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煤气化工艺的比较

陈广智，朱 疆(山东德州恒升化工集团，山东 德州 253024) 2001-01-16

我国以油为原料的氮肥企业不能满负荷生产，很多厂在做“以煤代油”的方案研究。目前世界上技术成熟的煤气化工艺主要有以下5种：德士古水煤浆气化(Texaco)、谢尔干煤粉气化 (Shell)、鲁奇公司循环流化床技术(CFB)、鲁奇公司块煤加压气化技术(Lurgi)、固定层常压气化 (UGI)。各种气化工艺各有特色，对不同煤种各有优缺点，所以选择不同的气化工艺适应煤的不同性质，是工艺方案选择的原则，以达到投资最低、操作费用最少、生产成本最低的目的。 1 各气化工艺特点 1.1 德士古水煤浆气化技术

德士古水煤浆气化技术属于气流床气化技术，是将粗煤磨碎，加入水、添加剂、助溶剂制成水煤浆，煤浆浓度一般为65％～70％，经煤浆加压泵喷入气化炉，与纯氧进行燃烧和部分氧化反应，气化温度1300～1400℃，气化炉无转动部件，为热壁炉，有多层耐火砖组成的耐火衬里，寿命1年左右。热煤气和液态排渣用水冷激，煤气冷却并被水蒸气饱和，经洗涤除尘后送出，渣可间歇排出。该技术由于是水煤浆进料，大量水分要汽化，因而煤耗和氧耗均较高，碳的转化率为 96％～97％。 1.2 谢尔煤气化技术

粗煤经磨成粉、干燥后用氮气输送至粉煤储存器，粉煤通过上煤锁斗系统加压，并与氧气和水蒸气混合后通过成对喷枪送入气化炉。粉煤、氧气和水蒸气在气化炉内反应，使气化炉温度保持在1400～1600℃，煤灰熔化并以液态形式排出。高温粗煤气与冷循环煤气混合后温度降至 900℃，进入废热锅炉，产生10.0MPa、420℃的高压过热蒸汽，粗煤气进陶瓷过滤器将煤气中的飞灰与气体分离，飞灰可出售，也可返回气化炉循环以灰渣形式排出。经陶瓷过滤器除尘后的煤气基本不带飞灰，煤中的硫和氮化合物已被转化成气态硫化物、氮气、微量的氨和氰化氢，通过湿法洗涤可以除去。外送煤气为163℃，含尘1mg／m。 1.3 鲁奇循环流化床技术

粗煤经破碎至5mm以下，进煤计量槽，经水冷螺旋进料器送至气化炉下部，与蒸汽、氧气反应而被气化。气化压力为0.15 MPa，温度1050℃，气体停留时间4～6s，流速4m／s，气体中夹带的固体在循环旋风分离器内脱除，固体经有气封的下灰管循环返回气化炉底部。循环物和新加入的原料之比高达40，是碳转化率较高的一个原因；灰渣经水冷螺旋出料器，由螺旋阀排入灰仓送出界区。气体离开旋风分离器时含尘量25～50mg／m，进入废热锅炉冷却至220～240℃，产生低压饱和蒸汽，产生的蒸汽约1／3用于气化，剩余蒸汽外送。离开废热锅炉的粗煤气在多级旋风分离器和袋式过滤器中进一步除尘，多级旋风分离器分离下的灰送回气化炉，袋式过滤器排出的灰送锅炉作燃料。煤气再通过洗涤饱和塔脱除NH3、Cl和其它水溶性化合物、灰尘，使气体含尘量小于5 mg／m，同时冷却到40℃。 1.4 固定层常压气化技术

该技术为我国中、小氮肥企业所普遍采用，国外已基本被淘汰。煤从气化炉炉顶加入，并向下移动，从炉底进入的气化剂氧气(空气)、水蒸气与煤逆流相遇。煤下移的速度由炉底排渣速度控制，煤沿气化炉下移而被从炉底燃料层上来的气体加热，这样就使原料沿整个床层高度有一个温度分布，由上而下形成：干燥区、干馏区、还原区、氧化区和灰渣区。氧化区和还原区的温度一般为850～1000℃，煤气出口温度为300～450℃。该工艺分5个阶段：吹风阶段、一次上吹阶段、下吹阶段、二次上吹阶段和吹净阶段。 1.5 鲁奇块煤加压气化工艺

鲁奇块煤加压气化工艺是一个自热式、逆流移动床生产工艺，用氧气、水蒸气为气化剂，在 3.0MPa、900～1000℃条件下进行气化。

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煤由煤斗间断地加入煤锁中，然后进入气化炉，在炉中气化生成的煤气从气化炉上部煤裙外围环形空间出来，温度为617℃，再进入洗涤冷却器。在洗涤冷却器中与来自洗水循环泵(温度为204℃)的水一起经文氏管进行洗涤和冷却，温度降为204℃，且为水汽所饱和，出洗涤冷却器的气体进入废热锅炉，温度降为181℃后，经一水分离罐送变换工段。生成的灰渣经炉箅的刮刀排向灰锁，间断地由灰锁排至灰箱，再由螺旋输送器将灰渣排往灰系统。 2 各种气化工艺的比较 2.1 各种气化工艺对煤种的要求

煤的种类很多，有泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤以及天然石墨等。对一种气化工艺来说，适用的煤种很多，但最适宜、最经济的可能只有一两种。表1为各种气化工艺对煤种的要求。

2.2 操作特性比较(表2)

2.3 技术指标比较(表3)

2.4 工业装置的对比(表4)

德士古水煤浆气化技术，理论上适合各种烟煤，适于新建大型合成氨厂，煤气中有效气(CO+H2)可达80％左右，不排出污染物，三废处理简单，激冷流程较适合于合成氨工艺。但该装置在我国渭化运行中发现，在煤的成浆性、添加剂和助熔剂的加入量、氧耗等方面存在极大的局限性。综合考虑运输、供应、质量、煤价等因素，运行了半年之后由原设计的陕西黄陵煤改为甘肃华亭煤。

谢尔干粉煤气化工艺，理论上讲适合于各种烟煤、褐煤，但是原料煤的含水量、灰熔点等直接决定了氧耗、助熔剂的加入量和有效气体的消耗，该工艺目前还没有用于合成氨的装置。

CFB为循环流化床煤气化工艺。据鲁奇公司介绍，该工艺煤种适用性较强，世界上还没有用于合成氨的先例，因属常压气化而适于中小氮肥企业的改造。

鲁奇炉移动床加压气化工艺，粗煤气中有效气体成分(CO+H2)只有65％左右，而CH4含量高达8％，适宜生产城市煤气。但煤气中含焦油、轻油、酚、氨、硫化物和煤粉等杂质，易堵塞管道，且废水处理复杂。

UGI属移动床常压气化，不需要空分装置，是我国中小氮肥企业普遍采用的工艺。该装置投资少，见效快，特别是经过多年的改造，技术成熟，适于无烟煤容易得到的地区建设。 3 结论

Texaco和Lurgi两工艺需要配套大型空分装置，有生产合成氨的经验，但投资高，产品工厂成本高。Shell和CFB工艺还未用于合成氨生产，装置投产后能否与设计值一致，还有待于实践。UGI技术成熟，投资少，但碳的转化率低，对原料煤有局限性。我国煤种丰富，分布较广，已往我们都是先选择了工艺技术，再去寻找适合该工艺的煤种。能否走出这个误区，首先决定使用的煤种，再向各公司咨询，对比后从经济的角度决定工艺方案，这样新建或改造装置投产后才能获得最大的利润。

煤气化工艺技术的选择