煤气化学习资料
煤气化学习资料
第一章基本概念
第一节煤
一、煤的概念
煤是由古代植物转变而来的大分子有机化合物。大量堆集的古代植物残体，经过漫长的生物化学和地热、高温的作用，植物中的碳、氢、氧以二氧化碳、水和甲烷的形式逐渐放出而生成含碳较多，含氧较少的成煤植物，再经煤化作用生成煤。
二、煤的分类
成煤植物的所有组分都参与煤的形成。由于成煤植物和煤化程度不同而生成不同种类的煤。有泥炭(不适于用作工业原料)、褐煤、烟煤和无烟煤。
三、煤的组成
煤中有机质主要由碳、氢、氧、氮、硫五种元素构成，碳是其中的主要元素。煤中的碳含量随煤化程度增加而增加。年轻的褐煤含碳量低，烟煤次之，无烟煤最高。氢和氧含量随煤化程度加深而减少；褐煤最高，无烟煤最低，烟煤居中。氮在煤中的含量变化不大。硫则随成煤植物的品种和成煤条件不同而有较大的变化，与煤化程度关系不大。
近代概念认为，煤的大分子是由若干结构相似的基本结构单元通过桥键结合而成。基本单元为主体为缩合的芳香核，单元中的非芳香核部分为杂环、氢化芳环脂肪族基团、含氧官能团和烷基侧键。煤没有统一的分子式和分子量。因而不能像描述单一化合物那样来描述煤的性质。
煤中水分和灰分影响煤的使用。水分和灰分除与成煤条件有关以外，还与开采、储存、运输等条件有关。
煤加热到一定温度时会析出气体和焦油等挥发性物质，扣除水分则为煤的挥发分。挥发分是煤的一项重要指标，它与煤化程度有关，褐煤的挥发分可在35％以上。挥发分和含碳量与有机质的组成和性质有关。直接测定煤中的有机质是困难的。但对煤进行工业分析和元素分析，再配合其他特性测定(如热值、粘结性、胶质层厚度、活性等)，可以基本掌握煤的性质，判断煤的种类和加工利用的效果。表(1—2)列出本厂用煤的工业分析和元素分析数据。煤的水分和灰分含量变化很大，同一种煤的分析结果用不同的基准表示差别很大。中国现行煤炭分析采用的基准和它们的见下表。
表1—1 中国现行煤炭分析基准
试样基准应用基空气干燥基干基干燥无灰
基干燥无矿物质基
代表符号 ar ad d daf dmmf
中国煤炭基准之间的关系
Mt C H O+N St A
Mf Minh So Sp Ss dmmf
daf
d
ad
ar
表中：
Mt——全水分，％；
Mf——外在水，％；
Minh——内在水，％；
St——煤中全硫；
So——有机硫，％；
Sp——硫化铁硫，％；
Ss——硫酸盐硫，％；
C，H，O，N——分别为煤中碳、氢、氧、氮元素；
A——煤中的灰分，％；
常见的各种煤元素分析：
表1—2 我厂用煤的工业分析和元素分析
成分种类成分木材泥炭褐煤低烟煤烟煤半烟煤半无烟煤无烟煤
水
分 56.70 34.55 24.28 3.24 2.03 3.38 2.80
挥发
分 26.14 35.34 27.63 27.13 14.47 8.47 1.16
固定
碳 11.17 22.91 44.84 62.52 75.31 76.65 88.21
灰
分 5.99 7.20 3.25 7.11 8.19 11.50 7.83
硫 0.64 1.10 0.36 0.95 2.26 0.63 0.89
氢 6.25 6.33 6.60 6.14 5.24 4.14 3.58 1.89
碳 49.50 21.03 42.40 55.29 78.00 79.
97 78.43 84.36
氮 1.10 1.10 0.57 1.07 1.28 1.26 1.00 0.63
氧 43.15 62.91 42.13 33.90 7.47 4.18
4.85 4.40
四、灰分
灰分（A）的化学组成及性质：
煤的灰分是指煤中所有可燃物质完全燃烧以及煤中矿物质在高温下产生分解、化合等复杂反应后剩下来的残渣。是金属和非金属的氧化物和盐类，最常见的是钙、镁、铁等的碳酸盐，钾、镁等的硅铝酸盐，钙、铝、镁、钠、钾等的硅酸盐，硫酸盐(石膏)，硫化物(黄铁矿等)，食盐及氧化亚铁等。根据煤中矿物质的不同来源，可分为三类。
原生矿物质：成煤植物本身所含的矿物质，在煤中含量不高。
次生矿物质：在成煤过程中，由外界逐渐进入到煤中的矿物质，在煤中含量一般也不高。外来矿物质：这种矿物质原来并不存在于煤层中，它是在采煤过程中混入煤中的顶底板和夹石层的矿石所形成。这种矿物质用洗选方式较易除去。
灰分在煤燃烧过程中是这样生成的：
粘土～石膏等失水：
SiO2·Al2O3·2H2O——→SiO2·A12O3+2H2O
CaSO4·2H2O—→CaSO4+2H2O碳酸盐受热分解，放出二氧化碳：
CaCO3——→CaO+CO2↑
FeCO3——→FeO+CO2↑氧化亚铁氧化生成氧化铁：
4FeO+O2—→2Fe2O3黄铁矿氧化生成二氧化硫和氧化铁：
4FeS2+11O2——→2Fe2Os+8SO2
高温下，黄铁矿被氧化生成的一些SO2可以留在煤灰中，与钙结合。例如，它与煤中CaCO3或灰中的CaO与氧作用生成硫酸钙，其反应式如下：
2CaCO3+2SO2+O2——2CaSO4+2CO2↑
五、灰熔点
煤灰的熔融性是与煤灰化学组分密切相关的重要指标，习惯上以煤灰熔点来表示。实际上这种混合物并没有一个准确的熔点，仅有一个熔化温度范围。
常用的测定煤灰熔融性的方法有熔点法(角锥法、高温热显微镜法)和熔融曲线法。但大多数国家以角锥法作为标准方法。即将煤灰和糊精混合，塑成一定大小的三角锥体，放在特
殊的灰熔点测定炉内以一定的升温速度加热，观察并记录灰锥变形情况，以确定灰分的熔点。当灰锥体受热至尖稍微熔化开始弯曲或棱角变圆时，该温度即为最初变形温度
T1(DT)(本厂1000℃)；继续加热，锥体弯曲至锥尖触及托板，锥体变成球形或高度≤底长的半球形时，此时已达到软化温度T2(ST～HT)（本厂1060～1120℃）；最后当灰锥体完全熔化，而且有很大流动性，展开成薄层时，即达到灰分的流动温度或熔点T3(FT)（本厂1170℃）。T1，T2，T3的灰锥熔融特征见图。通常T1到T2这一温度范围即为煤灰的软化范围，将T2到T3这一温度范围称为煤灰的熔化范围，固定床和流化床(沸腾床)气化炉一般以煤灰的软化温度T2作为衡量其熔融的主要指标，而气流床气化炉则以T3为主要指标。一般按照灰分的熔融温度T3可分成四组，即为：
易熔的灰分，熔点≤1100℃；
中等熔融灰分，熔点在1100～1250℃；
难熔的灰分，熔点在1250～1500℃；
耐熔的灰分，熔点在1500℃以上。
灰熔点的范围除准确测试外，还可以用下列公式粗略地加以计算。
灰熔点(软化点)：
T＝19Al2O3+15(SiO2+Fe2O3)+10(CaO+MgO)+6(Fe2O3+Na2O+K2O)
分子式表示灰分的百分含量去掉百分号。在固定层煤气炉中，灰熔点低的原料，易熔融结块，影响气流分布。还减少气化剂与燃料的接触面积，不利于气化，因此必须选用熔点高的原料。而气流床气化炉则恰恰相反，由于是液态排渣，故希望灰熔点低。一般操作温度为T3+50～100℃。
表1—3 灰分中各种混合物的熔点
成分熔点／℃成分熔点／℃成分熔点／℃
SiO2晶
体 1710 2FeO·SiO2 1065 CaO·SiO2 1540
Al2O3·SiO2 1850 CaO·FeO·SiO2 1100 CaO·A12O3
1500
六、粘温特性
灰渣的粘温特性是指融渣的粘度与温度之间的关系。气流床液态排渣的操作极限，应控制融渣粘度小于25Pa·S(250P)。一般认为应控制融渣粘度小于1Pa·S(250P)，如果大于10 Pa·S(250P)就要考虑加入助熔剂。在水煤浆中加入CaO或Fe2O3可改善融渣的粘温特性，这是因为CaO在灰渣中作为氧化剂，破坏了硅聚合物的形成，从而使液态融渣的粘度降低。但是，当CaO添加量超过30%时，融渣顺利流动的范围反而缩小，融渣的粘度随GaO添加量的升高而升高。这是因为，添加大量的CaO后，灰渣中高熔点的正硅酸钙（熔点2130℃）生成量增加，而使灰渣的熔点升高。所以，添加剂的加入量也不要太高，应根据不同煤种经实验试烧后确定。
第二节水煤浆
一、水煤浆的概念
水煤浆是粉煤分散于水介质中所形成的固液悬浮体。如欲提高水煤浆气化的技术经济效益，必须首先制备出高浓度(含固量)、低粘度、易泵送和稳定性好的煤浆。水煤桨中固体颗粒直径大多大于20μ，属于粗分散体系，而且是一个不均匀的、动力不稳定的体系，存在着重力沉降问题。特别是在流速较低或静止的情况下，由于重力作用，该体系随时间而发生变化，其结果是在煤水悬浮体中分成上层低浓度(或水)和下层高浓度(或沉积物)两部分。当外力作用(如强烈搅拌)下，分界层面会逐步消失而再次形成较均匀和较稳定的固液悬浮体系。这种现象称为触变现象。
作为牛顿流体的显著特征是粘度不随剪切速率(搅拌速度)的变化而变化。而水煤浆的重要特征之一，是粘度不是定值，是随速度梯度(剪切速率、搅拌速率)而发生变化的。这与作为牛顿型流体的纯水相比，显然偏离了牛顿规律，因此水煤浆属于非牛顿流体。（水煤浆粘度随浓度的变化示意图如下：）
二、煤的粒度分布及控制
对于给定煤种，水煤浆浓度主要取决于煤的粒度分布及添加剂的应用。粉煤粒度分布，目前主要沿用Rosin和Rammler在30年代提出的以下经验关联式。
式中：R——比粒度或筛孔以上煤粒的重量分率；
x——筛孔径，μm；1μm＝10-6m
b或x0和n——常数。
对上式取二次对数，则得以下线性方程。
显然，n是直线的斜率，而b或x0可从1nx＝0时直线在轴上的截距求得。
对原式进行微分；则得到：
这就是煤粉的粒度分布曲线方程式。
三、添加剂的使用
添加剂的使用比控制粒度配比更具有实用意义，添加剂可以显著地降低水煤浆的粘度，或者提高水煤浆的浓度。添加剂的作用是提高煤粒的亲水性，使煤粒表面形成一层水膜，从而容易引起相对运动，提高煤浆的流动性。但是，添加剂加入后往往会影响煤浆的稳定性。在实际制备过程中，有时添加两种添加剂，能同时兼顾降低粘度和保持稳定性的双重目的。
第二章国内外煤气化技术
一、国内外的煤气化技术简介
目前国内外的煤气化技术不下十几种，国外技术主要有：德士古水煤浆气化技术、壳牌粉煤气化技术、鲁奇碎煤加压气化技术、循环流化粉煤气化技术、GSP煤气化。国内技术主要有：固定层间歇气化技术、固定层富氧连续气化技术、灰融聚粉煤气化技术、间歇流化床粉煤气化技术、恩德粉煤流化床气化、新型水煤浆煤气化等。
1、国外技术
（1）鲁奇碎煤加压气化
鲁奇碎煤加压气化技术产生于20世纪40年代，是目前世界上建厂数量最多的煤气化技术，运行中的气化炉达数百台。鲁奇气化炉生产能力大、煤种适应性广，主要用于生产城市煤气。生产合成气的厂较少。我国云南解化集团和山西天脊集团采用该技术生产合成氨，解放军化肥厂为年产产15万吨合成氨，山西天脊集团为年产30万吨合成氨。但鲁奇气化炉生产合成气时，气体成分中甲烷含量高（8-10%），且含焦油、酚等物质气化炉后需设置废
水处理及回收、甲烷分离转化等装置，用于合成气生产流程长、投资大，因此，单纯生产合成气较少采用鲁奇气化炉。
（2）德士古水煤浆气化
德士古气化工艺是1978年推出的世界上第二代煤气化工艺，其技术特点是对煤种的适应性较宽，对煤的活性没有严格的限制，但对煤的灰熔点有一定的要求（一般要低于1400℃）；单炉生产能力大；碳转化率高，排水中不含焦油、酚等污染物；煤气质量好，有效气（CO+H2）高达80%左右，甲烷含量低，适宜做合成气。
德士古气化工艺目前在我国已有鲁南、渭河、上海三联供、安徽淮南、神木、金陵等多个厂家建成投产，生产经验丰富。单炉投煤量从360吨/天~2000吨/天，气化压力从
2.6MPa~8.5MPa，生产的合成气用于生产合成氨、甲醇、醋酸、发电等。通过这几套德士古煤气化装置的建设，我国在设计、设备制造、施工、生产操作等方面已积累了丰富的经验，除进口部分关键设备外，大部分设备均可立足国内制造国产化程度较高。
德士古水煤浆气化工艺有以下优缺点。
1.煤种适应范围较宽，理论上可气化任何固体燃料，如各种煤、石油焦、煤的液化残渣等，只是从经济角度出发，德士古法最适宜气化那些低灰、低灰熔点的年轻烟煤，一般情况下不宜气化褐煤(成浆困难)。
2.工艺灵活，合成气质量高(CH4＜0.1％，不含烯烃、高级烃、焦油、醇等)，产品气可适用于化工合成，制氢和联合循环发电等。
3.水煤浆进料简单可靠，工艺流程简单，气化压力最高可达6.5MPa并实现大型化，国外单台炉最大日处理煤量1800t，相当于日产合成氨1200t。
4.不污染环境，三废处理较方便。
5.可实现过程的计算机控制和最优化操作。
6.主要缺点为氧耗高，约为0.38～0.45m3(标)／m3(标)(CO十H2)。
7.另一缺点为气化温度高(T3+50℃)，磨蚀强，对迎火面耐火材料要求高，价格昂贵。
（3）壳牌粉煤气化
壳牌粉煤气化技术由壳牌公司在渣油气化的基础上于1972年开始研究，1978年在德国汉堡建成一套中试装置，1987年在美国休斯敦附近建成投产了投煤量在250~400吨/日的示范装置，1993年使用该工艺的大型煤气化联合循环发电装置在荷兰Buggenum投产，气化炉为单系统操作，单台炉的投煤量2000吨/日。
该技术的主要特点是：1）干粉煤进料，煤种适应性广；2）气化温度高，碳转化率高，产品气中甲烷含量低，CO+H2含量高达90%（干气）；3）与德士古气化相比，氧耗可降低15%~25%；
4)单炉生产能力大，目前单炉最大煤处理能力为2000吨/日，5）气化炉采用水冷壁，无耐火衬里，维护工作量小；6）气化热效率高，冷煤气效率可达80%左右。7）气化废水处理较简单，必要时可以做到零排放。
以上三种煤气化技术的共同特点是采用纯氧加压气化、单炉生产能力大，技术先进。但投资大，对装置规模有较高的要求，最小规模为年产20万吨合成氨，一般在年产30万吨氨以上的规模。由于引进技术的煤气化装投资费用高，近年来，虽然国内许多企业，特别是中小氮肥拟采用这些技术进行原料路线的改造，但由于资金限制，改造成功的厂数很少。
（4）循环流化床粉煤气化技术（CFB）
循环流化床粉煤气化技术由德国鲁奇公司开发，已实现工业化应用生产燃料气，但目前尚无生产合成气的商业化装置。
（5）GSP煤气化
该技术以干煤粉进料、单喷嘴下喷、水冷壁结构、水激冷流程、设备造价低、维护费用少、开停时间短、气化效率高。目前已有多加企业拟选该气化技术。
2.国内技术
（1）固定层富氧连续气化
固定层富氧连续气化技术是在固定层间歇气化技术上改进开发的，该技术采用含氧40~60%的富氧空气，与蒸汽混合后入炉连续造气。60年代，以焦炭为原料的富氧气化技术在吉化、淮南等厂开发成功，90年代，部分企业掌握了无烟煤富氧连续气化技术。固定层富氧连续气化技术实现连续操作消除了吹风气污染、单炉生产能力可提高一倍。该技术不仅需要氧气，还需使用无烟块煤（小块）或焦炭，原料仍有很大的局限性。
（2）间歇式流化床煤气化
郑州永泰能源新设备有限公司开发的常压间歇式流化床煤气化工艺于80年代初开始开发，已成功地应用于城市燃气中。该工艺为常压间歇式流化床煤气化技术。它使用粉煤，用空气和水蒸汽作为气化剂又作流化介质，使粉煤在流化状态下燃烧和气化，间歇进行，空气作气化剂时产生的吹风气放空，蒸汽作气化剂时，制取水煤气。该技术具有如下的特点：使用煤种范围较广，适用于灰融点高于1200℃的各种煤种的粉煤；气化温度高，生产过程基本不产生焦油和酚；气化过程采用空气，省去制氧过程。
间歇流化床煤气炉可以1-13mm的粉煤制气，原料可使用无烟煤，也可使用廉价的褐煤、弱粘结性烟煤。该炉已在河南南阳、郑州等城市煤气厂运行了两年左右的时间，运行比较稳定，具备了进一步扩大生产规模的能力。但在合成氨装置上尚没有成功运转的经验，另外，气化炉规模小，单台炉产量在1600~1700m3左右，化肥厂的改造需建设许多台气化炉，占地面积大，管理不便。装置是间歇操作自动化程度低，存在吹风气的污染问题。
目前山东鲁西化工集团正在建设采用常压流化床煤气化技术的Φ2500mm气化炉，用于生产合成氨，计划先上一台，再逐步更换其余煤气化炉。
（3）灰融聚流化床气化炉
灰融聚流化床气化炉是中科院山西煤化所开发的。1999年3月内径1米气化炉进行的120吨陕西彬县粉状烟煤的大样试烧。目前陕西城化股份公司正在进行8万吨合成氨的原料路线改造，拟建四台常压气化炉及配套的空气装置，单台气化炉满足2万吨/年合成氨的要求。目前已有一台气化炉建成投产（年产2万吨合成氨）。从气化指标上看，该技术也可用于生产合成氨，但该技术日前还处在小规模工业示范的阶段，缺乏大规模工业化及长周期运行的经验。在放大及工程化应用方面还需要一定的过程。
（4）恩德粉煤流化床气化装置
恩德粉煤流化床气化装置是由抚顺恩德机械有限公司在温克勒炉技术基础上，结合中国国情加以消化、吸收、开发和完善，采用了先进的DCS控制，完全实现国产化的技术装置。恩德炉同原温克勒气化炉相比，主要有以下3项改进：
一是炉底炉箅改为喷嘴布风，解决了炉底结渣问题，使气化炉运转变得稳定可靠，炉子运转率一般在90％以上。
二是在炉体中上部增设二次喷嘴，使小颗粒进一步气化；采取热回流方法解决了带出物含碳量高的问题。
三是改变废热锅炉设置。恩德炉将废热锅炉设置在旋风除尘器的后面，出炉煤气经除尘器后再进入废热锅炉。由于煤气中含灰量降低，对锅炉管的磨损大为减少，这样大大延长了废热锅炉的使用寿命。
（5）多喷嘴新型水煤浆气化技术
开发多喷嘴新型水煤浆气化技术是具有中国特色的水煤浆气化技术。该技术中试试验2000年10月份通过专家72小时运行考核，大型装置已在华鲁恒升、兖矿国泰投产；该技术原料利用率高、气体成分高、灰渣可燃物低，但气化炉烧嘴较多，停车检修或更换烧嘴时影响面较大，由于运行时间尚短，有些问题还需检验和完善。
三、几种常见的煤气化方式对煤质的要求
煤的主要品质灰熔点、挥发分、含水量、热稳定性、强度及硫、磷、砷、氯的含量是煤的固有特性，不同的煤其主要品质不同。目前常用的几种煤气化方式----固定层间歇式气化、鲁奇（Lurgi）的粒煤气化、壳牌（Shell）的干煤粉气化和德士古（Texaco）的水煤浆气化对煤质各有适应性，现论述如下。下表列出了几种常见的煤气化方式对煤质的要求：
表2-1 几种常见的煤气化方式对煤质的要求
指标间歇式固定层气化 Lurgi固体排渣 Shell Texaco含多喷嘴
内水（AR；%） 3--4 越低越好越低越好﹤6%
灰分（%：MF）﹤20% 越低越好越低越好﹤12%
挥发分（%：MF）﹤8% ﹤16% 越高越好越高越好
总硫（%：MF）﹤1% 越低越好越低越好越低越好
磷（%：MF）越低越好越低越好越低越好越低越好
砷（%：MF）越低越好越低越好越低越好越低越好
氯（%：MF）越低越好越低越好越低越好越低越好
热值（MG/Kg：MF）越高越好越高越好越高越好越高越好
灰熔点（FT；℃）﹥1300 ﹥1350 ﹤1400 ﹤1300
强度越高越好高越好
热稳定性﹥85 越高越好
可磨指数越高越好
（1）、间歇式固定层气化
为获得高的气化质量和气化强度，它要求煤的粒度均匀、反应活性好、灰分和挥发分含量小，机械强度大、热稳定性强，必须以焦炭或无烟煤作原理。在中国山西和贵州储量最大，约占中国无烟煤总储量的80%；河南、河北、四川、青海等占20%。目前因间歇式固定层气化煤利用率低，排水中苯、酚、焦油较难处理、污染大，世界各国几乎全部淘汰，只有中国仍大量使用。
（2）、鲁奇（Lurgi）的粒煤气化
鲁奇（Lurgi）的粒煤气化技术比较成熟，在中国已有大型装置运转。世界上应用最多的是南非萨索尔公司，有97套设备。鲁奇煤气化有固体排渣和液体排渣两种炉型，其固体排渣炉型与间歇式固定层气化对煤质的要求类似，适合于低灰分、低挥发分、高热值、灰熔点FT﹥1350℃且要求较高的机械强度和热稳定性的无烟煤、贫瘦煤。贫瘦煤在中国分布较广但储量较小。同时贫瘦煤又是理想的炼焦原料，因此中国适合鲁奇（Lurgi）炉的煤炭较短缺。
（3）、壳牌（Shell）的干煤粉气化
壳牌（Shell）的干煤粉气化工艺的原料煤为粉煤，用高压氮气输入气化炉。对煤种的适应性较宽，对煤的粒度、含水量、灰分含量等指标均不敏感，但对灰熔点FT﹤1400℃的煤须加入助熔剂（石灰石）改变熔渣性能，在我国适合于壳牌（Shell）的煤种较多，但最好是高热值、低水分、低灰分、高挥发分、灰熔点FT﹤1400℃的长焰煤或气、肥煤，可以获得较好的运行质量。
（4）、德士古（Texaco）的水煤浆气化
德士古（Texaco）的水煤浆气化因燃烧室为耐火砖衬里且煤在燃烧室内停留时间较短，同时如煤中灰分含量高会加速灰水系统的结垢，影响系统的长周期运行。为获得较长的运行
周期，高的产气量，低的氧耗、煤耗，长的耐火砖使用时间，要求煤具有较高的反应活性、较高的挥发分、低的灰分、低的含水量及适可的灰熔点，同时煤的成浆性要好；为保护煤气净化触媒要求煤中的有害物质（硫、磷、砷、氯）越低越好；由于受到灰溶点的限制, 德士古（Texaco）的水煤浆气化用煤相对于壳牌（Shell）的干煤粉气化用煤适应性较窄。
新型(多喷嘴) 水煤浆气化炉与德士古（Texaco）的水煤浆气化炉工艺接近,对煤质的要求相同。
四、榆林煤炭概述
全市含煤炭面积占总土地面积的54%，煤炭资源的预测储量为2714亿吨，探储量为1460亿吨，矿区划分为：神谇矿区、榆神矿区和榆横矿区。榆林煤矿的形成是在漫长的地壳发展过程中，经历了三次聚煤作用，从而形成了三个不同地质时代的煤田，即石炭二叠纪煤主要分布在子洲、米脂一线，总储量为0.33亿吨。其余县区由于埋深超大1500米，不具备开采条件。石炭二叠纪煤主要可采煤层11层，单层大厚度15.47米。煤类主要为气煤、肥煤、焦煤。侏罗纪煤主要分布在榆、神、府、横四县区，含煤面积24561平方公里，可采煤层14层，主采煤层5层，煤层单最大厚度12.5米，每平方公里地下储煤1000万吨。探明储量1400亿吨，煤类主要为长焰煤、不粘煤和弱粘煤。煤质具特代低灰（7—9%）、特低硫（小于0.8%）、特低磷（0.006--------0.035）、中高发热量（6800----8200大卡/千克）的特点，是优质代浊干馏、工业气化和动力用煤，是理想的环保用煤，在国内国际市场止有较强的竞争力。同时侏罗纪煤液化性能好，如榆神矿区2-2煤液化转化率为
89.44%----92.35%，油产率为53.49%—60.94%，3-1煤的煤液化率为89.36%----92.16%，油产率为53.63%—63.93%。榆林煤的储量占全国探明储量的15%。相当于50个大同矿区、100个抚顺矿区，与俄罗期的顿马斯煤田和库兹巴斯煤田，德国的鲁尔煤田，美国的波德河煤田和阿拉契亚煤田，波兰的西里西亚煤田地并称世界七大煤田。
煤的化学性质分析如下：
表2-2 工业分析表
样别水分(%) 灰分(%) 挥发分(%) 硫分（%）发热量MJ/Kg
Mad Ad Vdaf St,d Qnet,ar Qnet,daf
原
煤 3.98—7.785.82(27) 4.44—11.157.12(27) 36.75—40.7338. 77(27) 0.16—0.960.56(27) 24.75—26.9525.91(27)
浮
煤 3.49—7.764.97(27) 2.05—3.282.52(27) 36.11—39.2237.8 5(27) 0.17—0.330.25(26) 31.25—32.8932.10(11)
原
煤 4.31—7.445.56(12) 4.53—9.886.85(13) 37.19—41.0438.1 0(13) 0.19—0.980.46(13) 24.62—27.1626.01(13)
浮
煤 3.62—6.165.00(13) 2.16—3.852.63(13) 36.47—39.3737.1 8(13) 0.16—0.510.30(11) 31.83—32.9932.34(8)
原
煤 2.91—6.274.93(13) 3.91—12.447.40(12) 33.00—38.2035. 39(13) 0.22—0.400.31(13) 24.70—27.5426.18(12)
浮
煤 3.32—5.444.45(13) 1.88—3.893.12(11) 32.95—39.0935.4 1(13) 0.0.18—0.380.28(11) 31.80—33.2832.41(6)
原
煤 3.66—5.844.68(12) 4.38—11.797.75(12) 34.45—38.5036. 12(12) 0.23—0.450.33(12) 24.87—27.3226.09(12)
浮
煤 2.71—5.694.39(12) 2.10—4.083.34(12) 34.14—37.9936.1 1(12) 0.17—0.330.28(11) 31.53—32.9332.36(5)
（1）水分：各煤层煤芯煤样煤的空气干燥基水分在4.60～5.90%之间，说明煤的内在水分较低，属于低中水分煤。
（2）灰分：各煤层煤芯煤样煤灰分在6.85～7.75%之间，属于低灰分煤，洗选后各煤层均可达到特低灰煤。
（3）挥发分：各煤层精煤挥发分在35.41～37.85%之间，属于中高挥发分和高挥发分煤。（4）硫分：除了2-2煤层原煤平均硫分0.56%，属于低硫煤外，其余平均小于0.50%，属于特低硫煤。经过洗选后硫分都在0.50%以下，均为特低硫煤。
（5）发热量：各煤层煤芯煤样煤发热量（Qnet,ar）平均在25.91～26.18MJ/kg范围内，属于高热值煤。
（6）磷分：各煤层原煤磷分，2-2、3-1平均在0.003～0.005%，属特低磷分煤；4-3、5-3上平均在0.012～0.033%范围内，属低磷分煤。
（7）煤中其它有害元素：各煤层中的氟、氯、砷的含量均较低，基本上没有危害性。（8）煤灰成分：各煤层煤灰成分中以二氧化硅为主，平均含量在25.85～70.41%之间，2-2煤氧化钙次之；3-1煤三氧化二铁次之；4-3煤三氧化二铝次之；5-3上煤三氧化二铁次之。（9）煤灰溶融性：各层煤除4-3煤软化温度大于1250℃，属高灰熔点煤外，其余均小于1250℃，属中灰熔点煤。
煤的工艺性能
（1）粘结性与结焦性
各煤层煤的粘结性指数大部分为0，焦渣特征为3～4，基本上没有粘结性和结焦性。
（2）可磨性
各煤层煤的哈氏可磨指数在50～60%之间，可磨性指数小。
（3）抗碎强度
各煤层的煤自由落下大于25mm粒级占试样的百分数为80～89%，属高强度煤。
（4）热稳定性
各煤层煤的热稳定性（TS+6）均>70%，属于高热稳定性煤。
（5）煤对CO2反应性
各煤层对CO2反应性随温度升高而增大，当温度达到1100℃以上时，α值可达到80%以上，属化学反应性好的煤。
（6）结渣性
虽然各煤层煤的灰分低，但煤灰成分组成中Fe2O3和CaO含量高，至使煤灰熔融温度低，煤灰粘度增大，容易结渣，一般为中—强结渣性煤。
各煤层煤的挥发分平均在35.41～37.85%之间，粘结指数大部分在0～5之间，属长焰煤41号和不粘煤31号。
综上所述，榆树湾原煤为低中水分、低灰分、低—特低硫分、低磷—特低磷、高热值的41号长焰煤和31号不粘煤。
第三章水煤浆加压气化
一、气化流程
煤浆气化工艺流程有两种：激冷流程和废锅流程，废锅流程可产生高压蒸汽，但由于气化气温度高、带有大量煤渣，对废锅有磨蚀冲刷，设备材质要求高，一次投资及维修费用较大；激冷流程是在气化炉内将气体用水激冷降温的同时，洗涤除尘，出气化炉的气体带有大量的水蒸汽，在变换工段不再补加蒸汽；由于出气化炉气体温度较低，使气化设备投资较低，维修工作量较少；本项目气化采用激冷流程。
二、气化压力
煤浆加压气化压力可以采用2.8MPa、4.0MPa和6.5Mpa三种。三种气化压力均已有大型装置的运行经验。采用6.5MPa(G)压力煤浆气化，由于气化压力高，净化后合成气压力仍保持在5.7MPa(G)，正好符合低压合成甲醇的压力，因此合成气不需增压，比采用4.0MPa生产甲醇压缩机可降低30％能耗，故本项目选择6.5MPa压力气化。
三、气化炉规格
气化炉的规格有φ3.2x12.2m和φ2.8x12.2m两种，可根据合成气规模确定。由于日处理煤量为2712吨，故选用φ3.2m气化炉三台，两开一备。每台气化炉日处理煤量为1500吨，最大可达2000吨，有30%的增产能力。如选用φ2.8气化炉则需四台运行、一台备用，投资非但没有节省，估计还会高出20%左右。
第一节气化理论
一、气流床气化反应机理
水煤浆在气流床气化反应机理与重油气化相似，即在火焰中共进行三类化学反应。
1.挥发分燃烧和气化反应
m n+(m+ ) ==m + (2—1)
m n+ ==m + (2—2)
m n+m ＝m +(m+ ) (2—3)
m n+m ==2m + (2—4)
2.碳的燃烧和气化反应
+ == (2—5)
+ == (2—6)
+ == + (2—7)
3.水煤气的平衡反应
+ ==2 (2—8)
+ == + (2—9)
二、气化反应的化学平衡
1、质量作用定律及其对化学平衡的影响
根据质量作用定律，各组分气体分压表示的平衡常数及p如下式。
设反应式如下：
则平衡常数：
式中产PA、PB、PC和PD——各为A、B、C、和D气体组分的分压。温度对平衡常数的影响，可用下列方程式表示。
(等压反应[吉布斯方程])
式中：Qp——等压下的反应热效应。
由式可知，如果反应是吸热的，则Qp<0或 >0，平衡常数值随温度的升高而增加，即温度上升，平衡向吸热方向进行。如果反应是放热的，则：Qp>0或 <0，平衡常数值随温度的升高而减小，即温度下降，平衡向放热方向进行。
在各种煤气炉中所发生的反应，有的是吸热反应，有的是放热反应。
2、气化炉炉内主要化学反应的平衡
⑴、二氧化碳还原反应：
+ ==2 —172.28kJ／mol
当该反应平衡时，气相中只有和，平衡常数Kp可表示为：
Kp与温度的关系如下式所示：
设二氧化碳的转化率为α，总压力为P，则，，根据质量作用定律，Kp与压力的关系如下式所示：
由以上两式可以看出，由于二氧化碳还原反应是一个吸热和体积扩大的反应，CO2转换率随温度的升高和压力的降低而升高。
CO2转换率与压力的关系可见下图：
⑵、均相水煤气反应
均相水煤气反应方程式为：
+ == + +41.868kJ(10kcal)
Kp哈里斯(Harris)研究了反应温度为674—1125℃之间的各平衡量，并由此求得平衡常数。
该反应进行时体积没有变化，因此，压力对煤气的平衡组分没有影响。
⑶、甲烷生成反应
+2 == +83.379kJ(20.87kcal)
+3 == + +206.200kJ(49.25kcal)
2 +2 == + +247.440kJ(59.1kcal)
+4 == +2 +162.867KJ38.9kcal)
第一个反应是气化炉中生成甲烷时主要反应，在300～1150℃的温度范围内，平衡常数与温度的关系可用下式表示。
三、气化炉内反应的动力学分析
在气化炉内的气—固相反应主要有以下几个：
碳与氧的反应，碳与氢的反应，碳与二氧化碳的反应，以及碳与水蒸汽的反应。
1、碳与氧的反应
碳与氧的反应为不可逆的强放热反应。
经过干燥和干馏(热裂解)的碳，与氧的氧化速率是快
速的，这种氧化速率与温度，煤的品种、粒度，氧的分压和周围气相的流动条件有关。2、碳与氢的反应
碳与氢反应动力学研究表明，温度高于700℃和高氢分压下反应才是显著的。碳与氢反应符合Langmuir—Hin—shelwood动力学表示式。
3、碳与二氧化碳的反应
有人在模型中将碳与二氧化碳反应作为碳与蒸汽反应速率的60％来处理。多数研究表明，碳与二氧化碳的反应也遵循Langmuir型吸附动力学关系。其气化速率与二氧化碳分压之关系为：
4、碳与水蒸气的反应
碳与水蒸气的反应是生产富一氧化碳和氢气的合成气的重要反应，此反应为吸热的可逆反应。碳与水蒸气的反应遵循Langmuir—Hinshelwood动力学机理。
5、从动力学角度对煤焦气化反应速度的比较
煤或煤焦的裂解是气化时首先进行的第一组反应，裂解速度主要和操作条件有关，它比别的煤焦气化反应要快得多。煤焦—氧反应是与裂解反应同时进行或紧接着进行的，它是煤焦——气体反应中最快的反应。其中煤焦——，煤焦——氧化碳反应的阿仑尼斯图是根据在0.10lMPa(1大气压)下的实验数据所示的；煤焦—水和煤焦—氢反应数据是根据高压下的关系式计算得到的。煤焦——氢反应是一级反应，而在高压下煤焦——二氧化碳、煤焦——水反应则不是一级的。在常压下煤焦——反应是馒的，然而随压力提高煤焦—氧与煤焦——水蒸气反应趋向零级，所以在加压下煤或煤焦——H2反应可能会变得比别的两个反
应快。
第二节变换理论
一、一氧化碳变换反应基本原理
一氧化碳与水蒸气的变换反应可用下式表示：
CO+H2O?CO2+H2+Q (1)
变换反应特点是放热、可逆，反应前后气体体积不变，且反应速度比较慢，只有在催化剂的作用下才有较快的反应速度。
二、变换反应的热效应
变化反应是放热反应，反应热随温度升高有所减少，其关系式为：
Q=10861-1.44T-0.4×10-4T2+0.08×10-6T3
式中：
Q—反应热，卡/摩尔（或kcal/kgmol）
T—温度，K
不同温度下的反应热如下表：
在工业生产中，一但变换炉升温完毕转入正常生产后．即可利用其反应热以维持生产过程的连续进行。
三、变换反应的化学平衡
1 平衡常数：
在一定条件下，当变换反应的正、逆反应速度相等时，反应即达到平衡状态，其平衡常数为：
Kp＝(PC02·PH2)／Pco·PH2O)=(YC02·YH2)／(Yco·YH2O)
式中：
PC02，PH2，Pco，PH2O --各组分的平衡分压，atm
Y C02·Y H2· Yco·YH2O ——各组分的平衡组成，摩尔分数
平衡常数Kp表示反应达到平衡时，生成物与反应物之间的数量关系，因此，它是化学
反应进行完全程度的衡量标志。从式(3)可以看出，Kp值愈大，即YC02与YH2的乘积愈大，说明原料气中一氧化碳转化愈完全．达到平衡进变换气中残余一氧化碳量愈少。
由于变换反应是放热反应，降低温度有利于平衡向右移动，因此平衡常数随温度的降低而增大。平衡常数与温度的关系式很多．通常采用下列简化式：
lgKp＝1914／T-1.782 (4)
式中：T-温度，K
不同温度下一氧化碳变换反应的平衡常数值如下：
若已知温度，就能求出Kp值，从而就可以计算出不同温度、压力和气体成分下的平衡组成。
2 变换率：
一氧化碳的变换程度，通常用变换率表示，定义为已变换的一氧化碳量与变换前的一氧化碳量的百分比率，若反应前气体中有a摩尔一氧化碳，变换后气体中剩下b摩尔一氧化碳，则变换率为：
X=(a-b)／a×l00％ (5)
实际生产中，变换气中除含一氧化碳外，尚有氢、二氧化碳、氮等组分，其变换率可根据反应前后的气体成分进行计算。由变换反应式(1)可知，每变换掉一体积的一氧化碳，就生成一体积的二氧化碳和一体积的氢，因此，变换气的体积(干基)等于变换前气体的体积加上被变换掉的一氧比碳的体积，设变换前原料气的体积(干基)为1．并分别以Vco，
V´co表示变换前后气体中一氧化碳的体积百分数（于基）则变换气的体积为
(1+Vco·X)，变换气中一氧化碳的含量为：
V´co=(Vco-Vco·X)／(1+Vco·X)×100% (6) 经整理．可得
X=(Vco—V´co)／[Vco(1+V´co)]×100% (7) 在一定条件下，变换反应达到平衡时的变换率称为平衡变换率，它是在该条件下变换率的最大值，以l摩尔干原料气为基准时，平衡常数与平衡变换率的关系式为：
Kp=(c+ax*)(d+ax*)/（a-ax*）(b-ax*) (8)
式中：a，b，c，d-反应前原料气中一氧化碳、水蒸汽、二氧化碳、氢的含量，摩尔分数：x*-平衡变换率，％
由式(4)，(8)可计算出不同温度和组成条件下的平衡变换率，然后再根据式(6)可求出变换气中残留一氧化碳的平衡浓度。平衡变换率越高，说明反应达到平衡时变换气中一氧化碳残余量越少。大工业生产条件下，由于反应不可能达到平衡，因此变换率实际不可能达到平衡变换率，必要时，可以用实际变换率与平衡变换率接近程度来衡量生产工艺条件的好坏。
四、影响变换反应化学平衡的因素：
1 温度的影响：
由式（4）及表2可知，温度降低，平衡常数增大，有利于变换反应向右进行，因而平衡变换率增大，变换气中残余的一氧化碳含量减少。当原始气体中的H2:CO=1:1时，温度与平衡变换率的关系如图所示：
工业生产中，降低反应温度必须与反应速度和催化剂性能综合考虑。对一氧化碳含量较高的气化气，开始反应时为了加快反应速度，一般在较高温度下进行，而在反应的后一阶段，为使反应较完全，就必须使反应温度降低一些，工业上采用两段变换就是这个原因。反应温度与催化剂的活性温度有很大关系，一般工业上用的变换催化剂在低于活性温度时．变换反应便不能正常进行，而高于某一温度时将损坏催化剂。因此，一氧化碳的变换反应必须在催化剂的活性温度范围内选择最佳的操作温度。
图1 温度与平衡变换率关系
2、压力的影响：
一氧化碳变换反应是等分子反应．反应前后气体分子数相同，气体总体积不变。在目前的工业操作条件下，压力无显著的影响。
3、蒸汽添加量的影响：
增加蒸汽用量．可以使变换反应向生成二氧化碳的正方向进行。因此。生产中总是向原料气中加入过量的蒸汽，以提高变换率。不同温度下蒸汽添加量与的关系如图2所示。
图2 不同温度下蒸汽量
与CO变换率的关系
（CO:40% H2:50％ CO2:5％）
由图可见：
(1)变换温度愈低愈有利于反应的进行，并可节省蒸汽用量。
(2)同一温度下，蒸汽用量增大，平衡变换率随之增大，但增加的趋势是先快后慢.因此，要达到很高变换率，蒸汽用量将大幅度增加。这不仅经济上不合理，同时还会使催化剂层温度难以维持。
4、二氧化碳的影响：
在变换反应过程中，如果能将生成的二氧化碳除去，就可以使变换反应向右移动，提高了一氧化碳转换率。除去二氧化碳的方法是将一氧化碳转换到一定程度后，送往脱碳工序除去气体中的二氧化碳。但一般由于脱除二氧比碳的流程比较复杂，工业上一般较少采用。
5、副反应的影响：
一氧化碳变换中，可能发生析碳和甲烷化副反应等．其反应式如下：
2CO=C+CO2+Q (9)
CO+3H2=CH4十H2O十Q (10)
2CO+2H2=CH4十CO2+Q (11)
CO2+4H2=CH4+2H2O十Q (12)
副反应不仅消耗了原料气中的有效成分氢气和一氧化碳，增加了无用成分甲烷的含量，且析碳反应中析出的游离碳极易附着在催化剂表面降低活性。以上这些副反应均为体积减小的放热反应，因此，降低温度，提高压力有利于副反应的进行。但在实际生产中，现有的生产工艺条件下，这些副反应一般是不容易发生的。
五、变换反应的动力学
1 反应机理及动力学方程式：
一氧化碳与水蒸汽的反应，如果单纯在气相中进行，即使温度在1000℃，水蒸汽用量很大，反应速度仍然很慢。这是因为在进行变换反应时，首先要使蒸汽分子的氢氧键断开，然后氧原子重新排列到一氧化碳分子中去而变成二氧比碳，两个氢原子相互结合为氢分子。水分子中氢氧键的结合能很大，要断开H-O-H两个键．须有相当大的能量．因而反应进行很缓慢。而当有催化剂存在时，反应则按下式进行：
[K]+H2O(g)→[K]O+H2 (13)
[K]O+CO→[K]+CO2 (14)
式中: [K]---表示催化剂；
[K]O——表示中间化合物，其中O——吸附态氧
即蒸汽分子先被催化剂的的活性表面所吸附，并分解为H2及吸附态的氧原子，氢气进入气相，吸附态氧则在催化剂表面形成吸附层。当一氧化碳撞击到氧原子吸附层时，即被氧化成二氧化碳，随后离开催化剂表面而进入气相。然后催化剂又吸附水分子，反应继续下去，按此方式，所需的能量小，速度就大大加快了。
在工艺计算中，较常用的动力学方程式有：
(1) 二级反应：
rco=K（Ya·Yb-(Yc·Yd／Kp)） (15)
式中：rco——反应速度，Nm3CO／m3催化剂．h；
K——反应速度常数，h-1；
Kp——平衡常数；
Ya,Yb,Yc,Yd——分别为CO,H20，C02及H2的瞬时量,摩尔分数。
对高变催化剂（国外G—3A型），K=EXP(15.99-4900／T)，国产B104型(即C4—2)：K= EXP (17.94-6300/T)。
(2) 幂函数型动力学方程式：
大多数动力学方程式都属此类，它可完整地表达变换反应的速度：
rco＝k·Pcol ·PH2Om ·Pco2n ·PH2q·(1-β) (16) 式中：rco—反应速率
K——速率常数
Pco，Ph2o,Pco2，PH2O——分别为各组分分压．atm．
l．m，n,p——幂指数
四种煤气化技术及其应用
四种煤气化技术及其应用 李琼玖,钟贻烈,廖宗富,漆长席,周述志,赵月兴 (成都益盛环境工程科技公司,四川成都610012) 摘要:介绍了4种煤气化工艺技术,包括壳牌工艺、德士古水煤浆气化工艺、恩德工艺、灰熔聚流化床气化工艺,对其技术特点、工艺流程、主要设备及应用实例进行了详细阐述,并对4种工艺进行了对比。 关键词:煤气化;壳牌工艺;德士古;恩德工艺;灰熔聚工艺;煤气炉 中图分类号:TQ546文献标识码:A文章编号:1003-3467(2008)03-0004-04 Four Coal Gasification Technologi es and Their Applicati on L I Q iong-ji u,ZHONG Y i-lie,LIAO Zong-fu, QI Chang-xi,ZHOU Shu-zhi,ZHAO Yue-xing (Chengdu Y i s heng Envir on m ent Eng i n eering Techo logy C o.Ltd,Chengdu610012,China) Abst ract:Four coal gasificati o n technologies,inc l u d i n g Shell techno logy,Texaco coa l-w ater sl u rry gasif-i cati o n,Enticknap pr ocess,ash agg l o m erati o n fl u i d ized bed gasification technology are intr oduced,and the technical features,technolog ical process,m ai n equipm ent and app lication exa m p le o f the four techno l o g i e s are descri b ed in detai.l K ey w ords:coal gasification;She ll techno logy;Texaco;Enticknap process;ash agglo m erati o n tech-nology;gas stove 1壳牌粉煤气化制取甲醇合成气 1.1壳牌工艺技术的特点 壳牌煤气化过程(SCGP工艺)是在高温加压下进行的,是目前世界上最为先进的第FG代煤气化工艺之一。按进料方式,壳牌煤气化属气流床气化,煤粉、氧气及蒸汽在加压条件下并流进入气化炉内,在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程。一般认为,由于气化炉内温度很高,在有氧存在的条件下,碳、挥发分及部分反应产物(H2、CO等)以发生燃烧反应为主;在氧气消耗殆尽之后发生碳的各种转化反应,过程进入到气化反应阶段,最终形成以CO、H2为主要成分的煤气离开气化炉。 壳牌粉煤气化的技术特点:1干煤粉进料,加压氮气输送,连续性好,气化操作稳定。气化温度高,煤种适应性广,从无烟煤、烟煤、褐煤到石油焦均可气化,对煤的活性几乎没有要求,对煤的灰熔点范围比其它气化工艺更宽。对于高灰分、高水分、含硫量高的煤种同样适应。o气化温度约1400~1700e,碳转化率高达99%以上,产品气体相对洁净,不含重烃,甲烷含量极低,煤气中有效气体(CO+H2)高达90%以上。?氧耗低,与水煤浆气化相比,氧气消耗低,因而与之配套的空分装置投资可减少。?单炉生产能力大,目前已投入运转的单炉气化压力为3MPa,日处理煤量已达2000t。?气化炉采用水冷壁结构,无耐火砖衬里,维护量少,气化炉内无转动部件,运转周期长,无需备炉。?热效率高,煤中约83%的热能转化在合成气中,约15%的热能被回收为高压或中压蒸汽,总的热效率为98%左右。?气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状颗粒,性质稳定,对环境几乎没有影响。气化污水中含氰化合物少,容易处理,必要时可做到零排放,对环境保护十分有利。à壳牌公司专利气化烧嘴可根据需要选择,气化压力2.5~4.0M Pa,设计保证寿命为8000h,荷兰De m ko lec电厂使用的烧嘴在近4年 收稿日期:2007-10-13 作者简介:李琼玖(1930-),男,教授级高级工程师、研究员,长期从事化工设计、建设、生产工程技术工作,主编5合成氨与碳一化学6、5醇醚燃料与化工产品链工程技术6专著,发表论文百余篇,电话:(028)86782889。
煤气化技术的研究与进展
《东北电力技术》1996年第12期 煤气化技术的研究与进展 东北电力学院(132012) 张化巧 姜秀民 张靖波 孙键 摘 要 文中回顾了煤气化技术的产生及发展过程,阐述了它的应用前景,详细介绍了煤气化技术的发展现状及存在的问题,同时也包括我国学者在这方面的贡献,指出了目前尚待解决的问题和发展方向,最后说明了我国开发这方面研究工作的重要意议。 关键词 煤气化 煤气化技术 流化床 1 煤气化技术的产生及应用 1.1 煤气化技术的产生 煤气化是用气化剂将煤及其干馏产物中的有 机物最大限度地转变为煤气的过程。早在18世 纪末期,人们就由煤中获得了煤气,19世纪初形成 煤气生产的产业部门。煤的制气技术从19世纪 中叶得到发展,20世纪20年代,出现了煤的多种 气化工艺。1922年,常压流化床粉煤气化的温克 勒炉获德国专利,1926年投产。后来德国又作了 增加二次风等方面的改进,提高反应温度和反应 空间,并称之为高温温克勒炉。1955年,第一台加 压固定床鲁奇气化炉在德国投产。1940年,奥地 利建成了第一台焦化与气化相结合的两段炉。 1939～1944年期间,第一台常压气化气流床研制 成功。40年代后期,美国开发出气流床气化的德 士古气化炉。20世纪中期,由于丰富的天然气资 源通过公用的管线输送广泛地分配到各处,这样 由煤所生产的煤气量逐渐减少,一些已建成的煤 气化炉也纷纷停产,煤气化技术的发展受到抑制。 20世纪70年代中期,由于注意到石油和天然气储 量的日益减少,人们又对煤的气化产生了强烈的 兴趣。70年代初,美国又开发出U-G AS气化炉。 此外,比较成功的煤气化方法还有西屋法、D ow 法,Shell法等。我国自80年代起开始这一领域的 研究工作,发表了许多文献。中科院煤化所于80 年代初开始的灰熔聚法流化床气化的研究,目前 已进入半工业化试验阶段。 1.2 气化产物的用途 煤气化是将煤中可燃物完全转化为气体产 物,这些气体产物的潜在用途是: a. 生产天然气的代用品; b. 用作以后生产乙醇、汽油、塑料等的合成 气; c. 用作发电的气体燃料; d. 用作生产工业蒸汽和工业用热的气体燃 料。 2 煤气化技术研究现状及存在的问题 煤气化技术已广泛用于制取各种气体燃料, 满足工业生产的要求。煤气化方法有多种,相应 的气化炉也有多种。根据原料在气化炉内的状态 可分成固定床、流化床及气流床三种形式。为了 验证气化器的整体特性,解释测量结果,确认重要 的试验变量,识别控制速率的过程,确定需进一步 研究的问题,帮助按比例放大工作,加强反应器的 模化等原因,在物理、化学定律和实验观察的基础 上建立了煤反应综合模型。综合模型的各个分部 模型进展情况及存在的问题包括: 2.1 湍流流体力学 通用化的多维煤反应模型需要有一个对带回
壳牌煤气化技术简介
主流煤气化技术及市场情况系列展示（之五） 壳牌煤气化技术 技术拥有单位：壳牌全球解决方案国际私有有限公司 壳牌是世界知名的国际能源公司之一。壳牌煤气化技术可以处理石油焦、无烟煤、烟煤、褐煤和生物质。气化炉的操作压力一般在，气化温度一般在1400～1700摄氏度。在此温度压力下，碳转化率一般会超过99%，冷煤气效率一般在80～83%。对于废热回收流程，合成气的大部分显热可由合成气冷却器回收用来生产高压或中压蒸汽；如配合采用低水气比催化剂的变化工艺，在变换单元消耗少量蒸汽即可保证变换深度要求，剩余大量蒸汽可送入全厂蒸汽管网，获得可观的经济效益。 目前，壳牌全球解决方案国际私有有限公司负责壳牌气化技术的技术许可，工艺设计以及技术支持。2007年壳牌成立了北京煤气化技术中心，2012年初，壳牌更是将其全球气化业务总部也从荷兰移师中国，这充分体现了壳牌对中国现代煤化工蓬勃发展的重视，同时壳牌也能更好地利用其全球气化技术能力，贴近市场，为中国客户提供更加快捷周到的技术支持。目前，在北京的壳牌煤气化技术团队可提供从研发、工程设计、培训、现场技术支持以及生产操作和管理的全方位技术支持和服务。 一、整体配套工艺 根据不同的煤质特性以及用户企业的不同生产需求和规划，壳牌开发了下面3种不同炉型： 壳牌废锅流程是当前工业应用经验最丰富的干粉气化技术。它的效率和工艺指标的先进性已经得到了验证和认可，而且在线率也在不断创造新的世界纪录，大部分客户已实现满负荷、长周期、安全、稳定运转。如果业主比较关注热效率,全厂能效和环保效益的话，采用壳牌废锅流程并配合已成功应用的低水气比变换技术应该是最合适稳妥的方案。 壳牌上行水激冷流程特别适合处理有积垢倾向的煤种；适合大型项目，此外投资低，可靠性高。对于比较关注在线率和低投资的业主，采用壳牌上行水激冷流程应该是最合适稳妥的方案。
煤气化工艺的优缺点及比较
13种煤气化工艺的优缺点及比较 我国是一个缺油、少气、煤炭资源相对而言比较丰富的国家，如何利用我国煤炭资源相对比较丰富的优势发展煤化工已成为大家关心的问题。近年来，我国掀起了煤制甲醇热、煤制油热、煤制烯烃热、煤制二甲醚热、煤制天然气热。有煤炭资源的地方都在规划以煤炭为原料的建设项目，这些项目都碰到亟待解决原料选择问题和煤气化制合成气工艺技术方案的选择问题。现就适合于大型煤化工的比较成熟的几种煤加压气化技术作评述，供大家参考。 1、常压固定层间歇式无烟煤（或焦炭）气化技术 这是目前我国生产氮肥的主力军之一，其特点是采用常压固定层空气、蒸汽间歇制气，要求原料为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、吹风气放空对大气污染严重。从发展看，属于将逐步淘汰的工艺。 2、常压固定层间歇式无烟煤（或焦炭）富氧连续气化技术 这是从间歇式气化技术发展过来的，其特点是采用富氧为气化剂，原料可采用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，适合于有无烟煤的地方，对已有常压固定层间歇式气化技术的改进。 3、鲁奇固定层煤加压气化技术 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，不推荐用以生产合成气。 4、灰熔聚流化床粉煤气化技术 中科院山西煤炭化学研究所的技术，2001年单炉配套20kt/a合成氨工业性示范装置成功运行，实现了工业化，其特点是煤种适应性宽，可以用6-8mm以下的碎煤，属流化床气化炉，床层温度达1100℃左右，中心局部高温区达到1200-1300℃，煤灰不发生熔融，而只是使灰渣熔聚成球状或块状排出。床层温度比恩德气化炉高100-200℃，所以可以气化褐煤、低化学活性的烟煤和无烟煤，以及石油焦，投资比较少，生产成本低。缺点是气化压力为常
煤气化及多元料浆气化技术简介
煤气化及多元料浆气化技术简介 (西北化工研究院) 2007-03-07 多元料浆新型气化技术属湿法气流床加压气化技术，是指对固体或液体含碳物质(包括煤/石油焦/沥青/油/煤液化残渣)与流动相(水、废液、废水)通过添加助剂(分散剂、稳定剂、PH值调节剂、湿润剂、乳化剂)所制备的料浆，与氧气进行部分氧化反应，生产CO+H2为主的合成气。水煤浆加压气化属多元料浆气化的特定型式。 1 开发背景 本院在多年煤气化技术研究基础上，特别是水煤浆加压气化技术开发研究及工业化应用积累的经验和教训，结合国内市场背景及需求情况，本项技术开发基于以下几方面原因： (1)配合实现国家”煤代油”的能源发展战略。 (2)解决水煤浆加压气化技术在工业化应用过程中暴露的问题，更有利于实现装置长周期安全稳定运行，克服水煤浆气化技术缺陷。 (3)获得自主知识产权、节省技术引进费。 (4)实现气化原料多样化，扩大原料使用范围。 在国家、中石化、中石油及企业的支持下，先后承担并完成了“煤油水混合料浆制备及气化研究”、“煤焦水乳化制浆及气化研究”、“煤沥青水浆制备及气化研究”和国家科技部攻关项目“多元料浆新型气化技术开发研究”。并同相关企业进行了卓有成效的研究，成功开发了多元料浆新型气化技术(MCSG)，并实现工业化应用。 2 技术特点、创新点和关键技术 多元料浆新型气化技术使用工艺氧气，对固态或液态含碳物质所制备的料浆进行部分氧化反应，生产合成气(CO+H2)。 工艺技术包括： 料浆制备 料浆气化 粗煤气洗涤净化 灰水处理 主要技术特点： (1)通过不同原料(特别是难成浆原料)的制浆技术研究，大大提高料浆的有效组成，降低气化过程的消耗。 (2)该技术原料适应性广，包括煤、石油焦、石油沥青、渣油、煤液化残渣、生物质等含碳物质以及纸浆废液、有机废水等。 (3)长距离料浆输送技术，解决了高浓度、高粘度料浆难输送的问题。 (4)新型结构的气化炉，具有结构简单，操作安全易控的特点，而且有利于热量回收和耐火材料保护，使用周期延长两倍左右。 (5)富有特色的固态排渣和液态排渣工艺技术，不仅解决了高灰熔点原料的气化难题，而且从技术角度解决了原料适应性问题。 (6)通过配煤技术，优化资源配置，既解决了原料成浆性问题，又解决了灰熔点问题，为多元料浆主要特色之一。 (7)独具特色的灰水处理技术(Ⅰ～Ⅲ级换热闪蒸技术)，减少了设备投资，简化了工艺流程。 (8)成熟完善的系统放大技术，解决了不同规模、不同压力等级装置的气化工程化问题。 (9)设备完全立足于国内，投资少，效益显著。 (10)三废排放少，环境友好，属洁净气化技术。
煤气化技术的现状及发展趋势分析
煤气化技术是现代煤化工的基础，是通过煤直接液化制取油品或在高温下气化制得合成气，再以合成气为原料制取甲醇、合成油、天然气等一级产品及以甲醇为原料制得乙烯、丙烯等二级化工产品的核心技术。作为煤化工产业链中的“龙头”装置，煤气化装置具有投入大、可靠性要求高、对整个产业链经济效益影响大等特点。目前国内外气化技术众多，各种技术都有其特点和特定的适用场合，它们的工业化应用程度及可靠性不同，选择与煤种及下游产品相适宜的煤气化工艺技术是煤化工产业发展中的重要决策。 工业上以煤为原料生产合成气的历史已有百余年。根据发展进程分析，煤气化技术可分为三代。第一代气化技术为固定床、移动床气化技术，多以块煤和小颗粒煤为原料制取合成气，装置规模、原料、能耗及环保的局限性较大；第二代气化技术是现阶段最具有代表性的改进型流化床和气流床技术，其特征是连续进料及高温液态排渣；第三代气化技术尚处于小试或中试阶段，如煤的催化气化、煤的加氢气化、煤的地下气化、煤的等离子体气化、煤的太阳能气化和煤的核能余热气化等。 本文综述了近年来国内外煤气化技术开发及应用的进展情况，论述了固定床、流化床、气流床及煤催化气化等煤气化技术的现状及发展趋势。 1．国内外煤气化技术的发展现状 在世界能源储量中，煤炭约占79%，石油与天然气约占12%。煤炭利用技术的研究和开发是能源战略的重要内容之一。世界煤化工的发展经历了起步阶段、发展阶段、停滞阶段和复兴阶段。20世纪初，煤炭炼焦工业的兴起标志着世界煤化工发展的起步。此后世界煤化工迅速发展，直到20世纪中叶，煤一直是世界有机化学工业的主要原料。随着石油化学工业的兴起与发展，煤在化工原料中所占的比例不断下降并逐渐被石油和天然气替代，世界煤化工技术及产业的发展一度停滞。直到20世纪70年代末，由于石油价格大幅攀升，影响了世界石油化学工业的发展，同时煤化工在煤气化、煤液化等方面取得了显著的进展。特别是20世纪90年代后，世界石油价格长期在高位运行，且呈现不断上升趋势，这就更加促进了煤化工技术的发展，煤化工重新受到了人们的重视。 中国的煤气化工艺由老式的UGI炉块煤间歇气化迅速向世界最先进的粉煤加压气化工艺过渡，同时国内自主创新的新型煤气化技术也得到快速发展。据初步统计，采用国内外先进大型洁净煤气化技术已投产和正在建设的装置有80多套，50%以上的煤气化装置已投产运行，其中采用水煤浆气化技术的装置包括GE煤气化27套（已投产16套），四喷嘴33套（已投产13套），分级气化、多元料浆气化等多套；采用干煤粉气化技术的装置包括Shell煤气化18套（已投产11套）、GSP2套，还有正在工业化示范的LurgiBGL技术、航天粉煤加压气化（HT-L）技术、单喷嘴干粉气化技术和两段式干煤粉加压气化（TPRI）技术等。
几种常用煤气化技术的优缺点
几种煤气化技术介绍 煤气化技术发展迅猛，种类很多，目前在国内应用的主要有：传统的固定床间歇式煤气化、德士古水煤浆气化、多元料浆加压气化、四喷嘴对置式水煤浆气化、壳牌粉煤气化、GSP气化、航天炉煤气化、灰熔聚流化床煤气化、恩德炉煤气化等等，下别分别加以介绍。 一Texaco水煤浆加压气化技术 德士古水煤浆加压气化技术1983年投入商业运行后，发展迅速，目前在山东鲁南、上海三联供、安徽淮南、山西渭河等厂家共计13台设备成功运行，在合成氨和甲醇领域有成功的使用经验。 Texaco水煤浆气化过程包括煤浆制备、煤浆气化、灰水处理等工序：将煤、石灰石<助熔剂）、添加剂和NaOH称量后加入到磨煤机中，与一定量的水混合后磨成一定粒度的水煤浆；煤浆同高压给料泵与空分装置来的氧气一起进入气化炉，在1300～1400℃下送入气化炉工艺喷嘴洗涤器进入碳化塔，冷却除尘后进入CO变换工序，一部分灰水返回碳洗塔作洗涤水，经泵进入气化炉，另一部分灰水作废水处理。 其优点如下： <1）适用于加压下<中、高压）气化，成功的工业化气化压力一般在 4.0MPa 和6.5Mpa。在较高气化压力下，可以降低合成气压缩能耗。 <2）气化炉进料稳定，因为气化炉的进料由可以调速的高压煤浆泵输送，所以煤浆的流量和压力容易得到保证。便于气化炉的负荷调节，使装置具有较大的操作弹性。 <3）工艺技术成熟可靠，设备国产化率高。同等生产规模，装置投资少。 该技术的缺点是： <1）因为气化炉采用的是热壁，为延长耐火衬里的使用寿命，煤的灰熔点尽可能的低，通常要求不大于1300℃。对于灰熔点较高的煤，为了降低煤的灰熔点，必须添加一定量的助熔剂，这样就降低了煤浆的有效浓度，增加了煤耗和氧耗，降低了生产的经济效益。而且，煤种的选择面也受到了限制，不能实现原料采购本地化。 <2）烧嘴的使用寿命短，停车更换烧嘴频繁<一般45～60天更换一次），为稳定后工序生产必须设置备用炉。无形中就增加了建设投资。 <3）一般一年至一年半更换一次炉内耐火砖。 二多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术 该技术由华东理工大学洁净煤技术研究所于遵宏教授带领的科研团队，经过20多年的研究，和兖矿集团有限公司合作，成功开发的具有完全自主知识产权、国际首创的多喷嘴对置式水煤浆气化技术，并成功地实现了产业化，拥有近20项发明专利和实用新型专利。目前在山东德州和鲁南均有工业化装置成功运行。
煤气化技术及其进展概述
煤气化技术及其进展概述 华陆工程科技股份公司副总工程师 王洪金 煤气化技术是煤化工产业的龙头，是煤基合成油、合成化学品等的关键性技术。煤气化技术的选用，不能仅仅考虑其某一方面的优势，必须注意工程化的系统分析，也就是从技术的先进性、可靠性以及适用性等方面统一协调起来综合考虑。 一、技术的先进性和可靠性问题 1．Shell干粉加压气化工艺 Shell气化技术于2000年前后进入我国市场，以其优异的气化性能指标、煤种适应性宽等优点，引起了中国工程界的极大兴趣，短短的四、五年时间里引进了十几套生产装置，用于生产合成氨和甲醇制氢等。以60万t/a甲醇为例，对其应用于煤化工领域的先进性、可靠性和适用性等进行工程化的系统分析(系统的界区，从煤的磨制干燥、气化，到合成气经变换、净化后送至甲醇界区)发现，在先进性方面，与湿法Texaco相比，Shell气化技术存在以下问题：①煤气化部分(可比的部分)投资增加30％～40％；②经常运转费用中(主要包括煤粉制备、干燥，激冷气循环，输煤和飞灰过滤的C02压缩，SynGas的压缩送出界区等)，电力消耗大约增加12200kW；③气化部分回收的中压蒸汽(4MPa)供耐硫变换仍嫌不足，需变换副产蒸汽进行补充；④有效气(CO+H2)中H2/CO比不符合生产化学品的要求，SynGas合成化学品时H2/CO至少要>1.5，且耐硫变换工艺条件苛刻，会影响催化剂的寿命；⑤气化性能中，比煤耗和比氧耗分别较湿法Texaco降低8%和15％，但所节约的能耗又被电耗增加所抵消，所以盈利很少，煤价按200元/t、02按0.35元/Nm3、电价按0.344元／kW·h计，年盈利560多万元。 通过以上案例，按全系统进行工程分析可知，Shell煤气化技术具有先进性，但该性能在合成气生产化学品中不具优势。如果该技术用于IGCC发电，则不存在打折、抵偿的因素，其优势将会被充分发挥。荷兰的IGCC装置也从侧面印证了这一结果。 技术的可靠性主要以装置的年可用率(Availability)来衡量。据2004年10月华盛顿煤气化技术年会上的报道，荷兰Demkolec IGCC装置已投产七、八年的气化岛年可用率为81.8％，电力板块为89.8%(主要煤气轮机设有燃油系统作补充措施)，年会上专家一致认为，无论采用哪种气流床炉型，IGCC的气化岛应该增加备用系列。 2．湿法气化工艺 我国已引进多套湿法气化装置，其气化性能指标比Shell差。在可靠性方面，通过多年的摸索并在设有备用系列的条件下，年可用率可达90％；其适用性、激冷型(CO+H2)成分和H2/C0较适宜于合成化学品，耐硫变换的工艺条件比较温和；废锅流程宜用于IGCC。在美国和西欧有多套IGCC的例子，但总热效率均低于Shell的IGCC，其主要的问题是煤种适应性狭窄，要求低灰融点低内水含量的煤；烧咀使用寿命短，因此要设置备用系列。 以上分析说明，选用煤气化技术首先应当结合资源(煤种)条件，再考虑下游产品的要求(如生产化学品、1GCC或煤电多联产等)。作为工程公司，在发展煤化工产业中的重要任务
各种煤气化工艺的优缺点
各种煤气化工艺的优缺点 1、常压固定层间歇式无烟煤（或焦炭）气化技术 这是目前我国生产氮肥的主力军之一，其特点是采用常压固定层空气、蒸汽间歇制气，要求原料为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、吹风气放空对大气污染严重。从发展看，属于将逐步淘汰的工艺。 2、常压固定层间歇式无烟煤（或焦炭）富氧连续气化技术 这是从间歇式气化技术发展过来的，其特点是采用富氧为气化剂，原料可采用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，适合于有无烟煤的地方，对已有常压固定层间歇式气化技术的改进。 3、鲁奇固定层煤加压气化技术 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，不推荐用以生产合成气。 4、灰熔聚流化床粉煤气化技术 中科院山西煤炭化学研究所的技术，2001 年单炉配套20kt/a 合成氨工业性示范装置成功运 行，实现了工业化，其特点是煤种适应性宽，可以用6-8mm以下的碎煤，属流化床气化炉， 床层温度达1100C左右，中心局部高温区达到1200-1300C,煤灰不发生熔融，而只是使灰渣熔聚成球状或块状排出。床层温度比恩德气化炉高100-200C，所以可以气化褐煤、低化 学活性的烟煤和无烟煤，以及石油焦，投资比较少，生产成本低。缺点是气化压力为常压，单炉气化能力较低，产品中CH4含量较高（1%-2%，环境污染及飞灰综合利用问题有待进 一步解决。此技术适用于中小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 恩德炉实际上属于改进后的温克勒沸腾层煤气化炉，适用于气化褐煤和长焰煤，要求
国内外煤气化技术新进展
国内外煤气化技术新进展 华陆工程科技有限责任公司刘艳军 一、煤炭的综合利用 我国具有丰富的煤炭资源，煤炭保有储量高达1万亿吨以上，全国煤炭产量2002年近14亿吨，2003年为16亿吨，2009年为亿吨，平均每年以大于5%的速度递增。目前，我国已经成为世界上最大的煤炭生产国和消费国。我国是富煤少油国家，当前每年进口的原油和石油制品已达到国内需求的30%以上，全球范围内新一轮的石油竞争将会愈演愈烈，大力发展煤化工作为保证国家能源安全的战略已凸显重要而紧迫。未来，我国能源以煤为主的状况，在相当长的一段时间内不会有大的改变，预测2010年将占60％左右，2050年不会低于50％，煤炭在我国的能源消费中仍然占有基础性地位。 随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，对煤和以煤为原料的相关产品的技术要求也越来越高。然而，由于煤的结构和组成的复杂性，给人们利用煤带来诸多环境问题。例如，煤中含有硫、氯、氮、灰等有害物质在煤炭直接燃烧后被排放到环境中，引起严重的环境污染问题。有关调查统计结果表明：目前我国能源消费总量中约68%为煤炭，其中有85%采用效率低、污染严重的直接燃烧技术。燃煤产生的二氧化硫排放量占全国总排放量的74％，氮氧化物排放量占总排放量的60％，总悬浮颗粒（TSP）排放量占总排放量的70％，二氧化碳排放量占总排放量的85％。目前，我国已成为世界上环境污染严重的国家之一，这不仅严重地威胁到生态环境和人类健康，而且每年由于燃煤而引发的SO2污染和酸雨造成的经济损失已超过1000亿元。因此大量直接燃烧煤炭将受到国家政策限制。 从发展的长远观点来看，我国以煤为主的能源消费结构正面临着严峻挑战，如何解决燃煤引起的环境污染问题已迫在眉睫。我国政府对此高度重视，对环境保护的政策越来越严格，并把煤炭的清洁转化和高效利用列入《中国21世纪议程》，实行“节能优先、结构优化、环境友好”的可持续能源发展战略。 二、煤气化技术 煤气化技术是煤利用技术中的关键技术，而气化炉又是煤气化技术的核心。世界上许多国家对开发新型气化炉都投入了大量的人力和财力，并已经取得了可喜的成果，各种形式的气化炉也陆续投入了工业化生产，这些设备广泛应用于煤
Texaco煤气化工艺技术指标与经济效益评价系统的设计
Texaco煤气化工艺技术指标与经济效益评价系统的设计 国蓉1 程光旭1 郑宝祥2 王毅1 赵勇平2(1.西安交通大学环境与化工学院 710049) (2.陕西渭河化肥厂渭南 714000) 2003-08-16 Texaco煤气化技术是由美国Texaco公司在重油气化的基础上开发成功的第二代煤气化技术，属于加压气流床气化工艺。与其它气化工艺相比，Texaco水煤浆气化工艺以水煤浆形式加料，简化了干粉煤给料及加压煤仓加料的问题，取消了气化前的干燥，节约能量。同时，气化采用1 300～1 500℃的高温，气化压力达6.5MPa，气化效率高，煤转化效率高(达98％以上)，无焦油等污染物，是一种工艺先进、可靠的气化工艺。国内目前运行中的Texaco气化装置有山东鲁南化肥厂、上海焦化厂、淮南化工集团以及陕西渭河化肥厂4套装置，这项新技术的应用与投产运行，使我国煤气化技术的应用又获得了进一步的发展。 目前各厂对这一新技术的技术指标、经济效益评价基本上都采用手工作业的方式，手工输入数据，用Excel等应用软件处理数据、输出报表，缓慢而且繁琐，工作量大，周期也比较长，无法及时、准确地评价工艺流程的运行状况。 国外一些公司虽然推出了计算、统计软件，但由于在设计时更多考虑广泛适用性，因此对于个别厂家来说，并不是很适合。笔者针对陕西渭河化肥厂的具体生产情况，开发了基于VB 6.0环境的Texaco煤气化工艺技术经济指标评价系统，并成功地应用于工厂的技术经济分析中。 1 Texaco煤气化工艺流程分析 1.1 Texaco煤气化工艺流程 Texaco煤气化技术属于加压气流床并流气化工艺，气化过程包括煤浆制备、煤浆气化、灰水处理和CO变换等工序。 煤、石灰石(助熔剂)、添加剂和NaOH经称量后加入磨煤机中，与一定量的水相混合，磨成一定粒度分布、浓度为65％～70％的水煤浆，通过滚筒筛滤去较大颗粒后进入磨机出口槽，最后经磨机出口槽泵和振动筛送至煤浆槽中。煤浆槽中煤浆由高压煤浆给料泵送气化炉工艺喷嘴，与空分装置来的氧气一起进入气化炉，在l 300～1 400℃温度下进行部分氧化生成粗煤气，经气化炉底部的激冷室激冷后，气体和固渣分离。粗煤气经喷嘴洗涤器进入碳洗塔，冷却除尘后进入CO变换工序。气化炉出口灰水经灰水处理工段4级闪蒸处理后，部分灰水返回碳洗塔作洗涤水，经泵进入气化炉，其余送废水处理。熔渣被激冷固化后进入破渣机，特大块渣经破碎进入锁斗，定期排入渣池，由捞渣机捞出定期外运。 1.2 Texaco煤气化工艺中的关键设备 1.2.1 气化炉 气化炉是圆柱形加压容器，内衬耐火材料，由上部燃烧室和下部激冷室组成，中间有激冷环，着下降管，具体结构见图1。
现代煤气化技术发展趋势及应用综述_汪寿建
2016年第35卷第3期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·653· 化工进展 现代煤气化技术发展趋势及应用综述 汪寿建 （中国化学工程集团公司，北京 100007） 摘要：现代煤气化技术是现代煤化工装置中的重要一环，涉及整个煤化工装置的正常运行。本文分别介绍了中国市场各种现代煤气化工艺应用现状，叙述汇总了其工艺特点、应用参数、市场数据等。包括第一类气流床加压气化工艺，又可分为干法煤粉加压气化工艺和湿法水煤浆加压气化工艺。干法气化代表性工艺包括Shell炉干煤粉气化、GSP炉干煤粉气化、HT-LZ航天炉干煤粉气化、五环炉（宁煤炉）干煤粉气化、二段加压气流床粉煤气化、科林炉（CCG）干煤粉气化、东方炉干煤粉气化。湿法气化代表性工艺包括 GE水煤浆加压气化、四喷嘴水煤浆加压气化、多元料浆加压气化、熔渣-非熔渣分级加压气化（改进型为清华炉）、E-gas(Destec)水煤浆气化。第二类流化床粉煤加压气化工艺，主要有代表性工艺包括U-gas灰熔聚流化床粉煤气化、SES褐煤流化床气化、灰熔聚常压气化（CAGG）。第三类固定床碎煤加压气化，主要有代表性工艺包括鲁奇褐煤加压气化、碎煤移动床加压气化和BGL碎煤加压气化等。文章指出应认识到煤气化技术的重要性，把引进国外先进煤气化技术理念与具有自主知识产权的现代煤化工气化技术有机结合起来。 关键词：煤气化；市场应用；气化特点；参数数据分析 中图分类号：TQ 536.1 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）03–0653–12 DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.03.001 Development and applicatin of modern coal gasification technology WANG Shoujian （China National Chemical Engineering Group Corporation，Beijing100007，China）Abstract：Modern coal gasification technology is an important part of modern coal chemical industrial plants，involving stable operation of the entire coal plant. This paper introduces application of modern coal gasification technologies in China，summarizes characteristics of gasification processes，application parameters，market data，etc. The first class gasification technology is entrained-bed gasification process，which can be divided into dry pulverized coal pressurized gasification and wet coal-water slurry pressurized gasification. The typical dry pulverized coal pressurized gasification technologies include Shell Gasifier，GSP Gasifier，HT-LZ Gasifier，WHG (Ning Mei) Gasifier，Two-stage Gasifier，CHOREN CCG Gasifier，SE Gasifier. The typical wet coal-water slurry pressurized gasification technologies include GE (Texaco) Gasifier，coal-water slurry gasifier with opposed multi-burners，Multi-component Slurry Gasifier，Non-slag/slag Gasifier (modified as Tsinghua Gasifier)，E-gas (Destec) Gasifier. The second class gasification technology is fluidized-bed coal gasification process. The typical fluidized-bed coal gasification technologies include U-gas Gasifier，SES Lignite Gasifier，CAGG Gasifier. The third class gasification technology is fixed-bed coal gasification process. The typical fixed-bed coal gasification technologies include Lurgi Lignite 收稿日期：2015-09-14；修改稿日期：2015-12-17。 作者：汪寿建（1956—），男，教授级高级工程师，中国化学工程集团公司总工程师，长期从事化工、煤化工工程设计、开发及技术管理工作。E-mail wangsj@https://www.wendangku.net/doc/1514469221.html,。
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1000～1050℃。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
煤气化技术的现状和发展趋势
煤气化技术的现状和发展趋势 1、水煤浆加压气化 1.1 德士古水煤浆加压气化工艺（TGP） 美国Texaco 公司在渣油部分氧化技术基础上开发了水煤浆气化技术，TGP 工艺采用水煤浆进料，制成质量分数为60%~65％的水煤浆，在气流床中加压气化，水煤浆和氧气在高温高压下反应生成合成气，液态排渣。气化压力在2.7~6.5MPa，提高气化压力，可降低装置投入，有利于降低能耗；气化温度在1 300~1 400℃，煤气中有效气体（CO+H2）的体积分数达到80％，冷煤气效率为70％~76％，设备成熟，大部分已能国产化。世界上德士古气化炉单炉最大投煤量为2 000t/d。德士古煤气化过程对环境污染影响较小。 根据气化后工序加工不同产品的要求，加压水煤浆气化有三种工艺流程：激冷流程、废锅流程和废锅激冷联合流程。对于合成氨生产多采用激冷流程，这样气化炉出来的粗煤气，直接用水激冷，被激冷后的粗煤气含有较多水蒸汽，可直接送入变换系统而不需再补加蒸汽，因无废锅投资较少。如产品气用作燃气透平循环联合发电工程时，则多采用废锅流程，副产高压蒸汽用于蒸汽透平发电机组。如产品气用作羟基合成气并生产甲醇时，仅需要对粗煤气进行部分变换，通常采用废锅和激冷联合流程，亦称半废锅流程，即从气化炉出来粗煤气经辐射废锅冷却到700℃左右，然后用水激冷到所需要的温度，使粗煤气显热产生的蒸汽能满足后工序部分变换的要求。 1.2 新型（多喷嘴对置式）水煤浆加压气化 新型（多喷嘴对置式）水煤浆加压气化技术是最先进煤气化技术之一，是在德士古水煤浆加压气化法的基础上发展起来的。2000 年，华东理工大学、鲁南化肥厂（水煤浆工程国家中心的依托单位）、中国天辰化学工程公司共同承担的新型（多喷嘴对置）水煤浆气化炉中试工程，经过三方共同努力，于7 月在鲁化建成投料开车成功，通过国家主管部门的鉴定及验收。2001 年2 月10 日获得专利授权。新型气化炉以操作灵活稳定，各项工艺指标优于德士古气化工艺指标引起国家科技部的高度重视和积极支持，主要指标体现为：有效气成分（CO+H2）的体积分数为~83％，比相同条件下的ChevronTexaco 生产装置高1.5~2.0 个百分点；碳转化率＞98％，比ChevronTexaco 高2~3 个百分点；比煤耗、比氧耗均比ChevronTexaco 降低7％。 新型水煤浆气化炉装置具有开车方便、操作灵活、投煤负荷增减自如的特点，同时综合能耗比德士古水煤浆气化低约7％。其中第一套装置日投料750t 能力新型多喷嘴对置水煤浆加压气化炉于2004 年12 月在山东华鲁恒升化学有限公司建成投料成功，运行良好。另一套装置两台日投煤1 150t 的气化炉也在兖矿国泰化工有限公司于2005 年7 月建成投料成功，并于2005 年10 月正式投产，2006 年已达到并超过设计能力，目前运行状况良好。该技术在国内已获得有效推广，并已出口至美国。 2、干粉煤加压气化工艺 2.1 壳牌干粉煤加压气化工艺（SCGP） Shell 公司于1972 年开始在壳牌公司阿姆斯特丹研究院（KSLA）进行煤气化研究，1978 年第一套中试装置在德国汉堡郊区哈尔堡炼油厂建成并投入运行，1987 年在美国休斯顿迪尔·帕克炼油厂建成日投煤量250~400t 的示范装置，1993年在荷兰的德姆克勒（Demkolec）电厂建成投煤量2 000t/d 的大型煤气化装置，用于联合循环发电（IGCC），称作SCGP 工业生产装置。装置开工率最高达73％。该套装置的成功投运表明SCGP 气化技术是先进可行的。 Shell 气化炉为立式圆筒形气化炉，炉膛周围安装有由沸水冷却管组成的膜式水冷壁，其内壁衬有耐热涂层，气化时熔融灰渣在水冷壁内壁涂层上形成液膜，沿壁顺流而下进行分
煤气化技术及其工业应用
煤气化技术及其工业应用 摘要：我国是一个以煤炭为主要能源的国家，煤炭气化技术的发展对我国的经济建设和可持续发展都有具有重要意义。本文介绍了我国的煤化工行业的发展现状以及煤气化技术的工业应用。 关键词:煤化工,煤气化技术,工业应用 我国是一个以煤炭为主要能源的国家。近几十年来，煤炭在我国的一次能源消费中始终占据主要地位，以煤为主的能源格局在相当长的时间内难以改变。中国传统的煤炭燃烧技术存在综合利用效率低，能耗高、煤炭生产效率低、成本高、环境污染严重等问题，煤炭气化技术的发展对我国的经济建设和可持续发展都有具有重要意义。 以煤气化为基础的能源及化工系统，不仅能较好的提高煤转化效率和降低污染排放，而且能生产液体燃料和氢气等能源产品，有效缓解交通能源紧张。煤气化技术正在成为世界范围内高效、清洁、经济地开发和利用煤炭的热点技术和重要发展方向。煤炭的气化和液化技术、煤气化联合循环发电技术等都已得到工业应用。 煤气化技术包括:备煤技术、气化炉技术、气化后工艺技术三部分，其核心是气化炉。按照煤在气化炉内的运动方式，气化方法可划分为三类，即固定床气化法、流化床气化法和气流床气化法，必须根据煤的性质和对气体产物的要求选用合适的煤气化方法。 1煤气化工艺概述 煤炭气化是煤洁净利用的关键技术之一，它可以有效的提高碳转化率、冷煤气效率，降低气化过程的氧耗及煤耗。煤气化工艺是以煤或煤焦为原料，氧气(空气、富氧、纯氧)、水蒸气或氢气等作气化剂(或称气化介质)，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为煤气的热化学加工过程。 目前世界正在应用和开发的煤气化技术有数十种之多，气化炉也是多种多样，最有发展前途的有10余种。所有煤气化技术都有一个共同的特征，即气化炉内煤炭在高温下与气化剂反应，使固体煤炭转化为气体燃料，剩下的含灰残渣排出炉外。气化剂为水蒸气、纯氧、空气、CO2和H2。煤气化的全过程热平衡说明总的气化反应是吸热的，因此必须给气化炉供给足够的热量，才能保持煤气化过程的连续进行。 煤气化根据供热原理大致可分为3种： （1）热分解(约500-1000℃)：加热使煤放出挥发分，再由挥发分得到焦油和燃气(CO、CO2、H2、CH4)，必须由外部供热，残留的固态炭(粉焦和焦炭等)作它用； （2）部分燃烧气化(约900-1600℃)：煤在氧气中部分燃烧产生高温，并加入气化剂(H2O、CO2等)，产生可燃气(CO、CO2、H2)和灰分；