现代煤气化工艺技术特点及发展

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1、现代煤气化工艺技术特点及发展摘要：煤是我国储量较为丰富的能源，在人民生活和国家经济建设中发挥着 重要的作用。煤气化是现代煤化工技术中的重要一环，而煤质的复杂性和下游工 艺要求的多样性催生出多种煤气化工艺。随着国家对环境保护的日趋重视，发展 以煤气化为代表的新型清洁能源技术尤为重要。本文对多种煤气化工艺进行了介 绍，叙述了其技术特点、应用参数等，同时分析了这些煤气化工艺存在的优势和 劣势。最后，对未来煤气化工艺的发展趋势做了展望，指出应认识到煤气化工艺 的重要性，并结合我国煤化工领域现状，提出了几点技术改进建议。关键词：煤气化；气流床；流化床；固定床；气化特点1概述煤炭是我国储量最多的化石燃料，

2、是我国分布最广、最为丰富的能源，而石 油、天然气资源则相对不足，预计未来很长一段时间，我国以煤为主的能源结构 将不会改变。我国虽然煤炭资源丰富，但长期以来主要通过燃烧的方式将能量转化，约 80% 原煤用于直接燃烧，燃煤排放出大量有害气体和烟灰，这种方式不仅造成了资源 浪费、利用效率低，而且还使生态环境遭到严重破坏。提高我国煤炭利用效率、 减少煤炭燃烧带来的环境污染的根本途径是研制和推广煤炭优化利用技术。为了实现我国的低碳经济发展，必须加强煤炭的清洁和高效利用的研究1。 发展煤炭气化技术是减少环境污染、节能、发展工业的重要措施。煤气化过程是 一个热化学过程，它是用原煤或煤焦做原料，以氧气、空气、

3、蒸汽或氢气等为气 化剂，在高温高压作用下，通过化学反应将原料煤从固体燃料转化为气体燃料的 过程。煤气化技术是世界上先进的洁净煤利用技术，在全世界范围内应用广泛， 是一种典型的高碳资源低碳化利用技术2。2煤气化工艺分类煤气化工艺3,4是现代煤化工技术里的重要环节，大多数煤化工装置运行不好 的情况都与选择的煤气化工艺无法稳定地长周期工作有关，煤化工生产与煤气化 工艺的成熟、可靠、稳定有紧密的关联。现代煤气化市场上应用的煤气化工艺按 生产装置的化工特征大致可以分为3类5：第一类是气流床加压气化工艺。气流床气化炉采用并流气化方式，用具有压 力的气化剂将粒度很小的煤粉送入气化炉内，也可以将水煤浆泵入气化

4、炉内。使 原料煤和气化剂充分接触后，在高温作用下燃烧和气化反应。反应后的灰渣，以 固态或液态形式排出。气流床加压气化工艺又可分为干法煤粉加压气化工艺和湿 法水煤浆加压气化工艺。干法气化有代表性的工艺有Shell炉干煤粉气化、GSP 炉干煤粉气化等。湿法气化有代表性的工艺有GE单喷嘴水煤浆加压气化、多喷 嘴水煤浆加压气化等。第二类是流化床粉煤加压气化工艺。在气化过程中，原料碎煤悬浮分散于垂 直上升的气化剂气流中并进行气化反应。此时碎煤具有流体的某些表观特征，因 此称为流化床气化炉。主要有代表性的工艺有U-gas灰熔聚流化床粉煤气化、 SES褐煤流化床气化和灰熔聚常压气化（CAGG）等。第三类是固

5、定床碎煤加压气化。在气化过程中，原料煤由气化炉顶部加入， 气化剂由气化炉底部加入，两者逆流接触，相对于气体上升速度而言，原料煤的 下降速度较慢，因此称之为固定气化床气化炉。主要有代表性的工艺有Lurgi褐 煤加压气化、碎煤移动床加压气化等。3典型煤气化工艺3.1 Shell 煤气化工艺Shell煤气化工艺是目前较为先进的第二代煤气化技术之一，气化炉属于加 压气流床反应器。目前我国已引进了多套该技术气化装置，实践证明该工艺先进 气化炉本身无太大技术问题。Shell 煤气化工艺6于1972年研究，1993 年在荷兰推出，用于燃气发电。 装置包括原料煤运输、煤粉制备、气化、除尘和余热回收等工序。Sh

6、ell炉的主要特点是干煤粉进料、下喷式多喷嘴气化、气化温度高、水冷 壁内衬，煤气化后高温煤气上行进入废热锅炉进行冷却回收热量。冷却后的粗煤 气经除尘后去气体净化，其中一部分冷合成气去气化炉循环激冷高温煤气。该工 艺具有生产能力大、运转周期长、煤种适应性广、煤转化率高、产品气体质量好 环境效益好等优点。存在的不足主要是：设备造价较高、加压循环合成气的功耗 较大、关键气化设备结构复杂、项目建设周期较长。3.2 GSP煤气化工艺GSP 煤气化工艺4,8是一种加压气流床气化技术，主要用于联合循环发电和生 产甲醇。GSP技术在国内目前应用较少，但是前景十分广阔。该工艺的气化装置 主要包括原料煤输送、煤粉

7、制备、气化、除尘和余热回收等工序。GSP 炉的主要特点是干煤粉进料、单喷嘴气化、水冷壁内衬，气化炉外壳设 有水冷夹套。煤粉和气化剂通过设在炉头上的一个烧嘴喷入气化反应室，产生的 高温煤气通过反应室和激冷室，与激冷室内喷嘴喷入的水进行冷却后从出气口快 速离开气化炉。该工艺具有原料适应性广、使用寿命长、冷煤气效率高、投资较 低等优点。存在的不足主要是：热负荷大磨损大需按时维护、合成气含灰量大、 耗水量大、烧嘴点火可靠性不足、碳转化率低等。3.3 GE水煤浆气化工艺GE水煤浆气化工艺前身是德士古水煤浆气化工艺，主要装置包括原料煤运 输、水煤浆制备、气化等工序，采用加压煤浆泵输送水煤浆入炉。该输送系统

8、比 干粉煤加压气化输送系统要安全简单。气化单炉生产能力较大，对原料煤适应性 较广。该工艺主要特点是水煤浆进料、单喷嘴下喷式，主要采用水激冷的工艺流程 从气化炉出来的粗煤气直接用水激冷。该气化炉结构简单、制造方便、造价低、 煤气除尘简单。存在的不足主要是：水煤浆热值低增大能耗、对原料煤的要求严 苛、碳转化率低、冷煤气效率较低、比氧耗很高、耐火砖造价高且寿命短。3.4 多喷嘴水煤浆气化工艺多喷嘴水煤浆气化工艺9是由华东理工大学在Texaco气化技术的基础上改善 而来的新技术，已经实现了工业化的应用。该技术已在国内推广并应用于多个企 业，目前看来是一项成功的技术，已经得到了国际煤气化领域的关注。其主

9、要特点是采用四个工艺烧嘴水平对称布置于气化炉中部，并对激冷室进 行了创新，采用独特的破泡条取代水激冷室上升管，避免渣堵塞气流通道。采用 静态破渣机破渣效果更为优越，反应室更大从而使转化率更高。气化炉造价低， 为耐火砖衬里。采用激冷流程，煤气除尘简单，四(多)喷嘴，有备炉。存在的 不足主要是：合成气体带水较严重、阻力降大、激冷罐液位不易控制、含水量高 能耗高、气化炉耐火砖和烧嘴的使用寿命短、要有备炉。4煤气化工艺发展方向发达国家正在加快新一代煤气化工艺的研究开发和工业化应用，主要是为了 提高气化炉气化强度和煤的气化率。主要方向为：气化原料向多样化发展，气化 压力向中高压发展，气化温度向高温发展，

10、固态排渣向液态排渣发展。我国的煤 气化工艺发展已有近百年时间，但煤气化工艺仍以传统技术为主，环保措施不完 善，污染严重，煤炭利用率低。清洁的煤气化是发展现代煤化工的趋势，要充分 认识煤气化技术研发的重要性，下大力气因地制宜调整能源结构。为了实现将经济、能源和环境统筹兼顾，可持续发展的目标，促进煤气化工 艺的发展，可以从以下几方面进行改进：加大科研力度，优化气化炉的系统结构 研发助熔剂、添加剂及新型材料等，扩大煤种的适应范围；引导煤化工向规模化 大型化发展，逐项改进技术，提高单台气化炉的处理能力，从而提升总体能效， 和经济效益；研究高活性、高选择性的廉价催化剂，提高产品的选择性；重点研 究煤气化工过程中的污染物迁移转化机理，降低煤气化技术的污染物排放量，努 力实现绿色气化工艺。参考文献1倪维斗.煤的清洁高效利用是我国低碳经济的关键J太原理工大学 学报，2010，41(5)：454-452 周学双，童莉，赵秋月等我国高碳资源低碳化利用的环保思索J.我国人口 资源与环境，2010, 20(5):12-16.