几种煤气化炉炉型的比较

气化工艺各有千秋 1.常压固定床间歇式无烟煤（或焦炭）气化技术 目前我国氮肥产业主要采用的煤气化技术之一，其特点是采用常压固定床空气、蒸汽 间歇制气，要求原料为准 2575mm 的块状无烟煤或焦炭，进厂原料利用率低，单耗高、 操作繁杂、单炉发气量低、吹风放空气对大气污染严重，属于将逐步淘汰的工艺。 2.常压固定床无烟煤（或焦炭）富氧连续气化技术 其特点是采用富氧为气化剂、连续气化、原料可采用?准 810mm 粒度的无烟煤或焦 炭，提高了进厂原料利用率，对大气无污染、设备维修工作量小、维修费用低，适合用于 有无烟煤的地方，对已有常压固定层间歇式气化技术进行改进。 3.鲁奇固定床煤加压气化技术 主要用于气化褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤，要求原料煤热稳定性高、化学活性好、 灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱粘结性，适用于生产城市煤气和燃料气。其产生的 煤气中焦油、碳氢化合物含量约 1%左右，甲烷含量约 10%左右。焦油分离、含酚污水处理 复杂，不推荐用以生产合成气。 4.灰熔聚煤气化技术 中国科学院山西煤炭化学研究所技术。其特点是煤种适应性宽，属流化床气化炉，煤 灰不发生熔融，而只是使灰渣熔聚成球状或块状灰渣排出。可以气化褐煤、低化学活性的 烟煤和无烟煤、石油焦，投资比较少，生产成本低。缺点是操作压力偏低，对环境污染及 飞灰堆存和综合利用问题有待进一步解决。此技术适合于中小型氮肥厂利用就地或就近的 煤炭资源改变原料路线。 5.恩德粉煤气化技术 属于改进后的温克勒沸腾床煤气化炉，适用于气化褐煤和长焰煤，要求原料煤不粘结 或弱粘结性，灰分25%30%，灰熔点高、低温化学活性好。在国内已建和在建的装置共有 13 套 22 台气化炉，已投产的有 16 台。属流化床气化炉，床层中部温度 10001050。目 前最大的气化炉产气量为 4 万 m3/h 半水煤气。缺点是气化压力为常压，单炉气化能力低， 产品气中 CH4 含量高达 1.5%2.0%，飞灰量大、对环境污染及飞灰堆存和综合利用问题有 待解决。此技术适合于就近有褐煤的中小型氮肥厂改变原料路线。 6.GE 水煤浆加压气化技术 属气流床加压气化技术，原料煤运输、制浆、泵送入炉系统比干粉煤加压气化简单， 安全可靠、投资省。单炉生产能力大，目前国际上最大的气化炉投煤量为 2000t/d，国内 已投产的气化炉能力最大为 1000t/d。设计中的气化炉能力最大为 1600t/d。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、石油焦等均能用作 气化原料。但要求原料煤含灰量较低、还原性气氛下的灰熔点低于 1300，灰渣粘温特性 好。气化系统不需要外供过热蒸汽及输送气化用原料煤的 N2 或 CO2。气化系统总热效率高 达 94%96%，高于 Shell 干粉煤气化热效率（91%93%）和 GSP 干粉煤气化热效率 （88%92%）。气化炉结构简单，为耐火砖衬里，制造方便、造价低。煤气除尘简单，无 需价格昂贵的高温高压飞灰过滤器，投资省。国外已建成投产 6 套装置 15 台气化炉；国内 已建成投产 7 套装置 21 台气化炉，正在建设、设计的还有 4 套装置 13 台气化炉。 已建成投产的装置最终产品有合成氨、甲醇、醋酸、醋酐、氢气、CO、燃料气、联合 循环发电，各装置建成投产后，一直连续稳定长周期运行。装备国产化率已达 90%以上， 由于国产化率高、装置投资较其他加压气化装置都低，有备用气化炉的水煤浆加压气化与 不设备用气化炉的干煤粉加压气化装置建设费用的比例大致为 Shell 法 : GSP 法 : 多喷 嘴水煤浆加压气化法 : GE 水煤浆法=（2.02.5）:（1.41.6）:1.2:1.0。缺点是气化 用原料煤受气化炉耐火砖衬里的限制，适宜于气化低灰熔点的煤；碳转化率较低；比氧耗 和比煤耗较高；气化炉耐火砖使用寿命较短，一般为 12 年；气化炉烧嘴使用寿命较短。 7.多元料浆加压气化技术 西北化工研究院开发的具有自主知识产权的煤气化技术，属气流床单烧嘴下行制气。 典型的多元料浆组成为含煤 60%65%，油料 10%15%，水 20%30%。笔者认为在制备多 元料浆时掺入油类的办法不符合当前我国氮肥工业以煤代油改变原料路线的方针，有待改 进。 8.多喷嘴（四烧嘴）水煤浆加压气化技术 由华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司共同开发。属气流床多烧 嘴下行制气，气化炉内用耐火砖衬里。在山东德州华鲁恒生化工股份有限公司建设 1 套气 化压力为 6.5MPa、处理煤 750t/d 的气化炉系统，于 2005 年 6 月正式投入运行，至今运转 良好。在山东滕州兖矿国泰化工有限公司建设 2 套气化压力为 4.0MPa、处理煤 1150t/d 的 气化炉系统，于 2005 年 7 月 21 日一次投料成功，运行至今。以北宿洗精煤为原料气化， 多喷嘴水煤浆加压气化与单烧嘴加压气化气化技术指标见表 1。 表 1 多喷嘴气化与单烧嘴气化结果对比 ( kg/km3) 有效气成分/ 碳转化率 / 有效气比 煤耗/m3km-3 有效气比 氧耗 多喷嘴气 化 84.9 98.8 535 314 单烧嘴气 化 8283 9698 547 336 多喷嘴气化炉调节负荷比单烧嘴气化炉灵活，适宜于气化低灰熔点的煤。已建成及在 建的有 11 套装置 30 台气化炉。已顺利投产的有 3 套装置 4 台气化炉。在建最大的气化炉 投煤量为 2000t/d，气化压力 6.5MPa。目前暴露出来的问题是气化炉顶部耐火砖磨蚀较快； 同样直径同等生产能力的气化炉，其高度比 GE 单烧嘴气化炉高，多了 3 套烧嘴和与其相配 套的高压煤浆泵、煤浆阀、氧气阀、止回阀、切断阀及连锁控制仪表，1 套投煤量 1000t/d 的气化炉投资比单烧嘴气化炉系统的投资多 2000 万3000 万元。但该技术属我国独有的 自主知识产权技术，在技术转让费方面比引进 GE 水煤浆气化技术具有竞争力。 9.Shell 干煤粉加压气化技术 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。干煤粉由气化炉下部进入，属多烧嘴上行制气。 目前国外最大的气化炉处理量为 2000t/d 煤，气化压力为 3.0MPa。这种气化炉采用水冷壁， 无耐火砖衬里。可以气化高灰熔点的煤，但仍需在原料煤中添加石灰石做助熔剂。国内 2000 年以来已引进 19 台，其目标产品有合成氨、甲醇，气化压力 3.04.0MPa。我国引进 的 Shell 煤气化装置只设 1 台气化炉单系列生产，没有备用炉，在煤化工生产中能否常年 连续稳定运行尚待检验。1 套不设备用炉的装置投资相当于设备用炉的 GE 气化装置或多喷 嘴水煤浆气化装置的投资的 22.5 倍，排出气化炉的高温煤气用庞大的、投资高的废热回 收锅炉回收显热副产蒸汽后，如用于煤化工，尚需将蒸汽返回后续 CO 变换系统，如用于制 合成氨和氢气，副产的蒸汽量还不够用。同时还需要另设中压过热蒸汽系统用于气化炉的 过热蒸汽。笔者认为目前 Shell 带废热锅炉的干煤粉加压气化技术并不适用于煤化工生产， 有待改进。 10.GSP 干煤粉加压气化技术 属于气流床加压气化技术，入炉原料煤为经过干燥、磨细后的干煤粉，干煤粉由气化 炉顶部进入，属单烧嘴下行制气。气化炉内有水冷壁内件，目前国外最大的 GSP 气化炉投 煤量为 720t/d 褐煤。因采用水激冷流程，投资比 Shell 炉省，适用于煤化工生产。正常时 要燃烧液化气或其他可燃气体，以便于点火、防止熄火和确保安全生产。目前世界上采用 GSP 气化工艺技术的有 3 家，但是现在都没有用来气化煤炭，其中黑水泵煤气化厂只有 6 年气化褐煤的业绩，没有长期气化高灰分、高灰熔点煤的业绩。神华宁夏煤业集团有限责 任公司已决定采用 GSP 干煤粉加压气化技术建设 83 万 t/a 二甲醚，一期 60 万 t/a 甲醇项 目，单炉投煤量约 2000t/d。 11.两段式干煤粉加压气化技术 西安热工研究院开发成功的具有自主知识产权的煤气化技术。可气化煤种包括褐煤、 烟煤、贫煤、无烟煤，以及高灰分、高灰熔点煤，不产生焦油、酚等。其特点是采用两段 气化，其缺点是合成气中 CH4 含量较高，对制合成氨、甲醇、氢气不利。废热锅炉型气化 装置适用于联合循环发电，其示范装置投煤量 2000t/d 级两段式干煤粉加压气化炉（废热 锅炉流程）已决定用于华能集团“绿色煤电”项目，另一套示范装置投煤量 1000t/d 级两 段式干煤粉加压气化炉（激冷流程）已决定用于内蒙古世林化工有限公司 30 万 t/a 甲醇项 目。 12.四喷嘴对置式干粉煤加压气化技术 由华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂（水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心）和中国 天辰化学工程公司通力合作开发的具有自主知识产权的煤气化技术。中试装置投煤能力为 1545t/d，建于兖矿鲁南化肥厂。气化炉为热壁炉，内衬耐火砖。干粉煤由气化炉上部经 4 个烧嘴加入，产生的合成气下行经水激冷后出气化炉。属气流床煤气化炉。以兖矿鲁南 化肥厂 GE 水煤浆气化工业装置生产用煤为原料进行试验。中试装置作了以氮气和 CO2 为输 送载气的试验。气化温度为 13001400，气化压力为 2.03.0MPa，工艺数据见表 2。 表 2 四喷嘴对置式干粉煤加压气化技术中试数据(kg/km3) 有效气 碳转化 率/ 冷煤气 效率/ 有效气 比煤耗 有效气 比氧耗 /m3km-3 有效气 比蒸汽耗 8993 98 8384 530-540 300-320 110-130 该气化炉属热壁炉，适用于气化低灰熔点的煤，在技术指标上与多喷嘴水煤浆加压气 化炉相差并不太大，但是增加了过热蒸汽的投资及消耗和加压氮气或 CO2 载气的投资及能 耗。有待在冷壁炉上再做些工作，以期取得完善的成果。 工艺技术选择和评述 评价煤气化工艺技术必须建立在其是否属于洁净煤气化技术的基础上。目前为止，还 没有开发出万能的煤气化炉型和技术，各种煤气化炉型和气化技术都有其特点、优点和不 足之处，都有其对煤种的适应性和对目标产品的适用性。建设煤化工项目必须选择经过大 量试验、工业性示范和工业生产实践的工艺，要择优选用节能、投资省、成本低、效率高、 对环境无污染或轻度污染但能很好处理的洁净煤气化技术。在评价时要从全厂总流程的观 点上作技术经济分析评价，切不可只从某一种煤气化工艺技术的角度作局部和不客观的评 价。同时，也切不可以只听专利商的片面性介绍，作局部的不全面的技术经济评价。 现有的 12 种煤气化工艺技术，可以分为以下几种类型。 （1）逐步淘汰型 如常压固定层间歇式无烟煤（或焦碳）气化技术。 （2）适用于中小型氮肥厂改变原料路线和进行技术改造 如常压固定层无烟煤（或焦碳）富氧连续气化技术、灰熔聚煤气化技术和恩德粉煤富氧气 化技术。 （3）适用于联合循环发电 如 GE 水煤浆加压气化技术、Shell 干煤粉加压气化技术。 （4）已完成中间试验，有待经受商业化运行考验 如两段式干煤粉加压气化技术、四喷嘴对置式干粉煤加压气化技术。 （5）国内外已有成功经验，适用于大型化装置 如 GE 水煤浆加压气化技术、多元料浆加压气化技术、多喷嘴（四烧嘴）水煤浆加压气化技 术。 （6）国外已有商业化运行经验，国内正在建立示范装置 如 GSP 干煤粉加压气化技术。 （7）适用于制造城市煤气和燃料气 如鲁奇固定层煤加压气化技术。 本土气化工艺经济技术指标优异 选择 Shell 和 GSP 两种干煤粉加压气化工艺技术与多喷嘴和 GE 两种水煤浆加压气化工 艺技术（激冷流程）作技术经济比较，比较结果见表 4表 6。比较的基准是： （1）采用北宿水洗精煤为原料，原料物相数据见表 3。 表 3 原料物相数据 项目 灰分含量 灰熔点 DT ST HT FT 水煤浆浓 度 指标 7.32% 1090 1100 1120 1130 61% 表 4 4 种煤气化工艺（可比部分）消耗指标比较(kg/km3) 项目 Shell GSP 多喷嘴 GE 有效气比煤耗 515 515 535 547 日投煤量/t 2000 2000 2067 2100 有效气比氧耗 /m3km-3 305 305 314 336 氧气/m3h3 48800 48800 50240 53760 电/kWh 10370 9000 4000 4000 5MPa 过热蒸汽 /th1 20 20 4.5MPa 过热蒸汽 /th1 187 56 副产 4.5MPa 蒸 汽/th1 -130 -40 -22 -22 副产 0.5MPa 蒸 汽/th1 -20 -38 -10 -10 脱氧脱盐水 /th1 209 86 36 36 注：GSP 法中尚未计入经常的安全防护用液化气或煤气消耗 表 5 4 种煤气化工艺（可比部分）投资比较表(万元) 项目 Shell GSP 多喷嘴 GE 煤贮运 4200 4200 4200 4200 干煤粉制备及 输送 12500 12500 水煤浆制备及 输送 5000 5000 气化装置 85400 55500 50000 41000 气化装置（含 软件费） 91920 58827 51386 43772 煤气化装置 97900 68000 55000 46000 煤气化装置 （含软件费） 104420 71327 56386 48772 投资比 2.14 1.46 1.16 1 CO 变换 7600 7600 5200 5200 可比项目合计 139700 109800 94400 87400 可比项目合计 （含软件费） 146220 113127 95786 90172 表 6 4 种煤气化工艺（可比部分）有效气成本估算(