气流床气化
气流床煤气化的技术现状和多喷嘴对置式水煤浆气化技术的开发
气流床煤气化的技术现状和多喷嘴对置式水煤浆气化技术的开发于广锁, 刘海峰, 周志杰, 王亦飞, 王辅臣, 龚欣, 于遵宏(华东理工大学洁净煤技术研究所,上海 200237) 2005-09-16煤炭气化是对煤炭进行化学加工以实现煤炭洁净利用的关键。
气流床煤气化技术是现在最清洁的煤利用技术之一，主要包括：以水煤浆为原料的GE(Texaco)、Global E-Gas气化炉和以干粉煤为原料的Shell、Prenflo、Noell气化炉［1］。
在新型煤化工和能源转化技术中，煤气化都起有重要作用，特别是在我国，煤气化具有作为原料气和燃料气的双重市场需求，被广泛应用于化工、冶金、机械、建材等行业和煤气生产企业。
1国外技术现状和发展趋势1.1 技术现状1.1.1 GE(Texaco)气化炉美国Texaco公司(2005年5月气化部分被GE收购)开发的水煤浆气化工艺是将煤加水磨成水煤浆，用纯氧作气化剂，在高温高压下进行气化反应，液态排渣，煤气有效成分（CO＋H2）为80%(体积分数)左右，不含焦油、酚等有机物质，碳转化率96%～99%，气化强度大，炉子结构简单，煤适应范围较宽。
目前Texaco的最大商业装置是Tampa电站，于1989年立项，1996年7月投运，12月宣布进入验证运行。
该装置为单炉，日处理煤2 000～2 400 t，气化压力为2.8 MPa，冷煤气效率约76%。
喷嘴、气化炉、激冷环等为Texaco水煤浆气化的技术关键。
更大尺寸Texaco气化炉提高碳转化率的方案为：增加气化炉的停留时间；气化炉直径给定下增加长径比。
Texaco水煤浆气化技术自工业化应用以来，先后在世界各地建成多套生产装置，表1为Texaco水煤浆气化技术的应用情况。
从已投产的水煤浆加压气化装置的运行情况看，由于工程设计和操作经验的不完善，装置还没有达到长周期、高负荷、稳定运行的最佳状态。
存在的问题主要表现在以下几个方面。
◆烧嘴烧嘴是Texaco气化工艺的关键，其寿命直接决定着装置的长期、经济运行。
气流床气化炉飞灰理化性质的研究
广
东
化
工
ｌ９ １
ｗｗｗ．ｄ ｈ ｍ．ｅ ｇ ｃ ｅ Ｇ ｍ
气流床气化 炉飞灰理化性质 的研 究
顾菁 ，李德飞 ，陈作真 ，吴诗 勇 ２ ，吴幼青 ２ ，高晋生 ２
（．肇庆市 顺 鑫煤 化工 科技 有 限公 司 ，广东 肇 庆 ５ ６０ ；２ １ ２ ００ ．华 东理 工大 学 资源 与环境 工程 学 院 ，上海 ２ ０３ ） ０２ ７
ａ ｓ ｒ ｔｏ ｔ ｏ ． ｔ ｓｆ ｕ ｄｔ ａ ｅａ ｈ ｆ ｓｏ ｆ ｈ ｙ ａ ｈ ｗａ ｒ ｎ ｆｓ ａ ｏ ｌ ｈ ｒ ｔ ｅｆ ｓ ｓｒ ｈ ｉ ｓ ｐ ｒ ｄ ｍａ ｒ ｐ ｒ ， ｎ ｏ ｌ ｈ ｒ ｄ ｏ ｐ ｉｎ ｍｅ ｄ Ｉ ｗａ ｏ ｎ ｈ ｔ ｈ ｓ ｕ ｉ ｎ ｏ ｅ ｆ ｓ ｓｍｏ ｅｍａ ｉｅ ｔｔ ｎ ｃ ａ ａ ； ｈ ｙ ａ ｈ ｗａ ｉ ｍｅ ｏ ｏ ｅ ａ ｅｏ ｏ ｅ ａ ｄ ｃ ａ ａ ｈ ｔ ｔ ｌ ｈ ｃ ｌ ｃ ｎ ｎ ｃ ｗａ ｃ ｃ ｏ ｏ ｅ ｔ ｅｆｙ ａ ｈｃ ｂ ｎ ｅ ｈ ｂ ｔｄ ｌｗｅ ｒｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｄ ｇｅ ｈ ｏ ｌ ｈ ｓ ｓｒ ｈ ｉ ｍｉｒ ｐ ｒ ； ｓ ａ ｏ ｘ ｉ ｉ ｉ ｎ ｈ ｌ ｒ ｅ ｏ ｒｇ ａ ｈ ｄ ａｉ ｅ ｅｔ ａ ｃ ａ ａ ． ｏ ｎ ｃｒ
炉主 要 不 同之处 在于 喷嘴 位置 、激 冷室 和破 渣方 式 ，但这 些不 同 对 飞灰性 质 的影 响甚 小 。因此 ，本 实验 主要 考察 了气 化炉 操作 条 件对 飞灰 的 影响 ，忽 略气化 炉 结构 的影 响 。
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｙ ｉａ ｎ ｅ ｃ ｌ ｏ ｅ ｔ ｓｏ ｙＡｓ ｏ Ｅｎ ｒ ｉ ｅ — ｏ Ｇａ ｉ ｅ ｔ ｄ ｎＰｈ ｓｃ ｌ ｄＣｈ ｍｉ ａ ｐ ｒｉ ｆ ａ Ｐｒ ｅ Ｆｌ ｈ ｆ ｍ ｔ ａｎ ｄ ｆ ｗ ｓｆ ｒ ｒ ｌ ｉ
国内外典型气流床煤气化技术概述
烧室下部侧壁对置，可快速快速调节负荷范围（40%~ 100%）。但是烧 嘴隔焰罩和开工烧嘴容易产生过氧腐蚀损坏。激冷气压缩机主要是将冷 煤气送到气化炉顶部进行换热。
SHell 技术已在国内的湖北双环、神华集团、中原大化、河南永煤等 单位实现应用，全国共有 19 个项目，27 台气化炉用于合成氨、甲醇生产。
关键词：气流床 煤气化
所谓气流床煤气化是将气化剂夹带的煤粉或煤浆，通过特殊喷嘴送 入气化炉内，在高温下，煤氧等混合物迅速分解、燃烧、气化反应，产 生 CO 和 H2 为主的煤气化技术。国外 TCGP、SCGP、GSP 技术均发展成 熟，国内的多喷嘴、两段技术、HT-L、非熔渣 - 熔渣分级技术、多元料 浆技术正快速发展应用。煤气化作为煤化工的龙头，它的好坏决定着后 续工艺以及长远的经济效益。
两段技术已在内蒙古世林化工项目、华能满洲里煤化工项目、华能 绿色煤电 IGCC 项目等 5 家单位开建，部分已投产，主要用于生产甲醇、 发电等。
2.3 航天炉气化技术（HT-L）[6-7] 航天炉煤气化技术与 GSP 技术相似均采用下喷式气流床激冷流程， 但是知识产权独立。该技术对煤种要求低，热效率和碳转化率高。采用 激冷流程及灰渣水循环技术，对环境保护好。 HT-L 气化炉、烧嘴、破渣机、热风炉、激冷水循环泵等是此技术 的 核 心 设 备。 气 化 炉 采 用 盘 管 式 水 冷 壁， 四 组 管 绕 制 而 成， 盘 管 外 径 89mm，壁厚 8mm 径向热膨胀 6mm。自上而下单喷嘴喷射与 GSP 炉相同，
1.3 加压气流床（GSP）技术 [3] 合格煤粉经干燥后通过 N2 输送系统送至烧嘴，煤粉与其他气化剂（氧 气、水蒸气）经烧嘴同时喷入气化炉内的反应室，然后在高温、高压下 发生裂解、燃烧、气化反应，生成粗煤气。气化产生的熔渣以及粗煤气 一起进入气化炉下部的激冷室。冷却后的粗煤气去洗涤系统，熔渣通过 锁斗系统排出，激冷水送至污水处理系统。GSP 技术适用煤种广泛，输 送安全性高，运行周期长不需备炉，碳转化率高，合成气质量好。采用 激冷流程，工艺紧凑，流程简单，环境效益好。气化炉操作弹性大，负 荷调节灵活。点火升温迅速，设备及运行费用较低。开、停车操作方便， 时间短，从冷态达到满负荷仅需 1H。但是 GSP 技术存在工业化业绩少， 操作经验缺乏，加料计量过程复杂、投资较高，无独立灰水处理技术等 问题。 该技术设备主要包括磨煤机、给料锁斗、加料器、组合喷嘴、气化 炉、渣锁斗、破渣机、捞渣机、文丘里洗涤器、沉降槽、激冷水泵等。 气化炉上部为冷壁气化室，由水冷壁，水夹套组成。水冷壁是由特殊耐 热材料碳化硅为屏蔽涂层的盘管和翅片焊接组成的圆筒形内腔，采用以 渣抗渣的技术防止高温溶渣腐蚀及开停车产生应力对耐火材料的破坏。 下部为激冷室，内有激冷喷头和内衬筒，内衬筒与承压外壳环隙有激冷 水自下向上流动，在顶端环隙间径向流出，激冷室承压壳体的壁温不超 过 200℃。喷嘴由配有火焰检测器的点火喷嘴和生产喷嘴所组成，中心向 外环隙依次为燃料气、冷却水、氧 / 蒸汽、冷却水、煤粉通道、冷却水 6 个通道。 GSP 技术虽然进入国内较晚，但是凭借其自身优势已经在我国的山 西兰花煤化工有限责任公司醇、氨（300/100kt/a）项目、神华宁煤集团有 限责任公司（1670Kt/a）甲醇项目、贵州开阳化工有限公司（500Kt/a） 合成氨项目、淮南集团合成氨项目开始应用实施。 2 国内气流床煤气化技术 2.1 多喷嘴对置式水煤浆气化技术（OMB）[4] 多喷嘴对置式水煤浆气化技术是在 TexaCO 技术的基础上发展起来 的，其反应机理与 TexaCO 技术相同，流程相似。该技术采用多喷嘴对置 技术，雾化效果好。负荷可调节范围大，速度快，装置适应能力强，气 化效率高。洗涤冷却室采用喷淋鼓泡复合床，热质传递效果好，液位稳。 气体初步净化系统采用分级净化，系统压降低，高效节能，合成气中灰 含量低。采用蒸发热水塔的渣水处理系统，热传递效率高，水循环流程 简单，耐结垢。但是也存在炉体拱顶处耐火材料烧损快的技术问题。 OMB 技术的关键设备有：磨煤机、高压煤浆泵、气化炉、工艺喷嘴、 煤气初步净化设备、蒸发热水塔、滚筒筛、渣锁斗、捞渣机、激冷水泵。 气化炉上部为气化室，内衬耐火砖，气化室中上部布置工艺喷嘴，喷嘴 在同一水平面。气化炉下部为激冷室，采用复合床结构形式消除了带水、 带灰问题。工艺喷嘴采用外混式、新型预膜式喷嘴，喷嘴流道介质由内 向外依次为氧气、煤浆、氧气。喷嘴头部（向火面）采用盘管冷却来防 止喷嘴损坏，由 1 套单独的系统向喷嘴供应冷却水，该系统设置了复杂 的安全联锁。一般使用 3 个月后需更换喷嘴头部或在喷嘴头部堆焊的耐
气流床气化工艺-空分工序33页PPT
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
CCG气流床粉煤加压气化技术
CHOREN Coal GasifierCCG气流床粉煤加压气化技术CCG煤气化技术开发历程科林粉煤加压气化炉简称为CCG（Choren Coal Gasifier）,该技术起源于前东德黑水泵工业联合体（Gaskombinat Schwarze Pumpe,简称GSP）下属的燃料研究所，于上世纪70年代石油危机时期开始开发，目的是利用德国当地褐煤提供城市燃气。
1979年在弗莱贝格市建立了一套3MW中试装置，完成了一系列的基础研究和工艺验证工作。
试验煤种来至于德国、中国、前苏联、南非、西班牙、保加利亚、澳大利亚、捷克等国家，获得了大量煤种试验数据。
1984年在黑水泵市（SCHWARZ PUMPE）建立了一套130MW（日投干褐煤量为720吨）的干煤粉水冷壁气化炉工业化装置，气化当地褐煤用作城市燃气，有运行8年的工业化生产经验。
之后改用工业废液废油为原料，继续运行。
1990年燃料研究所和黑水泵气化厂的技术骨干发起成立了科林的前身公司UET，继续致力于煤气化技术的研发，经过不断的技术优化及实践，推出了先进的粉煤加压气化技术-CCG。
煤气化工艺描述（1）工艺描述CCG气化工艺过程主要是由进料、气化与激冷系统组成。
原料煤被碾磨为100%<200u.90%<65 u的粒度后，经过干燥，通过浓相气流输入系统送至烧嘴，在反应室内与氧气（年老煤种还需添加少量水蒸气）在高温高压的条件下反应，产生以一氧化碳和氢气为主的合成气。
根据煤中灰组分和灰熔融特性，气化温度控制在1400℃—1700℃之间（高于灰熔点200度左右）。
反应温度可通过氧气流量进行调节（控制炉内化学反应剧烈程度）。
反应室内壁为水冷壁，由于形成了固态渣保护层，因此反应所产生的液态灰渣不会直接接触水冷壁，避免了水冷壁高温损坏的风险。
生成的合成气及液态灰渣离开燃烧室向下流动，在激冷室中直接被水冷却，液态灰渣被水浴固化成颗粒状，冷却后的灰渣经过锁斗排出系统，从渣池中分离并通过捞渣机运出。
气流床煤气化技术分析
仍占有主导地位，怎样合理使用煤炭资源成为我国煤炭资源 处理的首要问题。在煤炭利用技术中，煤气化技术作为煤炭 能源转化的基础技术，在煤炭能源使用方面占有重要的地位。
Shell 工艺技术特点如下 ： （1）原料煤适用范围较宽，煤种适应性强，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。 （2）气化炉为水冷壁式，基本消除频繁检修、炉内耐火 衬里更换频繁和耗费昂贵的弊端。单台气化炉产气能力大， 具有高效、大型化和长周期运行的显著特点。 （3） 具 有 较 高 的 热 效 率， 碳 转 化 率 可 高 达 99%， 原 料 煤能量回收率高，冷煤气效率可达 86%，比煤耗可达 600kg/ 1 000m3（CO+H2）， 比 氧 耗 为 365m3O2/1 000m3（CO+H2）， 粗 煤气成分中，CO+H2 的比例可达 86%[2]。 2.2 航天炉HT-L粉煤加压气化技术
可达 70%~75% ；⑥有效气成分高，干基有效气中（CO+H2）≥ 80%（φ）[1] ；⑦碳转化率高，最高可达 96%。
1.2 新型（对置式多喷嘴）水煤浆加压气化
按照燃料在气化炉内的运动状态，煤气化工艺技术一般
新型（对置式多喷嘴）水煤浆加压气化技术是华东理工
分为三种类型 ：移动床（也被称为固定床）、流化床和气流 大学开发的目前最先进的水煤浆气化技术之一。多喷嘴对置
GEGP 工艺 ：合成气有效气（CO+H2）≥ 76% ； 晋华炉工艺 ：合成气中有效气（CO+H2）≥ 80%[4] ； HT-L 工艺 ：合成气中有效气（CO+H2）为 86%~92%[3]。 3.4 耗煤量和耗氧量 不同气化技术的原料（煤、氧气）消耗指标（如比煤耗和 比氧耗）主要取决于原料煤的进料形式和气化炉结构，对于 GEGP 和晋华炉同属于水煤浆湿法进料，气化炉均为气流床和 单烧嘴顶喷形式，因此，其原料煤和氧气消耗量接近，比煤 耗约 610kg/km3（CO+H2），比氧耗约 390~405m3/km3（CO+H2）。 航天炉 HT-L 采用粉煤气力输送进料，省去水煤浆加压气 化技术中水气化所需负荷，降低比氧耗和比煤耗，比煤耗约 550kg/km3（CO+H2），比氧耗约 310m3/km3（CO+H2）。 3.5 对下游装置的影响 GEGP 工艺 ：气化装置出口 CO 干基含量约 52%，H2 干基 含量约 31%，由于采用全激冷流程，水气比约为 1.3~1.4，足 以满足下游变换反应对水蒸气的需要，且流程设置按耐硫中 温变换串低温变换比较顺畅。 晋华炉工艺 ：气化装置出口 CO 干基含量约 52%，H2 干 基含量约 31%，由于采用废锅 + 激冷流程，水气比可调控范 围 0.5~1.0，具体可根据下游变换对合成气水气比的要求来调 整，实现在满足下游化工合成的基础上最大限度地回收合成 气中的高品位热量。 航天炉 HT-L 工艺 ：气化装置出口合成气中 CO 高达 60%， 由于是 4.0MPaG 气化，则合成气中水气比约 0.9，基于高 CO 含量和中等比例水气比的特点，对于本项目下游合成气 H2/CO 要求，变换装置在设计和运行时需要特别注意防止超温的问 题，针对该工况，变换装置多采用多级变换炉串联工艺（双 等温、等温 + 绝热等流程），同时还需要可靠的变换炉急冷气 措施。 3.6 热量回收方法 GEGP 工艺 ：可选用激冷流程和废锅 + 激冷两种流程，其 中绝大多数采用激冷流程。 晋华炉工艺 ：可采用废锅 + 激冷流程，废锅回收的高品位 显热约相当于原料煤低温热值 15%，同时副产 10.0~12.0MPaG 高压饱和蒸汽，过热后可用于驱动空分透平。 航天炉 HT-L 工艺 ：可采用激冷流程和废锅 + 激冷流程两 种，其中绝大部分为激冷流程。 3.7 装置投资 GEGP 工艺 ：由于 GEGP 工艺烧嘴有效周期短，故需考虑 备炉。 晋华炉工艺 ：气化炉为可靠的水冷壁结构 + 组合式烧嘴， 可考虑不留备炉，减少装置投资。 HT-L 工艺 ：气化炉为可靠的水冷壁结构 + 组合式烧嘴， 可考虑不留备炉，减少装置投资。
气流床煤气化技术特点
气流床煤气化技术1、Texaco水煤浆加压气化技术Texaco气化工艺最早开发于20世纪40年代后期。
由美国德士古(Fexaco)石油公司开发，该技术现属美国GE公司所拥有，又称为GE气化技术，国外已于20世纪80年代成功用于商业运行，1983年美国EASTMAN生产甲醇、醋酸酐，1984年日本UBE生产氨；1984年、1996年美国在Coo l‐water和Tampa建成IGCC装置；我国鲁南化肥厂于1993年建成首套德士古气化装置用于生产氨。
兖矿鲁南化肥厂的德士古气化装置，是我国从国外引进的第一套德士古煤炭气化装置，采用水煤浆进料在加压下来生产合成氨的原料气体。
目前Texaco气化装置在第二代气流床技术中，建设装置最多、商业运行时间最长、用于化工生产技术成熟可靠。
德士古气化是第二代气流床水煤浆气化技术的代表，以水煤浆单烧嘴顶喷进料，耐火砖热壁炉，激冷流程为主。
(1)Texaco水煤浆气化工艺原理Texaco水煤浆气化属气流床气化工艺技术，即水煤浆与气化剂(纯氧)在气化炉内特殊喷嘴中混合，高速进入气化炉反应室，遇灼热的耐火砖瞬间燃烧，直接发生火焰反应。
微小的煤粒与气化剂在火焰中作并流流动，煤粒在火焰中来不及相互熔结而急剧发生部分氧化反应，反应在数秒内完成。
在上述反应时间内，放热反应和吸热反应几乎是同时进行的，因此产生的煤气在离开气化炉之前，碳几乎全部参与了反应。
在高温下所有干馏产物都迅速分解转变为均相水煤气的组分，因而生成的煤气中只含有极少量的CH4。
Texaco水煤浆气化炉所得煤气中含有CO、H2、CO2和H2O四种主要组分，它们存在平衡关系：CO+H2O⇋ CO2+H2。
在气化炉的高温条件下，上述反应很快达到平衡，因此气化炉出口的煤气组成相当于该温度下一氧化碳水蒸气转化反应的平衡组成。
(2)Texaco水煤浆气化主要设备①Texaco气化炉气化炉为一直立圆筒形钢制耐压容器，内壁衬以高质量的耐火材料，可以防止热渣和粗煤气的侵蚀。
气流床气化技术的现状及对比
气流床气化技术的现状及对照技术简介气流床煤气化就是煤浆或煤粉随和化剂（或氧化剂）以射流的形式喷入气流床气化炉内，在平均高温下，快速转变为有效气体的过程，炉内的高温使煤中的灰溶化，作为熔渣排出。
现代气流床气化的共同点是加压（～）、高温、细煤粒，但在煤办理、进料形态与方式、实现混淆、炉壳内衬、排渣、余热回收等技术单元存在不一样，进而形成了不一样风格的技术派别。
气流床对煤种（烟煤、褐煤）、粒度、含硫、含灰都拥有较大的兼容性，其洁净、高效代表着现在煤气化技术的发展潮流。
当前最具代表性的气流床气化技术有美国的Texaco水煤浆加压气化技术和荷兰的Shell干煤粉加压气化技术；此外，还有与上述气流床气化技术相像的Destec水煤浆加压两段式气化技术及Prenflo干煤粉气化技术。
1.1Texaco煤气化工艺Texaco气化炉有两种构造，一种是直接激冷式气化炉，一种为装有煤气冷却器的气化炉。
美国Texaco公司开发的水煤浆气化工艺是将煤加水磨成浓度为60%～65%的水煤浆，用纯氧作气化剂，水煤浆和纯度为95%的氧气从安装在炉顶的焚烧喷嘴喷入气化室，在高温、高压下进行气化反响，气化压力在～MPa，气化温度1400℃左右，液态排渣，煤气中CO+H2 占80%左右，不含焦油、酚等有机物质，对环境无污染，碳转变率为96%～99%，气化强度大，炉子构造简单，能耗低，运行率高，并且煤种适应范围较宽，是当前较为先进的煤气化技术之一。
烧嘴是Texaco气化工艺的要点零件，其寿命和运行情况直接决定着装置可否长周期经济运行。
烧嘴多为三通道构造，中间走煤浆，外层和内层走氧气，内层氧气经过度占总氧量的8%～20%。
气化炉内镶嵌耐火砖，使用寿命一般在6～18个月，煤中灰分、烧嘴运行质量、炉内温度、开泊车频度等都对耐火砖有较大的影响。
Texaco水煤浆气化炉与1952年开发成功的渣油气化炉相像。
在1975年、1978年的低压与高压中试装置（激冷流程）以及1978年原西德Oberhausen的RCH/RAG示范装置（日办理煤150t，410MPa）基础上，于1982年建成TVA装置（日办理煤180t，2台炉，一开一备，），1984年建成日本UBE装置（日办理煤1500t，4台炉，三开一备，316MPa）以及CoolWaterIGCC（联合循环发电）电站（日办理煤910t，2台炉，MPa），这些装置投运后都获得了成功。
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气流床气化工艺
摘要：
煤炭气化是煤利用的主要内容之一，而气流床气化是煤炭气化的一种重要形式。本
文立足我国煤炭气化现状，对目前国际上比较成熟先进的气化工艺（Texaco气化工艺法、
shell煤气化工艺法）做了简单介绍。同时，也阐明了我国未来煤气化的发展方向。
关键词：
气流床；煤气化；气化炉；气化工艺；加压气化；环境；
引言
随着中国经济的快速增长，对能源的需求在与日俱增。我国是一个多煤贫油少气的国
家，如何充分高效率的利用质量参差不等、数量有限且不可再生的煤炭资源是一个摆在国
人面前的世纪问题，这关乎民生，也关系到国家的长足发展。另外，煤炭的开发利用带来
了严重的环境问题，这是亟待解决的。气流床煤气化工艺为煤的洁净高效利用提供了一种
可能的途径，这也是本文着重要讨论的。
1、煤炭气化概述
气流床气化是一种并流式气化。
气化剂（氧气与蒸汽）将煤粉（70%以上的煤粉通过200目筛孔）夹带入气化炉，在
1600~1800℃高温下将煤进一步转化为CO、H2、CO2等气体，残渣以熔渣形式排出气化炉。
也可以将煤粉制成煤浆，用泵送入气化炉，在气化炉内，煤炭细粉粒与气化剂经特殊喷嘴
进入反应室，会在瞬间着火，直接发生火焰反应，同时处于不充分的氧化条件下。因此，
其热解、燃烧以及吸热的气化反应，几乎是同时发生的。随着气流的运动，未反应的气化
剂、热解挥发物及燃烧产物夹裹着煤焦粒子高速运动，运动过程中进行着煤焦颗粒的气化
反应。这种运动形态，相当于流化领域例对固体颗粒的“气流输送”，习惯上称为气流床气
化。
1.1 气流床气化技术特点
1)煤种适应性强．入炉煤以粉状(或湿式水煤浆状)喷入炉内，各个微粒被高速气流分
隔，并单独完成热解、气化及形成熔渣，无相互作用，不会在膨胀软化时造成黏结，即不
受煤的黏结性影响．原则上各种煤都可用于气流床气化，但炉内气化温度应高于煤的灰熔
点，以利于熔渣的形成．此外，从经济角度来看，应选择褐煤等挥发分高而固定碳少的煤，
可大大改善气化条件；人炉的原料煤越细越好，煤粒越小，比表面积越大，气化速度越快，
反应时间越短，碳转化率也越高．
2)反应物在炉内停留时间短，反应时间约为1s～3 s．随煤气夹带出炉的飞灰中含有未
反应完的碳，采取循环回炉的方法可以提高碳转化率；而且由于煤粉在气化炉内停留时间
极短，为了完成反应，必须维持很高的反应温度．所以常常采用纯氧作为气化剂，气化温
度可高达1 500℃，灰渣以熔融状态排出，熔渣中含碳量低．液体熔渣的排渣结构简单，排
渣顺利．但是炉壁衬里受高温熔渣流动侵蚀，易于损坏，影响寿命．
3)为了达到1 500℃左右的气化温度，氧气耗量较大，影响经济性．随着高温下蒸汽分
解率的提高，蒸汽耗量有所减少．
4)出炉煤气温度很高，显热损失大，可用废热锅炉回收热量，提高热效率．为了防止
黏性灰渣进入废热锅炉，可先用循环冷煤气将出炉煤气激冷到
900℃～1 100℃，并分离出灰渣，再进入废热锅炉．
5)出炉煤气的组分以C0，H2，C02和H2O为主，CH4含量很低，热值并不高．产品中不
含焦油．煤气产品中有效成分高，不产生含酚废水，烟气净化装置简单．
1．2影响气流床气化的主要因素
1)高气化温度．气化温度可达1 500℃以上．炉内高温是由煤粉在纯氧下燃烧或部分燃
烧释放的热量而保持的，与此同时，碳粒与水蒸气或C02发生吸热的还原反应．提高炉内
温度有利于加快反应速度，提高气化强度和生产能力．同时，由于炉内反应速度的提高，
炉中的煤粉即使在很短的时间内也能完全气化，获得很高的碳转化率。
2)高气化压力．提高气化压力既增加了反应物浓度，又提高了反应速度．提高压力还
有利于H2与CO之间进行的甲烷化反应，使煤气中CH4含量显著增加，因而提高了煤气热值．
3)氧煤比．氧煤比对气化过程存在着两方面的影响．一方面，氧煤比的增加使燃烧反
应放热量增加，从而提高反应温度，促进C02还原和H2O分解反应的进行，增加煤气中CO
和H2的含量，从而提高煤气热值和碳转化率；另一方面，燃烧反应由于02量的增加，将
生成C02和H2O，增加了煤气中的无效成分．所以，为了获得理想的气化效果，必须选择合
适的氧煤比．
4)蒸汽／煤比．在气化过程中，加入的水蒸气在高温条件下与碳发生强吸热的水煤气
反应，增加煤气中H2、CO的含量，控制炉温不致过高，能降低氧
耗量．
5)气化炉结构．气化炉结构对气流床气化有较大影响，特别是加料方式以及燃烧器烧
嘴造成气流的扰动，对气化过程的影响尤为明显．
2、先进的气流床气化工艺
2.1 Texaco(德士古)法
美国Texaco公司开发的水煤浆气化工艺是最成熟的第二代湿法气流床气化炉,它是将
煤加水磨成水煤浆，用纯氧作气化剂，在高温高压下进行气化反应，液态排渣，煤气成分
(C0+H2)为80％(体积百分数)左右，不含焦油、酚等有机物质，碳转化率96％～99％，气
化强度大，炉子结构简单，煤适应范围较宽．德士古气化炉是一个直立圆筒形的压力容器．
图1 德士古气化炉中气化部分的结构示意图
Texaco水煤浆气化工艺原理：水煤浆与气化剂——纯氧在气化炉内特殊喷嘴中混合，高
速进入气化炉反应室，遇灼热的耐火砖瞬间燃烧，直接发生火焰反应．微小的煤粒与气化
剂在火焰中作并流流动，煤粒在火焰中来不及相互熔结而急剧发生部分氧化反应，反应在
数秒内完成．在上述反应时间内，放热反应和吸热反应几乎是同时进行的，因此，产生的
煤气在离开气化炉之前，碳几乎全部参与了反应．在高温下，所有干馏产物都迅速分解转
变为水煤气的组分，因而生成的煤气中只含有极少量的CH4．
Texaco水煤浆气化工艺的主要特点：1)气化炉结构简单2)开停车方便，加减负荷较快；
3)煤种适应较广，可以利用粉煤、烟煤、次烟煤、石油焦和煤加氢液化残渣等；4)合成气
质量好5)合成气价格低，在相同条件下，天然气、在煤渣、煤制合成气中，合成气的综合
价格以煤制气最低；6)碳转化率高，该工艺的碳转化率在97％～98％之间；7)单炉产气能
力大8)三废排放有害物质少．
2．2 Shell(谢尔)法
Shell法是加压下操作的干法进料的气流床气化法。 Shell法它组合了谢尔国际石油
公司在高压下油气化经验和柯柏斯公司在煤气化方面的经验．该工艺的特性为：气化压力
为2．45MPa～3．43 MPa，干粉进料；炉内反应区火焰中心温度为2O℃，出炉煤气温度为1
350℃～1 600℃；煤气产品中Hz占30％，CO占60％，其余为C02和少量N：，碳转化率达
99％，燃料气的环境特性很好．Shell煤气化方法的典型流程见图3．
Shell煤气化的主要特点如下：1)可以使用褐煤、烟煤和沥青砂等多种煤，碳转化率达
98％以上．煤中含的硫、氧、灰分及结焦性的差异对过程均无显著影响；2)产品气中(CO+H2)
含量达90％以上，适宜作合成气，特别是煤气中C02相当少，可以大大减少酸性气体的处
理费用，气化产物中无焦油等有害成分；3)由于采用干粉煤进料，既降低了氧耗又增加了
冷煤气效率(干法进料比湿法进料约高2％)． 4)单炉生产能力大，装置处理能力可达2 000t
／d；5)符合环保要求，粗煤气中硫和氨很容易被清除，煤中大部分灰分变成玻璃状的固体，
可作建筑材料．Shell煤气化的主要技术指标：操作压力，3．O MPa～4．O MPa；操作温度，
1 400℃～1 700℃；用氮气输送煤粉浓度，400 b／m3．
3、国内气流床煤气化技术的发展
煤气化技术在中国已有近百年的历史，但技术水平仍然比较落后，而且发展缓慢．就
总体而言，中国煤气化以传统技术为主，工艺落后，环保设施不健
全，煤炭利用效率低，污染严重，如不改变现状，将会影响到我国的经济、能源和环境的
协调发展．
近四十年来，在国家的支持下，中国在研究与开发、消化引进煤气化技术方面进行了
大量工作;在气流床应用方面，近二十年来我国共引进二十多台Texaco气化炉，国内配套
完成了部分设计、安装与操作，积累了丰富的经验；引进的Shell于煤粉气化装置已有数
套开工建设．
从工业应用情况看，存在的问题主要是：煤种适应性有局限；碳转化率比较低，一般
在95％左右；投资巨大，
4、小结
鉴于我国的资源分布现状，我们应大力开发先进的煤炭气化工艺方法，充分利用我国
各种各样质量的原煤资源，建立解决关键科学问题的理论体系，解决气流床煤气化技术目
前存在的问题，用可靠的基础研究成果支撑我国的煤气化技术尽快实现大规模、高效化的
跨越，形成具有自主知识产权的大规模高效气流床煤气化技术，以满足国民经济发展对煤
炭清洁利用的迫切需求，同时也是国家战略安全的需要。
参考文献：
【1】、煤炭气化 邬纫云 中国矿业大学出版社
【2】、气流床煤气化技术的现状及发展 夏鲲鹏、陈汉平等
【3】、气流床气化方法的选择 赵旨厚，张大晶