國內主要固定床煤氣化技術簡介

劉 琰

(河南能源化工集團鶴壁煤化工有限公司，河南 鶴壁 458000)

固定床氣化技術也稱移動床氣化技術，是世界上最早開發和應用的氣化技術。隨著科學技術和社會經濟的發展，常壓固定床煤氣化技術已即將淘汰，原使用常壓固定床氣化爐的廠家面臨著改造升級。隨著連續固定床氣化技術、加壓固定床氣化技術的發展，固定床氣化技術在煤種適應性、氣化爐單爐生產能力、環境保護、經濟和社會效益也有了長足發展[1-2]。

1 賽鼎爐碎煤加壓干排渣氣化技術

1.1 技術背景

賽鼎爐碎煤加壓干排渣氣化技術由賽鼎工程有限公司開發，廣泛應用于煤制油、煤制天然氣、合成氨、合成化學品、煤基新材料等不同的領域，目前在建和投入運行的賽鼎爐有165臺。

1.2 工藝流程

該技術采用賽鼎工程有限公司研制的帶夾套的碎煤加壓干法排灰氣化爐，每臺氣化爐有一臺/兩臺煤鎖、一臺灰鎖、一臺洗滌冷卻器和一臺廢熱鍋爐與之配套。裝置運行時，煤經由自動操作的煤鎖加入氣化爐。氣化劑由蒸汽、氧氣或蒸汽、氧氣和二氧化碳經氣化劑混合管混合，混合物經安裝在氣化爐下部的旋轉爐篦噴入，在燃燒區燃燒一部分，為吸熱的氣化反應提供所需的熱量。在氣化爐的上段，剛加進來的煤向下移動，與向上流動的氣流逆流接觸。在此過程中，煤經過干燥、干餾和氣化后，只有灰殘留下來，灰由氣化爐中經旋轉爐篦排入灰鎖再經灰斗排至水力排渣系統。產生的粗煤氣采用廢鍋流程，利用廢鍋回收粗煤氣余熱副產次高壓蒸汽供氣化使用，從而減少了外供次高壓蒸汽的需求[3]。

1.3 技術特點

賽鼎爐碎煤加壓氣化采用固態排渣，煤與氣化劑逆向運動，技術成熟、先進、可靠。

(1)煤種適應性強，幾乎可以氣化所有煤種，尤其是可以高水分、高灰分、高灰熔點的劣質煤作原料，且不受成漿性的制約，可以實現煤炭的就地轉化。

(2)煤氣中甲烷含量高(10%左右)，特別適合于做為燃氣；

(3)碎煤加壓氣化是集煤干餾和半焦氣化于一體的氣化工藝，可以回收煤中部分有機物，獲得部分石油化工的替代產品。

(4)碎煤加壓氣化技術成熟，操作簡單，投資最低，同時也是所有大型煤氣化工藝中氧耗量最低，空分投資最省、操作費用最低的工藝。

2 澤瑪克熔渣氣化技術

2.1 技術背景

澤瑪克熔渣氣化技術由英國煤氣公司和德國魯奇公司為生產煤制燃氣而開發。2010年，該技術被上海澤瑪克敏達機械設備有限公司收購，目前已開發出澤瑪克塊粉一體氣化技術、澤瑪克高產油干餾氣化一體技術和澤瑪克廢物/生物質氣化技術。

2.2 工藝流程

該技術工藝流程由氣化工段和煤氣水分離工段組成。原料塊煤通過皮帶輸送機輸送至氣化爐上部煤倉，常壓下靠重力加入煤鎖，煤鎖加壓后經過渡倉加入氣化爐頂部，與氣化爐下部鼓風口噴入的蒸氧混合物進行燃燒和反應，生成的合成氣上行與爐內原料充分換熱后離開氣化爐。粗煤氣進入洗滌冷卻器洗滌冷卻，再進入廢鍋換熱后出界區。爐底渣池內液渣經激冷室激冷后成玻璃態碎渣排出。

2.3 技術特點

對比其他固定床氣化技術，澤瑪克熔渣氣化技術具有如下優點：

(1)煤種選擇范圍寬，適應性強。可直接氣化石油焦、無煙煤、煙煤、次煙煤、褐煤，以及這些煤種的混合原料及型煤，對高灰熔點煤種僅需添加助熔劑或配煤調整粘度;操作過程中氣化爐對煤質變化不敏感，可在線快速切換不同原料。得益于氣化爐內自平衡煤床及一定容積的渣池，緩沖能力強，操作穩定性好。

(2)該技術兼具氣流床氣化和固定床逆流氣化原理，大大提高了氣化熱效率，使氣化過程的氧氣、蒸汽消耗較氣流床氣化大幅度降低。有效氣(H2+CO)達85%以上，高于同類固定床粗煤氣指標，碳轉化率高于99%。該技術蒸汽用量少，且水蒸氣分解率超過90%。因此煤氣水產量低，大大降低了酚氨回收及廢水處理的負荷。

(3)氣化粗煤氣中除CO+H2外，還副產CH4、焦油、中油、酚、氨、石腦油等副產品，相同產量CO+H2的煤耗與氣流床接近，即副產品并沒有多增加煤耗，因此大大節約了煤炭資源和提高了煤炭轉化效率，有效切合了煤從燃料往原料轉變的現代煤化工理念。

(4)該技術氣化爐爐體及其附屬設備采用常規壓力容器鋼材，國內就近加工制造，設備投資少，運輸、安裝成本低，建設周期短。

3 T-G移動床純氧連續氣化技術

3.1 技術背景

移動床純氧連續氣化技術(簡稱“T-G爐”)由昊華駿化集團公司開發，該技術借鑒了常壓間歇固定床氣化技術、移動床和氣流床的氣化技術特點及優勢，可采用無煙煤、煙煤、型煤、焦炭、蘭炭為氣化原料。具有低投資、高效率、流程簡單、超低灰渣殘碳且無三廢排放的特點。目前累計許可簽約40余臺套，已投入運營33臺套。

3.2 工藝流程

原料煤通過煤鎖從氣化爐的上段進入，與氣化劑純氧和水蒸氣(或CO2)逆向接觸;在氣化爐的上部和下部分別副產低壓和中壓蒸汽，粗煤氣從氣化爐上部引出，依次通過旋風除塵器、顯熱回收裝置、煤氣洗滌裝置。氣化廢水利用水相變原理，充分利用造氣循環水的低位熱能，使造氣循環水中的VOCs與水實現氣液分離并有組織回收，同時分離出超低硬度的清潔水，可用于制備氨水或其它有超低硬度要求的工藝水。

3.3 技術特點及優勢

(1)采用蒸汽與純氧混合作為氣化劑由氣化爐下部通入爐內，與原料煤逆流接觸連續制氣，取消間歇式氣化技術繁復的上下吹風過程。并將常壓氣化改為低壓氣化，取消原氣化系統出口用于加壓的羅茨風機，直接作為工業燃氣供應或送入壓縮機進一步提壓。

(2)高氣化溫度至軟化溫度(ST)和半球溫度(HT)之間，提高氣化反應速度，進而提高蒸汽分解率及冷煤氣效率。強制均勻排渣，既可以保證渣塊及時排出，還有利于氣化劑的均勻分布和預熱。

(3)優化氣化爐高徑比，延長氣化劑和原料煤的反應停留時間，從而提高碳轉化率和冷煤氣效率。采用雙段水冷壁結構，分別副產低壓和中壓蒸汽。

4 低壓純氧連續氣化技術

4.1 技術背景

固定床純氧連續氣化技術由昌昱實業有限公司開發，此技術是以蘭碳、小粒焦、小塊煤或型煤為原料，利用所配套的純氧連續氣化爐，在高溫條件下連續與純氧和水蒸汽(或CO2)進行氧化還原反應制取煤氣。目前已在四十多家企業得到了應用。

4.2 工藝流程

原料煤自動加煤機加入爐中。純氧和氣化劑經計量后按比例從底部進入造氣爐，與原料煤進行氧化還原反應連續生產水煤氣，水煤氣自爐頂排出，經過高效除塵器進行除塵。根據水煤氣熱量回收方式不同可以分為直冷流程和間冷流程。

4.3 技術特點及優勢

(1)原料可選用小粒煤、氣化焦、焦碳、蘭碳、型煤等，煤種適應性廣。單向氣化，無煤氣倒流串氣，流程簡單。

(2)采用低壓純氧連續氣化工藝，其反應溫度高(1150～1350 ℃)，煤中含的揮發成分會全部分解，所生產的水煤氣中不含有酚類物質。從而解決了現有水煤氣中含有酚類物質不利于環保的難題。

(3)該技術氣化劑為純氧和水蒸汽，不含氮氣。因此，在生產過程中不會產生氰化物。所以，利用本技術生產的水煤氣中不含有氰化物。燃氣排放煙氣中NOx低。

(4)原料利用率高：碳轉化率大于99%，蒸汽分解率高大于70%。有效氣成分高82%～85%。

此外，昌昱實業有限公司在該技術的基礎上，吸取了傳統固定床加壓氣化爐的特點進一步發展出了加壓純氧連續氣化技術。

5 GAG爐熔渣氣化技術

5.1 技術背景

GAG爐熔渣氣化技術由昌昱實業有限公司開發，該技術是將固定床純氧氣化技術與液態排渣技術進行結合。目前已在貴州開磷息烽合成氨項目進行工業化試驗。

5.2 工藝流程

原料煤自爐頂加入，依次經干燥區、干餾區、汽化區、燃燒區，經加熱干燥、釋放揮發份、氣化反應等產生煤氣。煤中灰份在助熔劑作用下形成自由流動的液態熔渣進入渣池間歇排出。氣化爐出來的煤氣自爐頂排出，經過旋風分離器進行除塵后進入廢鍋回收熱量，出廢鍋后的煤氣送至洗氣塔，冷卻并洗滌其中夾帶的塵埃和焦油后進入煤氣總管[4]。

5.3 技術特點

(1)氣化效率高，碳轉化率可達到99%，煤氣有效成分可達到92%以上，蒸汽分解率大于95%，裝置廢水處理量少。

(2)相比現有間歇氣化技術操作彈性大，原料適應性廣，無煙煤、焦炭、煙煤、褐煤、由粉煤制成的型煤都可以用來制氣。

(3)自動化程度高，生產操作易于控制，所用操作人員少。

6 晉煤集團無煙塊煤氣化技術

6.1 技術背景

隨著現代新型煤氣化技術的推廣應用和日趨嚴格的環保要求，使傳統以無煙塊煤為優質原料的UGI技術面臨淘汰，晉煤集團根據塊煤特點，結合現有塊煤氣化技術，分別與其他公司合作開發了適應塊煤氣化技術的晉航爐(JM-H)、晉城爐(JM-S)和晉煤爐(JM-L)，以實現塊煤氣化技術的優化升級[5]，目前三個塊煤氣化項目均處于示范項目建設階段。

6.2 晉航爐(JM-H)

晉航爐(JM-H)是由晉煤集團和西安航天源動力工程有限公司合作共同研發的針對高灰熔點的晉城無煙煤原料的碎煤加壓熔渣氣化技術。

原料煤由氣化爐頂部煤斗進入爐體與爐體下部噴入的純氧和蒸汽發生氣化反應，生成的粗煤氣從爐中部引出，經洗滌冷卻后進入廢鍋副產蒸汽。爐底的液態熔渣急冷后通過渣鎖排出。

該技術融合了熔渣氣化和移動床加壓氣化技術的優點，通過底部噴入助熔劑及改變爐底結構實現高灰熔點煤的液態排渣，具有氣化強度高、氧耗低、廢水少、生產的煤氣有效氣含量高、惰性氣體甲烷含量低、煤種灰熔點范圍寬、投資省、建設周期短等優點。

6.3 晉城爐(JM-S)

晉城爐(MS)主要是根據無煙塊煤在魯奇爐上的氣化特點，進行的流程優化并級。塊煤通過鎖斗加入氣化爐，以純氧、蒸汽為氣化劑，在40 MPa壓力下氣化，煤氣經除塵送入廢熱鍋爐回收熱量后洗滌送入變換裝置。灰通過爐蓖、灰鎖斗排出爐外。

6.4 晉煤爐(JM-L)

原料煤由氣化爐頂部煤斗進入爐體與爐體下部噴入的純氧和蒸汽發生氣化反應，生成的粗煤氣從爐頂部引出，經洗滌冷卻降溫送出界區。爐底的液態熔渣急冷后通過渣鎖排出。與晉航爐(JM-H)相比其氣化壓力高，氣化出口壓力6.32 MPa。另外氣化爐采用水冷壁結構，可提高換熱效率，增加蒸汽產量。

7 結 語

隨著技術的發展，國內固定床煤氣化技術的發展也呈現較好的勢頭，出現了多種新的技術而且并逐步得到推廣應用，其能耗方面、環保方面固定床的表現并不比氣流床煤氣化技術要差。而且固定床煤氣化技術與氣流床煤氣化技術在項目投資、建設周期、維護成本和工作難度上有著較大的優勢。而且隨著常壓固定床氣化技術的淘汰，新型固定床煤氣化技術仍有較大的發展空間。