我国煤气化技术装备现状及其应用研究

郭知渊

(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037000)

引 言

近些年来，现代煤化工在我国得到迅速发展。而在现代煤化工中，煤气化技术是其基础和核心技术。简单来讲，煤气化技术就是把经过适当处理的煤送入反应器，通过一系列反应及处理，得到精制一氧化碳气的过程。据经验和研究发现，煤气化技术装备的先进性及质量好坏，决定煤气化工业生产效率的高低。因此，现阶段越来越多的国家开始关注煤气化技术设备的研发。

1 我国煤气化技术装备的研发与选用

根据我国近年来煤气化技术的经验及研究显示，我国煤气化方式和设备选用方式如下。首先，煤质不同，其选用的气化方式及设备不同。即煤质的含碳量、水分等对煤气化技术的选择至关重要，煤气化技术设备和煤质分析需匹配。具体的包括以下几点。第一，灰分、含水量较高的褐煤选择加压气化的固定床鲁奇炉就较好，而采用气流床气化则会使气化下渣口容易堵塞导致停产；其次，甲烷含量较少的水煤浆选择固定床气化技术较好，可以减少后系统的甲烷工艺及投资；再者，硫含量较高的高硫煤采用固定床鲁奇炉气化较好，且需通过镍基焊条对气化炉内壁满焊，以降低硫对设备腐蚀；此外，灰熔点高于1 500 ℃的煤采用气流床水煤浆气化及水煤浆气化炉等，会导致影响气化炉使用寿命，并增加设备投资等。

其次，目标产品不同，其选用的气化方式及设备也不同。如果目标产品只是甲醇，可选择高温高压水煤浆气化，也可选择粉煤气化。其中，水煤浆气化适应的煤质广泛，可以气化灰熔点、硫等较低煤，且已经国产化，有专业团队提供设计、制造、生产一条线服务。粉煤气化是干料、纯氧、蒸汽进料，碳转化率高达98%左右，相比较而言，其比水煤浆气化1 t煤多产25 kg甲醇，但是干煤粉需要N2或者CO2输送，粉煤气化合成气里面的惰性气体高于水煤浆气化3倍，其纯度不高，且粉煤气化设备复杂，专利费高，还未能国产化，运行维护经验也较为缺乏。然而，虽然现阶段我国煤气化技术已得到了很大的进步，煤气化工艺、设备及方式很多，但是由于各地域煤质或者目标产品的不同，其煤气化技术及设备也不尽相同，因此一些煤质或者目标产品还未完全研发出更为适合的煤气化技术。以煤炭大省的山西为例，无烟煤是主要煤种，企业正在开发适合无烟煤特性的其他现代气化路线，开拓无烟煤洁净利用新途径，以延续无烟煤作为优质化工用煤的生命力，如晋煤集团积极开展“晋城高硫无烟块煤适应常压固定床气化技术研究及工业试验”等。

2 我国煤气化技术装备的应用现状

目前我国已成为世界上应用煤气化技术装备种类最多的国家。通过多年对煤气化装备的研发，现阶段我国应用的(包括正在中试的)煤气化技术及其对比如第50页表1所示[1]。

目前，在国家对现代煤化工中能效、环保指标等要求越高的情况下，气流床技术代表着煤气化技术发展到了一个新的高度。由表1可知，以气流床为主要工艺的壳牌、GE(德士古)、GSP等煤气化技术煤种适应性较广、碳利用率较高，而对环境影响相对较小，因此被广泛应用。对其装备国产化进度而言，其中，壳牌公司一直致力于装备国产化，其废锅技术已实现国产化；GE半辐射废锅，由于设计和制造难度较大，还未国产化；GSP技术设备也已完全实现了国产化，且投资较少。

表1 目前我国几种煤气化炉型技术的主要参数对比

3 国外煤气化技术装备在我国的应用

3.1 我国应用国外煤气化技术汇总

据研究和介绍显示，目前全世界的煤气化技术装备多达几十种，主要有流化床、水煤浆气流床、粉煤气流床等几种类型。我国经过三十多年对国外煤气化技术装备的引进和发展，应用较多的8种国外气化技术装备具体如表2所示[2]。

表2 在我国应用的国外煤气化技术情况

3.2 应用于我国的几点典型煤气化技术装备介绍

1) 壳牌粉煤气化技术。壳牌粉煤气化技术最为广泛，其主要原理是将煤粉碎研磨成干煤粉，喷入气化炉进行燃烧制得合成气。此技术装备具有操作十分安全，无需在气化炉内蒸发水分，碳转化率高达99%，气化炉检修周期较长，煤气中CO+H2达90%，气化过程无废气排放、融渣等废物，对环境影响较小等特点。

2) GE煤气化技术。GE煤气化技术是目前发展较快的第二代煤气化技术，其主要原理是一定条件下得到的非牛顿形流体，与氧在加压及高温下不完全燃烧制得合成气。此技术装备具有煤种适应较广，合成气质量好，关键设备气化炉结构简单，碳转化率高，单炉产气能力大，“三废”排放少等特点。

3) U-Gas气化技术。与其他技术相比，U-Gas气化技术具有较大的燃料灵活性，可应用于各种类型的煤炭和煤炭/生物质混合物。此技术是利用流化床原理，让原料和气化剂起反应，从而生产合成气。U-Gas气化技术准备小规模也能高效操作，造装置很快，投资成本较低。因此，我国在研发褐煤的煤气化技术装备时，可以借鉴此技术的优势。

4) 科林CCG粉煤气化技术。科林粉煤气化技术核心设备为两台科林CCG粉煤气化炉，当今国际主流最先进粉煤气化技术的代表。其工艺设备可以把褐煤、烟煤等原料转化为清洁的、高附加值的有效气，在经济性、可靠性和可操作性方面，都具有很强的竞争力。同时，科林CCG粉煤气化技术在三废处理方面安全环保，实现了能源的清洁及高效利用。

4 我国煤气化技术装备的发展趋势及研发建议

4.1 我国煤气化技术装备的发展趋势

随着大型煤气化技术的不断开发，及由于环境恶化、资源枯竭带来的生态压力，国家对现代煤化工工程项目要求越来越严格。为此，今后使用煤气化技术及其设备必须考虑经济性、可靠性和可操作性方面，也必须考虑设备大型化和智能化，同时，还必须考虑绿色工艺，降低污染物的排放，以降低生态压力。因此，形成集约型、环保型和新型煤化工技术及其设备，如高压、大容量的气流床气化技术及设备，是未来我国煤气化技术装备的发展趋势与发展方向。

4.2 我国煤气化技术装备的研发建议

根据我国煤气化技术的发展趋势，我国相关技术人员在研发煤气化技术及其设备时，要考虑如下几点建议。

1) 单项技术提高能效。如对原料中的氧气、煤炭、水进行科学的比例分配，通过对增加原材料水煤浆地浓度提高煤气化的成效等。

2) 扩大煤种的适应性。目前我国自身研发的煤气化技术装备对原材料的要求较高，不同煤质及目标产品所用的煤气化技术不同，且我国无烟煤的现代煤气化技术的研发还未完全成熟，因此，今后的研究需时刻关注相关的科学技术的发展，对气化炉结构进行改造，以扩大煤种适应性，从而降低煤气化技术的成本花费。

3) 研发煤气化净化技术。为了响应国家的可

持续发展战略，要应用最新的技术跟设备降低在煤气化过程中产生的污染，同时，实现废水的循环利用，不浪费任何资源。

4) 煤气化装置的可靠技术。煤气化装置是煤气化最核心的设备，通过应用新型的科学技术，对整个装置的工艺进行改善，针对煤气化装置的关键设备质量进行严格的检查，增加煤气化装置的可靠性。

5) 发展大型化和智能化。煤气化产业的大型化和智能化已经成为必然趋势，通过现代信息技术的应用，研发出大型智能化的煤气装置，以有效提高煤气化的效率及安全性。