气化炉

煤间接液化中的煤气化技术

煤气化技术是一个比较成熟的技术，从1880年德国设计了世界上第一台常压移动床空气间歇气

化炉到现在开发出的各种气化技术，煤气化技术已经在全世界特别是中国的煤化工工业中遍地开花。目前已经工业化的煤气化技术主要有三类：以Lurgi技术为代表的固定床气化技术、以HTW技术为

代表的流化床气化技术和以Texaco、Shell、中国多喷嘴对置气化技术为代表的气流床气化技术。

气流床气化炉气化温度与压力高、负荷大，煤种适应范围广，是目前煤气化技术发展的主流。国外

已工业化的煤气化气流床煤气化技术主要有以水煤浆为原料的GE（Texaco）气化技术、Global E-Gas气化术，以干粉煤为原料的Shell气化技术、Prenflo气化技术、GSP气化技术等。

下面我们将主要介绍几种气化气流床技术：

干煤粉加压气化技术

GSP加压气化技术：采用 GSP 气化炉，入炉前煤必须经过干燥、磨细这两个步骤。将处理后的

原料煤从气化炉顶部输入，从底部排渣。炉内有水冷壁内件，属于单烧嘴下行制气。目前世界上采

用 GSP 气化工艺技术的有 4 家，但都没有用于气化煤炭。由于采用水激冷流程，GSP 气化炉的投

资比Shell 气化炉省，更适用于煤化工生产。已开工正常生产的项目有神华宁夏煤业集团有限责

任公司的甲醇制烯烃项目、山西兰花煤化工有限公司合成氨及甲醇项目、加拿大能源公司的IGCC

项目和美国能源公司的天然气项目。

Shell煤气化技术：如右图Shell气化炉内

部。Shell煤气化技术是目前世界上第二代煤

气化工艺中比较先进的一种。加压条件下将煤

粉、氧气及少量水蒸汽并流从气化炉下部进入

气化炉内，可以在短时间内完成升温、挥发分

脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理化学过

程，同时气化产物中 CO2的含量很少，生产以

H2和 CO 为主的合成气。Shell煤气化技术可用于气化褐煤、烟煤、无烟煤、石油焦等高灰熔点的煤。在操作过程中如需添加助熔剂，则可以将助熔剂和原料煤在磨煤机中混磨。这种气化炉采用水

冷壁，无耐火砖衬里。熔融灰渣沿水冷壁而下，排入炉底水槽。水冷壁内壁涂有一层 SiC 耐火材料，使熔渣在水冷壁上结成固体熔渣层，从而达到以渣抗渣的目的。国内引进的Shell气化装置都

以合成氨、甲醇为目标产品，以干煤粉进料，通过高压氮气气动输送入炉，而且对输煤粉系统的防

爆要求严格。由于我国引进的气化装置仅有一个气化炉，气化炉产蒸汽量不足是个很大的问题，所以该技术现在在我国市场前景并不大。

HT-L粉煤气化工艺：T-L煤气化工艺是航天十一所借鉴荷兰Shell、德国GSP、美国Texaco煤气化工艺中先进技术，配置自己研发的盘管式水冷壁气化炉而形成的一套结构简单、有效实用的煤气化工艺。航天炉的主要特点是具有较高的热效率（可达95%）和碳转化率（可达99%）; 磨煤与干燥系统的工艺流程都与Shell工艺相同，没有单独的石灰石加入系统，只是利用皮带秤通过比值调节将粒状石灰石加到输煤皮带上，一块进入磨煤机研磨;烧嘴设计同GSP，采用单烧嘴顶烧式气化，气化炉采用Texaco激冷工艺，气化炉为水冷壁结构，能承受1500℃至1700℃的高温,气化炉升压到1MPa时，煤粉及氧、蒸汽混合以一定的氧煤比进入气化炉，稳压1小时挂渣，炉膛内设置有8个温度检测点，可以作为气化温度的参考点，也可以判断挂渣的状态。HT-L炉结合了所有先进的技术于一身，并应用了航天发动机技术在烧嘴部位，解决了Texaco需要经常换烧嘴的难题。同时航天炉对煤种要求低，从较差的褐煤、次烟煤、烟煤到石油焦均可作为气化的原料，即使是高灰分、高水份、高硫的煤种也能使用。同时在经济方面也比其他技术更加适合。

水煤浆加压气化技术

Texaco水煤浆加压气化工艺技术：德士古水煤浆加压气化工艺是将原料煤磨制成水煤浆后由泵送至气化炉顶部，单烧嘴下行制气的湿法进流床的一种。以水煤浆送入炉系统，比干粉煤加压气化方法要简单、安全，投资少且单炉生产能力大。德士古水煤浆加压气化工艺技术对原料煤适应范围广泛，但要求原料煤含灰量较低，如气煤、烟煤、无烟煤、高硫煤及低灰熔点的劣质煤、石油焦等均可用作气化原料。而且高温抗渣对耐火砖衬里会产生限制，所以一般要求煤的灰熔点在还原性气氛下的温度小于1300℃，对于灰熔点稍高的煤，可以添加石灰石作助熔剂，降低灰熔点。同时灰渣黏温特性好，黏温变化平稳，煤的成浆性能要好。气化系统的热利用以两种形式存在：一种是废热锅炉型，将煤气中的显热副产高压蒸汽进行回收，用于联合循环发电；另一种是水激冷型，制得的合成气水气比高达1.3-1.4，能满足后续 CO 变换工序的需要，变换工序不需要外供蒸汽，通常制氢、制合成氨、制甲醇等化工产品。气化系统不需要外供过热蒸汽及输送用于原料煤气化的 N2或CO2。气化系统总热效率高达 94%~96%，高于 Shell 干粉煤气化（91%~93%）和GSP 干粉煤气化（88%~92%）。缺点是气化用原料煤受气化炉耐火砖衬里的限制，适用于低灰熔点的煤，碳转化率较低。而且气化装置的比氧耗和比煤耗较高，耐火砖寿命较短，一般为 1~2 年，国产砖寿命为1年左右，气化炉烧嘴使用寿命较短，一般使用 2 个月后，需停车检查，维修或更换喷嘴头部。气化炉热电偶寿命较短，由于热电偶需要穿过炉膛各层测量温度，受到炉膛温差不同影响的剪切力使热电偶在一周左右就会损坏，所以指示炉膛温度方面有所欠缺。

多喷嘴水煤浆加压气化工艺技术：

该技术是华东理工大学、兖矿鲁南化

肥厂和中国天辰化学工程公司合作开

发的煤气化技术，属于多烧嘴下行制

气，气化炉内用耐火砖衬里。同时该

技术还对合成气净化工艺和含渣废水

处理工艺做了改进和创新。山东兖矿国泰化工有限公司建设有 3套气化炉系统，用于生产甲醇、

醋酸、发电。其工艺大致为：煤与水、煤浆添加剂进入煤磨机,制得质量分数 60%-65%的煤浆 , 经

煤浆给料泵加压后进入4只工艺烧嘴;来自空分装置的纯氧分4路经氧气流量调节后进入工艺烧嘴。水煤浆与氧气一同通过工艺烧嘴喷入气化炉,在气化炉内形成撞击反应区,进行部分氧化反应,生成

的粗合成气以及熔渣一起向下进入气化炉激冷室,大部分熔渣在水浴中激冷固化 , 落入激冷室底部,通过静态破渣器后进入锁斗收集,定期排放;粗合成气在气化炉激冷室液位下鼓泡后出激冷室,进入

撞击混合器及旋风分离器,再送水洗塔洗涤除尘,含尘量小于1mg/m3( 标态 ) 的合成气分成两股,一

股去燃气发电装置,一股去甲醇生产装置用于燃气轮机和蒸汽轮机联合循环发电的水煤气经有机硫

水解槽水解后送NHD脱硫系统,脱硫后的煤气进入燃气轮机发电,烟道气直接进入余热锅炉产生蒸汽,产生的蒸汽并入管网带动蒸汽轮机发电与采用Texaco水煤浆气化技术的兖矿鲁南化肥厂同期运行

结果相比，其优点在于：碳的转化率提高 2%-3%；有效气成分提高 2%-3%， CO2含量降低2%-3%；

比氧耗降低 7.9%，比煤耗降低 2.2%。

目前我国在用在建的煤气化装置大多是国产装置，很多煤化工企业也转向化工设备制造，比如

鲁西化工集团，大型设备技术基本处在国际领先地位，国内的气化装置更加符合系统优化，价格合理，维护成本低的要求。