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煤气化技术现状和展望 上海寰球石油化学工程有 限公司 沈纲轮 宋世权 曩 矗S O 摘要文章介绍了国内外煤气化技术现状，包括 6种气化炉、气化工艺、参数等，还特别介绍了地下气化工 艺的发展。对我国的煤气化未来进行了展望。 关键 词煤炭气化 现状 展望 1 国内外煤气化技术现状 1 ． 1 煤炭气化 煤炭气化是指煤在特定的设备 内，在一定温度 及压力下使煤中有机物质与气化剂 如蒸汽／ 空气或 氧气等 发生一系列化学反应， 将固体煤转化为含有 C o、H2 、c H 4 等可燃气体的过程。煤炭气化时，必 须具备三个条件 ，即气化炉、气化剂、供给热量， 三者缺一不可。 原料煤的性质 ，如煤 中水分、灰分和挥发分 的含量，粘结性，化学活性 ，灰熔点，成渣特性， 机械 强度和热稳 定性 ， 以及煤 的粒度和粒度分布 等 ，都 对气 化过 程有 不 同程度 的影 响。因此 ，必须 根据煤 的性质和对气体产物 的要求选用合适 的气 化方法。按煤在气化炉 内的运动方式，气化方法可 划分为三类 ，即固定床气化法、流化床气化法和气 流床气化法。 1 固定床气化在气化过程中，煤 由气化炉项 部加入 ，气化剂从气化炉底部加入，煤与气化剂逆 流接触 ，相对于气体的上升速度而言，煤下降速度 很慢 ，甚至可视为固定不动 ，因此称之为固定床气 化；而实际上，煤在气化过程中是 以很慢的速度向 下移动的，比较准确的应称其为移动床气化 。 2 流化床气化它是以粒度为 0 ～ 1 0 mm 的小 颗粒煤为气化原料 ，在气化炉 内使其悬浮分散在垂 直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应， 从而使得煤层 内温度均一，易于控制，提高气化效 率 。 3 气流床气化它是一种并流气化，用气化剂 将粒度为 1 0 0 u m 以下的煤粉带入气化炉内，也可 将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉 内。煤 在高于其灰熔 点的温度下与气化剂发生燃烧 反应 和气化反应，灰渣 以液态形式排出气化炉。 煤气化技术包括备煤技术、气化炉技术、气 化后工艺技术三部分，核心是气化炉。 1 ． 2 目前国内外主要气化炉 f 1 德士古气化炉 美 国德士古2 0 0 2年初成为雪佛龙公司一部分， 2 0 0 4年 5月被通用电气公司收购开发的水煤浆气 化工艺是将煤加水磨成浓度为 6 0 ％ ～ 6 5 ％ 的水煤浆， 用纯氧作气化剂 ，在高温高压下进行气化反应，气 化压力在 3 ． 0 ～ 8 ． 5 MP a之间，气化温度 1 4 0 0 ℃，液 态排渣 ，煤气成份 C OH2 为 8 0 ％ 左右，不含焦油、 酚等有机物质 ， 对环境无污染， 碳转化率 9 6 ％ ～ 9 9 ％ ， 气化强度大，炉子结构简单，能耗低，运转率高， 且煤适应范围较宽。目前雪佛龙德士古最大商业装 置是 T a I n p a电站，属于 Do E的 C CT - 3 ，l 9 8 9年立 项，l 9 9 6年 7月投运 ，l 2月宣布进入验证运行 。 该装置为单炉 ，日处理煤 2 0 0 0 ～ 2 4 o 0 t ，气化压力 为 2 ． 8 MP a ，氧纯度为 9 5 ％ ，煤浆浓度 6 8 ％ ，冷煤气 效率 7 6 ％ ，净功率 2 5 0 MW。德士古气化炉 由喷嘴 、 气化室、激冷室 或废热锅炉 组成 。其 中喷嘴为三 通道，工艺氧走一、三通道 ，水煤浆走二通道，介 于两股氧射流之间。水煤浆气化喷嘴经常面临喷 口 磨损问题，主要是 由于水煤浆在较高线速下 约 3 O r n ／ s 对金属材质的冲刷腐蚀。喷嘴、气化炉、激冷 环等为德士古水 ∈ 浆气化的技木关键。 上海煤气 2 0 0 9 年第 1 期 ， 2 E Ga s 气化炉 由美国 DoW 公司开发 ， 已建设两套商业装置 L G T I 水煤浆气化炉的容量为 2 2 0 0 ，1 6 0 Mw， 2 ． 8 MP a ，l 9 8 7年运行，1 9 9 5年停运 与 Wa b a S h R i v e r 2台炉， 1 开 l 备， 单炉容量 2 5 0 0t ／ d ， 2 6 2Mw， 2 ． 8 MP a ，净发电效率为 H HV3 8 ． 9 ％ ，l 9 9 5年投运 。 炉型类似于 K． T ，分第一段 水平段 与第二段 垂直 段 。在第一段中，两个喷嘴呈 1 8 0 。 对置，最高反 应温度约 l 4 0 0℃。为提高冷煤气效率，在第二段 中，采用总煤浆量的 2 5 ％ 进行急冷 ，反应温度约为 l 0 4 0℃，出口煤气进火管锅炉回收热量 。熔渣从 气化炉第一段 中部流下 ，经水急冷固化 ，形成渣水 浆排 出。E 。 Ga s气化炉采用压力螺旋式连续排渣 系 统。美国 P o r t An h u r GC C 工程计划采用 E Ga s 气 化技术气化石油焦 ，于 2 0 0 5年建成 3台气化炉， 生产的煤气用于发 电 1 1 o 0 MW 。 f 3 壳牌气化炉 壳牌气化炉壳体直径约 4 ． 5 m，高约 3 0 m，4 个喷嘴位于炉子下部同一水平面上，沿圆周均匀布 置，借助撞击流以强化热质传递过程，使炉 内横截 面气速相对趋于均匀。炉衬为水冷壁 ，总重 5 0 0 t 。 炉壳与水冷管排之间有约 0 ． 5 m 间隙，作安装、检 修用。 1 9 8 8 年壳牌煤气化技术用于B u g g e 肌m I GC c 电站。该装置 1 9 9 3年开车，1 9 9 4年 1月进入为时 3年的验证期，目前已处于商业运行阶段。单炉， 日处理煤 2 0 0 0 t ， 2 5 3 Mw， 发电效率 L HV为 4 3 ． 2 ％ 。 煤气携带煤灰总量的 2 0 ％ 3 0 ％ 沿气化炉轴线 向上运 动，在接近炉顶处通入循环煤气急冷 ，急冷煤气量 约 占生成煤气量的 6 0 ％ ～ 8 0 ％ ，煤气降温至 9 0 0 ℃， 熔渣凝固，煤气 出气化炉，沿斜管道向上进余热锅 炉。 煤灰总量的 7 0 ％ 8 0 ％ 以熔融态流入气化炉底部 ， 急冷凝固，从炉底排出。粉煤 由 N2 携带，密相输 送进入喷嘴。工艺氧与蒸汽也由喷嘴进入。气化温 度为 l 5 0 0 ～ 1 7 o 0℃，压力为 3 ． O MP a 。冷煤气效 率为 8 1 ％ 。原料煤热值 1 3 ％ 转化为蒸汽 ，6 ％ 由设备 和 出冷却器的煤气显热损失于大气和冷却水。 4 鲁奇气化炉 目前 仍 旧是世界上加压煤气化工艺 中应用装 置和业绩最多的炉型，目前世界上最为成功也是唯 一 的 大 型 煤 制 、佃 化 工 联 合 体 为 雨 j J 2 0 0 9 年第 1 期 上 海煤 气 S AS OL公 司 ， 其应用的煤气化技术均为德 国鲁奇加压气化技术， 全 公司有 9 7台气化炉， 其中 I 厂有 l 7台 1 3台 MK I I I 型、3台 MKⅣ型和 1台能力为 6 6 o 0 0 m ／ h的 MKV型 ，I I 厂和I Ⅱ厂各有 4 O台内径 3 ． 8 m、能 力为 4 1 0 0 0 m ／ h的 MKⅣ型气化炉 ，S AS OL公司 鲁奇气化炉设备利用率达 9 4 ％ 。 鲁奇炉是 目前世界上建厂数量最多 的煤气化 技术 ， 运行 中的气化炉达数百台， 对煤种要求不高。 上世纪 7 O 年代单台炉产气量 6 5 o 0 0 m ／ h ，8 O 年代 单 台炉产气量 9 0 0 0 0 m ／ h 。鲁奇炉生产能力大 ，以 块煤为原料尤其适应褐煤，主要适合于城市煤气的 生产 。但 是 鲁奇 炉生产 的合成气 中 甲烷 含 量高 8 l 0 ％ 1 ，且含焦油、酚等物质，气化炉需设置废 水处理及回收装置和甲烷分离装置，生产流程长、 投 资大，可以考虑多联产。 5 U GAS气化炉 上海焦化 总厂 1 9 9 4 年建成 了世 界上 第一套 u． Ga s 气化工业化装置，包括 8台 u． Ga S 气化炉 ， 安排 6开 2备 ， 产低热值煤气约 3 2 0万 m ／ d ，全部 送炼焦厂作代换气，可增供城市煤气 7 0万 m ， d 。 6 GS P气化炉 前东德黑水泵煤气联合企业从 1 9 7 6年开始研 究开发干法粉煤加压气化工艺技术，将该工艺命名 Gs P 。该气化技术采用气化炉顶干粉加料 、氧气气 化、炉底液态排渣。l 9 8 O年在 F r lb e r g 燃料研究所 建成两套名称分别为 wl 0 0和 w5 0 0的试验装置 ， 气化压力 3 ． 0 MP a ，对粉煤浓输送、粉煤加料 、工 艺特点进行试验研究，所用原料煤种大多为褐煤。 1 9 8 3年又建成一套名称为 w3 0的大型试验装置， 气化压力 3 ． O MP a ，装置累计进行 了超过 2 0 0 0 0 h 的运行试验，并且完成灰熔点 l 5 0 0℃的高灰熔 点 褐煤的气化试 验。气化炉为直立 圆筒 的水冷壁结 构，类似于重油气化炉和水煤浆加压气化的炉型。 粉煤 、氧 、蒸汽从气化炉顶部的喷嘴送入 ，高温煤 气和熔渣并流 由气化炉的下部排出进入净化系统。 目前我国宁夏煤气有限公司 已采用此项气化技术。 1 ． 3 国内煤气化技术 我 国自煤的商业化和社会化 以来迄今 已 1 0 0余 年 ，但没有形成能与国际抗衡的商业化 自主产权煤 本文共6页，欲获取全文，请点击链接 题目下面的“下载全文”按钮下载全文，您也可以登录维普官网（）搜索更多相关论文。