主要气化工艺对比

气化工艺

● 水煤浆加压气化

①GE水煤浆加压气化工艺

GE水煤浆加压气化法为目前世界上先进的气化技术之一，属气流床加压气化法。其特点是该工艺对煤的适应范围较宽，可利用粉煤，单台气化炉生产能力较大，气化操作温度高，液态排渣，碳转化率高，煤气质量好，甲烷含量低，不产生焦油、萘、酚等污染物。排出粗灰渣可以用做水泥的原料和建筑材料。三废处理简单，易于达到环境保护的要求。生产控制水平高，易于实现过程自动化及计算机控制。

A. 加压水煤浆气化的优点

a）煤种适应性广

年轻烟煤，粉煤皆可作原料，灰熔点要求不超过1350℃，煤可磨性和成浆性好，制得煤浆浓度要高于60%（wt）为宜。

b）气化压力范围大

从2.5~8.0MPa（G）皆有工业化装置，以4.0MPa（G）和6.5MPa（G）较为普遍，气化压力高可节省合成气压缩功。

c）气化炉热量利用

有激冷工艺制得含蒸汽量高的合成气如用于生产合成氨、甲醇、制氢等，在变换工序不需再外加蒸汽，也可采用废锅流程回收热量副产高压蒸汽，但废锅设备价格较高，可择优选用。

d）气化炉内无传动装置，结构比较简单。

e）单位体积产气量大，一台直径3200mm，6.5MPa气化炉产生气体，可日产甲醇1500吨。

f）有效气成分高，CO+H2≥80%（v%），排渣无污染，污水污染小易处理。因高温气化，气体中含甲烷很低（CH4≤0.1%），无焦油，气化炉排渣无污染可用作铺路路渣，污水含氰化物少易处理。

g）产品气一氧化碳和氢含量高是碳一化学最好合成原料气，可用来生产合成氨，甲醇，制氢，羟基合成原料气，用途广泛。

h）碳转化率高最高可达98%。

B. 水煤浆气化对煤质要求

a）GE水煤浆气化对煤质适应性较广。除褐煤、泥煤及热值低于22940kJ/kg ，灰熔点高于1350℃的煤不太适用外，其他粘结性煤，含灰量较高的煤，石油焦，烟煤均可作原料。

b）煤中灰含量对消耗指标的影响，煤中的灰含量增加会增加氧气的消耗，同时也增加每m3（标）（CO+H2）气体的煤消耗量，一般煤中灰含量从20%（

wt）降到6%（wt），可节省5%无灰干基煤消耗，节省氧气消耗10%左右。

c）煤的灰熔点，由于气化炉内操作温度一般在煤的灰熔点T3以上通常要高50~100℃，鉴于炉内耐火材料承受耐高温的限制，要求煤的灰熔点T3不要超过1350℃，如果煤的性质较好，而灰熔点较高一些，可采取加助熔剂如石灰石，石灰粉等把灰熔点降下来，以保护炉内耐火材料使用寿命。

d）煤的可磨性，煤的可磨性是指煤可磨碎的难易程度，通常用哈氏指数（Hardgrove Index）来表示。

一般希望哈氏指数大，这样的煤磨煤所消耗的功就小，可节省能量。

e）煤的成浆性，水煤浆气化炉是将煤制成煤浆送入气化炉，故对煤的成浆性很重要，例如褐煤成浆性很差就不宜选作原料，在选用原料煤时除正常工业分析，一定要进行成浆试验，制成煤浆浓度最好在60%（wt）以上。浓度越高，耗氧量越少。

C. GE水煤浆气化的三种不同流程

根据气化后工序加工不同产品的要求，加压水煤浆气化有三种工艺流程，激冷流程，废锅流程和废锅激冷联合流程。对于合成氨生产多采用激冷流程，这样气化炉出来的粗煤气，直接用水激冷，被激冷后的粗煤气含有较多水蒸气，可直接送入变换系统而不需再补加蒸汽，因无废锅投资较少。如对产品气用作燃气透平循环联合发电工程则多采用废锅流程，副产高压蒸汽用于蒸汽透平发电机组。对产品气用作羟基合成气并生产甲醇仅需要对粗煤气进行部分变换，通常采用废锅和激冷联合流程。亦称半废锅流程即从气化炉出来粗煤气经辐射废锅冷却到700℃左右，然后用水激冷到所需要的温度，使粗煤气显热产生的蒸汽能满足后工序部分变换的要求。

● 干粉煤加压气化工艺

①壳牌干粉煤加压气化工艺（SCGP）

荷兰壳牌（Shell）公司1972年开始开始进行煤气化技术研究，于1993年建设了日处理煤2200ST（2000t）的SCGP工业生产装置，由荷兰德姆科勒克公司（Demkolec

B.V）在布根伦（Buggenum）市建一座250MkW的煤气化联合循环发电厂（IGC C）采用的是单台多烧嘴气化炉。该装置于1998年1月成功的投入了商业运行，它是目前世界上第一家大规模应用加压气流床干粉煤气化煤气用于发电的工厂。到目前，壳牌干煤粉加压气化工艺已经有用于合成氨生产的装置建成投产，证明壳牌SCGP工艺技术基本是可行的。

Shell粉煤气化工序由以下主要单元组成：磨煤及干燥、煤加压及进煤、气化及合成气冷却、除渣、除灰、洗涤、废水汽提及澄清、气化公用工程系统等。

SHELL气化炉为立式圆筒形气化炉，炉膛周围安装有由沸水冷却管组成的膜式水冷壁，其内壁衬有耐热涂层，气化时熔融灰渣在水冷壁内壁涂层上形成液膜，沿壁顺流而下进行分离，采用以渣改渣的防腐办法，基本解决了高温耐火材料损坏严重和检修频繁的难题。水冷壁与简体外壳之间留有环形空间，便于输入集水管和输出集汽管的布置，便于水冷壁的检查和维修；环形空间内充满250~300℃温度的有压合成气。炉体设有对称的四个煤粉烧嘴，烧嘴使用寿命保证期为一年。

② SCGP技术的特点

a）适合于气化原料煤的范围较宽

采用高温加压干粉煤气流床SCGP气化方法，拓宽了适应制取合成气原料煤的煤种，如褐煤、烟煤、无烟煤等各种煤均可使用，对煤的性质如：粒度、结焦性、灰分、水分、硫分、氧分等含量均不敏感。

b）成功地设计了膜式水冷壁气化炉

采用水冷壁气化炉，基本消除了频繁检修、更换炉内耐火衬里和耗费昂贵的弊端。同时单炉产气能力大，具有高效、大型化和长周期运行的显著特点。

c）SCGP技术具有较高的热效率

煤炭利用率高，碳转化率可达99%，其原料煤能量回收率高，80%~83%以合成气形式回收（即冷煤气效率），14%~16%以蒸汽形式回收。

③GSP/CHOREN干粉煤加压气化

GSP/CHOREN是干粉煤加压气流床工艺，它是20世纪70年代由当时的前民主德国燃料研究所开发的，首先在德国弗莱堡先后建成热负荷3MW、5MW的中试装置，对世界各地几十种不同原料进行了试验。1984年在黑水泵气化厂建成了单炉每天投煤量720t的示范装置。这套以煤为原料的装置一直运行到1991年德国统一。德国统一后，由于各种原因GSP技术没有及时向市场推广，并将原黑水泵厂改造成为综合物料处理中心，其粉煤气化装置改为浆体进料，用于处理液态工业废料。

同年前民主德国燃所研发部部长WOLF博士和其同事以及黑水泵厂的技术骨干发起成立了科林的前身公司，继续致力于煤气化技术的研发，并在此基础上开发出了Carbo-V生物质气化技术，从此翻开了科林气化技术的研发和利用的新篇章。科林是前东德燃料研究所和黑水泵厂最大的后裔单位。2008年，黑水泵厂全部解散，科林由于自身在建设生物质气化半工业化装置，所以又接收了大量的工厂操作人员。也就是说，科林拥有气化技术方面的大批拥有Know-Ho w（专有技术）的人员。他们具有40余年研发、设计、制造、运转方面的理论和实践经验。科林公司发起人、科林主要的技术团队、研发团队大部分来源于黑水泵气化厂和前德国燃料研究所。

GSP/CHOREN粉煤加压气化属于气流床煤气化工艺技术，该技术特点如下

：

? 能高效生产富氢和一氧化碳的合成气，甲烷含量少；

? 燃料可完全气化，不生成冷凝副产品，气体不含焦油、酚等污染物；

? 液态排渣，熔融淬冷成透明状，硬度大对环境无污染；

? 能气化劣质褐煤，也可气化硬煤和焦煤，煤种适应范围广；

? 煤气化碳转化率高于99%；

? 可处理高Cl-的物料，原料适应性强；

? 水管冷壁型气化炉，寿命长，维修工作量小；

? 新型水冷气化喷咀，寿命长，效率高；

? 流体上进下出，单喷咀，工艺有水冷激型、废锅型、混合型流程。

GSP/CHOREN气化技术授权情况（业绩）

1983年12月德国黑水泵联合企业建成一套200MW工业规模的气化装置

2008年

捷克IGCC发电项目建成投产一套200MW工业规模的气化装置，气化固定床产

生的焦油等液体废料

2007年08月贵州开阳年产50万吨合成氨工程，引进CHOREN技术（目前已投产）

2008年09月神华宁煤167万吨煤基烯烃工程，引进5套500MW GSP气化技术，并于2010年11月投料成功

另外，山西兰花集团合成氨项目、中电投新疆SNG项目、神华宁煤煤制油项目以及国外多个项目均已选定GSP气化技术，目前正在设计建设过程中。

注：西门子GSP气化技术与CHOREN气化技术相似。

2）国内工艺技术概况

● 水煤浆加压气化工艺

①新型（对置式多喷嘴）水煤浆加压气化

新型（对置式多喷嘴）水煤浆加压气化技术是目前最先进的水煤浆气化技术之一。1985年，华东理工大学开始进行多喷嘴对置水煤浆气化工艺的实验室理论研究，1996年开始建设试验装置，2000年试验装置投入运行。从1996年到2 001年期间，华东理工大学成功完成了多喷嘴对置式水煤浆气化技术的中试研究。中试装置（22t煤/天）的结果表明：有效气成分83%，比相同条件下的GE生

产装置高1.5~2个百分点；碳转化率>98%，比GE高2~3个百分点；比煤耗、比氧耗均比德士古降低7%。在2005年，多喷嘴对置式水煤浆气化技术分别于山东国泰、山东德州建设了工业示范装置。示范装置的成功运行已充分证实：该技术工程上完全可行，工艺指标优于引进的水煤浆气化技术，操作非常平稳。

多喷嘴对置式水煤浆气化技术涉及以纯氧和水煤浆为原料制合成气的过程

，装置包括磨煤单元、气化及初步净化单元及含渣水处理单元，技术特点是：多喷嘴对置的水煤浆气流床气化炉及复合床煤气洗涤冷却设备；混合器、旋风分离器、水洗塔三单元组合煤气初步净化工艺；蒸发分离直接换热式含渣水处理及热回收工艺。

② 多元料浆气化

多元料浆气化技术是西北化工研究院自主开发的一种气流床加压气化专利技术。本工艺技术主要有料浆的制备和气化两部分组成，料浆制备是以一种或多种的含碳固态物质为原料，经一次湿磨制成气化料浆，浆体呈非牛顿型流体中的假塑性流体特征，料浆性能稳定，易于泵送：料浆气化是料浆通过高压料浆泵送入气化炉，与氧气在气化炉内进行气化反应，生成以CO、H2和CO2为主要成分的粗合成气。本工艺技术原料来源广泛，已有数套工艺装置多年的运行经验，技术成熟、可靠，便于大型化、规模化，易实现自动化控制和清洁化生产。本技术是煤化工技术中比较先进的一种合成气生产工艺。多元料浆气化原料可根据不同地区的资源情况灵活选择。

③ 水煤浆水冷壁清华炉煤气化技术

水煤浆水冷壁清华炉煤气化技术是由清华大学（Tsinghua

University，TU）、北京盈德清大有限责任公司开发的具有自主知识产权的气化技术，该技术获得了国家高技术研究发展计划（863）、国家重点基础研究发展计划（973）和山西省等相关部门的大力支持，已取得国家专利21项。水煤浆水冷壁清华炉煤气化技术成果于2012年9月3日通过了中国石油和化学工业联合会组织的以中国工程院副院长谢克昌院士为鉴定委员会主任的科技成果鉴定。鉴定委员会认为：该气化炉技术具有显著的创新性，拥有自主知识产权，同时具有水煤浆耐火砖和干粉水冷壁气化炉的优点，综合性能优异，具有明显的经济效益和社会效益，总体技术处于国际领先水平。

水煤浆水冷壁清华炉煤气化技术主要特点如下：

a）稳定性好：

水煤浆气化工艺成熟。用水煤浆进料稳定可靠，水冷壁挂渣稳定。水煤浆运行安全可靠，避免了粉煤进料不稳定、易燃、易爆、易磨损、泄漏等难题；

b）煤种适应性强：

气化温度不受耐火材料限制，可达1500℃或更高，气化反应速度快，碳转化率高，煤种适应性好，能够消化高灰分、高灰熔点、高硫煤，易于实现气化煤本地化。

c）系统运转率高：

装置运行连续稳定，烧嘴头部采用特殊处理，一次连续运行周期可以保证

100天以上，每年不再因为换砖而停炉检修，年运行时间可达到8000h。

d）安全性强：

水冷壁采用热能工程领域成熟的悬挂垂直管结构，既保证了水循环的安全性又避免了复杂的热膨胀处理问题。水循环按照自然循环设计，强制循环运行，紧急状态下能实现自然循环，最大限度保证水冷壁的安全运行。废锅系统也采用热能工程领域成熟的悬挂垂直管结构，既保证了水循环的安全性又避免了复杂的热膨胀处理问题。水循环按照自然循环设计，自然循环运行。

e）环境友好，环保高效：

炉温高，残炭含量低，易于收集处理，废水无难处理污染物；制浆可处理污水。

f）系统启动快：

组合式点火升温过程简化，点火、投料程序一体化完成。水煤浆投料点火采用独特的“火点火”技术，气化炉从冷态到满负荷仅需2~3小时。

g）气化压力高：

气化压力不受原料输送系统影响，可根据后续工段要求进行更加合理的选择。

h）技术细节处理好：

清华炉气化技术在工业化过程，在细节的设计上有很多创新，如碳洗塔底部的气体分布器，使灰水和煤气的充分混合，保证了煤气的洗涤效果；闪蒸罐中的环槽分布器设计，使闪蒸系统的检修更方便；真空闪蒸的液封设计，使闪蒸罐不在堵塞等，细节上的改进使气化系统能够实现长周期运行。

I）不足之处：氧煤的消耗大于热壁水煤浆气化工艺，无大型化的运营经验。

清华炉煤气化技术业绩：

水煤浆水冷壁清华炉煤气化技术的工业装置于2011年8月在山西丰喜投入运行，首次投料即进入稳定运行状态，并全面实现了研发和设计意图。除山西丰喜运行外，已与：中海石油天野化工股份有限公司、河北阳煤正元化工集团有限公司、山东金诚石化有限公司、中盐德邦（江苏）化工有限公司、石家庄盈鼎气体有限公司、潍坊盈德气体有限公司等11家生产企业签约，另有部分项目进入签约阶段。

● 干粉煤加压气化工艺

①航天粉煤加压气化技术

航天粉煤加压气化技术（HT-L气化）是由中国航天科技集团公司北京航天

动力研究所研制成功的，该技术吸收了国外先进煤气化技术的优点，充分利用航天特种技术优势与航天石化装备的研发成果，自主研发了HT-L气化炉、气化燃烧器等煤气化关键设备，采用成熟的化工工艺，形成了具有自主知识产权的航天煤气化成套技术。其特点为：

a）采用干粉煤进料：具有煤种适应性广，碳转化率高的特点。

b）采用密闭式盘管水冷壁辐射室结构：设计寿命20年，“四进四出”结构可以保证管程水流量分布均匀。可控制罐内水汽化率，调节炉内热平衡。烧嘴盘管、渣口盘管分别进水，多组冷却水盘管易于调节，便于维护和更换。

c）采用激冷流程及灰渣水循环利用等技术：能够实现合成气灰分、硫等有害元素的有效处理和灰渣的综合利用，利用环保。

d）采用单烧嘴组合燃烧器。

e）采用“自我修复式”耐火材料结构，炉内向外依次有液渣、固渣、SiC 耐火材料、水冷壁、惰性气体保护层、高铝不定型耐火材料、外保温层。水冷壁外可以形成稳定的固渣层3~5mm，可以“以渣抗渣”抵抗气体和熔渣的冲刷和磨损。

航天气化技术业绩：

a）2008年10月，安徽临泉化工股份有限公司建成投产一套HT-L粉煤加压气化示范装置，年产15万吨合成氨，气化炉直径Φ2800。

b）2007年，河南濮阳龙宇化工公司对老厂固定床气化装置进行改造，于2008年10月建成投产一套HT-L粉煤加压气化示范装置，年产20万吨甲醇，气化炉直径Φ2800。

c）2011年9月，山东鲁西化工建成投产2套HT-L粉煤加压气化装置，年产30万吨尿素，气化炉直径Φ2800。

d）2011年9月，河南煤业中新化工公司简称投产2套HT-L粉煤加压气化装置，年产30万吨甲醇，气化炉直径Φ2800。

e）2012年10月，河南晋开集团建成投产2套HT-L粉煤加压气化装置，年产60万吨合成氨，气化炉直径Φ3200。

f）2012年12月，山东瑞星化工建成投产1套HT-L粉煤加压气化装置，年产30万吨合成氨，气化炉直径Φ3200。

另有多个采用航天气化技术的项目正在建设之中。

② 新型多喷嘴对置式干粉煤加压气化工艺

新型多喷嘴对置式干粉煤加压气技术属第二代气流床气化技术，它是在新型

多喷嘴对置气化炉中试装置的基础上开发的，是对新型气化炉攻关成果的拓展和延伸。由鲁南化肥厂、华东理工大学、中国天辰化学工程公司共同承担的《日投料30吨能力粉煤加压气化炉工业中试装置》项目，2001年11月被科技部列入了“十五”国家重点科技攻关项目。2004年10月在鲁化建成并一次投料成功。于2004年12月6~8日，通过由科技部组织的国家72h考核。装置运行良好，各项主要技术指标达到和超过设计要求。于2005年2月1日，通过由科技部组织的国家项目验收。项目试验的成功，可望使我国在煤化工气化整体技术水平处于国际先进水平，气化炉结构及工艺效果处于国际领先水平。本工艺主要的特点为原料、氧耗和干煤粉的制备和进料基本等同于壳牌和GSP气化，炉型、冷却方式和渣水处理等同于新型多喷嘴（对置式）水煤浆加压气化工艺。

新型多喷嘴对置式粉煤加压气化技术融合了水煤浆气化和干煤粉气化的诸多技术优点，同时又有许多自己独有的特点：

a）新型多喷嘴对置式粉煤加压气技术的投资只有壳牌干粉煤加压气化工艺（SCGP）投资的1/2多。

b）新型多喷嘴对置气化炉技术采用激冷流程，其气体被水蒸汽饱和，水气比约为1.3~1.4，足以满足变换反应对水蒸汽的需要，且流程设置按耐硫中串低比较合理。

c）采用对置式气化炉，强化热质传递，有利于煤粉气化。单炉产气能力大，具有高效、煤耗低和长周期运行的显著特点。煤气化碳转化率高于98%；合成气中有效成分CO+H2≥90%；冷煤气效率：83%。

d）气化炉装置具有开车方便、操作灵活、投煤负荷增减自如的特点，尤其是气化炉装置可灵活的停下一对烧嘴另一对烧嘴可继续工作，不必立即停车，为保压操作和维修创造有利条件。

e）能高效生产富氢和一氧化碳的合成气，甲烷含量少，热值高；燃料可完全气化，不生成冷凝副产品，气体不含焦油、酚等污染物，炉灰渣可以用作水泥的原料和建筑材料，三废处理简单，易于达到环境保护的要求，生产控制水平高，易于实现过程自动化及计算机控制。

f）能气化劣质褐煤等，煤种适应范围广。

新型多喷嘴对置式粉煤加压气化技术存在的不足是：目前还没有工业化和商业化运行的经验；

另外，西安热工研究院研制的二段炉已经在华能绿色煤电示范项目、内蒙世林甲醇项目等项目中成功应用。

（3）工艺技术方案的比较和选择

1）水煤浆加压气化法与干煤粉加压气化法的异同点

水煤浆加压气化法、干粉煤加压气化工艺均为目前世界上较先进的气化技术，同属气流床加压气化法。其共同特点是该工艺对煤的适应范围较宽，可利用原煤，单台气化炉生产能力较大，气化操作温度高，液态排渣。碳转化率高，煤气质量好，甲烷含量低，不产生焦油、萘、酚等污染物，炉灰渣可以用做水泥的原料和建筑材料，三废处理简单，易于达到环境保护的要求、生产控制水平高，易于实现过程自动化及计算机控制。

三种气化方法具有以下不同点：（水煤浆法、SH法-SHELL、GSP）。

①进料方式不同

水煤浆法：水煤浆进料，安全、操作方便，简单，对煤的含水量要求比较宽松。

SH法与GSP法：干煤粉进料，用高压氮气或CO2气送入气化炉，煤需干燥并磨成细粉，煤的含水量越小越好，煤干燥需要消耗不少的热量。

②炉子结构不同

水煤浆法：采用耐磨耐高温耐火砖衬里，一般其使用寿命~1年。

SH/GSP法：采用膜式水冷壁衬里，使用时间寿命较长。

③所生产的水煤气中有效气（CO+H2）百分含量不同。

水煤浆法：水煤气中含有效气（CO+H2）≈80%。

SH法：水煤气中含有效气（CO+H2）≈90%。

GSP法：水煤气中含有效气（CO+H2）≈90%。

④耗煤量和耗氧量

由于众多资料介绍SH法和GSP法生产煤气的成分CO+H2高达90%以上，而水煤浆法生产煤气的成分CO+H2为80%以上，因此，许多人认为SH法和GSP 法可节省10%，实际上并非如此。磨煤干燥仍需大量的热能及动力消耗。

耗氧量：同样的煤质比较，水煤浆法技术要比SH法和GSP法多消耗8~10%。

⑤对后续工序的影响

SH：如前所述，SH气体中CO高达60%，这使变换的负荷大大加重了，同时必须补加其副产蒸汽85%的以满足变换的需要。

水煤浆法激冷流程和GSP激冷流程。水煤浆：CO含量约45%；GSP：CO 含量60%，其气体被水蒸汽饱和，水气比约为1.1~1.5，足以满足变换反应对水蒸汽的需要，且流程设置按耐硫中串低比较顺畅。

⑥热回收方法不同

水煤浆法和GSP法：采用废锅间接回收热量，也可采用激冷室直接回收热量，根据后续产品的不同，可以进行选择。如：生产合成氨、甲醇和制氢产品一般都用激冷室，直接回收热能，可以节省大量投资。

SH法：只有一种废锅间接回收热量方式，没有选择余地，由于投资大，材料要求高，制造难度大，操作较复杂，对生产甲醇和一碳化学的工程不太合适。

⑦装置投资的不同

水煤浆法：该法有废锅和激冷两种流程，根据掌握的资料，一般来说，在同样生产规模的条件下，采用废锅流程比激冷流程，其投资大约高50%以上。因此，为节省投资，无论是生产合成氨还是生产甲醇等化工产品，一般都是首选激冷流程以节省投资。

GSP法：由于气化炉结构较复杂，并且采用干粉煤进料系统，投资较水煤浆高。

SH法：由于采用废锅流程，结构复杂，要求高，制造难度大等原因，应该说其投资肯定比同样生产规模的水煤浆气化激冷流程高得多。根据我们了解已有资料介绍完全相同规模，SH法投资是水煤浆法激冷流程投资的2倍。由于投资高，一般不采用备用炉，这对于要求稳定、长周期运行的大型化工企业是不适宜的。

根据以上数据可以看出，Shell煤气化技术，装置投资高将使生产成本上升，运