净化空气分成二股：一股直接进入冷箱经主换热器被冷却至接近露点，入精馏塔下塔进行预分离，另一股导入增压机，入增压机的空气又被分为二股：一股从增压机的中间级抽出，在高压氮换热器中冷却液化，然后通过节流降压而补充装置运行所需的冷量；其余的从增压机的最终级压出，再分为二路：一路通过高压氮换热器的上半段冷却后，入膨胀机进行绝热膨胀制冷，然后导入下塔；另一路通过膨胀机的增压透平进一步升压后与高压液氧（一部分与高压液氮）换热而液化，然后节流降压，节流后的气体并入下塔，液体空气直接导入上塔分离或一部分先入下塔预分离。
从精馏塔上塔底部抽出液氧，由液氧泵加压至5.0MPa，复热气化后出冷箱，作为产品氧气送气化装置。
从主冷凝器抽取液氮，经液氮泵加压至6.0MPa，复热气化后出冷箱，去备煤装置输送煤粉用。
由下塔顶部抽出0.6 MPa气氮，经主换热器复热后出冷箱，一部分供备煤装置干燥系统用氮，一部分供酸性气体脱除装置用氮，剩余部分供给公用工程用户。
上塔顶部引出的不纯氮气经换热器复热后出冷箱。由于其干燥无水，一部分作为分子筛再生用氮，一部分入水冷却塔，通过气提使循环冷却水得到冷却；剩余部分送仪表空压站作气源。 5.3 煤气化技术
本装置是将原料煤通过煤气化炉，获取以合成气(CO+H2)为主要成分的煤气，装置日处理煤量为5010t，由3台日处理煤量2000t的气化炉组成，设置3个系列，每个系列1台，采用未来能源公司（FUTURE ENERGY GmbH，简称FE）的GSP加压粉煤气化技术。
5.3.1 煤气化工艺技术选择
现代先进的煤气化技术主要包括：德国未来能源公司的GSP粉煤加压气化技术、荷兰Shell公司的 SCGP粉煤加压气化工艺、美国Texaco公司的水煤浆加压气化工艺、美国Cococo Phillips公司的E-gas两段水煤浆加压气化工艺、德国Lurgi公司的Lurgi块煤加压气化工艺和德国的HTW流化床气化工艺。
在水煤浆加压气化工艺中，E-gas工艺的技术指标较好，但操作经验较少，商业应用不多。Texaco工艺近十年来在中国的化肥和甲醇工业中有四套商业应用的业绩，另有几套装置在建设中。
Lurgi工艺是最早工业化的加压气化工艺，是一种固定床块煤气化工艺。Lurgi工艺以块煤为原料(粒度6mm～50mm)，适用于不粘结或弱粘结性和灰熔点较高的褐煤和活性好的次烟煤煤种。世界上使用Lurgi工艺的工业装置较多，操作经验比较丰富，氧气消耗较低；但煤气中CH4 含量高(约10%，干基)，有效气体(CO+H2)含量相对较低，比较适合于城市煤气的生产或多联产系统。Lurgi工艺副产的煤气水中焦油及酚含量高，污水处理较为复杂。国内有两家化肥厂和两家城市煤气厂采用此工艺技术。
Shell公司的SCGP工艺和FE公司的GSP工艺都是干煤粉加压气流床气化工艺，
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是最先进的煤气化工艺之一，二者均已被成功地用于联合循环发电工厂或甲醇联产的商业运营，同时这两种工艺在国内的商业装置也正在兴建或引进中。
流化床气化技术在德国已得到工业应用，在朝鲜、印度也有长期的运行经验。美国的U-Gas、KRW等技术在气化炉排灰含碳、飞灰循环等方面取得了实际进展，但最成熟的还是德国的HTW工艺技术。
目前国际上技术比较成熟，工艺指标比较先进、业绩较多的GSP工艺、SCGP工艺、HTW工艺、Lurgi工艺和Texaco工艺的比较见表5-6。
表5-6 煤气化工艺比较
GSP粉煤 气化 Shell粉煤 气化 Texaco水煤浆 气化 HTW流化床 气化 Lurgi块煤 气化 序号 1 项 目 气化工艺 气流床、液态气流床、液态排气流床、液态排流化床、固态排固定床、固态排排渣 渣 渣 渣 渣 褐煤、次烟煤、褐煤、次烟煤、次烟煤、烟煤、次烟煤、烟煤、褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤、烟煤、无烟煤、油渣等 油渣等 无烟煤等 油渣等 油渣等 2.0~4.0 1400~1600 2500 2.0~4.0 1400~1600 2500 4.0~6.5 1300~1400 2000 1.0~2.5 950~1100 2000 2.0~3.2 950~1250 1000~1300 2 3 4 5 适用煤种 气化压力(MPa) 气化温度(℃) 单炉最大处理能力 (t/d) 1000Nm3有效气耗氧量, (Nm3) 碳转化率, (%) 冷煤气效率,(%) 有效气含量,(%) 6 7 8 9 10 11 12 13 330~360 ? 99 78~83 ～90 330~360 ? 99 78~83 90~94 380~430 96~98 70~76 ~80 90~95 70~110 高 较低 260~340 90~95 68~75 70~80 95 70~110 高 低 267~350 88~95 65~75 ~65 80~90 30~110 高 低 总热效率,(%) 90（激冷流程） 98（废锅流程） 操作弹性,(%) 技术成熟度 建厂投资 50~130 高 较低 50~130 高 较高
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因本项目所使用的原料煤属气煤或1/3焦煤，具有一定的粘结性，不适宜Lurgi炉操作，同时Lurgi工艺受原料粒度的限制、合成气产率较低、气化副产物处理复杂等不利因素，在此不适于采用，因此，只将GSP工艺、SCGP工艺、HTW工艺和Texaco工艺比较说明如下：
(1) HTW流化床气化工艺
HTW流化床气化工艺由德国Rheinbraun-AG（RWE-Group）开发，是在常压温克勒气化工艺的基础上改进开发的，主要提高了气化炉操作的温度和压力，主要适合于褐煤气化，其在Wesseling示范厂最大规模已达到1500t/d，高效而且成本低廉。其主要特点如下：
? 直接以粉煤为原料，一般入炉原料煤粒度为0mm～10mm，原料易得，制备简单。
? 适应煤种范围宽，除一般用于气化的非粘结性煤种，如褐煤、长焰煤、次烟煤等化学活性高的煤种外，经适当处理也可气化具有一定粘结性的煤种。
? 气化强度高，流化床气化炉的气化强度为等规模固定床气化炉的3倍～4倍，加压气化能改善流态化操作，同时显著提高气化强度。
? 环境特性好，煤快速干馏，挥发物被充分裂解，因而气化过程不产生焦油类物质，煤气冷凝液中的有机物质较少，净化系统简单。
? 气化炉在1000℃左右的操作温度下进行气化，对设备、材质无苛刻要求，过程控制及设备可立足国内。
? 煤气离开流化床气化炉时夹带较多飞灰，且含碳量较高，需进行适当处理。 (2) Texaco水煤浆气化工艺
Texaco公司在渣油部分氧化技术基础上开发出水煤浆气化技术，1978年首次推出此气化工艺。过去十多年中，在美国、日本和中国相继建成多套生产装置，取得了一定的运行经验。其主要特点如下：
? 煤种适应性较强。各种烟煤和石油焦均能使用，主要以年轻的烟煤为主，对煤的粘结性、热稳定性没有严格的限制。根据国内运行经验，为保证装置长期稳定操作，气化用煤的灰熔点FT宜低于1350℃，煤的灰份含量最好不超过13%，最高内水分不超过8%，操作温度下的灰渣粘度控制在20Pa·s～30Pa·s时，更有利于操作。
? 气化压力高。水煤浆气化压力范围在4.0MPa～6.5MPa之间，提高气化压力，可缩小设备体积，有利于降低能耗。
? 气化技术成熟。制备的水煤浆用泵输送，操作安全，便于计量。气化炉内砌有多层耐火砖，无机械部件，气化装置通常设置备用系列，以提高年运转率，料浆喷嘴和耐火砖磨损消耗高，运行成本较高。
? 煤气中有效气(CO+H2)较高约80%，冷煤气效率为70%～76%，由于水煤浆含有约35%水分，因而氧耗较高。
? 气化流程的热回收有激冷和废锅两种形式，可根据产品气的用途加以选择。
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? 气化炉高温排出的融渣，冷却粒化后，性质稳定，可作水泥等建筑材料，排水中不含焦油、酚等污染物，经过处理后可以循环使用或达标后排放。
? 为保证生产的连续运转，一般需设置备用气化炉。 (3) SCGP气化工艺
Shell公司在渣油气化技术取得工业化成功经验的基础上，于1972年开始从事煤气化的研究。1978年第一套中试装置在德国汉堡建成并投入运行。1987年在美国休斯敦附近的日投煤量250t～400t示范装置建成投产。1993年在荷兰Buggenum的日投煤量2000t的大型商业用气化装置建成投产，用于联合循环发电。目前正在中国洞庭化肥厂建设一座日处理2000t煤的气化装置，预计2005年建成投产。其他十多套装置也在建设或设计中。该气化装置为单系列操作，装置的开工率在90%以上。这些装置的生产实践证明，SCGP气化技术是先进可靠的。其主要特点如下：
? 对气化原料有较宽的适应性，固体原料中的褐煤、烟煤、无烟煤和石油焦均可气化，对煤的活性没有要求，对煤的灰熔点适应范围比其它气化工艺可以更宽。对于高灰份、高水份、含硫量高的煤种也同样适应。
?气化温度约1400℃～1600℃，碳转化率高达99%以上，产品气体洁净，不含重烃，甲烷含量极低，煤气中有效气体(CO+H2)达到90%以上，从而降低了煤的耗量。
? 由于是干法进料，与水煤浆气化工艺相比，氧耗降低15%～25%，因而与之配套的空分装置规模可减少，投资降低。
? 单炉生产能力大，目前已投入运转的气化炉气化压力为3.0 MPa，单台炉日处理煤量已达2000t～2500t，更大规模装置已能设计。
? 热效率高，冷煤气效率78%～83%。其余15%～20%热能被回收为中压或高压蒸汽，气化总的热效率约为98%。
? 气化炉采用竖管水冷壁结构，无耐火砖衬里，设备维护量较少。气化炉内也无转动部件，运转周期长，生产装置无需配置备用炉。
? 气化炉烧嘴及控制系统安全可靠。Shell公司气化烧嘴设计寿命为8000小时，Demkolec电厂使用烧嘴4年未出现问题。气化操作采用先进的控制系统，设有必要的安全联锁，使气化操作处于最佳状态下运行。
? 炉渣可用作水泥渗合剂或道路的建筑材料。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。气化污水量少，有害组份较低，容易处理，可达标排放。
(4) GSP干煤粉气化工艺
GSP加压气流床气化技术是由前东德的德意志燃料研究所开发，始于上世纪70年代末。最初的目的是用高灰分褐煤生产民用煤气，并在弗来堡 (Freiburg)建立了一套 3MW中试装置。80年代初，在黑水泵电厂建立了一套130MW商业化装置，原料处理能力为 30t/h，84年建成并投入运行，该装置运行了10年而气化炉的喷嘴和水冷壁仍可使用。该工艺在1991到2002年随产权公司的变更，至2002年由FE公司所有。
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GSP工艺已经过多年大型装置的运行，已先后气化了80余种原料，不仅可以气化高硫、高灰等劣质煤，而且可以气化工业废料、生物质等，煤气中CH4含量很低，很适合生产合成气，气化过程简单，气化炉装置生产能力大，装置的开工率在95%以上。这些装置的生产实践证明，GSP气化技术是先进可靠的。目前国内已有多家企业对GSP技术接触。其主要特点如下：
? 对气化原料有较宽的适应性，且可同时气化固体原料和液体原料。固体原料中的褐煤、烟煤、无烟煤和石油焦均可气化，对煤的活性没有要求，对煤的灰熔点适应范围比其它气化工艺可以更宽。对于高灰份、高水份、含硫量高的煤种也同样适应。
?气化温度约1400℃～1600℃，碳转化率高达99%以上，产品气体洁净，不含重烃，甲烷含量极低，煤气中有效气体(CO+H2)达到90%以上，从而降低了煤的耗量。
? 由于是干法进料，与水煤浆气化工艺相比，氧耗降低15%～25%，因而配套之空分装置规模可减少，投资降低。
? 单炉生产能力大，目前已投入运转的气化炉气化压力为3.0 MPa，单台炉日处理煤量720t，已设计日处理量为2000t及4000t级的更大规模装置。
?冷煤气效率78%～83%。GSP一般采用激冷流程，即用水将煤气直接冷却至200℃以下，气化热效率约为90%。
? 气化炉采用环管水冷壁结构，无耐火砖衬里，设备维护量较少。气化炉内也无转动部件，运转周期长，生产装置无需配置备用炉，水冷壁寿命在10年以上。
? 气化炉烧嘴及控制系统安全可靠，启动时间短只需约1h，设计寿命至少为10年，其间仅需要对喷嘴出口处进行维护，气化操作采用先进的控制系统，设有必要的安全联锁，使气化操作处于最佳状态下运行。
? 气化炉体下段采用激冷形式，可有效节约粗煤气后处理的投资。
⑨ 炉渣可用作水泥渗合剂或道路的建筑材料。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。气化污水量少，有害组份较低，容易处理，可达标排放。
从以上分析可以看出，Texaco水煤浆气化工艺，GSP煤粉气化工艺，SCGP煤粉气化工艺和HTW流化床气化工艺都是先进的技术。对比各种工艺的技术特点，从气化原料的适应性、碳转化率、冷煤气效率等方面看，GSP和SCGP工艺都具有一定的优势，但在气化高灰熔点煤种方面，GSP允诺可以气化FT在1500℃以上的煤种，同时GSP工艺装置投资要比SCGP工艺低很多，从技术和经济两方面考虑，本研究推荐采用FE公司的GSP气化工艺技术。
本项目气化用煤灰熔融性温度FT高达1610℃（GSP技术供应商提供），为使灰熔融成渣，达到理想的灰渣熔融状态，可考虑在气化时添加少量石灰石。优化考虑经济成本和技术可行性后，初步按添加4％石灰石设计，添加石灰石后煤灰熔融性温度FT降低约80℃，即降低到1550℃以下，这个温度对GSP气化工艺是完全允许的，此时氧耗约为336Nm3(O2)/1000Nm3(CO+H2)，按上述指标考虑该方案基本是可行的，但具
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