R-GAS煤气化技术工艺浅析

潘登峰， 姚根有， 李伟斌

(阳泉煤业(集团)有限责任公司化工研究院，山西 太原 030006)

1 R-GAS煤气化工艺

R-GAS煤气化技术依托洛克达因公司在航天领域对喷射器、气体流场、高温高压材料的研发优势，是由美国燃气技术研究院(Gas Technology Institute，简称GTI)开发的干法粉煤加压气流床气化技术。R-GAS煤气化技术气化温度高，可气化高灰熔点劣质煤。为解决山西高灰熔点劣质煤气化难题，阳泉煤业(集团)有限责任公司于2014年与GTI进行合作，共同进行R-GAS煤气化工业示范装置的开发。

R-GAS煤气化装置由粉煤给料系统、气化系统和粗煤气净化系统组成，工艺流程如图1所示[1]。R-GAS煤气化技术输煤系统采用干式固体泵或超密相输送，气化炉煤粉进料采用特殊的分流器对煤粉和氧气进行均匀分配，保证气化炉的流场为活塞流，从而有效提高气化炉的气化效率。气化炉采用与Shell和GSP气化炉一样的水冷壁结构，通过形成的渣层保护气化炉；气化烧嘴借鉴火箭发动机上快速混合喷嘴，火焰温度高，可在极短时间内将煤完全气化，碳转化率达99%以上。

R-GAS煤气化技术先后气化过多种不同变质程度煤种，其中包括变质程度和灰熔点较高的阳泉新景煤、新元煤等物料。表1给出了几种典型气化原料的煤质分析及气化所产煤气的组成。

2 R-GAS煤气化工艺特点

2.1 R-GAS煤气化工艺特点

R-GAS煤气化技术与其他气化技术相比较，拥有原料要求低、效率高、投资省等特点。

图1 R-GAS煤气化装置流程示意图表1 几种典型气化原料的试验结果

coal namePowder River BasinXinyuanXinjing煤质分析(质量分数,%)Aa6.8025.0223.96Cdaf82.3274.2575.45Hdaf5.053.933.57Ndaf1.011.311.30Sdaf0.531.332.54煤气组成及碳转化率φ(CO2)/%19.325.126.3φ(CO)/%53.049.248.4φ(H2)/%27.525.224.5C conversion/%98.6697.02

1) R-GAS气化技术原料要求低，有利于劣质煤的综合利用。

R-GAS气化技术能够采用低成本的高灰煤、高硫煤、石油焦、褐煤和其他“低价值”的碳氢化合物作为原料，其2 760 ℃的火焰温度、高于1 800 ℃的气化温度对于原料的灰熔点、反应活性、热稳定性、灰分含量的适应性将大大提高，此技术有利于劣质煤的综合利用，对煤种的适应性较好。

2) R-GAS气化技术效率高，气化炉更小，适合超大型化工生产。

R-GAS气化技术气化温度高，反应时间短，活塞流提供统一的气体停留时间，存在极少的返混，从而实现高碳转化率，碳转化率可达99%，气化炉体积更小，适合超大型化工生产。

3) 投资更省。R-GAS技术流程简单，占地面积少，总投资少。

表2是美国咨询公司对R-GAS气化技术和同类技术投资比较表。

表2 R-GAS气化技术和同类技术投资比较

由表2可看出，整体气化装置降低资金成本10%～24%，降低产品成本15%～27%。

4) R-GAS气化技术高效气化技术对节能减排、保护环境发挥重要作用。

R-GAS气化技术“三废”排放量低，环境友好，本项目的实施对于节能减排、保护环境将发挥积极的作用。

2.2 R-GAS煤气化技术与其他煤气化技术对比

从技术成熟可靠角度考虑，目前较成熟的气化技术包括GE、多元料浆、多喷嘴对置、GSP、Shell、HT-L和BGL气化技术。根据本项目的特点，选择有代表性的水煤浆[2]、GSP[3]、Shell[4]、HT-L[5]与R-GAS五种大型煤气化技术进行气化技术特点比较，详见表3。

表3 水煤浆、GSP、Shell、航天炉和R-GAS气化技术特点比较表[2-5]

3 R-GAS煤气化技术在中国的应用前景

目前，中国是世界上最大的煤炭生产和消费国，煤炭在中国一次能源消费中约占2/3的比重，并且中国以煤为主的能源结构在未来很长一段时间内也不会发生改变。高灰熔点煤约占我国煤炭储量的50%，而现有的煤气化技术，如Shell炉、航天炉等均无法实现高灰熔点煤的直接气化。R-GAS煤气化技术气化温度高，可实现高灰熔点煤的直接气化，能够降低国内高灰熔点煤产地的煤化工企业的生产成本，提高企业竞争力。因此，R-GAS煤气化技术在国内具有广阔的应用前景。