现代煤气化技术发展综述

李耀武 刘侃

（中海油大同煤制气项目组，山西大同 037100）

现代煤气化技术发展综述

李耀武 刘侃

（中海油大同煤制气项目组，山西大同 037100）

本文介绍煤气化技术的发展现状，重点分析鲁奇固定床气化、BGL煤气化、赛鼎碎煤加压气化、德士古水煤浆加压气化、壳牌粉煤气化、GSP粉煤气化和SE-东方炉粉煤气化等几种气化工艺的特点和应用。

煤气化；气化炉；工艺特点

煤气化技术是高效清洁利用煤炭资源的重要方法之一。现代煤化工以煤制油、煤制天然气、煤制烯烃、煤制甲醇和煤制乙二醇等为主，煤气化技术也是诸多煤化工产业的龙头，其生产的合成气是煤化工产业下游的重要原料。因此，提高煤气化技术的先进性、可靠性对稳步推进现代煤化工产业发展显得尤为重要。

1 煤气化原理

煤的气化是指煤与气化剂作用，进行各种化学反应，把煤炭转化为燃料煤气或合成气的过程。煤气化过程是一个热化学过程，是以煤或煤焦为原料，以氧气（或空气）、水蒸气等作气化剂，在高温加压条件下通过化学反应将煤或焦炭中的可燃部分转化为气体。

2 煤气化技术的发展及分类

根据反应原料在气化炉内部反应时的运动形式和气化炉构造的不同，可将气化技术分为三类：固定床气化、流化床气化和气流床气化［1］。

3 各种煤气化技术的特点及应用

3.1 固定床气化

固定床气化工艺通常是将一定粒径的块煤从气化炉顶部加入，空气（或氧气）和水蒸气从气化炉底部送入。固定床气化废水中含有焦油、酚氨等杂质，处理成本较高。目前，工业上广泛应用的固定床气化工艺包括BGL煤气化工艺、鲁奇固定床气化工艺、赛鼎碎煤加压气化工艺。

3.1.1 鲁奇固定床气化工艺。鲁奇固定床气化工艺经过几代炉型改进，工艺成熟可靠。鲁奇炉一般采用5～50mm的块煤进料，要求煤的机械强度高、灰熔点高、粘结性小，适应煤种包括褐煤、次烟煤、贫煤和无烟煤。床层在气化炉中自下而上分为灰层、燃烧层、还原层、干馏层和干燥层。现在工业上应用的MK4炉型超过100台，气化炉设计压力达到4.0MPa，单炉产气量4.5万Nm3/h，气化炉碳转化率达到99%，热效率大于90%。近年来，鲁奇公司根据以往的气化炉运行经验，设计出了MK+气化炉，设计压力达到6.0MPa，单炉产气量进一步提高，但是尚未工业化应用。

3.1.2 BGL煤气化工艺。英国煤气公司于20世纪80年代在鲁奇炉的基础上开发了BGL气化炉。该气化技术为液态排渣，气化温度1 400～1 600℃，操作压力3.0MPa，单炉设计粗煤气量7.5万Nm3/h，冷煤气效率89%以上，碳转化率99%。煤种适应性强，包括褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤和石油焦，灰熔点较高时需加入助溶剂。BGL熔渣气化炉与鲁奇气化炉结构相似，不同之处在于炉底排渣系统，气化废水较鲁奇工艺大大减少。但是，BGL气化工艺排渣系统复杂，对气化炉耐火材料要求高，投资成本高。

3.1.3 赛鼎碎煤加压气化工艺。赛鼎工程有限公司与鲁奇公司的合作积累了丰富的煤气化技术设计建设经验，在此基础上，独立开发了具有自主知识产权的碎煤加压气化技术，成功应用于天脊集团的合成氨装置。近年来，气化压力4.0MPa的赛鼎碎煤气化工艺在新疆庆华煤制天然气、大唐克旗煤制天然气等项目上均有应用。赛鼎碎煤气化工艺原料适应范围广，块煤粒径要求6～50mm，合成气中甲烷含量高，煤气化单元装置投资低。缺点是气化废水量大，煤气水成分复杂，后续处理成本高；气化炉压力低，单台炉处理煤量低。

3.2 流化床气化

流化床气化技术主要代表是恩德炉工艺和U-Gas技术。

3.2.1 恩德炉工艺。恩德炉粉煤流化床气化技术是朝鲜恩德联合企业在温克勒粉煤流化床气化炉的基础上，经长期的生产实践，逐步改进和完善的一种煤气化工艺。该工艺煤种适用广泛，原料价格相对低廉，操作简单。但是因为常压气化，气化效率和碳转化率低，逐渐被淘汰。

3.2.2 U-GAS技术。U-GAS气化工艺由美国煤气工艺研究所（IGT）开发，属于单段流化床煤气化工艺，采用灰团聚方式操作。该技术设计简单，运行安全可靠，能气化所有煤种的煤。气化压力0.25～1.0MPa，单炉投煤量最高1 200t/d。由于气化压力低，处理量不高，随着现代煤化工的发展，逐渐被淘汰。

3.3 气流床煤气化工艺

气流床气化在现代煤气化技术中应用最为广泛。该气化技术是将煤粉或煤浆与气化剂一起经喷嘴进入气化炉，煤的气化过程瞬间完成，矿物质以熔融状态离开气化炉。目前，典型的气流床气化工艺包括德士古水煤浆加压气化工艺、壳牌粉煤气化工艺、GSP粉煤气化工艺和SE-东方炉粉煤气化工艺等。

3.3.1 德士古水煤浆气化工艺。德士古水煤浆加压气化技术是美国德士古公司于20世纪80年代开发的煤气化技术，现属于GE公司。根据合成气热量回收方式的不同，分为激冷流程和废锅流程。该工艺对煤种有一定的要求，煤中灰分不宜超过15%。气化压力范围宽，2.8～8.7MPa，气化温度1 350～1 400℃，碳转化率高达99%。工艺技术成熟可靠，环境影响小，气化过程不产生焦油、酚氨等污染物，废水易处理。缺点是对煤的成浆性要求高，灰含量要求低，灰熔点要求低，对设备等级要求高，一次投资高。

3.3.2 壳牌粉煤气化工艺。壳牌煤气化技术在国内应用广泛，其主要特点是采用密封料斗加料和粉煤密相输送，气化炉内部采用水冷壁结构。壳牌粉煤气化技术同样分为废锅流程和激冷流程，其中废锅流程在国内应用最多。目前在潞安煤制油项目、同煤甲醇项目、中石化安庆、湖北枝江和云天化等项目上应用。该气化技术的特点是煤种适应性广，从褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤到石油焦均可气化；单系列生产能力大，单炉最大投煤量可达3 000t/d；气化温度1 400～1 600℃，压力4.0MPa，碳转化率99%；与水煤浆气化工艺相比，氧耗低；热效率高，稳定运行周期长，环境效益好，气化废水易处理。缺点是较其他气化工艺，一次投资高。

3.3.3 GSP粉煤气化工艺。GSP煤气化技术是世界上最早实现工业化应用的气流床干煤粉加压气化技术。该技术最早由原民主德国燃料研究所开发，后归西门子公司拥有。目前，全球应用的GSP气化炉超过20台。神华宁煤煤制烯烃项目使用5套GSP炉，单炉投煤量2 000t/a。GSP气化技术操作压力为2.5～4.0MPa，气化温度1 350～1 600℃，气化效率高，原料煤及氧气消耗低，碳转化率高达99%；气化炉采用水冷壁结构，对原料煤的灰熔点限制较少；采用激冷工艺流程，设备结构简单，装置投资少。

3.3.4 SE-东方炉粉煤气化工艺。SE-东方炉粉煤气化工艺是中石化宁波技术研究院和宁波工程公司在2007年与华东理工大学合作开发的具有自主知识产权的“单喷嘴冷壁式粉煤加压气化技术”。2014年在扬子石化建成1 000t/a的东方炉示范装置并投煤成功。该技术充分吸收了干煤粉气化技术和水煤浆气化技术的优点，采用激冷流程，碳转化率和冷煤气效率高，煤种适应性强。缺点是与壳牌粉煤气化技术、德士古水煤浆气化技术相比，大型工业化应用较少，单炉投煤量不高。

4 结语

随着现代煤化工的不断发展，现代煤气化技术也向着高温高压气化、大型化、规模化、多样化方向发展。煤气化技术选择的成功与否直接关系到煤化工生产装置的长周期稳定运行。在选择煤气化技术时，要综合考虑煤气化技术的成熟可靠性、环境友好性、原料煤煤种适应性、与目标产品的匹配性、单系列处理能力以及建设运行成本等诸多因素。

［1］张东亮，孙弄，孙河清，等.煤气化制合成气资料汇编［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，助理工程师，研究方向：煤化工。