浅谈四种煤气化技术对比

焦玉蓉

（神华宁夏煤业集团有限责任公司甲醇分公司宁夏银川市灵武市750411）

浅谈四种煤气化技术对比

焦玉蓉

（神华宁夏煤业集团有限责任公司甲醇分公司宁夏银川市灵武市750411）

煤气化是煤化工的重要环节，开展煤气化研究是实现高效利用煤制化工产品的关键。本文介绍了4种煤气化工艺：壳牌工艺、德士古水煤浆气化工艺、恩德工艺、灰熔聚流化床气化工艺，并对不同的工艺进行了技术对比。

煤气化；壳牌工艺；德士古；恩德工艺；灰熔聚工艺；煤气炉

1 引言

甲醇是重要的有机化工原料、溶剂和优质燃料，广泛用于有机合成、医药、农药、涂料、染料、塑料、汽车和国防等工业中。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，可加入汽油掺烧。另外，甲醇可以进一步合成烯烃，是众多下游化工产品的原料。

世界甲醇大多数是经过天然气合成，少数通过煤、石油等原料合成，在我国煤资源相对天然气资源丰富，因此发展煤化工、煤制甲醇具有重要的现实意义。

我国的煤制甲醇装置很多，规模从年产几万吨到上百万吨不等。年产几万吨到几十万吨的煤制甲醇工艺技术基本实现了国产化，但百万吨级以上的甲醇装置主要工艺技术仍需引进。已投产的神华包头、大唐国际和神华宁煤三个煤制稀烃项目。本文主要针对煤制甲醇技术展开，主要介绍了四种煤制甲醇合成工艺，简要分析了目前工业应用的煤制甲醇工艺的特点和差异，便于更好的理解煤制甲醇工艺的流程。

2 壳牌粉煤气化制取甲醇合成气

壳牌煤气化工艺是在高温高压下进行的，是目前煤气化工艺中最为先进的工艺研究和工艺应用。按照进料方式，壳牌煤气化工艺属于气流床气化，主要的工艺过程为煤粉、氧气及水蒸气在加压的条件下并流进入气化炉内，在相对短的时间内完成升温、挥发分的脱除、裂解、燃烧等一系列的反应过程。由于气化炉内的温度比较高，在氧气充足的条件下，碳、挥发分及部分反应产物主要发生的是燃烧反应，在氧气含量相对少的情况下，主要发生的是碳的各种转换反应，此时进入气化反应阶段。最终形成了以氢气、一氧化碳为主的反应气体离开气化炉。

壳牌煤气化工艺的主要优势和特点：①采用干煤粉进料，氮气加压输送，煤粉的分散性较好，气化操作稳定性高。另外，对于煤的活性几乎没有特殊的要求。可以广泛适用于无烟煤、烟煤、褐煤到石油焦。②气化炉温度高，碳的转化率比较高，一般可以达到99%。③单炉的生产能力比较大。

3 德士古水煤浆气化制取甲醇合成气

德士古水煤浆加压气化过程属于气化床疏相并流反应，水煤浆通过喷嘴在高速氧气气流的作用下，破碎、雾化后进入气化炉内，氧气和水煤浆在气化炉高温耐火砖的高温辐射下，经过一系列的物理、化学过程（预热、水分蒸发、煤干馏、挥发物裂解燃烧等）后产生CO、H2、CO2、H2O等气体，未经燃烧的煤和熔渣下向流动，离开反应区域，进入位于气化炉底部的冷却室进行水浴冷却，熔渣经过淬冷、固化后被截流在水中，最终落入渣罐，定期排放。煤气和水蒸气进入煤气冷却系统进行冷却处理。

GE气化炉具有一些特殊的优点：合成气中甲烷的含量较低，利于后续甲醇和氨的合成；设备结构比较简单，原料的适用性较强；操作危险性比较小；便于使用高压泵送的特点，原则上可以制备压力比较高的粗煤气；气化炉的运行费用比较低并且后续的除灰系统比较简单。

另外，目前GE气化炉存在一些问题，例如：水煤浆气化时好氧量比较大；一般需要热备用炉，热量的损耗量比较大；气化炉的耐火材料的寿命比较短，一般耐火砖的寿命在1～1.5年左右；工艺使用的烧嘴的寿命短、更换的频率较大；激冷环的寿命较短。从上述可以看出，存在问题的主要原因是由于气化炉的高温导致。

4 恩德煤粉气流床气化制取合成气

恩德煤粉气流床工艺是在温克勒炉的基础上进行改进的，进行的改进的内容如下：保持原有的煤储运设施并新增加煤干器，破碎、筛分等设施，将没送至气化装置区，气化用原有的蒸汽。气化装置：含加压煤仓、给煤机、气化炉、旋风分离器和排渣设施：废热回收：含废锅和给水加热器：洗涤除尘系统：由激冷空喷塔、填料洗涤塔、文丘里洗涤器组成：灰水处理循环系统：灰水池2个及来往清水泵房。

该方法的缺点为气固接触差，反应温度低、时间短，导致排渣率高；气化废气含量大，导致净化负担较高；热效率差，排渣热量不能回收，飞灰带出大量热。但是该方法在常压下进行，具有一定有优势。

5 灰熔聚流化床气化制合成气

灰熔聚流化床气化制合成气技术的应用是我国自主知识产权的成果，填补了我国煤气化技术国产化的空白，此技术已然达到了国际水平为我国煤气化工业及氮肥工业开辟了一条新的原料气化技术。它是符合我国国情、值得大力推广的先进而实用的粉煤气化技术。

煤粉在气化炉中受到气化剂的作用，使得床层中的煤粉可以达到流化状态，使用的气化剂可以分别为氧气、水蒸气、二氧化碳等。在高温作用下，气化剂和煤粉充分接触，发生一些列煤粉的化学作用，其中有热裂解、氧化还原反应等，最终实现煤的完全气化，煤灰在气化炉内中心高温区粘聚，形成灰球，借助煤和灰的质量差异，使灰球和煤粉分离。灰球靠自重落到炉底灰斗，排出炉外。而随煤气带出的煤粉尘经第一级旋风除尘分离器分离回收，再返回气化炉内与新加入的煤粉一起进行气化，所形成的粉煤和煤灰混合物在炉内不断循环，从而提高了煤中碳的转化率。

灰熔聚循环流化床底部设计了灰粘聚分离装置，在炉内形成了中心高温区，从而使炉渣在中心高温区内粘聚成灰球，借助质量差异，有选择地使煤粉与灰球分离，从而降低了灰渣的含碳量。气化炉结构简单，容易制造和维修；气化炉分布板位于低温区，床层内的物料流化程度高，气化炉可以稳定运行；煤种的适应程度较高。

6 结论

煤气化制备甲醇是煤质烯烃的关键步骤，煤气化的效率也在一定程度上决定了煤化工应用的效率。本文介绍了上述四种煤气化工艺，不同的工艺存在各自的优势和特点，对于煤种的选择也有一定的不同和差异。壳牌、德士古、流化床法对于煤种的适应程度较高，而恩德煤粉气流床可以在常压下进行，方便操作。在实际的应用过程中，针对煤种的设备的不同，操作工艺条件不同。不同的煤气化工艺具有不同的适用性，也存在一些应用的问题。

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