1、浅谈煤制气工艺路线的选择摘要：介绍了煤制气几种典型的工艺技术，各种煤制气技术适用煤种、特点及应用领域，对应用较广或未来发展前景较好的技术做了重点描述。 关键词：固定床；循环流化床；灰熔聚流化床；水煤浆加压；干粉煤加压 Abstract: This paper introduces the technology of the coal gas of several typical kinds of coal gasification technology, coal, characteristics and applications, especially describes the wide
2、application prospects for the future development of better technology or. Keywords: fixed bed; circulating fluidized bed; fluidized bed ash agglomeration; water coal slurry pressurized dry pulverized coal pressurized; 中图分类号：TH162+.1 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013） 1 概述 我国传统能源以煤为主，在将来一段时间内不能改变这一现状，那么如何清
3、洁有效得利用煤炭成为煤化工与清洁燃料制备企业密切关心的问题。近年来，我国曾掀起煤制油、煤制醇、煤制醚、煤制烃、煤制天然气，煤制燃料气的热潮。一些有煤炭资源的地区都在规划以煤炭为原料的建设项目，一些需要清洁燃料的企业在油、气使用价格的不断提升的情况，也在努力寻找一种投资相对低、运行费用相对油、气便宜的煤制气技术方案。 这些煤制气项目或需清洁燃料的企业都碰到亟待解决原料选择问题和煤制气工艺技术方案的选择问题。现就比较熟悉的煤制气几种工艺路线、适应煤种等做评述，与各位读者分享。 煤气化按主体装备的反应器分类，主要有固定床气化炉、循环流化床气化炉、灰熔聚流化床粉煤气化炉、水煤浆加压气化炉、干粉煤加压气
4、化炉五大类。 2 固定床气化炉 固定床气化炉通常以气煤、长焰煤、不粘性烟煤、弱粘结性烟煤、无烟煤、 焦炭为原料，以空气和水蒸汽为气化剂，可连续、平稳产出混合煤气。固定床气化炉以炉体结构分为单段式煤气发生炉和两段式煤气发生炉。 单段式煤气发生炉生成的粗煤气约 500左右，出炉后进入双竖管，经冷却循环水冷却至 80左右，然后进入洗涤塔，在塔内与洗涤塔顶部喷下的冷却水逆流接触换热冷却至 35左右，出洗涤塔的冷煤气经捕滴器捕除水滴后经排送机加压送往用户。 单段式煤气发生炉所产煤气热值约 1250kcal/Nm3,适用的典型煤质主要以无烟煤为主，后续的净化工艺较落后，综合热效率较低，属于落后性工艺，现在
5、较少使用。 两段式煤气发生炉在结构上同单段式煤气发生炉相比干馏段和干燥段加高了，炉体总高度通常在 15 米以上，有上、下两个煤气出口。 上部煤气出口在干馏层和干燥层附近，其上段煤气热值高达 1600-1700 kcal/Nm3,温度为 120-180，属于热脏煤气，干燥层中被吹起的灰尘、干馏层中煤中挥发份发生裂解产生的甲烷、烯烃及焦油等物质随上部煤气产出。下部煤气出口在氧化层和还原层附近，其下段煤气热值约为 1250-1350 kcal/Nm3,温度为 550-650，属于净煤气，无焦油、含尘较少。 两段式煤气发生炉上段煤气经电捕焦油器与下段煤气经余热锅炉及间接风冷器在间冷洗涤塔汇合，并进一步
6、降温冷却，经电捕轻油器进一步除油除尘后，由排送机加压送往用户。两段式煤气发生炉上下段混合后的煤气热值约为 1450-1550 kcal/Nm3，后续的净化工艺以间接冷却为主，较单段式煤气发生炉干净，但因有酚水的产生，过去，采用酚水焚烧炉对酚水进行焚烧处理，但需一定的燃料煤气，近年来，一些厂家对酚水采用加热法产蒸汽或雾化法与空气混合作为气化剂在煤气炉内焚烧，但均不能彻底有效的处理。 近年来，固定床气化炉作为我国氮肥与有色冶金的主力军地位在减弱，随着国家环保要求的提高和人们环保意识的增强，两段式煤气发生炉的广泛应用也遇到了前所未有的挑战。固定床气化炉原料利用率较低，单耗较高，操作繁杂，单台炉最大产
7、气量在 8000 Nm3/h，主要适用于生产燃料气，不推荐用以生产合成气。 固定床煤气气化生产厂家较多，其主体工艺主要有常压固定层间歇式无烟煤（或焦炭）气化技术、常压固定层间歇式无烟煤（或焦炭）富氧连续气化技术、鲁奇固定层煤加压气化技术。 3 循环流化床气化炉 循环流化床气化炉技术实际上属于改进后的温克勒沸腾层煤气化炉，适用于气化褐煤和长焰煤，同时要求原料为不粘结或弱粘结性、灰分小于 30%，灰熔点 ST 温度大于 1250，低温化学活性的煤。流化床层温度在 950左右。目前最大的气化炉，用富氧气化，最大产气量为40000Nm3/h。 循环流化床气化炉与传统固定床气化设备相比，燃煤气化系统具有
8、污染低，煤种适应性强，碳转化率高等特点。煤气化系统主要由煤气化系统、脱硫系统、DCS 操作系统、水处理系统等部分组成。粉煤在气化炉内受到充分而均匀地加热，以及干燥干馏过程是在反应层中进行的，因此挥发物的裂解燃烧完全，粗煤气中不含焦油、酚类等污染物，是一种清洁、高效的煤气化技术。 循环流化床气化炉的工艺流程：原煤经过破碎、筛分后，把 10mm 以下的粉煤，通过皮带运输至煤气发生炉煤斗，由螺旋输送机送入气化炉中，气化剂（富氧空气和水蒸气）经高温换热器预热至 720后进入气化炉与粉煤在 950左右反应，反应后粗煤气经过旋风除尘器、两级换热器、布袋除尘器、给水预热器降温除尘后，热值在 1350Kcal
9、/Nm3 左右的煤气经脱硫后送至用户使用。 目前，循环流化床气化炉主要生产厂家有科达、恩德与万丰，各厂家主体工艺路线较接近，后处理余热利用及净化收尘方式有所不同。 4 灰熔聚流化床粉煤气化炉 灰熔聚流化床粉煤气化技术来源于中科院山西煤炭化学研究所，2001 年单炉配套 20kt/a 合成氨工业性示范装置成功运行，实现了工业化，其特点是煤种适应性广，可以用 6-8mm 以下的碎煤，属流化床气化炉，床层温度达 1100左右，中心局部高温区达到 1200-1300，煤灰不发生熔融，而只是使灰渣熔聚成球状或块状排出。床层温度比科达、恩德及万丰气化炉高 100-200，所以可以气化褐煤、低化学活性的烟煤
10、和无烟煤，以及石油焦，投资比较少，生产成本低。 灰熔聚流化床粉煤气化炉的缺点是气化压力为常压，单炉气化能力较低，产品中 CH4 含量较高（1%-2%） ，环境污染及飞灰综合利用问题有待进一步解决。此技术适用于中小氮肥厂利用就地或就近的煤炭资源改变原料路线。 5 水煤浆加压气化炉 水煤浆加压气化炉，也属于气流床加压气化技术，原料煤经磨制成水煤浆后用泵送进气化炉顶部单喷嘴或多喷嘴下行制气，原料煤运输、制浆、泵送入系统比干粉煤加压气化要简单得多，安全可靠、投资省。该技术对原料煤适应性较广，气煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、高硫煤及低灰熔点的劣质煤、石油焦等均能作气化原料。但要求原料煤含灰量较低，煤中含灰量
11、由 20%降至 6%，可节省煤耗 5%左右，氧耗 10%左右。另外，要求煤的灰熔点低。由于耐火砖衬里受高温抗渣的限制，一般要求煤的灰熔点在还原性气氛下的 T41300 ，对于灰熔点稍高的煤，可以添加石灰石作助熔剂，降低灰熔点。还要求灰渣粘温特性好，粘温变化平稳，煤的成浆性能要好。气化压力从 2.7、4.0、6.5 到 8.5 MPa 皆有工业性生产装置在稳定长周期运行，装置建成投产后即可正常稳定生产。水煤浆加压气化系统的热利用有两种形式，一种是废热锅炉型，可回收煤气中的显热，副产高压蒸汽，适用于联合循环发电；另一种是水冷激型，制得的合成气水气比高达 1.31.4，能满足后续 CO 变换工序的需
12、要，变换工序不需要外供蒸汽，适用于制氢、制合成氨、制甲醇等化工产品。 水煤浆加压气化技术有 GE 德士古（Texaco)技术、西北化工院多元料浆技术、华东理工多喷嘴（四喷嘴）技术。 6 干粉煤加压气化炉 干粉煤加压气化技术，属于气流床加压气化技术。可气化褐煤、烟煤、无烟煤、石油焦及高灰熔点的煤。入炉原料煤为经过干燥、磨细后的干煤粉。如需添加助熔剂，原料煤可以与助熔剂在磨煤机中混磨。干燥后的粉煤用氮气气力送至料斗中，再用高压氮气输送到气化炉，从气化炉下部的喷嘴进入气化炉。属多烧嘴上行制气。 干粉煤加压气化技术为调节炉温，需向气化炉内输入中压过热蒸汽。采用废热锅炉冷却回收煤气的显热，副产蒸汽，气化
13、温度可以达到 1400-1600，气化压力可达 3.0-4.0MPa，可以气化高熔点的煤，但为了操作稳定，仍需在原料煤中添加石灰石作助熔剂。该种炉型原设计是用于联合循环发电，国内有引进的最终产品有合成氨、甲醇、氢气。 干粉煤加压气化技术有壳牌技术、西门子 GSP 技术、西安热工所两段式技术、华东理工大学四喷嘴对置式技术、航天部十一所航天炉 HT-L式技术。 航天炉 HT-L 干煤粉加压气化技术是航天部十一所的专利技术，该炉型结合了德士古和壳牌的优点，以干粉煤为原料，可适应所有煤种，一个烧嘴，激冷流程，水冷壁产生蒸汽，类似 GSP 炉。气化温度 1400-1700，最高可达 1850，气化压力为 3.7MPa，炉渣残碳0.5%，热效率 =95%，碳转化率 99%,有效气（CO+H2）90%,每生产 2050m3 煤气可产生 1 吨氨。 航天炉 HT-L 干煤粉加压气化技术备煤、输煤、燃料调节系统、气化炉辐射段采用先进的干粉煤气流床气化技术，灰渣水系统、洗涤、净化则采用水煤浆气化工艺的激冷流程技术，集当今世界两大先进煤气化技术之特点。在原料煤本地化、工艺路线优化、减少投资、关键设备国产化方面有优势。 参考文献： 1 煤气设计手册编写组， 煤气设计手册 作者简介：高学全（1974-） ，男，辽宁沈阳人，工程师，大学，主要从事热能动力工程研究与设计。
