煤炭气化技术评价分析
目录
一、煤气化技术概况 (1)
1．固定床 (1)
2．流化床 (1)
3．气流床 (1)
二、GE-Texaco水煤浆加压气化 (2)
三、Shell 干粉煤加压气化 (3)
四、喷嘴对置式煤气化炉 (4)
五、三种气化技术比较 (6)
六、关于采用国产炉的可行性 (11)
七、关于不同气化工艺对甲醇成本的影响问题 (12)
煤炭气化技术评价及分析
一、煤气化技术概况
煤的气化是煤化工生产的基础。由于煤的品质、目标产品、建设及生产条件的变化不同，决定了煤气化工艺的多样性和复杂性。至今尚未开发出能适应各种不同情况的十全十美的煤气化技术。气化的核心装置是气化炉，国内外工业上使用过的气化炉型非常繁多，各有其特点和优缺点，适用范围各不相同。按照物质在气化过程中的状态一般将炉型按固定床（也称移动床）、流化床（也称沸腾床）、气流床三类划分，现将有代表性的炉型分别简介如下：
1 .固定床
UGI炉一一以块状无烟煤或焦炭为原料，煤块52~75m/m，常压操作，空气与蒸汽底吹间歇制气。此法古老，为我国中小氮肥厂普遍采用，原料利用率低、单耗高、操作繁杂、污染严重、属落后技术未来会被淘汰。
Lurgi加压气化炉一一主要用于褐煤、弱粘结性煤，要求煤热稳定性高，化学活性好，灰熔点高，机械强度高。因气化温度较低，煤气中含焦油、酚及高碳氢化物，甲烷含量高，一般适用于作城市煤气。
2 .流化床
恩德炉一一原型为Win kier沸腾炉，经朝鲜改进适用于气化褐煤和长焰煤，要求煤种灰分小于25%~30%，灰熔点ST > 1250 C，低温活性好，弱粘接性，床层温度
1000~1050 °C，富氧常压气化。该炉尚存在飞灰量大、污染重、单炉气化能力低等缺点，一般可用于中小型氮肥厂改变原料路线。
灰熔聚粉煤气化炉一一为中科院山西煤化所开发研制技术，煤种适应性强，可用褐煤、低化学活性烟煤及无烟煤v 6m/m的碎煤作原料，床温1100C,煤灰不熔融而只使之熔聚成球状或块状排出。此工艺用于2007年完成了1MPa下的工业试验，此技术仅适用于中小氮肥厂就地利用资源的改造。
3 .气流床
以煤浆为原料----- 有GE Texaco炉、Dow 二段炉（Texaco炉改进）、Destec
气化炉、四喷嘴对置气化炉（国内首创）、多元料浆炉之分。
以粉煤为原料一一有Shell炉（SCGP ）、西门子GSP气化炉（原东德黑水泵厂工
艺）、二段进料式炉以及科林炉、航天炉等等。
近年我国大型煤化工工程的气化技术大都选择优点较多的Texaco水煤浆气
化炉、Shell干粉煤气化炉及国内自主研发的四喷嘴对置气化炉。这些技术效率高、污染小、规模大、对煤种适应性强，本报告仅对这几种气化技术作介绍和比较其优缺点。
二、GE-Texaco水煤浆加压气化
原料煤适应性较广，气煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、高硫煤及低灰熔点劣质煤皆可用，但要含灰量低、灰熔点小于1300 C,灰渣粘温特性要好、原料煤经
棒磨机磨制成粉（2~5m/m以下）,制成60%~65%的水煤浆，泵送至气化炉顶部单烧嘴，与氧气混合同时下行进气化炉，气化压力从2.5、4.0、6.5至8.5MPa 皆有工业生产装置在运行，稳定可靠。气化炉结构简单，制造方便，造价较低。Texaco炉由喷嘴、气化室、激冷室（或废热锅炉）组成，炉体用耐火材料衬里，炉内无转动装置，单喷嘴设计水煤浆及气化剂氧气并流下行。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，开停车和正常生产中不需连续燃烧部分液化气（LPG ）或合成气（CO+H2 ），煤气除尘较简单，无需飞灰过滤器等设施。碳转化率可达96%~98%，有效气成分CO+H2约为
80%~83%，有效气比氧耗336~410m 3/km3，比煤耗550~620kg/km 3,投煤量气化炉衬里耐火砖寿命较短，仅1~2年（国产耐火砖寿命1年），烧嘴寿命更短，一般使用2~3个月即需停车检查维修或更换，为不影响连续开车生产，最好设置备用炉。
国外已建成投产的Texaco气化装置6套共15台炉，产品有电力、合成氨、甲醇、二氧化碳等。至2004年国内引进投产的有7套21台炉，具体见表1。
从上世纪九十年代开始，国内各企业对Texaco气化炉不断探索和熟悉，目前已充分掌握了气化工艺特性，积累了丰富的工程技术经验，培养出一批从设计、设备制造、安装、开车到正常运营的技术骨干力量。
2004年至今又有十余家企业引进Texaco炉，它们是中石化齐鲁分公司丁辛醇装置，南京惠生煤制甲醇及co，渭河n>m期合成氨、甲醇，山东兖矿国宏甲醇，上海焦化期，神木u期，榆林炼油厂、吉林长山化肥厂油改煤
等等。
由此可见，Texaco气化技术在我国有广阔市场。
三、Shell干粉煤加压气化
最早的干粉煤气化炉为K-T炉(Koppers-Totzek )，在此领域Shell公司开发出了全新的SCGP工艺流程。早在1976年Shell公司对30余种煤炭进行了试验，随后在美国Houston的Peer Park建立日处理250吨高硫烟煤和日处理400吨高灰分高水分褐煤的工业试验装置。1990年才在荷兰布根努姆
(Buggenum )电厂建设单炉日处理煤2000吨的气化装置，1993年开车。该装置用于IGCC 发电(Integrated gasification combined cycle )而不是用于化工生产。
Shell炉壳体直径4.5m，总质量约500吨，设四个进料喷嘴于底部同一水平面上，沿圆周对置，借助撞击以强化传热传质过程，喷嘴寿命为1年。炉壁为
水冷壁，不衬耐火砖，据称寿命在20年以上，炉壳与水冷管排之间有0.5m的间隙，用于安装检修空间。气化系统中，装置有废热锅炉以回收热能。
Shell炉一般不用设备用炉。煤粉由氮气携带送入喷嘴，同时送入气化剂：95%的氧气及蒸汽，工作压力为3.5MPa，气化温度1500 C左右。为了防止高温气体排出时夹带熔融态和粘结性飞灰在输气导管换热器及废热锅炉管壁上沉积，采用将高温除灰后的部分
300~350 C气体与部分水洗后的160~165 C气体混合，用返回气循环泵加压送至气化炉顶部，将气化炉排出的合成气降温至900 C再进入废热锅炉系统回收热量，返回的气量相当于产气量的80%~85%，
对返回气循环压缩机的操作条件要求十分严格。出废锅炉的合成气，用高温中压
陶瓷过滤器除去夹带的飞灰。
据资料介绍，Shell炉可气化褐煤、烟煤、无烟煤、石油焦等，适用煤种范围较宽。碳转化率高达99%，冷煤气效率高达80%~83%，合成气有效成分
（C0+H2）高达90%，有效气比煤耗550~600kg/km 3,比氧耗330~360 kg/km 3。
值得注意的是，国外至今只有一套Shell炉装置用于联合循环发电（同时设有备用调峰电厂），尚没有化工生产的经验。近年我国许多化工企业对Shell炉
的功能看好，认为该炉对煤种适应性强，单台能力大、效率高，代表了煤转化发展的方向，故纷纷引进，截至目前，有16家引进了20台炉，详见表2。
表2近年国内引进的Shell炉装置
以上可见，Shell气化技术的引进，在我国大有后来居上之势
四、喷嘴对置式煤气化炉
华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂及中国天辰化学工程公司共同开发研制了有自主知识产
权的水煤浆气化技术，2000年10月由原国家石油和化工局对投煤量
22t/d的中试炉进行了鉴定，认为已达到水煤浆气化领域的国际先进水平。此项技术取得发明专利和实用新型专利共15项，获得国内各等级的科技进步奖11
项。国内开发的水煤浆气化技术特点在于以下几个方面。
1 ?全新设计的四喷嘴对置式气化炉及新型预膜式喷嘴的气化效率高，与采用国外引进技术的兖矿鲁南化肥厂同期运行结果相比，有效气成份提高2~3个
百分点，CO2含量降低了2~3个百分点，碳转化率提高了2~3个百分点，比氧
耗降低7.9%，比煤耗降低2.2%
2.气化炉喷嘴之间有协同作用，可大幅度调节气化负荷，如关闭一对喷嘴，负荷即降低50%，负荷调节速度快，适应能力强，有利于灵活操作。
3 ?煤气洗涤冷却用的复合床传质传热效果好，液位平移，避免了带水带灰等问题。
4 ?分级式合成气初净化工艺节能高效，表现为系统压降低，分离效果好，合成气中细灰含量低于1mg/Nm 3。
5 ?渣水处理系统采用直接换热，热回收效率高，克服了设备易结垢和堵塞等难题。
十五”期间，这一国产化技术已成功应用于工业生产装置中。
2004年12月山东华鲁恒升化工股份有限公司建成了750t/a投煤量、
6.5MPa的气化装置，该装置开车以来，气化炉运转正常，稳定可靠，工艺指标达到先进。
2005年7月兖矿国泰化工有限公司（山东鲁南）建成1150t/d投煤量、4.0MPa的气化装置，生产24万t/a甲醇，联产71.8MW的发电。气化压力40MPa，气化温度~1300 C,该装置由天辰化学工程公司设计，气化炉由哈尔滨锅炉厂制造，中国化学工程第三建设公司施工建设（包括空分工程），从2005年10月正式运行以来，至今A号和B号炉累积运行超过3.5万小时，2006年甲醇产量已达30万吨。
经考核，该装置主要技术指标达到：
比氧耗309Nm3/km3（CO+H2）
比煤耗535kg/km 3
合成气有效成分CO+H2 84.9%
碳转化率＞98%
由于国产化四喷嘴水煤浆气化技术已经受了长周期工业运行的考验，在稳定性、可靠性方面表现良好，工艺技术指标较先进，因此国内多家企业的煤气化项目纷纷选择该技术。目前已签约专利实施许可合同12项，合计拟建气化炉31