摘要：现代煤气化技术是现代煤化工装置中的重要一环，涉及整个煤化工装置的正常运行。本文分别介绍了中国市场各种现代煤气化工艺应用现状，论述了固定床、流化床、气流床及煤催化气化等煤气化技术的现状及发展趋势，比较了国内外主要的煤气化技术，对当前煤化工技术及产业发展中令人关注的热点，叙述汇总了其工艺特点、应用参数、市场数据等。文章指出应认识到煤气化技术的重要性，把引进国外先进煤气化技术理念与具有自主知识产权的现代煤化工气化技术有机结合起来。
关键词：煤气化；市场应用；气化特点；参数数据分析
前言：煤气化技术是现代煤化工的基础，是通过煤直接液化制取油品或在高温下气化制得合成气，再以合成气为原料制取甲醇、合成油、天然气等一级产品及以甲醇为原料制得乙烯、丙烯等二级化工产品的核心技术。作为煤化工产业链中的“龙头”装置，煤气化装置具有投入大、可靠性要求高、对整个产业链经济效益影响大等特点。目前国内外气化技术众多，各种技术都有其特点和特定的适用场合，它们的工业化应用程度及可靠性不同，选择与煤种及下游产品相适宜的煤气化工艺技术是煤化工产业发展中的重要决策。
1国内外煤气化技术的发展现状
在世界能源储量中，煤炭约占79%，石油与天然气约占12%。煤炭利用技术的研究和开发是能源战略的重要内容之一。世界煤化工的发展经历了起步阶段、发展阶段、停滞阶段和复兴阶段。20世纪初，煤炭炼焦工业的兴起标志着世界煤化工发展的起步。此后世界煤化工迅速发展，直到20世纪中叶，煤一直是世界有机化学工业的主要原料。随着石油化学工业的兴起与发展，煤在化工料中所占的比例不断下降并逐渐被石油和天然气替代，世界煤化工技术及产业的发展一度停滞。直到20世纪70年代末，由于石油价格大幅攀升，影响了世界石油化学工业的发展，同时煤化工在煤气化、煤液化等方面取得了显著的进展。特别是20世纪90年代后，世界石油价格长期在高位运行，且呈现不断上升趋势，这就更加促进了煤化工技术的发展，煤化工重新受到了人们的重视。
中国的煤气化工艺由老式的UGI炉块煤间歇气化迅速向世界最先进的粉煤加压气化工艺过渡，同时国内自主创新的新型煤气化技术也得到快速发展。据初步统计，采用国内外先进大型洁净煤气化技术已投产和正在建设的装置有80多套，50%以上的煤气化装置已投产运行，其中采用水煤浆气化技术的装置包括GE煤气化27套，四喷嘴33套，分级气化、多元料浆气化等多套；采用干煤粉气化技术的装置包括Shell煤气化25套、GSP2套，还有正在工业化示范的LurgiBGL技术、航天粉煤加压气化（HT-L）技术、单喷嘴干粉气化技术和两段式干煤粉加压气化（TPRI）技术等。
2国内常见主要煤气化技术概述
2.1固定床加压气化技术
2.1.1常压固定床煤气化技术
在常压下，将空气、蒸汽等作为气化剂，将煤转化为煤气的过程就是常压固定床煤气化。这个技术较为成熟可靠，具有简单的操作流程、较少的投资和较短的建设周期，因此在被广泛应用于国内冶金、机械等行业的燃气制取工作中；同时在中小型合成氨厂、甲醇厂的合成气制取中都有极其广泛的应用[1]。但是，这种煤气化技术对原料煤有比较高的要求，而且单炉具有较小的生产能力、较高的渣中残碳和在气化为常压煤气时较高的的压缩功耗。随着社会经济和技术的飞速发展，煤气化技术也得到了较大的发展。又由于国家提高了对煤化工准入生产规模的要求，因此，这种技术已经很少在新建的大型煤化工装置中使用了。
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2.1.2加压固定床煤气化技术
加压固定床气化技术的典型代表是鲁奇加压气化技术。该气化技术的原料具有较广的适应范围，除了具有较强黏结性的烟煤不能气化之外，可以气化包括具有较高的可气化灰分的劣质煤在内的从褐煤到无烟煤的所有煤。鲁奇气化炉中的煤和气化剂运动方向是相反的，具有较低的炉温，采用固态排渣。鲁奇加压气化技术较为成熟可靠，具有较高的气化效率、碳转化率等，同时，在各类气化工艺中，它消耗的氧气量较低，而且具有极其简单的原料制备和排渣处理工艺，在城市煤气生产中得到了极其广泛的应用。其缺点是废水量大，水处理系统庞大。目前Lurgi公司推出的MarkⅣ和Mark+有了较大改进；另外采用熔融液态排渣的BGL炉，气化能力大大提高，氧耗、蒸汽耗大幅度降低，废水量显著减少，经处理可实现污水零排放。在我国一些大型的褐煤气化制天然气项目多采用鲁奇炉，BGL炉正在推广应用阶段，前景看好。
2.2流化床气化技术
气化剂由炉底部吹入，使细粒煤（粒度小于6mm）在炉内呈并逆流反应，该技术通常称为流化床气化技术。煤粒（粉煤）和气化剂在炉底锥形部分呈并流运动，在炉上筒体部分呈并流和逆流运动，固体排渣。并逆流气化对入炉煤的活性要求高，同时，炉温低、停留时间短会带来碳转化率低、飞灰含量高、残碳高、灰渣分离困难、操作弹性小等问题。具有代表性的炉型为常压Winkler炉和加压HTW炉、山西煤炭化学研究所灰熔聚技术炉型等。
Shell气化工艺于1972年研究，1993年在荷兰推出，用于燃气发电，投煤量2000t/d。装置包括原料煤运输、煤粉制备、气化、除尘和余热回收等工序，其中干粉煤加压输送需要N2或CO2。壳牌气化炉单炉生产能力大，目前国内已投产的气化炉能力最大为3000t/d。该气化工艺对原料煤适应范围广，如气煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、高硫煤及低灰熔点的劣质煤、石油焦等均能用作气化原料。原料煤含灰量在30％左右也能气化，灰熔点可高达1400～1500℃。壳牌炉的主要特点是干煤粉进料、多喷嘴气化、水冷壁内衬，气化的高温煤气上行进入废锅进行冷却回收热量。冷却后的粗煤气经除尘后去气体净化，其中一部分冷合成气去气化炉循环激冷高温煤气。该工艺具有煤转化率高、冷煤气效率高、有效合成气组分高、高位余热回收效果好、系统无需备炉的优点。存在的不足有：①设备造价高，投资高的主要因素是采用带膜式壁的废热锅炉、高温高压陶瓷过滤器以及激冷循环气压缩机；②激冷用的循环合成气需加压，功耗较大，压缩机也易出故障；③气化关键设备结构比较复杂，制造周期长导致项目建设周期长。
2.3两段式干煤粉加压气化技术
我国自主研发了两段式干煤粉加压气化技术，该项技术是由西安热工研究院开发的，是一项我国拥有自主知识产权的煤气化技术。该项技术采用大量的冷煤气循环，从而起到有效的急冷降温效果，克服了传统煤气化技术中的各项技术缺陷。
2.4GSP的气化技术
德国的德意志燃料研究所（DBI）开发研究出了GSP的气化技术。该项技术以利用高灰分褐煤来生产民用煤气为最初的目的，但后来在弗莱堡（Freibrug），该技术的基础研究和基础工艺验证工作得到了圆满的完成。所有这一切试验的完成都是以一套3MW的中试装置为基础的。
结束语
煤气化技术和产业的发展必须以煤资源的高效利用、环境和生态友好为前提，高效和洁净的煤气化技术是当今煤气化技术发展的主流。气流床技术具有大型化、洁净、高效、煤种适应性强等特点，是当今煤气化发展的主要方向。围绕气流床气化技术，应通过气化炉内多相反应过程调控、优化高温合成气冷却，优化气化工艺，完善关键设备，实现能量的高效转化与合理回收，扩大煤种的适应性，并提高气化装置的可靠性。对于催化气化等新型煤气化技术，应进一步加大基础研究的力度，实现关键技术突破后才可在工程中应用。
参考文献：
[1]汪家铭.BGL碎煤熔渣气化技术及其工业应用［J］.化学工业，2013，29（7）：34-39.
论文作者:张博,苏晓勇
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/19
标签：技术论文; 煤化工论文; 合成气论文; 装置论文; 煤气论文; 工艺论文; 较高论文; 《基层建设》2017年第30期论文;