現代煤氣化技術發展趨勢及應用綜述

曹飛平

摘 要：現代煤氣化技術是現代煤化工裝置中的重要一環，涉及整個煤化工裝置的正常運行。本文分別介紹了中國市場各種現代煤氣化工藝應用現狀，論述了固定床、流化床、氣流床及煤催化氣化等煤氣化技術的現狀及發展趨勢，比較了國內外主要的煤氣化技術，對當前煤化工技術及產業發展中令人關注的熱點，敘述匯總了其工藝特點、應用參數、市場數據等。

關鍵詞：煤氣化;市場應用;氣化特點;參數數據分析

一、國內外煤化工現狀

從世界范圍內各種能源的儲備量來看，天然氣、石油占比12%，而煤炭占比高達79%，由此不難看出，在能源戰略中煤炭利用技術的開發和研究占據了何等重要的位置。世界煤化工的發展經歷了漫長的時間，早在二十世紀初，逐漸興起的煤炭煉焦工業標志著煤炭化工正式進入了發展初期階段，到了二十世紀中期，有機化學工業一直以煤炭為主要的原材料，隨著石油化學工業的逐步興起，在化工原料的配比中，逐漸強化了天然氣和石油的重要性，慢慢降低了煤炭的應用比例，缺乏在實踐中的研究、發展和應用，必然會在一定程度上影響世界煤炭化工技術的深入發展和進步。但是到了二十世紀70年代，大幅度攀升的石油價格，對石油化學工業的健康發展產生了不利的影響，與此同時在煤液化、煤氣化等方面煤化工都取得了一定的成績，尤其是到了二十世紀末，石油價格在世界范圍內都始終居高不下，并呈現不斷上漲的態勢，這就為煤化工技術的發展提供了有力的外部環境，人們也逐漸重視煤化工的重要性。

二、國內常見主要煤氣化技術概述

2.1固定床加壓氣化技術

（1）常壓固定床煤氣化技術

在常壓下，將空氣、蒸汽等作為氣化劑，將煤轉化為煤氣的過程就是常壓固定床煤氣化。這個技術較為成熟可靠，具有簡單的操作流程、較少的投資和較短的建設周期，因此在被廣泛應用于國內冶金、機械等行業的燃氣制取工作中;同時在中小型合成氨廠、甲醇廠的合成氣制取中都有極其廣泛的應用。但是，這種煤氣化技術對原料煤有比較高的要求，而且單爐具

（2）加壓固定床煤氣化技術

加壓固定床氣化技術的典型代表是魯奇加壓氣化技術。該氣化技術的原料具有較廣的適應范圍，除了具有較強黏結性的煙煤不能氣化之外，可以氣化包括具有較高的可氣化灰分的劣質煤在內的從褐煤到無煙煤的所有煤。魯奇氣化爐中的煤和氣化劑運動方向是相反的，具有較低的爐溫，采用固態排渣。魯奇加壓氣化技術較為成熟可靠，具有較高的氣化效率、碳轉化率等，同時，在各類氣化工藝中，它消耗的氧氣量較低，而且具有極其簡單的原料制備和排渣處理工藝，在城市煤氣生產中得到了極其廣泛的應用。

2.2流化床氣化技術

氣化劑由爐底部吹入，使細粒煤（粒度小于6mm）在爐內呈并逆流反應，該技術通常稱為流化床氣化技術。煤粒（粉煤）和氣化劑在爐底錐形部分呈并流運動，在爐上筒體部分呈并流和逆流運動，固體排渣。并逆流氣化對入爐煤的活性要求高，同時，爐溫低、停留時間短會帶來碳轉化率低、飛灰含量高、殘碳高、灰渣分離困難、操作彈性小等問題。

Shell氣化工藝于1972年研究，1993年在荷蘭推出，用于燃氣發電，投煤量2000t/d。裝置包括原料煤運輸、煤粉制備、氣化、除塵和余熱回收等工序，其中干粉煤加壓輸送需要N2或CO2。殼牌氣化爐單爐生產能力大，目前國內已投產的氣化爐能力最大為3000t/d。該氣化工藝對原料煤適應范圍廣，如氣煤、煙煤、次煙煤、無煙煤、高硫煤及低灰熔點的劣質煤、石油焦等均能用作氣化原料。原料煤含灰量在30%左右也能氣化，灰熔點可高達1400～1500℃。殼牌爐的主要特點是干煤粉進料、多噴嘴氣化、水冷壁內襯，氣化的高溫煤氣上行進入廢鍋進行冷卻回收熱量。冷卻后的粗煤氣經除塵后去氣體凈化，其中一部分冷合成氣去氣化爐循環激冷高溫煤氣。該工藝具有煤轉化率高、冷煤氣效率高、有效合成氣組分高、高位余熱回收效果好、系統無需備爐的優點。存在的不足有：①設備造價高，投資高的主要因素是采用帶膜式壁的廢熱鍋爐、高溫高壓陶瓷過濾器以及激冷循環氣壓縮機;②激冷用的循環合成氣需加壓，功耗較大，壓縮機也易出故障;③氣化關鍵設備結構比較復雜，制造周期長導致項目建設周期長。

2.3兩段式干煤粉加壓氣化技術

我國自主研發了兩段式干煤粉加壓氣化技術，該項技術是由西安熱工研究院開發的，是一項我國擁有自主知識產權的煤氣化技術。該項技術采用大量的冷煤氣循環，從而起到有效的急冷降溫效果，克服了傳統煤氣化技術中的各項技術缺陷。

三、煤氣化技術發展趨勢

3.1擴大煤種的適應性

原料煤具有水分、灰分、灰溶點、粘結性、和熱穩定性等性質，在一定程度上都會影響氣化的結果，對于研發人員來說開發煤種適應性更強的氣化技術是他們一直以來的愿望，也是煤氣化技術發展過程中必要面臨的問題，這其中的問題主要包含：對煤氣化技術系統的優化、煤氣化技術材料的升級，氣化爐結構調整、助溶劑和新型添加劑的研究開發等工作。

3.2煤氣化裝置的可靠性技術

煤化工的龍頭裝置和核心是煤氣化裝置，在整個煤化工的運行關鍵中要求裝置必須具有穩定供應合成氣的性能。首先：要提高原料的穩定性，在配煤或者添加各種工藝過程中保證入煤氣化爐煤質穩定性，有效的提高煤氣化裝置的可靠性。其次;進行煤氣化裝置的工藝的優化。通過對工藝的創新及優化。提高煤氣裝置設備的長周期的可靠性。最后：優化煤氣裝置設備中的關鍵設備，從而保證單個關鍵設備的可靠性。

3.3研發煤氣化凈化技術

不同的煤田，煤中砷、汞、氯、氟、磷及其他微量元素的含量及組成差異頗大，深入研究煤氣化過程中這些有害元素的遷移規律，對拓展氣化原料的煤種，控制氣化過程中微量元素的釋放，實現近零排放，促進煤化工行業廢水資源的循環利用，意義重大。故此需要進行煤氣中、高溫脫硫及有害元素、高溫除塵、CO2資源化利用和洗滌水凈化等多方面的技術研發。

結語

煤氣化技術和產業的發展必須以煤資源的高效利用、環境和生態友好為前提，高效和潔凈的煤氣化技術是當今煤氣化技術發展的主流。氣流床技術具有大型化、潔凈、高效、煤種適應性強等特點，是當今煤氣化發展的主要方向。

參考文獻

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