煤气化技术的现状及发展趋势

朱明娟,李学英

（新疆轻工职业技术学院，新疆乌鲁木齐830001）

煤气化技术的现状及发展趋势

朱明娟,李学英

（新疆轻工职业技术学院，新疆乌鲁木齐830001）

本文以国外内煤气化技术的应用现状为切入点，并提出具体的煤气化技术的的实际应用情况，围绕人们普遍关注的煤化工技术及其产业发展的热点问题展开深入的探讨和分析，仅供参考。

煤气化技术；产业发展；气流床；发展趋势

我国是一个地大物博的国家，相对来讲煤炭资源是比较丰富的，再加上近些年来我国社会经济和科学技术的飞速发展，在一定程度上促进了我国煤化工行业的进步，其中最关键的环节就是如何将煤炭转化为清洁高效的合成气，即CO+H2，也被人们称之为煤气化技术。先进的煤气化技术不仅可以极大地降低在燃烧排放过程中对大气环境的污染程度，而且也可以在一定程度上提高煤炭的利用效率，其在煤炭直接液化、煤炭间接液化、煤炭化工、燃料电池等方面起到了至关重要的作用，具有一定的显示意义。

1 国内外煤气化技术的发展现状

从世界范围内各种能源的储备量来看，天然气、石油占比12%，而煤炭占比高达79%，由此不难看出，在能源战略中煤炭利用技术的开发和研究占据了何等重要的位置。世界煤化工的发展经历了漫长的时间，早在二十世纪初，逐渐兴起的煤炭炼焦工业标志着煤炭化工正式进入了发展初期阶段，到了二十世纪中期，有机化学工业一直以煤炭为主要的原材料，随着石油化学工业的逐步兴起，在化工原料的配比中，逐渐强化了天然气和石油的重要性，慢慢降低了煤炭的应用比例，缺乏在实践中的研究、发展和应用，必然会在一定程度上影响世界煤炭化工技术的深入发展和进步。但是到了二十世纪70年代，大幅度攀升的石油价格，对石油化学工业的健康发展产生了不利的影响，与此同时在煤液化、煤气化等方面煤化工都取得了一定的成绩，尤其是到了二十世纪末，石油价格在世界范围内都始终居高不下，并呈现不断上涨的态势，这就为煤化工技术的发展提供了有力的外部环境，人们也逐渐重视煤化工的重要性。

就我国而言，传统的UGI炉块煤间歇气化已经无法满足时代发展的需求，其迫切的需要向先进的粉煤加压气化工艺进行转化，同时这种迫切的需要也为新型煤气化技术的创新和发展提供了可能。据不完全统计，正在建设的和已经投产的大型洁净煤气化技术的相关装置就有80余套，其中已投入运行中的煤气化装置占比约一半左右，其中对水煤浆气化技术中的四喷嘴、GE煤气化、多原料浆气化、分级气化等和干煤粉气化技术中的Shell煤气化、GSP两段式干煤粉加压气化、单喷嘴干粉气化技术等的应用比较广泛，并且已经取得了不错的成绩。

2 现代煤气化技术

通常来讲，气化工艺可以分为固定床（也称之为移动床）、气流床和流化床这3种类型。其中最为清洁的而且具有较高的效率的煤气化类型就是气流床，这也是为什么气流床气化技术被广泛的应用于现代大型煤气化装置当中的主要原因，而气流床气化主要包括两种：（1）干煤粉进料；（2）水煤浆进料。

2.1 水煤浆加压气化

2.1.1 德士古水煤浆加压气化工艺（TGP）起初在渣油部分氧化技术的基础之上，由美国Texaco研发了水煤浆气化技术，其采用的是水煤浆进料，并确保水煤浆的质量分数控制在60%~65%，在气流床中进行加压气化工艺，在高温高压的作用下可以将O2和水煤浆转化成合成气，液态排渣。提高气化压力，可使装置的投入得到有效的降低，从而实现降低能耗的目的。就德士古气化炉单炉而言，其最大投煤量为每天2000t，并且实践证明这种气化过程可以在一定程度上有效控制其对环境的污染程度。

根据气化后不同的加工顺序及产品的要求，可以将加压水煤浆气化分为废锅流程、废锅激冷联合流程和激冷流程这3种工艺流程。通常会采用激冷流程来生成合成氨，这样可以直接用水激冷气化炉出来的粗煤气，粗煤气被激冷之后其水蒸汽的含量会比较多，可以无需补加蒸汽就可以直接送入变换系统。若产品气用作燃气透平循环联合发电工程，宜使用废锅流程，蒸汽透平发电机组可以有效利用其副产高压蒸汽。若产品气用作羟基合成气并生成甲醛时，需要变换部分粗煤气，通常会采用半废锅流程，即激冷联合流程和废锅流程的有机结合，粗煤气从气化炉出来之后先经辐射废锅冷却，再用水激冷，直至其温度符合实际需要，而在后续的部分变换工序中可以对粗煤气显热产生的蒸汽进行充分有效的利用。

2.1.2 多喷嘴对置式水煤浆加压气化这项技术是在德士古水煤浆加压气化法的基础之上加以创新而得到的最先进的煤气化技术之一。在2000年，鲁南化肥厂、华东理工大学、中国天辰化学工程公司共同努力和研究，在多喷嘴对置水煤浆气化炉中取得了一定的成绩，并获得了国家主管部门的肯定和审批，在第二年的2月份就申请了专利授权。相比于德士古气化工艺的各项指标而言，新型气化炉的各项指标不仅均得到了优化，而且其灵活稳定的操作，逐渐引起了国家科技部门的高度支持和重视。多喷嘴对置式水煤浆气化炉装置不仅便于开车，而且操作灵活，可以根据实际情况和特点来增减投煤负荷，相较于德士古水煤浆气化而言，这种新型的水煤浆气化炉装置可以降低能耗约7%，目前，这项技术在我国得到了广泛的推广和应用。

2.2 干粉煤加压气化工艺

2.2.1 壳牌干粉煤加压气化工艺（SCGP）Shel气化炉的外形是立式圆筒形状的，并将由沸水冷却管组成的膜式水冷壁安装在炉膛周围，将耐热土层铺设在内壁上，当气化时，在水冷壁内壁涂层上熔融灰渣会形成液膜，沿着内部自行顺流而下，针对检修频繁和高温耐火材料损毁情况可以充分利用以渣改渣的防腐措施。可以将输出集气管、输入给水管安装在筒体外壳与水冷壁之间的环形孔隙内，为维修和检查水冷壁奠定良好的基础；环形孔隙内充斥着有压合成气，且其温度在250~300℃。

2.2.2 GSP干粉煤加压气化在1976年由原民主德国VEB Gaskombiant的黑水泵公司研发的干粉煤加压气化技术，其进料分为液体进料和干粉煤进料这两种形式。GSP气化炉对盘管式水冷壁气化炉结构进行充分有效的利用，无需严格要求气化粉煤的粒度要求，且具有较高的一次性碳转化率，可高达98%，除此之外，还可以在一定程度上增加水冷壁和喷嘴的使用年限，可以灵活的调节负荷，具有较大的操作弹性。但是尚未在国内工业化装置方面验证GSP煤气化技术的经济性和投资性。

3 煤气化技术的发展趋势

随着我国社会经济和科技的飞速发展，在一定程度上也促进了大型煤气化技术的进步，如何提高煤种适应性、煤气化效率、装置可靠性、气化炉单炉生产能力、降低污染物排放量、控制成本投入、新型煤化工技术集成等内容将成为煤气化技术未来的主要发展方向。

3.1 煤气化过程的能量高效转化与合理回收

要想实现煤气化整体效率的切实提高，就需要合理回收煤气化合成气高温显热。在回收合成气显热方面主要有两种工艺，一种是废热锅炉、另一种是激冷工艺，前者具有较高的热量回收率，但是投资和设备均比较庞大；后者尽管设备操作便捷、投资费用较低，但是其能量回收效率也会大大降低。

对气流床气化技术进行充分有效的利用，可以提高碳转化率，甚至可以高达99%，事实上，在气流床煤气化效率的提高方面仅仅是通过强化煤气化炉中的传递过程和混合过程已经难以实现。近些年来，人们在利用高温合成气显热方面充分利用了化学激冷的方式，如二次喷煤等，通过改进技术和优化工艺，并增加了对煤气化整体工艺匹配程度进行深入的研究，实现了节能降耗的目的。

3.2 提高煤种的适应性问题

一方面应该根据实际情况和特点来合理选择配煤技术，并在规定时间内实现气化炉的稳定进料，并对气化机理进行深入研究，对气化炉结构进行适当的改进，在一定程度上使多元混配煤种或单一煤种的运用范围有所扩大，使其可以更加匹配后续的加工装置，为气化装置稳定安全的运行奠定良好的基础。另一方面开发诸多的先进技术，如劣质煤预处理提质等，可以提高为气流床气化技术所使用到的气化原料的匹配度。

此外，为了提高煤炭资源的利用率，可以充分利用符合煤气化技术，例如，合成气制天然气的过程中，对粉煤的充分利用，并有效的结合气流床技术和固定床技术，可以兼顾煤炭资源利用效率的提高和煤气化效率、废水处理等问题的妥善处理。

现如今，对煤炭资源的利用和开发在一定程度上促进了我国科技进步、经济发展以及各个领域的企业发展壮大，但是其主要的污染物排放严重威胁了人们的生存环境和自然环境，因此，洁净煤气化技术的发展势在必行，这也是坚持可持续发展战略的必然选择。总结其发展趋势，可以得到以下结论：

（1）多煤种适应性有待提高，使得任意煤种的气化都将成为可能；

（2）气化效率和气化能力有待提高；

（3）充分利用加压气化工艺，尽可能的使压缩能耗有所降低，使气化强度有所提高，尽可能的有效控制带出物的损失程度；

（4）有利于减少环境问题，降低污染程度，为保护生态环境奠定良好基础。

4 结语

总之，我国国情的客观需要就决定了煤炭气化技术必将会迎来广阔的发展空间，并且在煤炭气化技术的自主知识产权方面我国应给予大力扶持，兼顾先进技术的引进和成本的有效控制这两者之间的关系，从而在一定程度上增强我国的综合竞争力。

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Present situation and development trend of coal gasification technology

ZHU Ming-juan,LI Xue-ying
（Xinjiang Light Industry Vocational Technical College,Urumqi 830001，China）

Based on the present situation of the application of coal gasification technology in abroad as the breakthrough point,and put forward specific practical application of coal gasification technology,coal chemical technology and its industry development around people widespread concern about the hot issues of in-depth discussion and analysis,for reference only.

coal gasification technology;industry development;airflow bed;development trend

TQ536

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170554

2017-01-11

朱明娟（1981-），女，汉族，新疆，讲师，毕业于新疆大学,工程硕士，研究方向：化学工艺。