第39卷第5期化工設計通訊2013年10月Chemical Engineering Design Communications●1●專論與綜述煤氣化技術發(fā)展動向唐宏青(北京中科合成油工程有限公司，北京101407)摘要:介紹煤氣化技術概況。論述近期煤氣化技術發(fā)展的六大特點，即從裝備國產化走向工藝技術國產化，單元技術進步引導全生產線“安穩(wěn)長滿"運行，單爐規(guī)模大型化，氣化爐內操作壓力提高，原料向褐煤發(fā)展,氣化后兩種流程可以組合。提出選用煤氣化技術的七項原則:以煤定爐，優(yōu)先考慮氣流床，氣化爐規(guī)模適中，力求技術成熟、投資低、環(huán)保，超大型煤化工裝置需要備爐。煤氣化技術的選擇決定了全裝置運行狀況的好壞。關鍵詞:煤氣化;技術動向;選擇依據中圖分類號: TQ546文獻標志碼: B文章編號: 1003-6490(2013 )05-0001-05Development of Coal Gasification TechnologyTA NG Hong-qing(Sy nfuels China Engineering Co ., Ltd .,Beijing 101407 ,China)Abstract :Generally describe status of coal gasification technology . A nd discuss six characteristicsof recent coal gasification technology development ，w hich including developing process technologylocalization from equipment localization ，unit technological progress guiding w hole production lineoperation in the condition of safety ，stability , long period and full load single gasifier being developedtow ards large scale one，gasifier operating pressure being increased , lignite tending to be used as theraw coal , both processes w ould be combined after gasification process . Propose seven principles ofselecting gasification technology as follows : selecting gasifier type according to coal type ; firstconsidering selection of the entrained-flow coal gasifier ; the size of gasifier should be moderate ;securing gasification technology to be mature ; reducing investment ; environmental protection ; largecoal chemical plant needs standby gasifier . Gasification technology is key factor in determining w holeplant operation in good condition .Key words coal gasification ; technology dev elopment trend ; technology selection principle段爐技術、清華爐技術、多元料漿技術等煤氣化1煤氣化技術現狀技術，并且在工業(yè)中應用。眾所周知，煤氣化是煤化工的關鍵技術，是煤氣化就是把煤變成容易進一一步加工的合成決定煤化工產品是否能夠工業(yè)化的基礎。因此，氣， 煤氣化工藝可以分為三個工序:備煤、氣煤氣化技術受到化工行業(yè)的廣泛關注。一百多年化、 粗煤氣和炭黑水處理。最終出口應該是含有來，國內外開發(fā)的煤氣化技術有上百種，目前在一定量水蒸 氣的合成氣，見圖1。工業(yè)上能夠立腳的大約有十幾種。對于煤氣化技術的分類，學術界和工業(yè)界有近年來我國在煤氣化技術的開發(fā)上有所建所不同，工業(yè)界從進料形態(tài)出發(fā)，基本上分為水樹，開發(fā)了多噴嘴水煤漿技術、航天爐技術、兩煤漿氣化、 粉煤氣化和碎煤氣化三類。而學術界●2●化工設計通訊第39卷則根據物料流動機理分為氣流床、固定床和流化根據進料的位置，每一一種方法可以分為向上床三類。噴射(上行)和向下噴射(下行)兩種形式?！?2這些方法歸結起來，可以用圖2來表示，圖煤備煤煤粉氣化洗滌合成氣的走向為自左至右，圖的左邊是各類方法的集碎煤水煤漿.黑水合，右邊則是后續(xù)的氣化工藝，有廢熱鍋爐和水渣激冷兩大類，圖中列舉的技術包括了目前絕大部圖1煤氣化原則流程圖分新技術。Shell廢熱鍋爐1上|噴二 段爐(熱工院)五環(huán)爐(四院)航天爐(航天部)」噴GSP. CHOREN激冷Shell-惠生東方爐(華理)灰融聚(煤化所)合流SES成氣床處恩德爐理工KBR藝GE-Texaco四噴嘴(華理)J噴非熔渣-熔渣(清華多元料漿(西北院)上E-GASLurgi下BGL，YM圖2各種方 法氣化煤氣化流程圖藝技術采用國外的，設備由國內自己制造。經過2近期煤氣化技術發(fā)展的特點二十年的努力，許多復雜的化工非標設備可以在盡管開發(fā)煤氣化工藝是很困難的，但由于國國內生產，特別是反應器，包括現場組裝技術。內外研究機構在國家和企業(yè)的支持下,經過長期例如各 種大型煤氣化爐，2800t的費托合成反應堅韌不拔的努力，開發(fā)了不少煤氣化工藝，其中器， 2250t的直接液化加氫反應器等。有一些工藝已經比較成熟，有的方法很有成效。由于國內煤氣化技術的發(fā)展，國內開發(fā)的煤.(1)從裝備國產化走向工藝技術國產化氣化技術，如航天爐干煤粉氣化、多噴嘴水煤漿第5期唐宏青:煤氣化技術發(fā)展動向現代煤化工工藝中的煤氣化技術可以采用國內技對 于氣化后合成氣加工壓力較高的工藝，氣化壓術，從而實現“工藝技術國產化”。這是一個很力高自 然能夠節(jié)能。以甲醇為例，壓力提高到大的飛躍，是化工技術的巨大進步，帶動了國內8.7MPa后，有可能實現等壓合成。但是氣化爐經濟的發(fā)展。壓力高后，在有的情況下會產生不利的影響，例“工藝技術國產化”的最大優(yōu)點在于節(jié)省了如原料煤輸送難度加大、甲烷含量高、污水增昂貴的專利費，培育了國內自己的煤氣化人才。加、 氣化爐結構復雜等。對于氣化后加工不需要(2)單元技術進步引導全生產線“安穩(wěn)長很高壓力的情況， 氣化壓力以適宜為止。滿”運行因此，對于不同工藝，氣化壓力應該有一一個在衡量煤氣化技術的進步時，目前通用的辦適宜值。法是外商提出的一臺爐連續(xù)運行多少天， 通常認目前正在運行和設計的氣化裝置，氣化壓力為連續(xù)運行100 d就標志著這個氣化技術已經過是，水煤漿實現4.0、6.5、8.7 MPa運行;干關。這個說法有一定道理，連續(xù)開- -百天確實不煤粉實現 4. 0MPa,設計6. 0 MPa;固定床碎煤易，但與我們傳統(tǒng)的設計理念有些不同。我們傳氣化實現 4.0MPa,設計6.0 MPa;流化床實現統(tǒng)的設計理念是年操作8000h, - -年停車通常也0.6MPa，在建設計4.0M Pa。只是一二次。在許多情況下，化工裝置的停車不(5)原料向褐煤發(fā)展是由煤氣化停車造成的，因此必須使配有煤氣化褐煤的化學反應性強，在空氣中容易風化，工藝的整個生產裝置實現“安穩(wěn)長滿”運行，這含有可溶于堿液的腐殖酸，不易儲存和運輸，揮樣才能保證煤氣化技術的可靠性，而不僅僅追求發(fā)成分大于40%，水分大，含碳量60% ~ 77%，煤氣化爐連續(xù)開多少天。密度為1.1~1.2，熱值在10.5~ 16.7MJ之間。2012年，以水煤漿氣化為龍頭的伊泰合成由于褐煤的內水高、可磨性差，磨制的水煤漿濃油廠達到設計產能160kt,運行348d,實際產度低、氣化效率低，能耗(煤耗、氧耗)偏高，影量171.6kt中。在“十一五”的九個示范廠“中，響了在煤氣化領域的使用。運行較突出，真正做到了“安穩(wěn)長滿”運行。該通常，褐煤的制漿濃度只能達到48%。使裝置中多元料漿煤氣化工藝做到了“安穩(wěn)長滿”用球磨機或棒磨機制備的水煤漿平均粒度為50運行，從而為全裝置的運行創(chuàng)造了條件。~ 100 μum,達不到微細程度，無法實現高固體堆此外，在其他裝置中，近千噸級的航天爐和積密度和優(yōu)化級配，也無法破壞煤中的結合水。千噸級的殼牌爐也有類似業(yè)績。近期有報道中，國內對褐煤制水煤漿做了大(3)單爐規(guī)模大型化量的研究，用物理法和化學法打破褐煤中的含水單臺氣化爐的規(guī)模，以前是在500~2000t/d官能團，采用干法優(yōu)化級配制備水煤漿，實現了之間，太小和太大運行都困難。其中小型氣化爐水煤漿平均粒度小于10 pum和優(yōu)化級配，從而破(1 000t/d及其以下)能夠實現年運行8000h;中壞 了褐煤中的毛細管水和化合水，使褐煤的不流型氣化爐(1 500~2000 t/d)部分實現年運行動水轉化為流動水，制備出了濃度達60%的褐8000h;大型氣化爐(3 000t/d)正在運行中;超.煤水煤漿;開發(fā)出新型制漿添加化學藥劑。整套大型氣化爐(4 000 t/d )正在設計。技術工藝簡單、流程短，每噸漿成本僅98元，爐子大的優(yōu)點是運行費用省，單位產品的投產生的有效氣體含量可達73%。資少，因此許多人推薦單爐規(guī)模的大型化。但是但是，對于褐煤制漿的問題，是在中小規(guī)模缺點是一旦停車，損失比較大。所以，多大規(guī)模情況下的研究結果，超大規(guī)模制漿的濃度能否達合適，應該有一個最佳適宜值。對這個問題有不到試驗的數據，也就是能否達到60%，還沒有同的看法，有人主張單爐超大型化，有人主張做實踐的結論 。到適當大就可以了。添加劑能否規(guī)?；a，也需要研究。如果(4)氣化爐內操作壓力提高添加劑的制造工藝很復雜，大規(guī)模生產難度很化工設計通訊第39卷論的。近期有人提出，煤化工應該盡量使用優(yōu)質會給用戶帶來誤導。到爐子建成了，當地的煤不煤作原料，以減少投資和污染。這個意見在理論合適， 這時候就騎虎難下了。上是正確的，但是面對地方發(fā)展經濟的愿望，在煤氣化技術的選擇要“因煤制宜”，在確定只有褐煤的地方如何辦，這確實是個難題。煤種以后，仔細分析用何種煤氣化技術為宜，利有一點可以肯定，煤氣化使用褐煤是無奈之與弊都要認識清楚。世界上沒有- -種煤氣化技術舉，而不是先進之舉?？梢苑胖暮６詼?，現在再也聽不到某某氣化有人提出將褐煤分質利用，得到半焦再氣爐適 合任何煤種的說法了?；?，這個主意不錯，但要有人去實踐，光憑推測有的時候僅僅根據煤的分析數據來確定氣化是不夠的，目前沒有實踐經驗。爐的形式是不夠的。在初步確定氣化爐的形式(6)氣化后兩種流程可以組合后，還要對煤進行試燒,試燒有時會得到相反的在大型煤化工裝置中，氣化爐的臺數很多，結論。 這個問題在近期已經出現難忘的事例，有可以采用兩種不同類型的氣化爐。事實上，這往的業(yè)主在根據煤的分析性質、數據初步確定氣化往是氣化后流程上的需要，也就是激冷流程和廢爐的爐型后，后續(xù)的設計進行太快，一旦原料煤鍋流程的組合。試燒不合格，需要修改爐型,前功盡棄。激冷流程設備簡單，投資低，系統(tǒng)運行連貫“以煤定爐”是個原則問題，一定要 堅持。性強，操作費用低、產物中水蒸氣含量高卻能位(2)優(yōu)先考慮氣流床低，適合于全變換系統(tǒng)。氣流床具有煤種適應性強、反應物在爐內停廢鍋流程的工藝和設備復雜，投資高，系統(tǒng)留時間短、氣化溫度高，出口氣體中酚和焦油的運行連貫性差，操作費用高，產物中水蒸氣含量含量低或消失，污水的處理簡單、出爐煤氣的組低，但能另外產生能位高的水蒸氣，適合少量部分以CO、H2、 CO2和H2O為主，CH4含量很分變換系統(tǒng)。低，煤氣產品中有效成分高等優(yōu)點，在選擇氣化兩者結合后既能夠得到一些中壓蒸汽，又可方法時被優(yōu)先考慮。以滿足合成氣對水汽比的要求，兩者的優(yōu)缺點互在以氫氣、醇、油為產品的的工藝路線中,相彌補。當然，這給將來企業(yè)管理造成的麻煩比用粉煤和水煤漿技術氣化較為合理;而在以甲烷較多，這也是情理中的事。為主產品的工藝路線中，用碎煤氣化技術較為合今后大型煤化工企業(yè)，在-套裝置中可 能會理;原因是碎煤氣化溫度低，產物氣體中甲烷含出現兩種或以上的煤氣化技術。從工藝上來說，量較高，例如魯奇爐出口氣體中含8% ~ 10%的這樣做得到了優(yōu)化，從管理上來說，這樣做制造甲烷。但是在國外，對這一-觀點持否定態(tài)度，美了麻煩。國以前煤制氣的規(guī)劃中，就認為污水處理的投資太大而否定魯奇爐。3選用煤氣化技術的原則筆者認為不要全面否定魯奇爐。魯奇爐適合煤化工裝置建設中，煤氣化選用什么技術，氣流床不能采用的部分煤種， 能否在魯奇爐后面過去是由設計院確定，現在則是由業(yè)主確定。增加二段氣化)，通入氧氣進行非催化部分氧化選擇煤氣化方法的技術原則在業(yè)主內部往往(或催化部分氧化)，將有機物燒掉，環(huán)保問題就爭論不休。這是由于各種煤氣化技術都有優(yōu)缺可以解決。當煤種不適合氣流床時，為什么不可點，支持者的視角不同，專利商的宣傳手段不以這樣做呢?這個方法在國內已經有專利，我們同，會有不同的推論。的工業(yè)研究單位是否可以做這樣的試驗?是否可(1)以煤定爐以建一個示范廠?煤的品質包括灰熔點、灰含量、粘度、揮發(fā)這個辦法如果成功，魯奇爐將煥發(fā)出新的活分、內水含量等。一定品種的煤適用于- -定形式力。的氣化爐，這個原則就叫“以煤定爐”。(3)氣化爐規(guī)模適中第5期唐宏青:煤氣化技術發(fā)展動向●5●車，損失巨大。表1不同煤氣化 氣化島投資的比較以目前的運行數據來看，單臺氣化爐的能力項目投資比較/%在1000t/d左右有較好的業(yè)績。對于大規(guī)模裝水平噴射式氣流床廢鍋流程(Shell)150~170，置，可以單臺能力大- -點后多臺設置。但是單臺下噴式氣流床激冷流程(航天爐>110~120水煤漿氣化氣流床激冷流程(多噴嘴、清華爐)105~110能力也要有上限，2000、 3000、4000t/d,多少水煤漿氣化氣流床激冷流程(Texaco.多元料漿)100才合適?筆者建議在1 500~2000t/d為佳。(4)力求技術成熟作投資比較時，還要規(guī)定相同的制造條件，成熟技術能滿足“安穩(wěn)長滿”運行?；て髧a化與國產化比，引進與引進比，還有地區(qū)的業(yè)要求全裝置年運行8000h、負荷100%，設計差別:南方與北方、發(fā)達地區(qū)與邊緣地區(qū)等，否指標就是按照這一-個要求 來定的。則沒有意義。表1的數據不是十分嚴格，只能定傳統(tǒng)水煤漿氣化(Texaco)、多噴嘴、航天性。廢鍋流程的投資不是增加一一點點，而是很大爐、魯奇氣化技術，它們(包含備爐)都有不斷提一塊， 顯然，在沒有必要采用廢鍋流程的時候,高的運行記錄。殼牌氣化在經過國內不懈的努盡量避免采用廢鍋流程，從而降低投資。力以后，運行時間也有很大提高。上述這些技術(6)高度重視環(huán)保中，規(guī)模小的運行情況比較好，規(guī)模大的目前不煤化工是高能耗、高水耗、高排放、高污一定能夠達到， 考慮備爐是必須的。染、低效益，即“四高一低”行業(yè);三廢處理問正在引進的KBR和EGas,盡管在國外已用題嚴峻;煤化工生產中的“三廢”主要是指廢于發(fā)電，但是還不能稱為成熟技術。水、廢氣浮塵和廢渣等固體廢棄物?？梢钥隙ǎ陙碛幸灰粋€不正?，F象，就是不同氣化爐就目前的技術而言,煤化工不是低碳經濟。開發(fā)商在PK一臺爐的運行時間多少天，看誰創(chuàng)“三廢”中含有許多有毒有害物質，如果這造記錄，這與化工裝置的設計要求不- -致?；ば┪镔|沒有經過妥善處理而排放到環(huán)境(大氣、裝置要平穩(wěn)運行8000h/a、平均負荷100%，這水域、土壤)中，會對環(huán)境產生嚴重污染，不僅樣才能達到規(guī)定的年度產量，不是體育比賽奪得會破壞生態(tài)平衡和自然資源，而且會威脅工農業(yè)生產和人民身體健康。金牌就好。碎煤類煤氣化技術的氣化溫度比較低，反應(5)投資低煤氣化的技術復雜，設備眾多，投資也大，后氣體中的焦油和酚含量比較高，污水量大，處理困難。在煤化工裝置中往往占有較大的比重。水煤漿氣化的優(yōu)點是可以用污水制漿，氣化在比較不同煤氣化技術投資的時候，要設定溫度比較高，因此相對來說是污染最小的煤氣化事物比較的起點和終點。局部進行比較，例如單技術，不含酚和焦油，目前不可能做到“學術語獨比較氣化爐的投資，是沒有意義的。通常我們言”所說的“零排放”或“近零排放”，總有剩.用氣化島這個名稱來說事，因此應該對氣化島的余的污水。切實解決煤氣化的污染問題，需要更含義作出規(guī)定。新的技術和大量的投資?！皪u”這個說法是電力行業(yè)帶過來的，類似(7)超大型煤化工裝置需要備爐于化工行業(yè)的工段、工序，是大規(guī)模煤氣化單元超大型煤化工裝置往往需要數量可觀的氣化的意思。氣化島包括磨煤、煤粉輸送、空分、氣爐，十臺、二十臺甚至更多。這就產生- -個問化爐、廢熱鍋爐、激冷、除渣、除塵、洗滌、合題，究竟幾備一?成氣凈化等裝置，初步水處理、污水處理等各單過去外商曾經說過不用備爐，國內的實踐證元和公用工程系統(tǒng)。島的人口是進廠的煤，出口明這樣做是難以達到年開工8 000 h和年設計產是進人下一工藝單元的合成氣、燃料和蒸汽。能的?，F在圍繞究竟幾備- -才合適，國內有不同不同的煤氣化技術氣化島投資的差異很大，的意見。第5期邰學林:復合粉煤氣化技術介紹●11●計算依據煤價按 300元/t(13.2MJ);電價其他消耗基本相同。按0.4元/(kW.h),氧氣價格按0.5元/m2計算。經計算，噸氨節(jié)約成本155元。采用復合粉煤氣化技術比循環(huán)流化床氣化技加壓氣化節(jié)約的水煤氣壓縮功耗價值低于增術噸氨降低成本495元。加投資所帶來的費用，且可靠性、穩(wěn)定性和連續(xù)在不計環(huán)保、熱回收效益時，全年降低成本操作時間大大優(yōu)于加壓氣流床粉煤氣化，如果加4950萬元。還徹底解決環(huán)保污水治理、飛灰、壓氣流床不設備爐， 由于操作不穩(wěn)定，效益更爐渣的污染問題。差。(3)和干粉煤加壓氣流床相比，合成氨成本5結語也要低100元左右。以年產300kt合成氨測算，噸氨節(jié)約成本復合粉煤氣化技術解決了目前煤氣化技術對175元，和水煤漿氣化相比效益更好。原料煤要求高、煤種變化適應能力差、原料處理最先進的氣流床(干粉煤4. 0 MPa氣化)氣化系統(tǒng)和爐渣、渣水處理系統(tǒng)復雜、煤氣化爐和煤裝置投資6億元，折舊和維修費用達到250元/t粉燒嘴技 術要求高、投資高、運行周期短等諸多左右，煤耗、蒸汽消耗基本相當。凈化壓力技術難題， 具有原料適應能力強、安全、環(huán)保、3. 5 M Pa和常壓氣化相比，節(jié)約電耗250 kW●h/t節(jié)能、可靠、投資少、生產控制簡單、消耗低、左右，電價按0.5元計算，相差125元。運行周期長等優(yōu)點，可廣泛用于合成氨、甲醇以復合粉煤氣化裝置(2開1備)投資2.5億及煤制油等煤化工領域，特別適合于以無煙塊煤元。折舊和維修費用100元/t，氧耗低60m' /t，為原料的中小化肥 企業(yè)和以褐煤為原料的煤化工干燥、粉碎能耗比干粉煤氣化低100元/t以上，企業(yè) 技術改造。(上接第5頁)煤氣化技術，心甘情愿地為外商做工程化試驗。以水煤漿為例，目前千噸級以上的爐子以二大型煤氣化企業(yè)選擇氣化方法，過去是由設備一或三備一為宜，這已經有了豐富的經驗，再計院承擔，現在由企業(yè)自己決定，通常設計院不大爐子的備數還缺乏實踐經驗。爐子是要維護對此提出異議，企業(yè)給設計院提供工藝包便是。的，維護的強度該是多大，目前沒有一個準確的近年正在建設的大型煤氣化項目中，大多數經驗值。項目的煤氣化技術選擇得比較合理，為新工藝的有人主張爐子備能，即不單獨備爐，每臺爐成功運行奠定了基礎，例如費托合成的煤制柴子只開設計能力的80%，五臺爐子相當于備了油、MTO甲醇制烯烴兩個示范廠的順利運行，一臺。這實際上是不同的說法，就是四備- - 。不可否認煤氣化技術的選擇合適為其奠定了基.這個問題應該由目前的生產企業(yè)好好總結。礎。但是有的項目并不完全是這樣，煤氣化技術目前典型的例子是2000t級GSP爐四備-一，選擇不佳拖了全系統(tǒng)運行的后腿。開車兩年沒有達到設計能力。方法的選擇不是對與不對的問題，而是合理.筆者認為，如果-一個企業(yè)每天都在修爐子，與不合 理的問題,將來的歷史會證明:實踐是最說明已經沒有余地了,一旦有應急的情況，只能好的回答。減產。因此，備爐也需要有合適的數量。參考文獻:4結語[1]張興剛.煤制油技術:能源替代殊途同歸[N]. 中國化工報，2013-09-05 .中國煤氣化技術的進步是有目共睹的，設.[2]于孟林.褐煤制備高濃度水煤漿實現重大突破[N]. 中國.計、制造、安裝和生產都有成套的經驗，說世界能源報，2013-07-08.