎn)品的匹配性、單系列處理能力以及建設(shè)運(yùn)行成本等諸多因素。

［1］張東亮，孫弄，孫河清，等.煤氣化制合成氣資料匯編［R］.西安：西北化工研究院，1996.

Summary of the Development of Modern Coal Gasification Technologies

Li YaowuLiu Kan
（Datong SNG Project Team of CNOOC，Datong Shanxi 037100）

This paper introduced the development status of coal gasification technology,focused on the analysis of characteristics and applications of some special coal gasification technologies,which include Lurgi fixed bed gasification technology,BGL gasification technology,Sedin gasification technology for crushed coal,Texaco gasification technology for coal water slurry,SCGP,GSP coal gasification technology,SE-Oriental gasifier coal gasification technology.

coal gasification；gasifier；technological characteristic

TQ546.2

A

1003-5168（2017）04-0150-02

2017-03-07

李耀武（1990-），男，本科，助理工程師，研究方向：煤化工。