【正文】 020℃的高溫，產(chǎn)生的水煤氣先進(jìn)入廢熱鍋爐回收熱量， 然后進(jìn)入洗滌除塵系統(tǒng)。一般要求反應(yīng)溫度和操作壓力都比較高。該技術(shù)尚未廣泛推廣，對設(shè)備閥門的要求比較高。 U— Gas 爐操作壓力在 ～ ，有帶壓的煤斗和灰斗，煤氣中無焦油，不排廢氣；主要問題：出口氣帶灰較多，不能長周期運(yùn)行。所謂灰聚熔指 的是在爐底中心有一個(gè)氧氣或空氣入口，該處由于氧氣或空氣的進(jìn)入，形成一個(gè)局部的高溫區(qū)，在這里灰渣中未反應(yīng)的碳進(jìn)一步反應(yīng)，煤灰則在高溫下開始軟化且相互粘結(jié)在一起，當(dāng)熔渣的密度和重量達(dá)到一定的程度時(shí)灰球就會克服氣流的阻力落入爐底，極大地降低了排灰的碳含量，大幅提高了碳轉(zhuǎn)化率，是循環(huán)流化床氣化技術(shù)發(fā)展史上的重要里程碑，灰熔聚技術(shù)使循環(huán)流化床氣化爐的碳轉(zhuǎn)化率提高了 6％～ 8％，可達(dá) 96％～ 98％?，F(xiàn)以 UGas 氣化爐為代表介紹一下該技術(shù)?？梢杂谜羝涌諝?、富氧空氣或氧氣作氣化劑，但產(chǎn)氣品質(zhì)不一樣；優(yōu)點(diǎn)：循環(huán)流化床氣化，碳轉(zhuǎn)化率更高，單爐生產(chǎn)能力大，煤種適應(yīng)廣；缺點(diǎn)：排灰的含碳量仍較高。 循環(huán)流化床粉煤氣化工藝 (CFB、 20 世紀(jì) 70 年代魯奇公司開發(fā) ) 特點(diǎn)：其工藝過程和恩德粉煤氣化工藝非常相似，所不同的是 CFB 技術(shù)的旋風(fēng)分離器分離的粉塵直接從氣化爐上部進(jìn)入氣化爐爐膛，多重循環(huán)，使循環(huán)物料和新鮮物料之比高達(dá) 40 倍以上，促使炭粒反復(fù)氣化，故碳轉(zhuǎn)化率很高，可達(dá) 90％。 恩德常壓流化床氣化工藝 該工藝是由朝鮮恩德郡七七聯(lián)合化工廠于 20世紀(jì) 60年代在常壓溫克勒氣化工藝的基礎(chǔ)上開發(fā)的。 溫克勒 (WinkIer)常壓流化床氣化工藝 該工藝是由前西德“萊茵褐煤公司”和“伍德公司”于 20世紀(jì) 20 年代開發(fā)的，是世界上最早的流化 床氣化工藝。由于物料層處于流化狀態(tài)，煤粉和氣化劑之間混合更充分，接觸面積更大，煤粉和氣化劑迅速地進(jìn)行氣化反應(yīng)，產(chǎn)生的煤氣出氣化爐后，去廢熱回收系統(tǒng)和除塵洗滌系統(tǒng)，產(chǎn)生的灰渣由爐底排出。 固定層加壓氣化工藝 (魯奇公司開發(fā) ) 特點(diǎn)：加壓氣化，固體加料 555m，固體排渣，連續(xù)氣化，氧氣和蒸汽作氣化劑，設(shè)有加壓的煤鎖斗和灰儲斗：優(yōu)點(diǎn)：加壓氣化 ()，生產(chǎn)強(qiáng)度大，碳轉(zhuǎn)化率約 90％；缺點(diǎn)：反應(yīng)溫度略低，煤氣中含有焦油和酚類物質(zhì)，氣體凈化和廢水處理復(fù)雜，且流程較長，投資比較大。 常壓固定層連續(xù)制氣 特點(diǎn)：常壓氣化，固體加料與排渣，連續(xù)制氣，富氧空氣 (氧占 50%)或氧氣加蒸汽做氣化劑，無廢氣排放；優(yōu)點(diǎn)：連續(xù)制氣，操作簡單，程控閥門少，維修費(fèi)用低，生產(chǎn)強(qiáng)度大，碳轉(zhuǎn)化率在 80%— 84％；缺點(diǎn)：需空分裝置，投資比較大。 二、煤氣化技術(shù)： 固定層制氣工藝（移動床） 常壓固定層間歇制氣工藝 特點(diǎn)：常壓氣化，固體加料 10— 70m，固體排渣，間歇?dú)饣?，空氣和蒸汽作氣化劑，吹風(fēng)和制氣階段交替進(jìn)行。氣流床煤氣化的優(yōu)點(diǎn)并不僅僅在于減少空氣排放物，它也生成許多具有商業(yè)價(jià)值的副產(chǎn)品，如高純度的硫、 CO2和無毒的爐渣。 煤炭氣化，即在一定溫度、壓力條件下利用氣化劑 (O H2O或 CO2)與煤炭反應(yīng)生成潔凈合成氣 (CO、 H2 的混合物 )，是對煤炭進(jìn)行化學(xué)加工的一個(gè)重要方法，是實(shí)現(xiàn)煤炭潔凈利用的關(guān)鍵。通過改造可以達(dá)到降低生產(chǎn)成本，改善環(huán)境狀況之目的。 專家研究認(rèn)為，在未來相當(dāng)長時(shí)期內(nèi)，一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中煤炭仍將居主導(dǎo)地位，到 2050 年將維持在 50％以上。同時(shí)，我國煤炭資源豐富，探明可采儲量 2040 億 t(2020 年 )。 國內(nèi)外各種先進(jìn) 煤氣化技術(shù) 一、引言 二、煤氣化技術(shù)概述： 固定層制氣工藝（移動床） 流化床氣化工藝 氣流床氣化工藝 其他煤氣化技術(shù) 三、國內(nèi)主流煤氣化技術(shù)詳解 Lurgi（魯奇）煤氣化技術(shù) Texaco（德士古）煤氣化技術(shù) Shell 煤氣化技術(shù)工藝 GSP 煤氣化技術(shù) Dow 煤氣化工藝 Texaco、 Shell、 GSP三種氣化技術(shù)對比 四、 其它煤氣化技術(shù) 第三代煤氣化技術(shù) 組合氣化爐煤氣化法 五、國內(nèi)外煤氣化的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 國外技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 國內(nèi)的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 國內(nèi)工業(yè)化煤氣化裝置技術(shù)最新成果 一、引言 我國石油資源相對短缺，僅占化石能源探明儲量 的 ％，開采量僅為世界開采量的 ％，石油供需矛盾日益突出。由于世界資源日趨減少，中東地區(qū)戰(zhàn)亂不止，石油價(jià)格動蕩不穩(wěn)因此大量依賴石油進(jìn)口將嚴(yán)重威脅我國國民經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行安全。煤炭在一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占有主導(dǎo)地位， 20 世紀(jì) 80年代以來一直在 70％上下。目前國內(nèi)發(fā)展煤氣化合成化工產(chǎn)品的勢頭很旺特別是在產(chǎn)地 ,一批新的煤化工項(xiàng)目開始起步 ,老企 業(yè)正以現(xiàn)代新技術(shù)改造傳統(tǒng)落后的生產(chǎn)裝置 ,以油為原料的大、中型合成氨廠開始進(jìn)行煤代油的技術(shù)改造。本文針對這一情況綜合介紹國內(nèi)煤氣化技術(shù)現(xiàn)狀，并對目前主流煤氣化技術(shù)作一橫向?qū)Ρ?。煤炭氣化技術(shù)，尤其是高壓、大容量氣流床氣化技術(shù)，顯示了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益，代表著發(fā)展趨勢，是現(xiàn)在最清潔的煤 利用技術(shù)，是潔凈煤技術(shù)的龍頭和關(guān)鍵。隨著環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，氣流床氣化的優(yōu)勢越來越突出。 代表爐型有美國的 與前蘇聯(lián)的 ；優(yōu)點(diǎn)：歷史悠久，技術(shù)成熟，設(shè)備簡單，投資省，生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)豐富； 缺點(diǎn)：技術(shù)落后，原料動力消耗高，碳轉(zhuǎn)化率低，產(chǎn)品成本高，生產(chǎn)強(qiáng)度低，程控閥門多，維修工作量大，廢氣廢水排放多，污染嚴(yán)重，面臨淘汰。 固定層連續(xù)制氣工藝的技術(shù)突破在于以氧氣或富氧空氣加蒸汽做氣化劑，由于氣化劑中氧含量的增加，在氣化反應(yīng)過程中，燃燒產(chǎn)生的熱量與煤 和蒸汽分解所需要的熱量能夠?qū)崿F(xiàn)平衡，這樣可得到穩(wěn)定的反應(yīng)溫度和固定的反應(yīng)床層，實(shí)現(xiàn)連續(xù)制氣，不用專門吹風(fēng)，無廢氣排放，生產(chǎn)強(qiáng)度和能源利用率都有了很大的提高。 流化床氣化工藝 流化床氣化工藝的總體 特點(diǎn)是以粉煤或小顆粒的碎煤為原料，氣化劑以一定的速度通過物料層，物料顆粒在氣化劑的帶動下懸浮起來，形成流化床。氣流床反應(yīng)，物料間的傳熱和傳質(zhì)速率更快，過程易控制，生產(chǎn)能力也有了較大的提高。特點(diǎn)：常壓氣化，粉煤進(jìn)料粒度小于 9mm，干法排渣，氧氣或空氣加蒸汽作氣化劑，爐體上部有分離空間，使煤氣夾帶的半焦和灰顆粒分離，且用二次空氣加蒸汽進(jìn)一步氣化；主要問題：爐底的爐箅經(jīng)常出現(xiàn)局部高溫、結(jié)渣、偏爐現(xiàn)象，爐出口氣體帶出物較多，排灰的含碳量較高。特點(diǎn)：常壓氣化，粉煤進(jìn)料粒度小于 10mm，干法排渣，氧氣或空氣加蒸汽作氣化劑，取消了爐箅，改為布風(fēng)噴嘴向爐內(nèi)送氣，解決了爐 底結(jié)渣的問題，在爐氣出口增設(shè)旋風(fēng)分離器，返料從爐底入爐循環(huán)使用；優(yōu)點(diǎn)：煤種適應(yīng)性寬，返料循環(huán)利用使碳轉(zhuǎn)化率可達(dá) 76％，極少產(chǎn)生焦油；缺點(diǎn)：氣化壓力低，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，排灰含碳量高。夾帶固體物料的速度大大低于氣流速度 ，氣體和固體間的滑動速度較大，因而物料和氣化劑間的混合更充分，接觸時(shí)間更長，氣化效率較高。 灰熔聚粉煤循環(huán)流化床氣化工藝（ UGas 氣化爐） 該工藝是由美國煤氣研究所 (IGT)于 20 世紀(jì) 70 年代開發(fā)的。 該技術(shù)是在常壓循環(huán)流化床氣化工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它的技術(shù)突破在于采用了灰聚熔排渣技術(shù)。 特點(diǎn)：灰熔聚循環(huán)流化床氣化工藝具有循環(huán)流化床工藝的一切優(yōu)點(diǎn)，氣化劑分兩路進(jìn)入爐內(nèi)：一路從爐底四周進(jìn)入，另一路從爐底中心排灰 管進(jìn)入，排灰管處的氧含量高以實(shí)現(xiàn)灰熔聚。 高壓灰熔聚粉煤循環(huán)流化床氣化工藝 (美國煤氣研究所 20 世紀(jì) 80年代開發(fā) ) 該技術(shù)是在常壓灰熔聚粉煤循環(huán)流化床氣化工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，也有進(jìn)料的煤斗和排灰的灰斗，所不同的是操做壓力可達(dá) ～ 。 氣流床氣化工藝 該工藝的共同特點(diǎn)是煤進(jìn)料的粒度比粉煤流化床 氣化更小，反應(yīng)物料被氣化劑夾帶，以氣流床的形式進(jìn)行反應(yīng)，因而反應(yīng)進(jìn)行的更快。 柯伯斯 托切克粉煤氣流床氣化工藝 該工藝是由前西德 kopperTotzek 公司于 20世紀(jì) 40 年代開發(fā)的，柯伯斯一托切克粉煤氣流床氣化爐簡稱 KT爐。產(chǎn)生的灰分被爐內(nèi)的高溫熔化沿氣化爐的爐壁流入激冷槽內(nèi)冷卻固化，然后經(jīng)灰斗去渣池再由撈渣機(jī)排出；特點(diǎn)：粉煤進(jìn)料小于 ，熔融排渣，常壓氣化，操作簡單，所產(chǎn)煤氣中無焦油、酚及烴類等，甲烷含量低等；缺點(diǎn)：氧耗高，氣化爐耐火磚的要求高，要求煤的活性高，灰熔點(diǎn)適宜，顯熱回收設(shè)備多，投資比較大。工藝過程：磨制合格的水煤漿由泵加壓后和氧氣經(jīng)特制的燒嘴噴入氣化爐，水煤漿被高效霧化并蒸干水分 后和氧發(fā)生復(fù)雜的氧化還原反應(yīng)生成水煤氣和熔渣，生成的水煤氣和熔渣一起進(jìn)入氣化爐下面的激冷室，熔渣被冷卻固化后經(jīng)鎖灰斗收集排出，水煤氣激冷后去洗滌除塵系統(tǒng)；特點(diǎn)：水煤漿進(jìn)料，加壓氣化，純氧作氣化劑，熔融排渣，原料適應(yīng)廣，碳轉(zhuǎn)化率在94％一 98％，有效氣成分高達(dá) 84％，廢物排放少，生產(chǎn)能力大。 另我國在原德士古 (Texaco)水煤漿工藝的基礎(chǔ)上，兗礦集團(tuán)魯南化肥廠、華東理工大學(xué)和天辰設(shè)計(jì)院等部門經(jīng)過 4 年的刻苦攻關(guān) ,在 2020 年 12 月 ,建于兗礦集團(tuán)魯南化肥廠的日處理原煤 22t 的“四噴嘴對置式水煤漿氣化爐”中試裝置通過了國家有關(guān)部門的驗(yàn)收 ,其氣化的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于美國的 Texaco 水煤漿氣化爐。 工藝過程：與柯伯斯一托切克粉煤氣流床氣化技術(shù)基本相同，所不同的是該工藝的廢熱鍋爐和氣化爐不是聯(lián)體的，而是分開的，且高溫煤氣在進(jìn)入廢熱鍋爐前先和洗滌冷卻后的冷煤氣混合激冷到 100O℃ 以下再進(jìn)入廢熱鍋 爐，有效地防止了熔融灰渣粘結(jié)到廢熱鍋爐的爐壁上；特點(diǎn)：粉煤進(jìn)料粒度為 90％通過 170 目篩網(wǎng)，氣流床反應(yīng)，加壓氣化 3～ 4MPa，熔融排渣，夾套水冷，煤種適應(yīng)寬，氣化效率高，一般在 98％以上，產(chǎn)品氣中有效氣成分在 90％以上，無焦油類物質(zhì)，適于制氣和商業(yè)化聯(lián)合發(fā)電裝置 (IGCC)，發(fā)展前景較廣；缺點(diǎn)：技術(shù)費(fèi)用高，投資大，水冷夾套壽命比較短。最初的目的是用高灰分褐煤 生產(chǎn)民用煤氣。 工藝過程：固體氣化原料被碾磨為不大于 mm 的粒度后 , 經(jīng)過干燥 , 通過濃相氣流輸入系統(tǒng)送至燒嘴。然后在高溫 (1400～ 1600℃ )、高壓 (～ Pa) 下發(fā)生快速氣化反應(yīng) , 產(chǎn)生以 CO 和 H2 為主要成分的熱粗煤氣。特點(diǎn)：氧耗較低，與水煤漿加壓氣化工藝相比，氧耗低約 15％ 20％ ；氣化爐和噴嘴使用壽命長；對環(huán)境影響小，氣化過程 無廢氣排放；碳轉(zhuǎn)化率高達(dá) 99％以上，冷煤氣效率高達(dá) 80％以上。工藝特點(diǎn)：其第 1段反應(yīng)產(chǎn)生的熱煤氣由頂部進(jìn)人第 2段后，在第 2段利用氣化顯熱把射入的水煤漿的水分氣化，除了水分被加熱及蒸發(fā)外，煤顆粒同時(shí)加熱，裂解以及吸熱氣化反應(yīng)，降低了混合物的溫度到 1038℃，保證了后系統(tǒng)的正常工作。目前煤氣化研究的新方向是以催化氣化、等離子體氣化和太陽能氣化等技術(shù)為代表的第三代煤氣化工藝。 三、國內(nèi)主流煤氣化技術(shù)詳解 目前國內(nèi)各煤化工企業(yè)所使用的煤氣化技術(shù)主要以魯奇（ Lurgi）煤氣化、Texaco、 Shell、 GSP、 Dow 氣流床煤氣化工藝為主。 其中 GSP 氣 化爐具有 Texaco 與 Shell 氣化爐各自的特點(diǎn)，顧在下文中將對 GSP氣化爐結(jié)構(gòu)作詳細(xì)介紹。 工藝介紹 Lurgi 固定床 (移動床 )煤氣化方法的一般規(guī)律，通常以塊煤 (5～ 75 mm)、焦炭塊或型煤 (煤球 )作入爐原料，要求原料煤的熱穩(wěn)定性高、反應(yīng)活性好、灰熔融性溫度高(高活性煤，軟化溫度 (ST )1200 ℃，低活性煤最好高于 1400℃ )、機(jī)械強(qiáng)度高、不黏結(jié) (或弱黏結(jié) )等． 出于經(jīng)濟(jì)性及減少機(jī)械故障率考慮，對煤的灰分及水分含量也有所限制 (通常兩者均應(yīng)小于 20％ )。但在實(shí)踐當(dāng)中，各層之間可能并不存在明確的分界線，原因在于氣化爐內(nèi)的情況復(fù)雜，大部分反應(yīng)相互交融在一起。 魯奇爐的示意圖見（圖 1）。 在對魯奇爐進(jìn)行數(shù)學(xué)表述時(shí) , 認(rèn)為煤進(jìn)入反應(yīng)器后自上而下依次經(jīng)歷以下過程 : (1) 干燥 煤被來自熱解區(qū)的熱氣體加熱并失去水分。 (3) 氣化 多相氣化反應(yīng)和均相水煤氣變換反應(yīng)。 (5) 灰分的熱交換 半焦在燃燒區(qū)發(fā)生劇烈的氧化燃燒反應(yīng)后 , 熾熱的灰分進(jìn)入灰分區(qū) , 同 溫度較低的氣化劑發(fā)生熱交換 , 一方面對氣化劑進(jìn)行預(yù)熱；另一方面使灰分的溫度降至適宜排放的溫度。 (2)凈煤氣成分中含有 lO～ 15％的甲烷成分，不僅可以降低煤氣化的耗氧量，而且特別適宜于聯(lián)產(chǎn)城市煤氣。 (4)盡管其煤氣成分復(fù)雜，處理費(fèi)用高，但其中含有高附加值的焦油、輕油、石腦油及酚等化工產(chǎn)品，這是否是優(yōu)勢，關(guān)鍵取決于產(chǎn)品的規(guī)模。 Texaco（德士古）煤氣化技術(shù) 工藝介紹 美國 Texaco(2020年初成為 Chevron公司一部分， 2020年 5月被 GE 公司收購 )開發(fā)的水煤漿氣化工藝是將煤加水磨成濃度為 60～ 65％的水煤漿，用純氧作