生产能力提高，气相分压增大，气化反应加快，停留时间延长，则使碳的转化率提高。
E 煤浆浓度
煤浆浓度高，黏度小，气化效率高，产率高，利于气化。因此，制浆过程中会配一定量的添加剂来改善煤浆浓度到最佳气化要求。
2.4 气化工艺选择 2.4.1 煤气化方法的分类
煤气化无统一的标准，有多种分类方法：①按气化炉传热方式可分为外热式 (间接传热)和内热式 (直接传热)两类。②按煤气热值可分为低热值煤气 (<8340kJ/m)，中热值煤气 (16000－33000 kJ/m)和高热值煤气(>33000 kJ/m)三类。③按煤与气化剂在气化炉内运动状态可分为移动床 (固定床)流化床 (沸腾床)气流床和熔融气化方法。④按气化炉压力、气化炉排渣方式、气化剂种类、气化炉进煤粒度和气化过程是否连续等进行分类的。
按照固定床、流化床、气流床进行分类不同气化炉型技术比较分别列于表1 、表2和表 3。
表1－ 固定床气化不同方法的比较
气化 方法 间歇气化 气化方法
空气 富氧 纯氧
炉型 UGI 发生炉 改良UGI Lurgi炉
气化炉直径/mm φ3000 φ3000 φ3000 φ3000
煤种
氧气含量/%
气化压力/ MPa
CO
焦炭 无烟煤 焦炭 焦炭
21.8 21.8 约50 》95
常压 常压 常压 2.0~3.0
32.4 25.9 37.8 18.5
H2 38.5 15.3 29.4 39.0
粗煤气组成/% CO2 7.1 6.7 14.0 31.1
O2 0.3 0.1 0.1 0.5
N2 21.4 51.2 18.2 2.4
333间歇 气化
煤气热冷煤气化强值气效度/(KJ/m3) 率/% /m3/(m2
.h) 8347 5208 8122
75.0 1.0 80.0
1060 1250 2290
产气率 φ(CO+H/(m3/kg) 2)
含量/% 2.08 3.54 2.71
70.9 41.2 67.0
氧耗/m3/m3 /(CO+H2)
0 0 0.214
煤耗/Kg/m3 (CO+H2) 0.600 0.686 0.542
蒸汽耗 /Kg/m3 (CO+H2) 0.905 0.350 0.519
间歇 气化
空气 富氧
纯氧 9578 项目
82.0
》3000 2.63 HTW炉
57.0 0.326 U－gas型炉
φ1.2－φ2.6 15.3－18.5 褐煤、木屑 0－6 ＜3 120－260
0.22－2.7 950－1050 900－980 250－285
0.6－0.7 2.80－2.90 0.45－0.72 4680－4970
15－16 20－21 8－9 0.8－1.5 0.2－0.3 5.6－5.7 5.2－5.4
0.677 1.346
表2 － 流化床气化炉技术指标 气化炉规格
炉膛内径/m 气化炉总高/m 原料煤种 入炉煤粒度/mm
入炉煤含水量/％(质量分数) 气化炉进煤量/(t·d气化条件
气化压力/kPa
气化温度/ ℃ 炉顶温度/ ℃ 入炉蒸汽温度/ ℃
消耗定额
氧气消耗率/[m3(标) .kg (煤)] 空气消耗率/[m3(标) ?kg (煤)] 蒸汽消耗率/*kg?kg (煤)] 粗煤气产率(标态)/[m3.t (煤)] 干煤气组成
H2/％(体积分数) CO/％(体积分数) CO2/％(体积分数) CH4/％(体积分数) O2/％(体积分数) N2/％(体积分数)
煤气低热值(标态)/(MJ·m
?3?1灰熔聚流化床
φ2.4－φ3.0 15－18 烟煤，焦炭 0－8 ＜3 120－216
0.03－0.05 950－1100 950－1000 280－310
0.47－0.54 2.0－2.5 0.6－0.8 2200－2400
38－39 31－32 21－22 1.8－2.1 0.2－0.4 4.0－4.6 5.4－5.6
)
φ2.2－φ3.7 16－23 褐煤、次烟煤
0－10 ＜12 168－284
1.0－3.0 950－1050 900－950 250－300
0.486 2.8－3.1 0.52 1600－1850
32－34 36－38 9.0－10.0 2.0－2.2 0.2－0.3 0.6－1.3 8.3－8.5
)
表 3－ 气流床气化炉技术指标 项目 气化炉规格
炉膛内径/m 气化炉总高/m 原料煤种 入炉煤粒度/mm 入炉煤含水量/％(质量
分数) 气化炉进煤量/(t·d气化条件
?1Texaco炉
φ1.67－φ3.048
14.27－18.25 低灰熔点烟煤 ＜0.076占70％
500－2000 168－284
Shell炉
φ4.5 15.3－18.5 烟煤
＜0.15占90％
＜2.0 400－2000
K－T
φ2.0－φ3.50
15－18 烟煤
＜0.076占80％
＜2.0 430－860
)
气化压力/kpa 气化温度/ ℃ 入炉蒸汽温度/ ℃
加煤方式 消耗定额
氧气消耗率/[m3(标) .kg (煤)] 蒸汽消耗率/*kg?kg (煤)] 粗煤气产率(标态)/[m3.t
(煤)] 干煤气组成
H2/％(体积分数) CO/％(体积分数) CO2/％(体积分数) CH4/％(体积分数) CO+ H2％(体积分数) N2+Ar/％(体积分数) O2/％(体积分数) 煤气低热值(标态)/(MJ·m
?33.8－6.5
1400－1500 不加蒸汽 水煤浆
0.62－0.65
0 1.9－2.1
35－36 45－46 1.7－1.8 0.02－0.03 80－82 0.6－1.3 0.1－0.2
9.6－9.72
2.0－4.0 1400－1700
250 干煤粉
0.56－0.57 0.13－0.15
1.7－1.86
26－28 61－63 1.8－3.8 0.01－0.02 89－92 0.7－0.8 0.1 10.5－11.0
0.03－0.05 1500－1600 250－260 干煤粉
0.60－0.65 0.4－0.5
1.75－1.80
26.5－27.5 63－65 1.5－2.0 约0.1 89.5－93.0 4.3－5.4
11－12
)
2.4.2气化工艺选择
2.4.2.1德士古水煤浆气化工艺
德士古水煤浆工艺具有以下特点： （1）煤种适应性广
德士古水煤浆气化在理论上可以广泛利用各种煤种,包括高水份、高灰份、高硫份、高粘结性的煤。
国内实际生产中主要以烟煤为主,对煤的活性没有严格要求,但对煤的灰熔点有一定要求。 （2）生产的连续性
德士古水煤浆气化工艺采用连续进料、液态排渣,在排渣时不影响气化炉运行,克服了固定层气化方法间歇性排渣的缺点,提高了生产的连续性。 （3）降低了气体压缩功耗
德士古水煤浆气化工艺采用加压气化,煤浆的压力由煤浆泵提供。氧气压力由液氧泵提供，视后工序生产压力,一般其压力等级分为2.7MPa、4.0MPa、6.5MPa、
8.5MPa等,因此，气化后的气体压力较高，可以省去了后工序气体压缩所需的大量功耗。 （4）气化强度高
气化炉结构简单，气化强度高，设备体积小，布置紧凑，生产能力大。例如1台直径3200mm的气化炉，在4.0Mpa压力下进行, 可以日产合成氨760吨。 （5）热量回收利用
德士古水煤浆气化在高温(1400℃左右)、高压(2.0～8.5MPa)下进行生产,采用激冷流程或废热锅炉的方式回收热量。由于温度、压力较高,其回收的热量具有较高的利用价值,可以副产不同压力等级的蒸汽以及用于联合发电等。激冷流程一般适用于合成氨和甲醇的生产,废热废锅流程一般用于联合发电和合成油。 （6）有利于环境保护
由于德士古煤气化工艺是在高温下进行,产品气中不含有焦油、酚等大分子烃类,废水中主要是含氰化合物,远比其他方法生产的废水易于处理。同时气化系统的水在内部循环使用,外排量很少。并且可以将难于处理的工业废水(如含酚废水)用于水煤浆的配制,大大减轻了对环境的污染。气化排出的废渣可用于建筑材料(如水泥熟料)的生产。 （7）控制系统先进、可靠
德士古水煤浆气化工艺采用了先进的DCS集散控制系统,自动化程度高。为了使装置运行安全可靠,系统中设置了复杂的安全联锁。 （8）一次性投资较小
由于德士古煤气化工艺专利权属于德士古公司所有,并且重要的设备、阀门、仪表需从国外引进,专利费比较高。目前该装置的国产化程度比较高，装置建设投资数额不大。
2.4.3shell生产工艺
壳牌 (Shell)干煤粉气化工艺是壳牌 (Shell)公司开发的煤粉气化工艺，具有鲜明的技术特色，是当前先进的第二代煤气化工艺。早在1972年就开始基础研究，1978年德国汉堡壳牌150 t/d投煤量中试装置运行几年并取得丰富的基础数据。1987年在美国休斯顿建设了一套投煤量250 t/d的示范装置，在此示范装置中壳牌公司使用了十几种煤，包括烟煤、无烟煤、褐煤、石油焦等，其运行表明，该示范装置能适应上述所有煤种并累计运行了15000小时。在取得大量数据基础上，于1993年在荷兰建成日处理煤量为2000吨的单系列大型气化装置，1994年首次将生产的煤气用于发电，并且使用了多种世界各地煤种，取得了丰富的数据。该煤气化装置用于联合循环发电经过3年示范运行，已于1998年1月正式交付用户使用，气化装置连续运转率达95％，其负荷可在40－100％之间调整，生产操作数据表明已达到预期目标。
壳牌粉煤气化工艺具有如下特点：
A 采用干煤粉作气化原料，煤粉用惰性气输送，操作十分安全。对煤种的
适应性比较广泛，从较差的褐煤、次烟煤、烟煤到石油焦均可使用；对煤的灰熔点适应范围比其它气化工艺更宽，即使是高灰分、高水分、高硫的煤种也能使用。 B 气化温度高，一般在1400－1600 ℃，碳转化率高达99%，合成气质量好。煤气中甲烷含量极少，不含重烃组分，CO+H2 含量可达到含量可90%。由于气体中有效组分含量高，煤气总量有所减少，因而气化消耗煤量也可降低。 C 氧耗低。采用干煤粉进料与水煤浆进料气化法相比不需在炉内蒸发水分，氧气用量因而可减少15－25%，从而降低了生产成本。配套空分装置规模相对缩小，投资也可相应降低。
D 气化炉采用水冷壁结构，无耐火砖衬里。水冷壁设计寿命按25年考虑。正常使用维护量很小，运行周期长，也无需设置备用炉。商业化运行单台炉日处理煤量已达2000吨，目前，正在设计更大规模的装置。
E 每台气化炉设有4－6个烧嘴，故对生产负荷调节比Texaco单个烧嘴更为灵活，范围也更宽。Shell烧嘴保证寿命为8000小时，已超过连续16000小时运行。烧嘴的使用寿命长，也是气化装置能长期运行的一个重要保证。
F 热效率高。Shell煤气化的冷煤气效率达到78－83%，其余－15%副产高压或中压蒸汽，总的原料煤的热效率达98%，处于很高水平。
G 对环境影响小。气化过程无废气排放。系统排出的融渣和飞灰含碳低，可作为水泥等建筑材料，堆放时也无污染物渗出。气化污水不含焦油、 酚等，容易处理，需要时可作到零排放。
2.4.4熔融床气化工艺
熔融床气化炉是一种气-液-固三相反应的气化炉，燃料和气化剂并流进入
炉内，煤在熔融的渣，金属与盐浴中直接接触气化剂而气化，生成的煤气由炉顶道出，灰渣则以液态和熔融物一起溢流出气化床。
炉内温度很高，燃料一进入床内便迅速被加热气化，因而没有焦油类物质生成。熔融床不同于移动床，沸腾床和气流床，对煤的粒度没有过分的要求，大部分熔融床气化炉适应磨得很粗的煤，也包括煤粉。熔融床也可以适应强粘结性煤，高灰煤和高硫煤。熔融床的缺点是热损失大，熔融物对环境污染严重，高温熔铁盐对炉体造成严重腐蚀。
2.4.5鲁奇加压气化炉工艺
（1）原料选择
加压气化所应的煤种有无烟煤、烟煤、褐煤等。煤的活性高，能在较低的温度下操作，降低氧耗，并能提高气化强度和煤气质量，因此煤的活性越高越好，加压气化也可以采用弱黏结性煤种，炉内需设搅拌破黏装置，依靠浆叶的转动，将结块打碎。
（2）生产过程控制
气化炉的生产能力高，以水分含量为20%-25%的褐煤为原料，气化炉的气化强度在2500kg/(m2.h ) 左右，比一般的常压气化强度高4-6倍，所产煤气的压力高，可以缩小设备和管道尺寸。
（3）气化产物
压力高的煤气易于净化处理，副产品的回收率高，通过改变气化压力和气化剂的汽氧比等条件，以及对煤净化处理后，几乎可以制的各种比例（H2/CO）的化工合成原料气。