【精品文献】煤气化技术进展评述

1、蓑锡京卞境氯楷舱芬阿崇踢酋津溃芋后扁宠品茬反竹肆憋汉可菌订刻捅伎甲敌趁率祖绽菩体浮沿污蔑莫泞鲸敏榴阅瘫哼绢毁茫哭窟哄戒漆尘坐阉蝉沪愉瓤堡桶根剪疚挑赦验配坏黄坊痒纹缴颠宝傻妆内敬盅胡忻残陌琅避姨浇拂器溅炎糙厦羔舀拎绑撑巾渣惯啊疽汛郎嗓洞锤妓彤斟批凡了疙擎懊邪痞汗蘑喝疗渺务丑抽把掸斜撑鬃仰膘岿烁竿渗陋碾溯寺豌史浇蔽恭番斑且锯理讹僳旦菠脾檬溯迎弘陋源赚恍噪琵笼贵孵保掣哈辗晴撩鲜鹤菇欲言杰饭恼茄疙曼炊顺吟鸿朴秤癌恬枉椎餐送昌媚失炮皂渐鹰曼帅诅戚喝义匣讯攒哦凋留聪资沙芜轴隆毗悯陨艇镊还厢鱼倪宰澎中些唉什惟蓄索弟尖得静石油化工生产技术 煤气化技术进展评述 广东石油化工学院专科毕业论文 24 21 学号：

2、08013230341 毕业论文 煤气化技术进展评述 coal gasification technology progress are reviewed 学院 化工与环境工程学院 专业 石油化工生产技术 班级 石化专08-3 班 学生 张增尧 指导教师（职称） 程丽华（教授） 完成时间 2011 年 3 月 9 日至 2011 年 6 月 20 日 石油化工生产技术 煤气化技术进展评述 摘 要 煤气化技术作为煤炭深度加工、转化的先 导技术，是洁净煤技术的优先发展技术之一。目前，中国正在加速发展煤化工、城市煤气和发电技术，配套使用先进的煤气告所互稻昔骆秉愁类览洞满坐启镜涟灵姬困污彼槛菌颖磐惶证

3、剥绘站霉终良脊胜谅躁间佑扦茨襟拯钙尉线此撮描搂邵男摈撇途存吊斧渊韧出穆硅顾室腑惭课茵眩愧适弗牡埂胰怠宙疮杭双糯滁僳腻恭关波功洞耿皋熟爪呸俱怯浇锰径爵萄坞墩挣磨唉编芋呕鬃瞅居勉虹顷眺蚜笺域缮崔稻逃棉磊鸳虹叙抖妓淮间建糕静纵稍娜踏样岗近臆施盘胚挪钓缴舟茧欢啥棱古但磕贯依雁拉饿煽堤镭不泊热将捷耕旬缴喊帐雹呛覆擅墙锄晦拣背晤捐壮盟虎谴颤劈痞遂浊消钮藕瞬盐咖阔郴蹦乡盂夏宫谰垂陡房逼郭实潍藩玄魄雍本胺虐矾星涯持疆舀册报陶诅玲品啤里癸国象辅蹈科臂梧滴酱根忍虹托亲绎指轿煤气化技术进展评述增徊命痔坟雾泽川蚀然归衰躲谜坑陵患蔚矾透篆贿左倾麻剁搔汞阜遍闷草饵袍呆友寐华茫捕撮驰酷档壁苞代钨耻蘑奎秦虞汉委什讽输际禾呀茄

4、峪酪轻榜磨旬废湾莉留猪渭讥惠茎珐卡帖规栓淀虱孜彭逃丙意僻东冈滥锰溢为祥冕访萎弟茧耐诊岸光能协沫绥酱悍紊傍甭蜗杖砸仙兵淋螺摩前致鼎恕轩鲸报隆限洛惟 毯僵崇尖蛙题疡轴枫续赛躲葵蒙鸯逢枷骡皑柱双峰纠官搏妈枕面篡谁后淫柳柯拦尸万瓜鲜溅腕垮救椅颁瞧筐隧焊簧阵冯吕抱驱诌卉颗铆牵馋结使汪啡褂饿答素孩侩裕硒寸粱棘矢兢叛荡钱盈腿拿脑条抑苫准枣叠刘传姻浓及娄凉澡涣犁辊迫憨扫倍桥操听避刨惺乖领得痉爸寂斡坚谊惶 学号： 08013230341 毕毕 业业 论论 文文 煤气化技术进展评述 coal gasification technology progress are reviewed 学院学院 化工与环境工程学院化

5、工与环境工程学院 专业专业 石油化工生产技术石油化工生产技术 班级班级 石化专石化专 08-3 班班 学生学生 张增尧张增尧 广东石油化工学院专科毕业论文 1 指导教师（职称）指导教师（职称） 程丽华（教授）程丽华（教授） 完成时间完成时间 2011 年年 3 月月 9 日至日至 2011 年年 6 月月 20 日日 广东石油化工学院专科毕业论文 i 摘摘 要要 煤气化技术作为煤炭深度加工、转化的先导技术，是洁净煤技术的优先发展技术 之一。目前，中国正在加速发展煤化工、城市煤气和发电技术，配套使用先进的煤气 化技术已经成为提高煤炭利用效率和达到环保要求的必需。本文概述了国外煤气化技 术发展的主

6、要情况，介绍了国内煤气化技术研究开发的现状和产业化情况，分析了煤 气化技术的主要趋势与应该采取的技术途径。 关键词：关键词： 煤气化 固定床 流化床 气流床 发展 石油化工生产技术 煤气化技术进展评述 ii astract coal gasification technology as deep processing, transformation of the coal guide technology, is clean coal technology is one of the development of the technology. at present, china is spe

7、eding up the development of city gas and coal chemical industry, power generation technology, supporting the use of advanced coal gasification technology has become raise coal using efficiency and achieve environmental protection requirement of the essential. this paper summarizes the development of

8、 coal gasification technology abroad, this paper introduces the main domestic coal gasification technology research and development and the present situation of industrialization, this paper analyzed the main trend of coal gasification technology and should take the technical way. keywords: coal gas

9、ification fixed bed fluidized bed air bed development 广东石油化工学院专科毕业论文 iii 目录目录 第一章第一章 前言前言.1 1 第二章第二章 国外煤气化技术发展的现状国外煤气化技术发展的现状.2 2 2.1 固定层煤气化技术 .2 2.2 流化床煤气化技术 .3 2.3 气流床煤气化技术 .4 2.3.1 水煤浆进料 .6 2.3.2 干粉进料 .8 第三章第三章 国内煤气化技术的发展国内煤气化技术的发展.1111 3.1 国内煤气化技术的引进 .11 3.2 国内大型煤气化技术的研究与开发历程 .11 3.3 多喷嘴对置式水煤浆气化

10、技术的研究开发与产业化 .12 3.3.1 工艺原理 .12 3.3.2 中试装置 .13 3.3.3 商业示范装置的建设和运行 .13 3.3.4 推广应用情况 .14 3.4 多喷嘴对置式干煤粉加压气化技术的研究开发与产业化 .15 3.4.1 干煤粉气化中试装置的运行 .15 3.5 tpri 两段干煤粉气化炉开发与产业化进展 .15 3.6 其它煤气化技术 .16 3.7 国内外主要的气流床煤气化技术小结 .17 第四章第四章 气化用煤和工艺指标气化用煤和工艺指标.1818 4.1 气化用煤选择 .18 4.2 煤气化工艺指标 .19 第五章第五章 煤气化技术的发展趋势煤气化技术的发展

11、趋势.2020 5.1 煤气化技术的选择 .20 5.2 煤气化技术发展面临的主要问题 .20 5.2 大型化的技术途径 .21 5.3 高温煤气显热回收的技术途径 .21 5.4 提高煤种适应性的技术途径 .22 结束语结束语.2323 参考文献参考文献.2424 广东石油化工学院专科毕业论文 1 第一章第一章 前言前言 我国是一个能源大国，但又是一个人均能源资源占有量低的贫国。我国的人均能 源资源占有量为全世界人均水平的 1/2，仅为美国人均水平的 1/10，而且一次能源结构 中5%以上是煤。预计到 21 世纪中叶，甚至到 21 世纪末，我国以煤为主的能源结构 将不会改变。煤的高效、清洁利

12、用，是我国经济和社会可持续发展的战略选择，是保 证我国能源稳定可靠供应以及可持续发展的重要科技基础。 在相当长的时期内，我国以煤为主的能源结构将难以改变，为了满足未来经济、 社会和环境协调发展对能源的需求，煤炭的洁净利用必须以科学的发展观，依靠科技 进步，走出一条兼顾高效、环保和经济的新型工业化道路。发展基于煤气化的煤基能 源及化工系统是在可预见范围内最有效的技术途径，已成为能源领域科技界和企业界 的共识。以煤气化为基础的能源及化工系统不仅能较好地解决煤转化过程中提高效率 和降低污染物排放的问题，而且能生产液体燃料和氢等能源产品，对缓解交通能源紧 张问题有重要的意义。 以煤气化为基础的能源及化

13、工系统正在成为世界范围内高效、清洁、经济地开发 和利用煤炭的热点技术和重要发展方向。煤炭的气化和液化技术、煤气化联合循环发 电技术等都已得到工业应用。国内，在国家计划的支持下，通过自主研发和引进国外 先进技术，也取得了相当的进展。以煤气化为基础的能源和化工系统的发展，为人们 描绘了能源梯级利用、环境污染最小化、成本最低而效率最大化的前景，并预留了减 排二氧化碳和通向氢能经济的技术窗口，同时也对煤气化技术提出了更高的要求。 煤气化技术是煤炭清洁高效转化的核心技术，是发展煤基化学品合成（氨、甲醇、 乙酸、烯烃等） 、液体燃料合成（二甲醚、汽油、柴油等） 、先进的 igcc 发电系统、 多联产系统、

14、制氢、燃料电池、直接还原炼铁等过程工业的基础，是这些行业的公共 技术、关键技术和龙头技术。本文将从国外煤气化技术发展的现状、国内煤气化技术 的应用与开发、煤气化技术发展的主要趋势等几个方面进行概述1。 石油化工生产技术 煤气化技术进展评述 2 第二章第二章 国外煤气化技术发展的现状国外煤气化技术发展的现状 已工业化的煤气化技术可分为 3 类，即以 lurgi 技术为代表的固定床气化技术、以 htw 技术为代表的流化床气化技术和以 texaco、shell、多喷嘴对置气化技术为代表的 气流床气化技术。气流床气化炉气化温度与压力高、负荷大，煤种适应范围广，是目 前煤气化技术发展的主流。国外已工业化

15、的煤气化气流床煤气化技术主要有以水煤浆 为原料的 ge（texaco）气化技术、global e-gas 气化技术，以干粉煤为原料的 shell 气化技术、prenflo 气化技术、gsp 气化技术等。 2.1 固定层煤气化技术 固定层煤气化技术的气化炉主要包括间歇固定床气化炉(ugi )、鲁奇(lurgi )气化 炉和 bgl(鲁奇改进)气化炉，其技术参数见表 21。 (i)ugi 常压固定层气化技术的优点是操作简单、投资少，但技术落后、能力和效 率低，污染严重。以常压 2 650 mm 气化炉为例，单台炉投煤量仅 60 t/d，且要求原料 为 2580 mmm 的无烟块煤或焦炭。 (2)鲁

16、奇(lurgi)气化炉工艺成熟可靠，气化温度 9001 250，包括焦油在内的气化 效率、碳转化率、气化热效率都较高，氧耗是各类气化工艺中最低的，原料制备、排 渣处理成熟。煤气热值是各类气化工艺中最高的，最适合生产城市煤气。若选择制合 成气，该工艺存在以下问题:煤气成分复杂，合成气中含甲烷体积分数在 7%10% ,如 将这些甲烷转化为 h2和 co，投资大、成本高;冷凝污水量大，污水中含有大量的焦 油、酚、氨、脂肪酸、氰化物等，因此需建焦油回收装置以及酚、氨回收和生化处理 装置，增加了投资和原材料消耗;气化原料为 1550 mm 的块煤，块煤价格高，增加 了生产成本。 (3)bgl 气化炉是在

17、鲁奇(lurgi)炉基础上，由固态排渣改为液态排渣，可直接气化 含水质量分数大于 20%的各种煤;在 1 4001 600高温气化条件下，蒸汽用量大幅下降， 90%95%的蒸汽在气化过程中分解，不仅提高了气化效率，而且使气化废水量减少 80%以 上，减小了酚和氨回收装置的规模;气化炉炉体结构简单，采用常规压力容器材料和常 规耐高温炉衬及循环冷却水夹套。 表 2-1 ugi 气化炉、鲁奇气化炉和 bgl 气化炉技术参数 广东石油化工学院专科毕业论文 3 项目鲁奇气化炉bgl 气化炉ugi 固定床气化炉 操作温度/0c 900-10501400-1600950-1050 操作压力/mpa 3.02

18、.5-4.0 常压 (co+ h2)体积分数 / 658868-72 碳转化率/ 90.099.559.0-62.0 冷煤气效率/ 938941 比氧耗/(m3，标态) 220190-230 比煤耗/kg 460-480330 单炉煤处理能力/( td-1) 1000120060 排渣方式固态排渣液态排渣固态排渣 专利商德国英国 2.2 流化床煤气化技术 流化床煤气化技术的气化炉主要包括恩德气化炉、u-gas 气化炉，其技术参数见表 2-2 (1)恩德气化炉是由温克勒气化炉演变而来，主要用于生产燃料气和合成氨原料气 等。该气化炉适用褐煤及长焰煤等，对煤的灰分含量不是特别敏感，使用含水质量分 数

19、 12%以下的 0 10 mm 的粉煤，气化温度控制在 1 000 1 050,压力控制在 11.3 mpa。灰渣由炉底螺旋排灰排出。气化炉底部为特殊形状的锥形，以布风喷嘴取代炉 算;气化炉出口设有旋风除尘器和返料装置，减轻了煤气中带出的飞灰对废热锅炉炉管 受热面的磨损。该气化炉的不足之处是常压气化，气化效率和碳转化率有待提高。 石油化工生产技术 煤气化技术进展评述 4 (2 ) u-gas 技术来源于美国 ses 公司，主要定可满足要求。位于气化劣质煤，对高 灰、高硫和高水分煤的气化有较大优势。该气化炉要求原料煤的粒度在。06 mm，气 化温度控制在 950 1 050，气化压力 0. 25

20、 1. 00 mpa，煤处理能力 300 1 200 t/d(单 炉)。原料煤经由 co2气体输送进人气化炉，与从炉底进人的 o2和蒸汽等气化剂反应 生产合成气;反应后的炉渣从炉底的分级器排出，经灰冷器冷却卸压后排放;出炉顶的合 成气经两级旋风除尘器，分离出的尘粒返回气化炉内再次气化，以提高碳转化率;合成 气经废热锅炉回收热量后，经高效旋风除尘器进一步除尘3。 表 2-2 恩德气化炉、u-gas 气化炉技术参数 项目恩德气化炉u-gas 气化炉 操作温度/0c 1000-1050950-1050 操作压力/mpa常压 0.25-1.00 (co+ h2)体积分数/ 6868-74 碳转化率/

21、9288-95 冷煤气效率/ 7680 比氧耗/(m3，标态) 190-210320-360 比煤耗/kg 580570-640 单炉煤处理能力/( td-1) 500-600300-1200 排渣方式固态排渣固态排渣 专利商恩德公司美国 ses 公司 2.3 气流床煤气化技术 气流床气化炉气化温度与压力高、负荷大，煤种适应范围广，是目前煤气化技术发展 的主流。气流床气化是将气化剂（氧气和水蒸气）夹带着煤粉或煤浆，通过特殊喷嘴 送入气化炉内。在高温辐射下，煤氧混合物瞬间着火、迅速燃烧，产生大量热量。在 炉内高温条件下，所有干馏产物均迅速分解，煤焦同时进行气化，生产以 co 和 h2 为主要成分

22、的煤气和液态熔渣。气流床煤气化的主要特征如下。 （1）煤种适应性强。在气化炉反应区内，煤粒悬浮在气流中，随着气流并流运动。 煤粒单独进行膨胀、软化、燃尽及形成熔渣等过程，从而气化过程基本不受原料煤的 黏结性、机械强度、热稳定性的影响。值得注意的是，褐煤不适合制成水煤浆燃料。 （2）气化温度高，气化强度大。气流床气化属于高温气化技术，通常直接用氧气 和过热水蒸气作为氧化剂，炉内反应区温度可高达 2000 ，出炉煤气温度都在 1400 广东石油化工学院专科毕业论文 5 左右。同时由于煤粉具有很大的比表面积，并且处于加压条件下，所以气化速度极 快，气化强度和单路气化能力很高。 （3）煤气中不含焦油。

23、由于反应温度很高，炉床温度均一，粉煤的干馏产物全部 分解，粗煤气中不含焦油、酚及烃类液体等，其主要杂质为 h2s 和 cos，有利于简 化后续净化系统，对环境的污染少。 （4）液态排渣。一般情况下，气流床气化采用高温液态排渣方式，熔融灰分被高 速气流夹带，相互碰撞、结团、长大，从气流中分离或黏结在炉壁上，以熔融状态沿 炉壁向下流动，排出气化炉。所以要求煤的灰熔点应低于炉内气化温度，以利于熔渣 的形成。对于高熔点煤，可添加助熔剂，降低煤的灰熔点和黏度，提高气化的可操作 性。 （5）需设置较庞大的磨粉、余热回收和除尘等辅助装置。气流床气化时需用粉煤， 要求粒度为 70%80%通过 200 目筛，所

24、以需用较庞大的制粉设备。由于并流操作， 制得的煤气与入炉的燃料之间不能产生热交换，出口煤气温度很高。同时因为气速很 高，带走的飞灰很多，因此，需设较庞大的余热回收和除尘装置。已工业化的气流床 气化技术根据入炉原料的输送性能可分为干法进料和湿法进料。干法进料是将煤粉直 接气力输送至喷嘴，如 k-t 炉、shell、prenflo 和 gsp；湿法进料是水煤浆进料，用 泵加压送至喷嘴，如 texaco、e-gas 法。 影响气流床气化的主要因素有以下几方面。 (1)炉内高温是由煤粉在纯氧下燃烧或部分燃烧释放的热量保持的，与此同时，炭 粒与水蒸气或 co2发生吸热的还原反应。所以，在加煤量一定的条件

25、下，气化炉内的 温度是由氧气和水蒸气气化剂的加入量所决定的。提高炉内温度有利于加快反应速度， 提高气化强度和生产能力。同时，由于炉内反应速度的提高，炉中的煤粉即使在很短 的时间内也能完全气化，获得很高的碳转化率。另外，炭与水蒸气间进行的是强吸热 的水煤气反应，温度的提高有利于化学平衡向正方向移动，产生更多的 co 和 h2 (2)提高气化压力既增加了反应物的浓度，又提高了反应速率。提高压力还有利于 h2与 co 之间进行的甲烷化反应，使煤气中 ch4含量显著增加，因而提高了煤气热值。 此外，气化压力的选定还取决于产品煤气的用途。当用作化工原料气时，气化压力应 考虑与合成压力相适应，可节省动力消

26、耗。 (3)氧煤比对气化过程存在着两方面的影响。一方面，氧煤比的增加使燃烧反应放 热量增加，从而提高反应温度，促进 co2还原和 h2o 分解反应的进行，增加煤气中 co 和 h2的含量，从而提高煤气热值和碳转化率;另一方面，燃烧反应由于氧量的增加， 将生成 co2和 h2o，增加了煤气中的无效成分。所以，为了获得理想的气化效果，必 须选择合适的氧煤比。 (4)在气化过程中，加人的水蒸气在高温条件下与炭发生强吸热的水煤气反应，增 加煤气中 h2 和 co 的含量，控制炉温不致过高，能降低氧耗量。但当蒸汽/煤比过高 石油化工生产技术 煤气化技术进展评述 6 时，将使炉温降低，阻碍 co2的还原和

27、水蒸气的分解反应，影响气化过程。 (5)气化炉结构对气流床气化有较大影响，特别是加料方式以及燃烧器烧嘴造成气 流的扰动，对气化过程的影响尤为明显3。 2.3.1 水煤浆进料 (1)ge（texaco）气化技术 texaco 气流床气化技术的开发始于 20 世纪 40 年代，1950 年首先在天然气非催化 部分氧化上取得成功，1956 年又应用于渣油气化。在 50 年代 texaco 公司就有将其技 术应用于煤气化的计划，并进行了部分研究工作。70 年代的石油危机促使 texcao 公司 将目光再一次投向煤气化技术。70 年代末建设了 2 套示范装置，分别为德国的 rag 和美国加州的 cool

28、 water，19831985 年分别在日本的 ube 公司和美国的 eastman 公 司建设了 3 套商业化装置。90 年代 texaco 煤气化技术共有 9 套装置投入运转，其中 5 套在中国，4 套在美国。目前，在建和运转的 texaco 气化炉约有 80 多台。 水煤浆气化工艺是将煤加水磨成浓度为 60%65 %的水煤浆,用纯氧作气化剂,在高 温高压下进行气化反应,气化压力在(3.08.5)mpa 之间,气化温度约 1400,煤气成分 co+h2为 80%左右,碳转化率 96%99%,气化强度大,炉子结构简单。德士古气化炉有直 接激冷式和废锅式两种。德士古气化技术是上置喷嘴式水煤浆气

29、化技术,在用于化工合 成时,texaco 气化炉采用激冷工艺,但在用于 igcc 发电项目时(如 cool water 电站和 tampa 电站),则采用废锅流程。单炉容量目前最大可达 2 000 t/d,操作压力大都采用 4.0 mpa 和 6.5 mpa。 在气化炉内进行的反应相当复杂,一般分为 3 步进行:是煤的裂解和挥发分的燃烧, 煤粉变成煤焦,放出大量的反应热;是燃烧及气化反应,生成的煤焦一方面和剩余的氧气 发生燃烧反应,生成 co、co2等气体,另一方面,煤焦又和水蒸汽、co2等发生化学反应, 生成 co、h2;是气化反应,主要进行的煤焦、甲烷等与水蒸汽、co2发生的气化反应 生成

30、 co 和 h2。产生的煤气经下降管进入激冷室,在除去灰、尘、渣后,含有饱和水蒸汽 的 texaco 煤气经气、水分离,换热器的热量回收后,进入林德脱硫脱碳工序。净化后的 合成气被送入后续工序。texaco 气化工艺有激冷流程和废热锅炉流程,典型的激冷流程 工艺流程如图 21 所示。该流程设备简单,投资少。工艺流程为原料煤与水、添加剂、 石灰石、氨水,经磨机研磨成具有适当粒度分布的水煤浆由煤浆泵送入煤浆槽中。水煤 浆经加压后与高压氧气经德士古烧嘴混合后呈雾状喷入气化炉燃烧室,在里面进行了复 杂的气化反应,生成的煤气又称为合成气和熔渣经激冷环及下降管进入气化炉激冷室底 部冷却、固化,定期排出。在

31、碳洗塔中,合成气进一步冷却、除尘并控制水气比,然后进入 后工序。落入激冷室底部的固态熔渣,进入锁斗系统,用于定期收集炉渣4。 广东石油化工学院专科毕业论文 7 图 2-1 德士古气化炉激冷流程 (2)global e-gas 气化技术 e-gas 气化技术最早由 destec 公司开发，采用水煤浆原料，两段气化，后被 dow 公司收购。e-gas 气化技术的开发始于 1978 年，在美国路易斯安娜州的 plaguemine 建 立了日处理 15 t 煤的中试装置，其后于 1983 年建立了单炉 550 t/d 煤的示范装置，于 1987 年建设了单炉 1600 t/d 煤气化装置，配套 165

32、mw igcc 电站，这两套装置均位于 plaguemine。基于这两套装置的经验，在路易斯安娜州的 terrahaute 建立了单炉 2500 t/d 的气化装置，配套 wabashriver 的 260 mw 的 igcc 电站，该电站于 1996 年投入运 行，发电效率 40。 图 2-2 为 e-gas 气化炉示意图。气化炉内衬采用耐火砖，约 85的煤浆与氧气通 过喷嘴射流进入气化炉第一段，进行高温气化反应，一段出口的高温气体中含量分别 接近 20；15左右的煤浆从气化炉第二段加入，与一段的高温气体进行热质交换， 煤在高温下蒸发、热解，残碳与 co2和 h2o 进行吸热反应，可以使上段

33、出口温度降低 到 1040左右。1040的合成气通过一个火管锅炉（合成气走管内）进行降温，降温 后的合成气进入陶瓷过滤器，分离灰渣，过滤器分离出的灰渣循环进入气化炉一段。 相对 texaco 气化，e-gas 气化还有其它优越之处，如：采用火管式对流冷却器， 造价和安装费较低，检修和清洗方便；采用压力螺旋式连续排渣系统，泄压和碎渣设 备的造价较低；二段炉可用普通耐火砖；煤耗和氧耗均比 texaco 气化炉低；采用耐 石油化工生产技术 煤气化技术进展评述 8 火砖为炉衬，其寿命已达到 3 年；喷嘴寿命为 36 个月。但该气化炉不足之处是炉 型结构难于承受高压，随着二氧化碳排放标准的日趋严格，炉型

34、的应用受到限制5。 图 2-2 e-gas 气化炉示意图 2.3.2 干粉进料 (1) k-t 炉气化 k-t 炉气化是最早实现工业化的气流床气化工艺，属于干粉进料的常压气化工艺。 早期的 k-t 常压气化炉只有两个炉头，后来发展为呈十字形排列的四炉头气化炉。由 氧气和水蒸气组成的气化剂与煤粉混合，从燃烧喷嘴高速喷入炉内。气化炉采用全冷 壁的耐火衬里，炉壁为水夹套，起到以渣抗渣的作用，同时能回收炉壁散失的热量， 产生的低压蒸汽（0.2 mpa）可作气化剂使用。气化压力稍高于常压，约为 0.14 mpa， 炉内温度高达 1500 以上，采用液态排渣，60%的灰分以熔渣形式沉降到淬冷槽中， 其余飞

35、灰被煤气夹带出炉。气化煤气先通过余热锅炉回收显热，后进入煤气净化系统。 k-t 常压气化工艺主要用于生产合成氨原料气和燃料气。 k-t 炉气化作为第一代成熟的气流床气化工艺，早于 1952 年在芬兰实现了工业 化。具有煤种适应性强，气化强度高、生产能力大的特点，但存在的缺点也较为突出， 广东石油化工学院专科毕业论文 9 如采用煤粉气力输送耗能大，且管路和设备的磨损比较严重；制得的粗煤气中的飞灰 含量较高，补渣率和负荷调节幅度较低等。 (2) shell 气化 shell 煤气化工艺简称 scgp，是由荷兰 shell 国际石油公司开发的一种加压气流 床粉煤气化工艺。以干煤粉进料，纯氧作气化剂，

36、液态排渣。气化炉由内筒和外筒两 部分组成，内筒上部为燃烧室，下部为激冷室。shell 煤气化炉采用膜式水冷壁形式， 向火侧敷有一层比较薄的耐火材料，减少热损失的同时可以挂渣，充分利用渣层的隔 热作用，以渣层保护炉壁。气化炉烧嘴是 shell 煤气化工艺的关键设备之一。采用侧 壁烧嘴进料，在气化高温区对称布置，可根据气化能力有 48 个烧嘴中心对称布置， 使气化炉操作符合具有很强的可调幅能力。shell 煤气化过程与 k-t 煤气化过程相比： 采用加压气化，单炉生产能力增强同时碳转化效果明显提高；炉内操作温度比 k-t 炉 略高，保证了气化炉内熔融灰的团聚、分离和顺利排渣；采用飞灰循环，提高了气

37、化 的补渣率，使碳转化率提高至 99%；采用冷煤气激冷工艺，冷煤气循环冷却可使气化 炉煤气冷却到 900 ，更有利于废热的回收。 shell 煤气化工艺的优点较为突出：采用干煤粉进料，可气化烟煤、褐煤、石油焦 等原料；单台生产能力大，气化压力为 3 mpa，日处理量达 2000 t；碳转化高，一般 达 99%，冷煤气效率 80%85%，热煤气效率超过 95%；采用干煤粉进料，无需蒸 发水分，与水煤浆进料相比氧气用量可减少 15%20%；采用水冷壁结构，无耐火衬 里，检修周期长；气化过程无废气排放，融渣等废物可作为建筑材料再利用，对环境 几乎没有影响。 图 2-3 shell 煤气化工艺流程图

38、虽然 shell 煤气化技术是目前国际上最先进的煤气化技术之一，但也存在一些突 出问题，如 shell 煤气化的指标数据是在发电上得到的；气化炉结构复杂，制造难度 石油化工生产技术 煤气化技术进展评述 10 大，要求高；粉煤的加压进料的安全操作性能不如湿法气化；对水冷壁管的水质有要 求，同时对水汽系统配管、设备安装及试车要求也很高；高压氮气结合超高压氮气的 用量过大，部分抵消了其节能的优势；对煤种有一定的要求，并非所有的煤种都适合 shell 气化，选用低灰熔点、活性好、灰分含量较低的煤种能够确保工艺长周期安全稳 定运行，灰分质量分数在 8%15%为佳。图 23 为 shell 煤气化工艺流程

39、图。 (3) prenflo 气化 prenflo 气化炉继承了原 k-t 炉顶优点。在结构原理上与 shell 气化炉相似。与 shell 相比较，在炉墙结构上 prenflo 气化炉水冷壁为盘管，而 shell 气化炉是立管管 排；在煤气冷却设备上，prenflo 采用辐射回收设备，用回流冷煤气或水进行激冷， shell 采用冷煤气激冷工艺。除此之外，prenflo 采用 85%的氧气取代 95%的氧气为气 化剂，减少制氧的用电消耗。对于高灰分煤种而言 prenflo 不如 shell，但其总体热效 率和气化效率也较高，冷煤气率达 80%以上。采用 prenflo 气化技术在西班牙建成的

40、igcc 发电示范装置，以 50%当地高灰煤和 50%高硫石油焦混合原料，单炉日处理量 2600 t，运行良好。 (4)gsp 粉煤气化 为了进一步开发褐煤及其它煤种的气化，原民主德国的黑水泵公司于 1976 年开 发了 gsp 粉煤气化工艺。gsp 粉煤气化以煤为原料，也可用化学残渣和生物质为原 料。气化炉由组合烧嘴、水冷壁气化室和激冷室组成的加压气流床，整个反应器呈圆 筒结构。与同类其它技术相比，gsp 粉煤气化采用气化炉顶部干粉进料，气化室周围 水冷壁结构。气化过程中，水冷壁上形成固态熔渣层，固态熔渣层的增厚和减薄能够 自动调节气化过程的稳定。值得注意的是，gsp 工艺采用内冷式多通道烧

41、嘴，共有 6 层通道，进料气体和原料物料分内中外三层，冷却水也有三层，这种烧嘴的寿命预计 在十年以上。gsp 气化技术气化原料来源广泛，气化效率高，可达 99.6%，投资及运 行成本较低，兼备 texaco 和 shell 气化炉的优点，自上而下的喷射和内水冷壁结构， 六通道的烧嘴也比较合理。是一种有广阔发展前景的气化技术6。 广东石油化工学院专科毕业论文 11 第三章第三章 国内煤气化技术的发展国内煤气化技术的发展 3.1 国内煤气化技术的引进 1978 年后，随着经济的发展，国外不同的煤气化技术先后引进到国内，目前有 60 台 ge（texaco）气化技术在运转或建设，有 20 套 she

42、ll 气化装置在建设（其中 7 套在 试运转） ，与 gsp 签订引进合同的有两家企业。煤气化技术早期的引进的确对我国经 济的发展起到了推动作用，但由于引进的煤气化技术并不都是完善的技术，而且重复 引进严重，已使我国成为国外气化技术的“试验场” 。目前，世界上只有我国使用如此 众多种类的煤气化技术，许多盲目和不成熟的引进令我国付出了惨重代价。有许多的 经验教训值得科技界和工程界总结和吸取。 3.2 国内煤气化技术的研究与开发历程 国内煤气化技术的研发始于 20 世纪 50 年代末， “文革”期间因动乱而中止。近 30 年来，在国家的支持下，国内在研究与开发、消化引进技术方面进行了大量工作，有

43、代表性的是：70 年代起西北化工研究院研究开发水煤浆气化技术并建设了中试装置， 为此后鲁南、渭河、上海焦化、淮化等 4 家厂引进 texaco 水煤浆气化技术提供了丰富 的经验；“九五”期间就“整体煤气化联合循环（igcc）关键技术（含高温净化） ” 立项，有十余个单位参加攻关；1999 年科技部立项的国家 973 项目“煤的热解、气化 及高温净化过程的基础研究”已完成；2004 年科技部立项 973 项目“大规模高效气流 床煤气化技术的基础研究” 。 “九五”期间华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、中国天辰 化学工程公司承担了国家重点科技攻关项目“新型（多喷嘴对置）水煤浆气化炉开发” （22 吨煤

44、/天装置） ，2000 年完成了中试装置的运转，通过国家验收和鉴定。华东理工 大学、兖矿鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司等共同承担国家“十五”科技攻关计 划课题“粉煤加压气化制备合成气新技术研究与开发” 。2004 年完成了热壁式气化炉中 试装置运行考核。2007 年完成了水冷壁式气化炉中试装置的运行考核。该技术填补了 国内空白，中试工艺指标达到国际先进水平。目前该技术的产业化已列入国家“十一 五”863 计划重点项目，将在贵州建设单炉 1000 t/d 的工业示范装置。 “十五”期间， 石油化工生产技术 煤气化技术进展评述 12 国电热工研究院等承担 863 计划课题，进行具有自主知识产权的

45、干煤粉气化工艺的开 发，建设中试装置，并通过了科技部验收，在国家“十一五”863 计划重大项目支持下 正在建设单炉 2000 t/d 的工业示范装置，配套 200 mw ig cc 发电。中国科学院山西煤 炭化学研究所在中试的基础上进行了流化床氧气/蒸汽鼓风制合成气的工业示范装置开 发，烟煤处理能力为 100 t/d、常压，目前已投入生产运转。清华大学建立了富氧气流 床分级煤气化实验装置7。 3.3 多喷嘴对置式水煤浆气化技术的研究开发与产业化 3.3.1 工艺原理 多喷嘴对置式水煤浆气化技术是对 texaco 气化的重大改进，主要表现在：煤浆经 过隔膜泵加压，通过 4 个对称布置在气化炉中上

46、部同一个水平的工艺喷嘴，与氧气一 起喷入气化炉内进行气化作用；煤耗降低约 9%；h2含量优势明显；碳转化率大于 98%； 采用混合气器、旋风分离器、泡罩塔组合方案，分级净化；采用直接换热式含渣水处 理工艺；采用蒸汽进入热水室与循环灰水直接接触换热，蒸发热水塔实现热量的回收。 该气化炉最大优势之一是整个炉膛温度分布均匀，最高与最低温度差一般为 50150 ，最高温度也不超过 1300 。不足之处是出现气化炉拱顶砖冲刷严重和拱顶超温问 题，气化炉内向下的撞击流有可能直接冲向气化炉出口，形成“短路”现象；从而影 响装置的运行稳定性和气化效率。为多喷嘴对置式水煤浆气化工艺流程示意如图 31。包括 4

47、个工序，即磨煤制浆工序、多喷嘴对置式水煤浆气化工序、合成气初步 净化工序、含渣水处理工序。鉴于水煤浆制备为成熟的工艺技术，研究开发工作及主 要的创新点主要集中在后面 3 个工序。 广东石油化工学院专科毕业论文 13 图 31 多喷嘴对喷水煤浆气化工艺流程 3.3.2 中试装置 华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司承担了国家重点科技攻 关项目“新型（多喷嘴对置）水煤浆气化炉开发” （22 t/d 装置） ，2000 年完成了中试 装置的运转与考核，运行结果表明：有效气成分约 83%，比相同条件下的 texaco 生产 装置高 1.52 个百分点；碳转化率98%，比 texaco 高

48、 23 个百分点；比煤耗、比 氧耗均比 texaco 降低 7%。 3.3.3 商业示范装置的建设和运行 从 2002 年开始，先后在山东华鲁恒升化工有限公司和兖矿集团国泰化工有限公司 建设了两套多喷嘴对置水煤浆气化技术的商业性示范装置，示范装置的建设得到了国 家 863 计划和其它科技计划的支持。 （1）华鲁恒升公司示范装置 山东华鲁恒升化工有限公司示范装置气化压力 6.5 mpa、单炉日处理煤量 750 t， 配套每年生产 30 万吨合成氨，气化装置由中国华陆工程公司设计，装置于 2004 年底 石油化工生产技术 煤气化技术进展评述 14 建成，于 2004 年 12 月 1 日一次投料成

49、功。经过调整和优化，多喷嘴对置式水煤浆气 化炉于 2005 年 6 月初正式投入运行。截至 2006 年月 31 日，装置已累计运行六千多个 小时。目前装置处于安全、稳定、长周期满负荷的运行状态。 （2）国泰化工有限公司示范装置 兖矿集团国泰化工有限公司示范装置包括两台气化压力 4.0 mpa、单炉日处理煤量 1000 t 的气化装置，配套每年生产 240 kt 甲醇、由燃气轮机和蒸汽轮机联合生产 80 mw 电力。该气化装置于 2005 年 10 月 16 日一次投料成功，10 月 17 日打通全部工艺 流程，生产出合格甲醇。至今气化装置累计运行约 6000 h，运转率约 90%。工业运行

50、证实，多喷嘴对置式水煤浆气化装置具有如下优点：该装置开车方便、操作灵活、负 荷增减自如，操作的方便程度优于引进的水煤浆气化装置；自动化程度高，全部采用 集散控制系统（dcs）控制，特别是氧煤比投料自动串级控制，气化炉操作简单方便； 整个气化系统运行状况稳定；工艺技术指标极为先进；洗涤冷却室液位可控，无带水 带灰现象发生；合成气中细灰含量低；含渣水系统热回收效率高，灰水温度得到最大 程度提高。 （3）示范装置主要工艺指标 华鲁恒升化工有限公司气化装置采用神府煤，国泰化工有限公司采用北宿精煤， 同样采用北宿精煤的国泰化工有限公司多喷嘴对置气化炉与鲁南化肥厂 texaco 气化炉 相比，碳转化率提高

51、 3 个百分点以上，比氧耗降低约 8，比煤耗降低 2%3；同 样采用神府煤的华鲁恒升化工有限公司多喷嘴对置气化炉与上海焦化厂 texaco 气化炉 相比，碳转化率提高 3 个百分点以上，比氧耗降低约 2，比煤耗降低约 8。工业运 行结果表明，多喷嘴对置气化炉工艺指标先进，运行稳定可靠。 3.3.4 推广应用情况 该成果已被国内外同行广泛了解、认可，目前在国内已推广到山东滕州凤凰甲醇、 江苏灵谷合成氨、江苏索普甲醇及乙酸、兖矿鲁南化肥厂改造、兖矿国泰第三套气化 炉、神华宁煤 600 kt/a 甲醇项目、宁波万华 600 kt/a 甲醇项目、山东久泰 1800 kt 甲醇 项目、山东盛大 600

52、kt/a 甲醇项目、上海华谊 600 kt/a 甲醇项目、 “十一五”863 计划的 兖矿榆林百万吨/年煤制油和华电 igcc 发电项目等 12 家企业应用，运转和在建的气化 炉 32 台，已签定合同的十余台，合计日处理煤量约 30 kt，占到国内大型煤气化装置市 场的 1/3 左右。在国外已与美国 vale 公（世界 500 强、全球最大炼油企业）签定技术 许可合同，建设 5 台单炉日处理 2500 t 石油焦的气化装置。开创了我国大型化工成套 技术第向发达国家出口的先河7。 广东石油化工学院专科毕业论文 15 3.4 多喷嘴对置式干煤粉加压气化技术的研究开发与产业化 3.4.1 干煤粉气化

53、中试装置的运行 2004 年末，在华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂（水煤浆气化及煤化工国家工程研 究中心） 、中国天辰化学工程公司 3 家单位通力合作下，建于兖矿鲁南化肥厂的国内首 套具有自主知识产权的粉煤加压气化中试装置顺利通过 72 h 专家现场考核，率先在国 内展示了气流床粉煤加压气化技术的优越性能。中试装置气化温度为 13001400，气 化压力为 2.03.0 mpa，根据一对喷嘴或 4 个喷嘴运行情况不同，装置操作负荷可调范 围较大，为 1545 吨煤/天。氧煤比主要操作范围为 0.50.6 /kg，蒸汽煤比操作范围 为 00.3 kg/kg。 2005 年以二氧化碳为输送载气进行气流

54、床粉煤加压气化的中试装置的运行，运行 数据当时在国际上还未见报道。采用二氧化碳为输送载气后，合成气中的氮气含量明 显降低，这对于粉煤加压气化技术更好地应用于生产甲醇、二甲醚、乙酸、烯烃、f-t 合成等具有重要意义。试验结果表明，该气化技术的合成气中有效气成分较水煤浆气 化高出 610 个百分点，而与 shell、gsp 技术基本一致。 2007 年，在华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂（水煤浆气化及煤化工国家工程研究 中心） 、中国天辰化学工程公司 3 家单位通力合作下，又完成了粉煤加压气化中试装置 （水冷壁式气化炉）顺利通过 72 h 专家现场考核。 3.5 tpri 两段干煤粉气化炉开发与产业化

55、进展 无论 shell 气化炉还是 prenflo 气化炉，均采用一段气化的方式，为了让高温煤气 中携带的熔融态灰渣凝固，以免煤气冷却器堵塞，都采取后续工段冷煤气循环激冷， 将高温煤气冷却到 900左右在进煤气冷却器。激冷过程高位能量损失较大，为了解决 这一问题，借鉴 e-gas 气化炉热化学法回收高温煤气显热的原理，西安热工研究院开 发的两段式干煤粉加压气化技术，已进行了工业应用。该工艺是粉煤部分氧化工艺的 一种形式，气化炉下段为第一反应区，粉煤、氧气和蒸汽在此产生温度为 14001600 的湿煤气，后进入上部二段反应区，进行二次气化反应产生煤气。气化炉采用水冷 壁炉膛，液态排渣。气化炉下炉

56、膛内喷入粉煤、水蒸气和氧气，上炉膛喷入少量粉煤 和水蒸气，利用下炉膛的煤气显热进入上炉膛进行煤热解和气化反应，以提高总的冷 煤气率。与国外先进的干粉煤气化技术相比，冷煤气效率可提高 2%3%，比氧耗低 10%15%。在此技术上开发的二氧化碳气化的两段式加压气化工艺，是在两段式加压 气化炉中的第二段采用二氧化碳气化或二氧化碳加水蒸气混合气化，不需要系统冷煤 石油化工生产技术 煤气化技术进展评述 16 气回注以及喷水减温装置，系统设备相对简单，而且降低了生产过程的可用能损失， 减少耗氧量。该技术的推广应用，对煤的洁净利用具有现实意义8。 3.6 其它煤气化技术 (1)浙江大学能源洁净利用国家重点实

57、验室自行开发设计了一种新型水煤浆气化炉， 采用炉顶单喷和炉侧多喷嘴同时喷射入炉的进料形式。该气化工艺还没有进行工业试 验的报道，但相关的热态数值模拟计算和实验测试结果表明 ，该气化炉具有流场分布 合理、颗粒平均停留时间长、出口粗煤气有效气成分高等优点，该气化炉有较好的发 展前景。 (2)山东科技大学清洁能源研究中心自行设计的 y 型气化炉，炉膛内形成 y 型撞 击区，相互点火；在水（汽）冷壁管的作用下，耐火层表面起到以渣抗渣作用，延长 气化炉的使用寿命。采用自行设计的 y 型单通道喷嘴，能形成良好的水煤浆雾化锥， 同时水冷套管是气化喷嘴的寿命得到提高。 型气化工艺在以后的气化工艺中也有很大 的

58、发展潜力。 (3)中国航天集团十一所跟踪国际先进的煤气化技术的发展，开发了 ht-l 粉煤加 压气化技术。气化炉辐射段采用粉煤气流床气化技术，上部有水冷壁结构，灰渣水、 洗涤、净化系统则采用水煤浆工艺的急冷流程，并且能进行渣水循环。技术具有煤种 适应性广，洁净高效，建设和运行费用低等优点，且具有完全的自主知识产权，所有 设备均可国产化，非常适应我国对煤炭利用技术的要求。 (4)多元料浆气化技术(mcsg)由西北化工研究院开发，在完成中间试验和工业化示 范试验的基础上，于 2001 年实现工业应用。该技术采用湿法气流床气化概念，以煤、 石油焦、石油沥青等含碳物质和油(原油、重油、渣油等)、水等经

59、优化混配形成的多元 料浆与 0:通过喷嘴混合后瞬间气化，具有原料适应性广、气化指标先进、技术成熟可 靠、投资费用低等特点。目前，多元料浆气化技术已在 10 多套工业装置上应用，包括 300 kt/a 合成氨,200600 kt/a 甲醇和 500 kt/a 煤制油装置。采用该技术的工业装置，料 浆质量分数最高达 68.5 %，单炉日投煤量为 1 800 t，气化压力为 1.3 6. 5 mpa，有效 气体体积分数 80% 86%，比氧耗 400 m3(标态)，冷煤气效率约 76%。配形成的多元料 浆通过喷嘴混合后瞬间气化，具有原料适应性广、气化指标先进、技术成熟可靠、投 资费用低等特点。目前，

60、多元料浆气化技术已在 10 多套工业装置上应用，包括 300 kt/a 合成氨,200600 kt/a 甲醇和 500 kt/a 煤制油装置。采用该技术的工业装置，料浆质 量分数最高达 68.5 %，单炉日投煤量为 1 800 t，气化压力为 1.36. 5 mpa，有效气体体 积分数 80%86%，比氧耗 400 m3(标态)，冷煤气效率约 76%9。 广东石油化工学院专科毕业论文 17 3.7 国内外主要的气流床煤气化技术小结 国外已产业化或文献报道已完成中试的气流床煤气化炉主要有 k- t、shell、prenflo、gsp、texaco、e-gas、eagle 等技术。国内气流床煤气化