国内主要固定床煤气化技术简介

刘 琰

(河南能源化工集团鹤壁煤化工有限公司，河南 鹤壁 458000)

固定床气化技术也称移动床气化技术，是世界上最早开发和应用的气化技术。随着科学技术和社会经济的发展，常压固定床煤气化技术已即将淘汰，原使用常压固定床气化炉的厂家面临着改造升级。随着连续固定床气化技术、加压固定床气化技术的发展，固定床气化技术在煤种适应性、气化炉单炉生产能力、环境保护、经济和社会效益也有了长足发展[1-2]。

1 赛鼎炉碎煤加压干排渣气化技术

1.1 技术背景

赛鼎炉碎煤加压干排渣气化技术由赛鼎工程有限公司开发，广泛应用于煤制油、煤制天然气、合成氨、合成化学品、煤基新材料等不同的领域，目前在建和投入运行的赛鼎炉有165台。

1.2 工艺流程

该技术采用赛鼎工程有限公司研制的带夹套的碎煤加压干法排灰气化炉，每台气化炉有一台/两台煤锁、一台灰锁、一台洗涤冷却器和一台废热锅炉与之配套。装置运行时，煤经由自动操作的煤锁加入气化炉。气化剂由蒸汽、氧气或蒸汽、氧气和二氧化碳经气化剂混合管混合，混合物经安装在气化炉下部的旋转炉篦喷入，在燃烧区燃烧一部分，为吸热的气化反应提供所需的热量。在气化炉的上段，刚加进来的煤向下移动，与向上流动的气流逆流接触。在此过程中，煤经过干燥、干馏和气化后，只有灰残留下来，灰由气化炉中经旋转炉篦排入灰锁再经灰斗排至水力排渣系统。产生的粗煤气采用废锅流程，利用废锅回收粗煤气余热副产次高压蒸汽供气化使用，从而减少了外供次高压蒸汽的需求[3]。

1.3 技术特点

赛鼎炉碎煤加压气化采用固态排渣，煤与气化剂逆向运动，技术成熟、先进、可靠。

(1)煤种适应性强，几乎可以气化所有煤种，尤其是可以高水分、高灰分、高灰熔点的劣质煤作原料，且不受成浆性的制约，可以实现煤炭的就地转化。

(2)煤气中甲烷含量高(10%左右)，特别适合于做为燃气；

(3)碎煤加压气化是集煤干馏和半焦气化于一体的气化工艺，可以回收煤中部分有机物，获得部分石油化工的替代产品。

(4)碎煤加压气化技术成熟，操作简单，投资最低，同时也是所有大型煤气化工艺中氧耗量最低，空分投资最省、操作费用最低的工艺。

2 泽玛克熔渣气化技术

2.1 技术背景

泽玛克熔渣气化技术由英国煤气公司和德国鲁奇公司为生产煤制燃气而开发。2010年，该技术被上海泽玛克敏达机械设备有限公司收购，目前已开发出泽玛克块粉一体气化技术、泽玛克高产油干馏气化一体技术和泽玛克废物/生物质气化技术。

2.2 工艺流程

该技术工艺流程由气化工段和煤气水分离工段组成。原料块煤通过皮带输送机输送至气化炉上部煤仓，常压下靠重力加入煤锁，煤锁加压后经过渡仓加入气化炉顶部，与气化炉下部鼓风口喷入的蒸氧混合物进行燃烧和反应，生成的合成气上行与炉内原料充分换热后离开气化炉。粗煤气进入洗涤冷却器洗涤冷却，再进入废锅换热后出界区。炉底渣池内液渣经激冷室激冷后成玻璃态碎渣排出。

2.3 技术特点

对比其他固定床气化技术，泽玛克熔渣气化技术具有如下优点：

(1)煤种选择范围宽，适应性强。可直接气化石油焦、无烟煤、烟煤、次烟煤、褐煤，以及这些煤种的混合原料及型煤，对高灰熔点煤种仅需添加助熔剂或配煤调整粘度;操作过程中气化炉对煤质变化不敏感，可在线快速切换不同原料。得益于气化炉内自平衡煤床及一定容积的渣池，缓冲能力强，操作稳定性好。

(2)该技术兼具气流床气化和固定床逆流气化原理，大大提高了气化热效率，使气化过程的氧气、蒸汽消耗较气流床气化大幅度降低。有效气(H2+CO)达85%以上，高于同类固定床粗煤气指标，碳转化率高于99%。该技术蒸汽用量少，且水蒸气分解率超过90%。因此煤气水产量低，大大降低了酚氨回收及废水处理的负荷。

(3)气化粗煤气中除CO+H2外，还副产CH4、焦油、中油、酚、氨、石脑油等副产品，相同产量CO+H2的煤耗与气流床接近，即副产品并没有多增加煤耗，因此大大节约了煤炭资源和提高了煤炭转化效率，有效切合了煤从燃料往原料转变的现代煤化工理念。

(4)该技术气化炉炉体及其附属设备采用常规压力容器钢材，国内就近加工制造，设备投资少，运输、安装成本低，建设周期短。

3 T-G移动床纯氧连续气化技术

3.1 技术背景

移动床纯氧连续气化技术(简称“T-G炉”)由昊华骏化集团公司开发，该技术借鉴了常压间歇固定床气化技术、移动床和气流床的气化技术特点及优势，可采用无烟煤、烟煤、型煤、焦炭、兰炭为气化原料。具有低投资、高效率、流程简单、超低灰渣残碳且无三废排放的特点。目前累计许可签约40余台套，已投入运营33台套。

3.2 工艺流程

原料煤通过煤锁从气化炉的上段进入，与气化剂纯氧和水蒸气(或CO2)逆向接触;在气化炉的上部和下部分别副产低压和中压蒸汽，粗煤气从气化炉上部引出，依次通过旋风除尘器、显热回收装置、煤气洗涤装置。气化废水利用水相变原理，充分利用造气循环水的低位热能，使造气循环水中的VOCs与水实现气液分离并有组织回收，同时分离出超低硬度的清洁水，可用于制备氨水或其它有超低硬度要求的工艺水。

3.3 技术特点及优势

(1)采用蒸汽与纯氧混合作为气化剂由气化炉下部通入炉内，与原料煤逆流接触连续制气，取消间歇式气化技术繁复的上下吹风过程。并将常压气化改为低压气化，取消原气化系统出口用于加压的罗茨风机，直接作为工业燃气供应或送入压缩机进一步提压。

(2)高气化温度至软化温度(ST)和半球温度(HT)之间，提高气化反应速度，进而提高蒸汽分解率及冷煤气效率。强制均匀排渣，既可以保证渣块及时排出，还有利于气化剂的均匀分布和预热。

(3)优化气化炉高径比，延长气化剂和原料煤的反应停留时间，从而提高碳转化率和冷煤气效率。采用双段水冷壁结构，分别副产低压和中压蒸汽。

4 低压纯氧连续气化技术

4.1 技术背景

固定床纯氧连续气化技术由昌昱实业有限公司开发，此技术是以兰碳、小粒焦、小块煤或型煤为原料，利用所配套的纯氧连续气化炉，在高温条件下连续与纯氧和水蒸汽(或CO2)进行氧化还原反应制取煤气。目前已在四十多家企业得到了应用。

4.2 工艺流程

原料煤自动加煤机加入炉中。纯氧和气化剂经计量后按比例从底部进入造气炉，与原料煤进行氧化还原反应连续生产水煤气，水煤气自炉顶排出，经过高效除尘器进行除尘。根据水煤气热量回收方式不同可以分为直冷流程和间冷流程。

4.3 技术特点及优势

(1)原料可选用小粒煤、气化焦、焦碳、兰碳、型煤等，煤种适应性广。单向气化，无煤气倒流串气，流程简单。

(2)采用低压纯氧连续气化工艺，其反应温度高(1150～1350 ℃)，煤中含的挥发成分会全部分解，所生产的水煤气中不含有酚类物质。从而解决了现有水煤气中含有酚类物质不利于环保的难题。

(3)该技术气化剂为纯氧和水蒸汽，不含氮气。因此，在生产过程中不会产生氰化物。所以，利用本技术生产的水煤气中不含有氰化物。燃气排放烟气中NOx低。

(4)原料利用率高：碳转化率大于99%，蒸汽分解率高大于70%。有效气成分高82%～85%。

此外，昌昱实业有限公司在该技术的基础上，吸取了传统固定床加压气化炉的特点进一步发展出了加压纯氧连续气化技术。

5 GAG炉熔渣气化技术

5.1 技术背景

GAG炉熔渣气化技术由昌昱实业有限公司开发，该技术是将固定床纯氧气化技术与液态排渣技术进行结合。目前已在贵州开磷息烽合成氨项目进行工业化试验。

5.2 工艺流程

原料煤自炉顶加入，依次经干燥区、干馏区、汽化区、燃烧区，经加热干燥、释放挥发份、气化反应等产生煤气。煤中灰份在助熔剂作用下形成自由流动的液态熔渣进入渣池间歇排出。气化炉出来的煤气自炉顶排出，经过旋风分离器进行除尘后进入废锅回收热量，出废锅后的煤气送至洗气塔，冷却并洗涤其中夹带的尘埃和焦油后进入煤气总管[4]。

5.3 技术特点

(1)气化效率高，碳转化率可达到99%，煤气有效成分可达到92%以上，蒸汽分解率大于95%，装置废水处理量少。

(2)相比现有间歇气化技术操作弹性大，原料适应性广，无烟煤、焦炭、烟煤、褐煤、由粉煤制成的型煤都可以用来制气。

(3)自动化程度高，生产操作易于控制，所用操作人员少。

6 晋煤集团无烟块煤气化技术

6.1 技术背景

随着现代新型煤气化技术的推广应用和日趋严格的环保要求，使传统以无烟块煤为优质原料的UGI技术面临淘汰，晋煤集团根据块煤特点，结合现有块煤气化技术，分别与其他公司合作开发了适应块煤气化技术的晋航炉(JM-H)、晋城炉(JM-S)和晋煤炉(JM-L)，以实现块煤气化技术的优化升级[5]，目前三个块煤气化项目均处于示范项目建设阶段。

6.2 晋航炉(JM-H)

晋航炉(JM-H)是由晋煤集团和西安航天源动力工程有限公司合作共同研发的针对高灰熔点的晋城无烟煤原料的碎煤加压熔渣气化技术。

原料煤由气化炉顶部煤斗进入炉体与炉体下部喷入的纯氧和蒸汽发生气化反应，生成的粗煤气从炉中部引出，经洗涤冷却后进入废锅副产蒸汽。炉底的液态熔渣急冷后通过渣锁排出。

该技术融合了熔渣气化和移动床加压气化技术的优点，通过底部喷入助熔剂及改变炉底结构实现高灰熔点煤的液态排渣，具有气化强度高、氧耗低、废水少、生产的煤气有效气含量高、惰性气体甲烷含量低、煤种灰熔点范围宽、投资省、建设周期短等优点。

6.3 晋城炉(JM-S)

晋城炉(MS)主要是根据无烟块煤在鲁奇炉上的气化特点，进行的流程优化并级。块煤通过锁斗加入气化炉，以纯氧、蒸汽为气化剂，在40 MPa压力下气化，煤气经除尘送入废热锅炉回收热量后洗涤送入变换装置。灰通过炉蓖、灰锁斗排出炉外。

6.4 晋煤炉(JM-L)

原料煤由气化炉顶部煤斗进入炉体与炉体下部喷入的纯氧和蒸汽发生气化反应，生成的粗煤气从炉顶部引出，经洗涤冷却降温送出界区。炉底的液态熔渣急冷后通过渣锁排出。与晋航炉(JM-H)相比其气化压力高，气化出口压力6.32 MPa。另外气化炉采用水冷壁结构，可提高换热效率，增加蒸汽产量。

7 结 语

随着技术的发展，国内固定床煤气化技术的发展也呈现较好的势头，出现了多种新的技术而且并逐步得到推广应用，其能耗方面、环保方面固定床的表现并不比气流床煤气化技术要差。而且固定床煤气化技术与气流床煤气化技术在项目投资、建设周期、维护成本和工作难度上有着较大的优势。而且随着常压固定床气化技术的淘汰，新型固定床煤气化技术仍有较大的发展空间。