几种煤气化炉炉型的比较

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25～75mm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8～10mm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

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/m3•km-3有效气比氧耗多喷嘴气化84.998.8535314单烧嘴气化82～8396～98

～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3.0～4.0MPa。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2～2.5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15～45t/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1300～1400℃，气化压力为2.0～3.0MPa，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/m3•km-3有效气比蒸汽耗89～93＞9883～84530-540300-320110-130

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DTSTHTFT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ShellGSP多喷嘴GE有效气比煤耗515515535547日投煤量/t2000200020672100有效气比氧耗/m3•km-3305305314336氧气/m3•h－348800488005024053760电/kW•h103709000400040005MPa过热蒸汽/t•h－12020——4.5MPa过热蒸汽/t•h－118756——副产4.5MPa蒸汽/t•h－1-130-40-22-22副产0.5MPa蒸汽/t•h－1-20-38-10-10脱氧脱盐水/t•h－1209863636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ShellGSP多喷嘴GE煤贮运4200420042004200干煤粉制备及输送1250012500——水煤浆制备及输送——50005000气化装置85400555005000041000气化装置（含软件费）91920588275138643772煤气化装置97900680005500046000煤气化装置（含软件费）104420713275638648772投资比2.141.461.161CO变换7600760052005200可比项目合计1397001098009440087400可比项目合计（含软件费）1462201131279578690172表6

4种煤气化工艺（可比部分）有效气成本估算(元/Nm3)项目ShellGSP多喷嘴GE有效气成本

0.4960.442

0.422

（2）气化压力4MPa。

（3）碳转率：Shell、GSP、多喷嘴取98%，GE取96%。

（4）产合成气量为16万Nm3(CO+H2)/h。

（5）比较范围：煤贮运、干煤粉制备及输送、水煤浆制备及输送、气化装置、空分、CO变换等可比部分。

从比较结果可以得出：

（1）用于煤化工生产，干煤粉加压气化投资高于水煤浆加压气化；废热锅炉流程投资高于激冷流程；多喷嘴水煤浆加压气化投资高于GE水煤浆加压气化；Shell法的软件费远高于其他3种；煤气化装置的投资比（含软件费）为Shell:GSP:多喷嘴:GE=2.14:1.46:1.16:1。

（2）以有效气可比部分成本估算比较，多喷嘴水煤浆法与GE法最低为0.422元/