当前业界开始流行的煤气化组合工艺优劣性分析 （湖南华银（LCC技术）能源技术公司 单鸿）
一、三种煤气化技术的简单对比
1、固定床、流化床、气流床煤气化技术气化炉性能要求见表 1 。
2、结论
固定床技术由于主气化层建立在灰熔融的高温区附近,煤在炉内停留时间长,气化剂在炉内的气流速度低,吹风蓄热,加上采用上、下吹轮番制气,使得炉内热利用率高、蒸汽分解率高,煤气初净化容易,排灰和排气温度都低,炉内热损失少。故具有省氧、省蒸汽、省投资且气化效率高的优势。提高碳转化率和提高整体热效率以及降低运行费用的关键在于优化操作工艺。
流化床技术由于备煤简单,炉温较低而均匀,使工艺简化且方便,
设备制造不复杂,且投资不太大,具有规模适中、操作很容易掌握等优势。提高整体效益的关键在于寻找价格低廉、粘度较小且活性较高的煤源。
气流床技术由于煤种适应性强,炉子操作温度高,热效率高,合成气中有效组分高,原煤和氧耗相对流化床均较低,且具有运行可靠性高、自动化程度高、环保性能良好等优势,是当今世界最先进的煤气化工艺。
二、鲁奇炉碎煤加压气化技术介绍
1、干煤气成分：二氧化碳4％，一氧化碳56%，氢气28%，氮气3%，甲烷7%，其它气体2%。
2、鲁奇炉对煤质的要求：粒度：0－50mm，其中0－5mm﹤25%，灰份：﹤25％，含量：﹤30％，熔点：F3﹤1500℃，对硫含量和挥发份没有特别要求。
3、鲁奇固定床加压气化技术的氧耗低和炉体结构廉价的优势，但气化效率低、废水处理成本高。 三、气流床技术介绍
目前国内流行的煤气化技术有十几种，气流床是大型煤气化技术的主流，主要有Texaco水煤浆气化(亦称GE气化)、Shell粉煤气化和GSP粉煤气化三种。
1、水煤浆气化技术
目前国内的水煤浆气化技术，主要有四种形式，即原德士古气化、多元料浆气化、四喷嘴气化和熔渣－非熔渣气化技术。从原理上来说，这四种技术形式上基本是一致的，即属于“下喷式气流床激冷流程”。区别在于原料不同、喷嘴的方向和位臵、数量不同等。主要特点：
(1)煤种有一定要求,气化用煤的灰熔点FT宜低于1300℃，煤的灰份含量最好不超过12%，最高内水分不超过8%，操作温度下的灰渣粘度控制在20～30Pa之间；
(2)气化压力高,在4.0～8.6MPa之间，提高气化压力，有利于缩小设备体积，降低能耗；
(3)气化技术成熟，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，结构简单；但气化炉的料浆喷嘴和耐火砖磨损消耗高，运行成本较高。
(4)煤气中有效气(CO+H2)约80%左右，冷煤气效率为约75%左右，由于水煤浆含有约40%水分，因而氧耗比干粉进料法高，导致能耗偏高；
(5)气化流程采用激冷形式，比较适合化工产品生产； (6)气化炉高温排出的熔渣，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，但黑水系统容易结垢影响长周期运行；
总之，水煤浆气化需要低灰分、低灰融点的原煤，成浆性也要有一定的要求，水分在气化炉中蒸发升温和反应，消耗大量的氧气和碳元素，因此能耗较高。这个技术已经很成熟，尽管喷嘴五花八门，但早已为各厂商掌握，只是手法不同。
2、干煤粉气化技术
以干煤粉为原料的“下喷式气流床激冷流程”，只是气化炉炉体由耐火砖变为冷却盘管等组成的冷壁，采取熔渣挂壁的办法，冷却盘管可以水进水出，也可以水进汽出。其后出现了几乎性质一样的同类技术如东方炉、五环炉、壳牌惠生炉等。
从发展来看，干煤粉“下喷式气流床激冷流程”将成为大型煤气化技术的主流。由于其对煤种的适应性很大，5年内取代水煤浆气化将成为可能。
另外，现有的水煤浆气化炉将逐步改造成干煤粉冷壁炉，即使还用水煤浆作原料，煤种可以变宽，灰熔点可以提高。
1) Shell工艺特点
Shell煤气化过程是在高温加压下进行的,是目前世界上较为先进的第二代煤气化工艺之一。Shell煤气化属于气流床气化，煤粉、氧气及水蒸气在加压下并流进入气化炉内,在极短时间内完成升温、挥发分脱除、裂解及部分氧化等一系列物理和化学过程。
Shell煤气化工艺原创的本意是用于发电，是IGCC工艺的主体。发电与化工是有区别的，发电用的是煤的能量，因此气化炉的能力是以兆瓦计算的。在IGCC的Shell 工艺中，煤的能量一部分直接转化为中压水蒸气，另一部分能量转化为可燃气体CO、H2、CH4，然后进行燃烧取得能量，最终产品为CO2和水蒸气。因此，Shell 煤气化工艺的目的是为了获得能量。显然，煤气化后应该采用废热锅炉来达到这个目的。
化工煤气化的本质是获取化工物质，主要是以合成气CO、H2和水蒸气为主的化工物质形态。为了后续的化学反应需要，这三种物质要保持一定比例，在此基础上，适当利用这三种物质具有的能量。显然，煤气化后应该采用激冷流程来达到这个目的。
从以上分析可知，废热锅炉流程主要用于发电，激冷流程主要用于化工。
2) GSP的工艺特点
GSP气化的德文原文名称是Gaskombinat Schwarze Pumpe。但是，现在大家说的GSP气化技术，已经与德文原意有出入，实际上GSP的技术是指干煤粉“下喷式气流床激冷流程”，是一种通用简单工艺形式的代名词，切莫一提GSP就是西门子。与Texaco水煤浆气化的区别除了原料外，就是炉壁用环形水管代替耐火砖。
由于GSP工艺简单(见图3)，能耗低，产物合成气的成分比较适宜，操作简单等优点，这一技术为煤化工企业欣赏，普遍乐于采用。
事实上，迄今为止GSP已经有6个分支：西门子的GSP、科林的GSP、航天炉、东方炉、五环炉和壳牌惠生炉。它们在喷嘴上可能有
所区别，但气化炉工艺的化工原理基本上是一致的，都是“下喷式气流床激冷流程”。截至2010年9月国内外总共有3台这样的炉子已经运行过，规模为750 t/d等级的，航天炉已经做到“安、稳、常、满”[4]。实践证明，这种炉形是成功的，有效的。
3、 结论 1)
干粉煤气化是洁净的煤气化工艺,可以使用褐煤、次烟、烟
煤、无烟煤等煤种以及石油焦为原料,也可使用两种煤掺合的混煤,并成功地将高灰分(517%～2415 %,最高35%)、高水分(41 %～3017%) 和高硫分的劣质煤种进行气。对于原料煤和燃料煤价差较大地区有可能使其两者合一,既简化贮运系统又可降低生产成,可见该工艺在煤种应用上有很大灵活性。
2)
G E 水煤浆气化工艺能使用较多煤种:如烟煤、次烟煤、 石
油焦和煤液化残渣。但是在煤种选择上需考虑以下两点:
① 应选用含水低,尤其是内水分低的煤种,否则不利于制取高浓度水煤浆;
② 选用灰融点低和灰粘度适宜的煤种。灰融点FT(T 3)宜低于1300℃,否则会影响气化炉内耐火砖的使用寿命 。 四、组合式气化工艺路线分析
近期，许多企业在选择气化工艺路线时，比较倾向于选择鲁奇碎煤加压气化技术加上水煤浆气化技术，主要原因如下：
1、选择鲁奇碎煤加压气化技术的原因，主要是该技术对原煤煤质及粒径要求不高，技术成熟，造价不高；但存在粉煤无法使用及含酚污水难以处理问题。
2、选择水煤浆气化技术的原因，主要是该技术成熟可靠，可以处理粉煤、工艺本身不产生含酚废水、还能在制浆过程中消纳含酚废水，能够解决鲁奇碎煤加压气化技术的遗留问题；但对含水率高的煤（内水低于8%）不宜处理，能耗较高等。