几种煤气化技术的先进性与适用性分析_齐景丽.pdf

第３ ８卷第５期化工设计通讯 ２ ０ １ ２ 年 １ ０ 月 Ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｃ ｏ ｍｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ 几种煤气化技术的先进性与适用性分析 齐景丽，孔繁荣 （ 中国国际工程咨询公司，北京 １ ０ ０ ０ ４ ８） 收稿日期２ ０ １ ２－０ ８ －１ ７ 作者简介齐景丽 （１ ９ ７ ９－） ，女，河南宜阳人，注册化工工程师，注册咨询工程师，硕士研究生，从事石化项 目设计及工程咨询评估工作。 摘 要以褐煤为原料，对几种煤气化技术即壳牌粉煤气化技术、航天炉粉煤气化技术、Ｇ Ｓ Ｐ气化技 术、Ｂ Ｇ Ｌ气化技术和五环炉气化技术的先进性及适用性进行分析；提出在褐煤的干燥和输送能够满足工业 运行的前提下，优先推荐选用粉煤气流床激冷流程气化技术，符合现代煤气化技术发展方向；气化炉设置 应该考虑多炉互备运行。 关键词褐煤；气化技术；先进性；适用性 中图分类号ＴＱ ５ ４ ６ ． ２ 文献标志码Ｂ 文章编号１ ０ ０ ３ －６ ４ ９ ０（２ ０ １ ２）０ ５－０ ０ １ ５－０ ５ Ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ Ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｅ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ Ｇ ａ ｓ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ Ｑ Ｉ Ｊ ｉ ｎ ｇ－ｌ ｉ，ＫＯＮＧ Ｆ ａ ｎ－ｒ ｏ ｎ ｇ （Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｎ ｓ ｕ ｌ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ４ ８，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ） Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔＴ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｇ ｎ ｉ ｔ ｅ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｗ ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｆ ｏ ｒ ｅ ｘ ａ ｍ ｐ ｌ ｅ，ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｆ ｏ ｒ ｓ ｅ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｇ ａ ｓ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ａ ｒ ｅ Ｓ ｈ ｅ ｌ ｌ ｐ ｕ ｌ ｖ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｃ ｏ ａ ｌ ｇ ａ ｓ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ＨＴ－Ｌ ｃ ｏ ａ ｌ ｇ ａ ｓ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，Ｂ Ｇ Ｌ ｃ ｏ ａ ｌ ｇ ａ ｓ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ＷＨ ｇ ａ ｓ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ．Ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｍ ｉ ｓ ｅ ｏ ｆ ｌ ｉ ｇ ｎ ｉ ｔ ｅ ｄ ｒ ｙ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｙ ｉ ｎ ｇ ｂ ｅ ｉ ｎ ｇ ａ ｂ ｌ ｅ ｔ ｏ ｍ ｅ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ，ｒ ｅ ｃ ｏ ｍｍ ｅ ｎ ｄ ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ｌ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｐ ｕ ｌ ｖ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｃ ｏ ａ ｌ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｆ ｌ ｏ ｗ ｂ ｅ ｄ ｇ ａ ｓ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｗ ｉ ｔ ｈ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｇ ａ ｓ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｕ ｎ ｉ ｔ ｓ ｈ ｏ ｕ ｌ ｄ ｂ ｅ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｔ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｍ ｏ ｒ ｅ ｇ ａ ｓ ｉ ｆ ｉ ｅ ｒ ｓ ｆ ｏ ｒ ｂ ａ ｃ ｋ ｕ ｐ．Ｔ ｈ ｉ ｓ ｃ ｈ ｏ ｉ ｃ ｅ ｉ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍ ｏ ｄ ｅ ｒ ｎ ｃ ｏ ａ ｌ ｇ ａ ｓ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ． Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓｌ ｉ ｇ ｎ ｉ ｔ ｅ；ｇ ａ ｓ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ；ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ；ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ 近年来，我国石化产业稳步发展，２ ０ １ ０年 全 行 业 实 现 总 产 值 ８ ． ８ ８ 万 亿 元，同 比 增 长 ３ ４ ． １％。“ 十二五”期间，我国仍将处于工业化 和城镇化加快发展的重要阶段，石化产品国内需 求旺盛，将推动石化产业进一步发展。但是，我 国石油对外依存度不断增加，获取原油资源难度 逐步加大，人们开始更多关注煤炭深加工形成的 化工产品。 煤化工是我国化学工业的重要组成部分，煤 化工行业的发展对于缓解我国石油、天然气等优 质能源供需矛盾，促进钢铁、化工、轻工和农业 的发展起到了必要的补充作用。我国煤炭资源相 对丰富，为科学合理、高效利用煤炭资源，保障 国家能源安全，适度发展现代煤化工是必要的。 但发展的关键问题是如何获取大量稳定、廉价的 合成气及成熟先进的技术路线。从根本上讲，现 代煤化工的发展取决于有多少较石油化工路线更 有优势的技术［ １］。 煤气化技术是发展煤基化学品（ 如甲醇、氨 等） 、煤基液体燃料、Ｉ Ｇ Ｃ Ｃ 整体煤气化联合循 环发电、制氢、直接还原炼铁等过程工业的龙头 技术、关键技术和共性技术，是很多洁净煤新工 艺的基础和先导环节，而各种煤气化技术均有其 相应的特点和适用范围，特别是针对不同原料煤 种，如何合理选择先进、适用的煤气化技术尤显 重要。 目前，由于烟煤、无烟煤等优质煤炭资源已 得到充分利用，拓展空间有限，因此，褐煤资源 的开发利用日益受到关注。我国的褐煤资源丰 富，已探明保有储量达１ ． ３ ０ ３１ ０ １ １ ｔ，占全国煤 ５１ 化工设计通讯第３ ８卷 炭储量的１ ７％，主要分布于内蒙古东北部、黑 龙江东部和云南东部［ ２］。 褐煤又名柴煤，是煤化程度最低的矿产煤， 是泥炭沉积后经脱水、压实转变为有机生物岩的 初期产物，因外表呈褐色或暗褐色而得名。该煤 种具有氧／碳（ 原子比） 高、 内水含量及挥发分高、 灰分及灰熔点变化大、 发热量低、 化学反应性强等 特点， 易于燃烧， 不易储存和远距离运输。据资料 显示， 我国褐煤平均灰分为 ２ １ ． ９ ０ ％， 挥 发分为 ４ ５ ． ２ １ ％， 水分３ ０ ％左右， 发热量为２ ８ ． ７ １Ｍ Ｊ／ ｋ ｇ ［３］。 由于褐煤内水含量较高，且内孔外表面积 大，吸水能力强，一般不易制得高浓度的煤浆， 导致气化效率较低。因此，褐煤加工不宜选用相 对较为成熟的水煤浆气化技术。从可能性来看， 现有的碎煤／粉煤流化床气化技术及粉煤气流床 气化技术均可应用于褐煤气化，但又各有其特点 和适用范围。以下分别就壳牌粉煤气化、航天炉 粉煤气化、Ｇ Ｓ Ｐ技术、Ｂ Ｇ Ｌ气化和五环炉气化 几种技术的先进性和适用性进行分析。 １ 选择煤气化技术的几个问题 大型煤化工装置选择煤气化技术的原则先 进、成熟、可靠，具有 “ 安全、稳定、长周期、 满负荷”运行业绩；充分考虑煤种的适应性和目 标产品需求；装置投资、运行维护费用的合理 性；满足节能、环保要求。 几种气化技术中，壳牌、Ｇ Ｓ Ｐ、航天炉和五 环炉属气流床粉煤加压气化技术，Ｂ Ｇ Ｌ 炉属固 定床碎煤液态排渣气化技术。 １ ． １ 关于气流床和固定床 当气体以较低速度自下而上通过均匀固体颗 粒床层时，气体只在静止不动的固体颗粒空隙中 穿过，固体颗粒床层的高度基本上维持不变，这 样的床层称为固定床。随着气体流速增大，固体 颗粒床层开始松动，固体颗粒的相对位置也在一 定区域内调整，床层高度略有增加；如果气体流 速继续增大，固体颗粒则完全悬浮在向上流动的 气体中，并进行相当不规则的运动；气体流速进 一步增大，床层高度将随之增加，固体颗粒的运 动更为激烈，但仍停留在床层中，而不被气流所 带出，这样的床层称为流化床。当气体流速继续 增大，流化床的上界面消失，固体颗粒分散悬浮 在气体中并被气流夹带而离开床层，这样的床层 称为气流床，此时，气体通过固体颗粒床层的压 力降随气体空塔速度的增大而急剧减小，甚至固 体颗粒被气体全部带出。根据上述原理，形成３ 种制气技术，即固定床气化、流化床气化和气流 床气化［ ４］。 气流床气化技术的特点是气化温度高、处理 负荷大、容易放大，合成气成分适用于生产合成 氨、甲醇等化工产品。固定床气化技术的特点是 原料煤预处理相对简单，气化炉出口粗煤气组成 中甲烷、酚、焦油等杂质含量较高，冷煤气效率 高，适合于煤制天然气。 １ ． ２ 关于褐煤进料状态问题 由于褐煤含水量高、挥发分高、热稳定性 差，必须经过预处理，降低煤中水分含量，满足 气化装置进料需要。国内外褐煤干燥脱水技术有 管式、流化床式、床混式、热机械脱水等，其中 热机械脱水干燥技术可以通过热压力使矿物质 （ 特别是碱金属） 同时析出，过热蒸汽干燥脱水技 术是一种以水蒸气为热介质进行干燥的技术，也 是近年来国内外研究开发的重点［ ５］。 对于气流床气化技术，褐煤必须经过预干 燥、磨煤干燥达到一定要求后进入气化炉。目 前，国内采用褐煤作气化原料的工业化装置有 限，褐煤的干燥和输送尚未有成功经验。应借鉴 国内外成熟的褐煤干燥技术；密切跟踪大唐多伦 项目的运行和改进；联合国内相关研究机构，进 行褐煤干燥和输送试验，以满足安全输送和气化 炉入炉原料要求。 对于固定床气化技术，褐煤需经过干燥、成 型后进入气化炉。应对云天化金新项目的褐煤干 燥成型情况进行跟踪，同时与云南解化项目褐煤 直接入炉运行情况进行调研比较，确定合适的褐 煤预处理方案。 １ ． ３ 关于气化炉连续稳定运行问题 煤气化工艺迄今已有１ ５ ０多年的发展历史， 大量生产实践表明，单台气化炉无法满足装置长 周期连续运行的要求，应该采用双系列或多系列 气化炉互备运行。 从长远来看，粉煤气流床气化技术对于褐煤 是适用的，但缺少工业化运行业绩。影响装置稳 定运行的主要因素为煤质和输送的稳定性、水冷 壁挂渣、气化炉堵渣等。褐煤固定床气化技术有 长周期工业化运行业绩。影响装置稳定运行的主 ６１ 第５期 齐景丽等几种煤气化技术的先进性与适用性分析 要因素为褐煤干燥成型和后系统堵灰等。 ２ 几种适合褐煤气化的技术优劣势分析 ２ ． １ 壳牌粉煤气化技术 （ １）该技术先进、可靠，工业化业绩最多， 经过近几年的攻关，出现的大多数工程问题都已 经解决或正在解决。 （ ２）该技术注重环保和可持续发展，装置的 自动化程度、联锁保护系统和装置的安全性能 高。 （ ３）单炉生产能力大，运行周期长，技术正 走向成熟阶段。目前开发的上行激冷流程适合于 生产合成氨，设备国产化率较高，相对废锅流程 投资较低。 （ ４）对煤种的适应能力强，高硅铝比、低铁 含量和合适的灰熔点有利于气化炉的稳定运行。 但是，国内唯一以褐煤为原料的大唐多伦气 化装置，于２ ０ ０ ８年开始至今一直处于试车阶段， 建议密切关注其进展情况。 ２ ． ２ 航天炉粉煤气化技术 （ １）航天炉是一种以粉煤为原料（２ ０～９ ０μｍ 煤粉颗粒） ，惰性气体输送（ 氮气或二氧化碳） 、 高温（ 气化炉膛允许操作温度１ ４ ０ ０～１ ９ ０ ０℃） 、 高压（ ２ ． ０～４ ． ０ＭＰ ａ） 的气流床煤气化炉，具有 煤种适应范围广、碳转化率高的特点。 （ ２）采用干煤粉进料，严格控制进料煤粉的 水含量。与湿法比较，粉煤气化比水煤浆气化冷 煤气效率提高１ ０％，有效气产量提高６％，氧耗 量降低１ ５％～２ ５％，干煤粉密相输送悬浮速度 达７～１ ０ｍ／ｓ。 （ ３）干煤粉纯氧燃烧，燃烧器火焰的中心温 度１ ８ ０ ０～２ １ ５ ０℃，气化炉膛允许操作温度１ ４ ０ ０ ～１ ９ ０ ０℃，使煤的灰熔点可选范围宽（ １ ２ ５ ０～ １ ６ ５ ０℃） ；碳转化率高，粗合成气品质好，ＣＨ４ 含量低，出口合成气有效气体（Ｃ Ｏ＋Ｈ２） 体积分 率≥９ ０％，ＣＨ４体积分率≤１ ３ ０１ ０ －６；高温、 高压提高反应速率，缩短反应停留时间。 （ ４）采用单烧嘴顶烧组合燃烧器，燃烧负荷 调节范围大。燃烧器结构设计合理，燃烧火焰、 炉内物料流场与炉膛结构合理，炉内煤粉热解 区、火焰燃烧区、烟气射流区、烟气回流区以及 二次反应区分布合理，反应停留时间满足气化要 求，具有良好的燃烧性能；集高能电点火装置、 液化气（ 柴油） 点火烧嘴、火检为一体，独立冷却 水外盘管，拆装维护方便。水冷夹套式烧嘴冷却 方案，可保证烧嘴长周期运行，稳定可靠。设计 寿命２ ０年，烧嘴头部局部维护时间６月一次。 （ ５）密闭式盘管水冷壁辐射室结构，设计寿 命２ ０年。“ 四进四出”结构可以保证管程水流分 布均匀。可控制盘管内水汽化率，调节炉内热平 衡。烧嘴盘管、渣口盘管分别进水，多组冷却水 盘管易于调节，便于维护和更换。 （ ６） “ 自我修复式”耐火材料结构，炉内向 外依次有液渣、固渣、Ｓ ｉ Ｃ耐火材料、水冷壁、 惰性气体保护层、高铝不定型耐火材料、外保温 层，水冷壁外可以形成３～５ｍｍ 稳定的固渣层， “ 以渣抗渣” ，抵抗气体和熔渣的冲刷和磨损，耐 火材料的选择具有低的气孔率、较高的高温强 度、较好的热稳定性，耐火材料的施工、养护、 维护和更换方便，价格低。该技术采用激冷、水 浴式合成气冷却及洗涤方案，可靠性较好。 航天炉粉煤气化技术有成功产业化运行经 验，该技术具有结构简单、有效实用的特点。目 前有７ ５ ０ ｔ／ｄ示范装置两套，主要设备完全实现 国产化，投资具有一定竞争力。但该技术目前尚 无单炉１ ０ ０ ０ ｔ／ｄ以上工业装置，应密切关注工 程放大风险。 ２ ． ３ Ｇ Ｓ Ｐ煤气化技术 Ｇ Ｓ Ｐ煤气化技术是单喷嘴下喷式干煤粉加 压气流床气化技术，该技术目前为西门子所有。 根据煤气用途不同，可直接水激冷，如化工合成 气用户；也可用废热锅炉回收热量产生高压蒸 汽，如Ｉ Ｇ Ｃ Ｃ发电用户。Ｇ Ｓ Ｐ技术采用了干煤粉 进料、盘管式水冷壁，既扩大了原料煤种范围， 又避开了耐火砖的麻烦。下喷的直接激冷使设备 造价大幅度下降，流程简单，激冷后合成气中的 水蒸气也基本能满足后序变换工段使用。 国内采用 Ｇ Ｓ Ｐ气化技术的宁煤神华煤制烯 烃装置，采用５台投煤量为２ ０ ０ ０ ｔ／ｄ的气化炉， 经过近二年的运行，期间不断改造，目前已经做 到４开１备，甲醇产量已经超过５ ０ ０ ０ ｔ ／ｄ，达到 设计的日产指标。 尽管 Ｇ Ｓ Ｐ气化技术在国内没有用于褐煤气 化，但是在德国是经过褐煤气化试验的，如果国 内在航天炉上能够采用褐煤气化，则 Ｇ Ｓ Ｐ气化 炉采用褐煤气化也能够成功。 ７１ 化工设计通讯第３ ８卷 ２ ． ４ 五环炉气化技术 （ １）该技术在气化反应气体出口上方设置激 冷室。正常操作时，通过设在激冷室筒壁上的多 排多个水／汽组合型喷嘴实现对高温合成气喷水 雾化冷却和固灰，取代壳牌炉采用后续返回气进 行激冷的方法，取消压缩机，简化了流程，降低 工程投资，节约了运行费用。 （ ２）在输气管出口设置了激冷罐，取代废热 锅炉对气体进行降温和除尘，取消干法除尘和回 收系统，增加了灰水处理能力，大幅度降低了工 程投资。 （ ３）煤种适应性广，可以用于气化含高碱性 元素和氯离子的煤，避免采用合成气冷却器传热 面，从而避免粘灰结垢堵塞通道，降低传热效 果。 （ ４）采用多喷嘴进料，单炉产气能力大，具 有高效、大型化和长周期运行的显著特点。 （ ５）对气化炉出来的高温粗合成气采用水蒸 气混合激冷，随后直接进入激冷管水浴激冷，降 低了一次性投资，减少了下游变换工序对蒸汽的 消耗。 五环炉技术采用上行气流床激冷流程，但目 前尚无工业化运行业绩，其技术可靠性有待进一 步验证。 ２ ． ５ Ｂ Ｇ Ｌ气化技术 （ １）该技术综合了熔渣气化技术高气化率、 高气化强度的优点和移动床加压气化技术氧耗低 和炉体结构廉价的优点，具有建设投资少、周期 短、生产率高、运行成本低、维护成本低的综合 优势。 （ ２）Ｂ Ｇ Ｌ块（ 碎） 煤熔渣气化炉技术在鲁奇 炉内壁设计基础上加入耐火砖衬，形成水夹套保 护层，在炉下部沿周向设置了一组喷嘴，将混合 氧气／水蒸气高压喷入炉内，形成炉内局部高温 （ ２ ０ ０ ０℃左右） 燃烧区，气化区温度在１ ４ ０ ０～ １ ６ ０ ０℃范围，较大幅度提高了气化率和气化强 度。 （ ３）粗煤气的出口温度仅为３ ０ ０～５ ５ ０℃， 提高了气化过程的热效率，节省了氧气消耗，降 低了废热回收的需求和设备成本。 （ ４）由于Ｂ Ｇ Ｌ 气化技术的设计特点，炉内 靠近炉壁处温度和粗煤气出口处温度较低，气化 炉炉体和附属设备可采用常规压力容器钢材，在 国内就近加工制造，大幅度降低了制造、运输和 安装的成本。 （ ５）该技术可气化石油焦、无烟煤、烟煤、 次烟煤、褐煤，以及这些煤种的混合投料；对高 灰熔点煤种，仅需添加石灰石助熔剂。 Ｂ Ｇ Ｌ技术已有褐煤气化工业装置用于生产 甲醇，已运行两年多，其干燥、成型技术相对成 熟，但后续流程比较复杂，废水处理难度较大， 目前还在继续试验和完善中。 ３ 几种暂不适合褐煤气化的技术现状及 发展趋势 就目前的制浆技术而言，以下几种煤气化技 术难以用褐煤作原料。但是这几种气化技术是有 效和成 熟 的，有 的 适 合 于 化 工，有 的 适 合 于 Ｉ Ｇ Ｃ Ｃ。未来在制浆技术上如果有突破，或者在 制浆原料上做些工作，用于褐煤气化不是没有可 能的。 ３ ． １ 德士古水煤浆气化技术 德士古水煤浆气化技术的开发始于２ ０世纪 ４ ０年代，１ ９ ５ ０年首先在天然气非催化部分氧化 上取得成功，１ ９ ５ ６年又应用于渣油气化。７ ０年 代末 建 设 了 德 国 的Ｒ ＡＧ和 美 国 加 州 的Ｃ ｏ ｏ ｌ Ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ２套示范装置，１ ９ ８ ３～１ ９ ８ ５年分别在日本 的Ｕ Ｂ Ｅ公司和美国的 Ｅ ａ ｓ ｔ ｍ ａ ｎ公司建设了３套 商业化装置。９ ０年代 Ｔ ｅ ｘ ａ ｃ ｏ煤气化技术共有９ 套装置投入运转，其中 ５ 套在中国，４ 套在美 国。目前，在建和运转的德士古气化炉有８ ０多 台，属较为成熟的气化技术，在国内运行的业绩 良好，目前该技术被 Ｇ Ｅ收购。 ３ ． ２ Ｇ ｌ ｏ ｂ ａ ｌ Ｅ－Ｇ ａ ｓ气化技术 ［６］ Ｅ－Ｇ ａ ｓ气化技术为采用水煤浆做原料的两段 气化技术。其技术开发始于１ ９ ７ ８年，在美国路 易斯安娜州的 Ｐ ｌ ａ ｇ ｕ ｅ ｍ ｉ ｎ ｅ建立了日处理１ ５ｔ煤 的中试装置，其后于１ ９ ８ ３年建立了单炉５ ５ ０ ｔ／ｄ 的示范装置，于１ ９ ８ ７年建设了单炉１ ６ ０ ０ ｔ／ｄ煤 气化装置，配套１ ６ ５ＭＷ Ｉ Ｇ Ｃ Ｃ电站。基于这两 套装置的经验，１ ９ ９ ６年在路易斯安娜州的 Ｔ ｅ ｒ ｒ ａ Ｈ ａ ｕ ｔ ｅ建立了单炉２ ５ ０ ０ ｔ／ｄ的气化装置，配套 Ｗ ａ ｂ ａ ｓ ｈ Ｒ ｉ ｖ ｅ ｒ的２ ６ ０ＭＷ 的Ｉ Ｇ Ｃ Ｃ电站。 Ｅ－Ｇ ａ ｓ气化炉内衬采用耐火砖，约８ ５％的 煤浆与氧气通过喷嘴射流进入气化炉第一段，进 行高温气化反应，一段出口的高温气体含量接近 ８１ 第５期 齐景丽等几种煤气化技术的先进性与适用性分析 ２ ０％；１ ５％左右的煤浆从气化炉第二段加入，与 一段的高温气体进行热质交换，使上段出口温度 降至 １ ０ ４ ０℃左右。 １ ０ ４ ０℃的合成气通过一个火 管锅炉（ 合成气走管内） 降温，降温后的合成气进 入陶瓷过滤器，分离灰渣。过滤器分离出的灰渣 循环进入气化炉一段。 Ｅ－Ｇ ａ ｓ技 术 适 应 多 种 类 型 原 料， 能 够 从 １ ０ ０％煤给料切换到１ ０ ０％石油焦给料并进行相 互转换或混烧，比传统的一段式湿法给料气化工 艺更为节能。其原因是，通过二段式反应炉在不 额外添加氧气的条件下将多余的水煤浆予以转换 利用。这一措施减小了空分装置的规模，节约了 氧气成本。除渣系统摈弃了昂贵、结构复杂和返 修率高的闭锁料斗，显著降低了气化框架高度， 施工费用大幅降低。Ｅ－Ｇ ａ ｓ技术在投资、效率、 操作成本上实现了优化平衡。 ３ ． ３ 多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术 ［６，７］ 多喷嘴对置式水煤浆气化技术创新性主要体 现在以下几个方面高效的预膜式喷嘴更利于煤 浆的雾化；多喷嘴进料在炉内形成撞击流场，强 化混合和热质传递；喷淋和鼓泡复合床型的合成 气初步洗涤冷却系统，避免了合成气带水、带 灰；采用分级净化思路的合成气初步净化系统， 净化效果好，系统能耗低，设备不易结垢堵灰； 热回收与除渣单元采用蒸汽与返回灰水直接接触 工艺， 换热效果好， 灰水温度高， 蒸汽利用充分。 多喷嘴对置式水煤浆气化技术已在山东兖矿 国泰化工有限公司实现了工业化应用。山东兖矿 国泰化工有限公司在现有气化装置的基础上，增 加２台日处理煤量１ １ ５ ０ ｔ的多喷嘴对置式水煤浆 气化装置，年产２ ４ ０ｋ ｔ甲醇，联产７ １ ． ８ＭＷ电 量，并实现了煤气化技术带压连投操作。带压连 投是煤气化技术的重大突破，大大降低了气化炉 停车几率，使新型气化炉的稳定性和经济适用性 大大增强。与山东兖矿鲁南化肥厂采用国外水煤 浆气化技术装置同期运行结果对比，这套装置将 有效气成分和碳转化率分别提高２％～３％，比 氧耗降低７ ． ９％，比煤耗降低２ ． ２％，处于水煤 浆气化技术的国际领先水平。 现代煤气化技术发展的主要趋势是加压、高 温、粉煤、纯氧气化和液态排渣。纵观当今世界 各国煤炭气化技术的特点，对现代煤气化技术的 要求大致为，煤种适应性广、煤（ 或碳） 转化率 高、煤气品质好、操作性能好、便于实现自动控 制，与其他先进煤气利用技术有良好的兼容性， 与发电或先进化工合成工艺技术的联合等［ ４］。 ４ 结论与建议 （ １）在褐煤的干燥和输送能够满足工业运行 的前提下，宜优先推荐选用粉煤气流床激冷流程 气化技术，力求做到投资少、煤的利用率高、环 境污染小，从而符合现代煤气化技术发展方向。 （ ２）鉴于Ｂ Ｇ Ｌ气化炉拥有褐煤气化工业运 行经验，所需干燥、成型等入炉前处理技术也较 为成熟，在与气流床粉煤气化相配套的褐煤干燥 和输送工艺的问题解决之前，可将其作为备选方 案。建议密切关注即将投产的型煤气化装置试运 行情况，同时关注副产品综合利用和三废治理情 况。 Ｂ Ｇ Ｌ气化技术采用的是碎煤，随着机械化 采煤的发展，碎煤的比例越来越小，因此，改善 碎煤成型技术、降低碎煤成型的成本，显得十分 重要。 （ ３）目前，国内已投入运行的粉煤气流床激 冷流程气化技术有航天炉、Ｇ Ｓ Ｐ炉，类似技术 还有科林的气化技术及东方炉等。建议重点关注 航天炉大型装置的工程化、集成设计和运行情 况，以及 Ｇ Ｓ Ｐ国产化进程及投资运营成本，以 便选择更为合理的工程技术方案。 （ ４）在建设大中型煤化工装置时，无论何种 气化炉，都要考虑备用炉，从而为 “ 安全、稳 定、长周期、满负荷”运行创造条件。 参考文献 ［１］唐宏青．现代煤化工新技术 ［Ｍ］．北京化学工业出版 社，２ ０ １ ０． ［２］董洪峰，云增杰，曹勇飞．我国褐煤的综合利用途径及前 景展望 ［Ｊ］．煤炭技术，２ ０ ０ ８，２ ７（ ９） １ ２ ２～１ ２ ４． 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