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1、煤气化一、 煤1、 我国煤炭储量据2012年世界能源统计，2011年底中国煤炭探明储量无烟煤和烟煤62.2 Gt，次烟煤和褐煤52.3 Gt，总量114.5Gt，占世界煤炭储量13.3%，储产比33。中国煤炭探明储量位于美国和俄罗斯之后居于第三位。石油天然气的储量更少。所以，中国煤炭储量相对丰富。2、 我国煤炭消费据2012年世界能源统计资料，2010年、2011年中国和世界能源消费情况见表1.1-1：表1.1-1 2010年、2011年世界和中国能源消费统计项目石油天然气煤炭核电水电可再生总量2010年世界消费量4031.92843.13532.0 626.3778.9165.511977.
2、8百分比33.66%23.74%29.49%5.23%6.50%1.38%100.00%2011年世界消费量4059.12905.63724.3599.3791.5194.812274.6百分比33.07%23.67%30.34%4.88%6.45%1.59%100.00%2010年中国消费量437.796.81676.216.7163.411.92402.9百分比18.22%4.03%69.76%0.69%6.80%0.50%100.00%2011年中国消费量461.8117.61839.619.5157.0 17.72613.2百分比17.67%4.50%70.40%0.75%6.01%0
3、.68%100.00%注：单位为百万吨石油当量。由表1.1-1可知，煤炭在世界能源消费中占有约30%的比例，在中国能源消费中占有约70%的比例。煤炭在世界能源消费中占有重要的地位，在中国能源消费中占有举足轻重的地位。3、 中国煤炭的分类现行中国煤炭分类是按煤的煤化程度将煤分成褐煤、烟煤和无烟煤三大类。【1】P245【3】-73、74（1）国际褐煤分类标准联合国欧洲经济委员会颁布的国际煤层煤分类-1995方案中规定，Rran0.6%的煤，即为中煤阶或高煤阶，而Rran0.6%的煤必须以含水无灰基高位发热量Qgr,m，af24MJ/kg才划归为中煤阶煤，Qgr,m，af=2024MJ/kg的煤划为
4、次烟煤，以Qgr,m，af=15MJ/kg作为低阶褐煤与高阶褐煤的分界。注：Rran为平均随机反射率，国际上通常用它表征煤阶。【1】-274（2）中国褐煤的分类标准中国1986年颁布的GB5751-86中国煤炭分类标准是煤的工业技术分类系统，是以适应煤炭开发、利用和资源储量统计为目的的。该分类方案提出了明确的划分指标和划分界限，以区分褐煤和长烟煤（烟煤）。其分类顺序是先按煤液目视透光率PM来区分烟煤或褐煤。当煤的干燥无灰基挥发分Vdaf大于37%，同时PM小于或等于30%者，归属褐煤。当Vdaf大于37%，同时PM大于30%50%的煤，则用恒湿无灰基高位发热量Qgr,maf为24MJ/kg作为
5、划分界限，即Qgr,maf大约24MJ/kg的煤，划分为烟煤（长烟煤）；只有当Vdaf大于37%，PM大于30%50%，同时Qgr,maf小于或等于24MJ/kg时，才划归为褐煤。【3】-384、 中国煤炭分布及其特点我国煤炭资源分布的自然特征有以下几点。（1）按各主要聚煤期所形成的煤炭资源量看，差别较大，其中以侏罗纪成煤最多，占总量的39.80%，以下依次为二叠纪（北方）38.04%、白垩纪11.91%、二叠纪（南方）7.54%、第三纪2.27%、三叠纪0.44%。【1】37注释：地质年代表（2）从地域上看，煤炭资源相对比较集中。根据资料对截止1999年末有关煤炭储量/资源量统计结果显示，华
6、北占总量的51.87%，西北分别约占24.1%。【1】38注释：华北范围：北京 、天津、河北、山西、内蒙古西北范围：包括陕西、甘肃、青海三省及宁夏、新疆两自治区，简称“西北五省区”。（3）从煤类上看，从褐煤、烟煤到无烟煤各种煤类的资源都有，但数量和分布极不均衡。除褐煤占已发现资源的12.8%以外，在硬煤中，低变质烟煤所占比例为量的41.6%，贫煤和无烟煤占17.6%。中变质烟煤，即传统意义上的“炼焦用煤”的数量却较少，只占27.6%，而且大多数为气煤，占烟煤的46.9%。肥煤、焦煤、瘦煤则较少，占烟煤的13.6%、24.3%和15.1%。注释：硬煤为指烟煤和无烟煤的统称。【1】-2891957
7、年欧洲经济委员会制定了欧洲经委会的褐煤分类，作为硬煤国际分类的补充。【1】291由此判断，褐煤不一定是软煤。在已发现资源中，动力煤约占72.54%；褐煤、长焰煤、不黏煤、弱黏煤、气煤等低变质煤占已发现资源储量的58.13%。【1】39全国煤炭保有储量的平均硫分为1.1%，硫分小于1%的低硫、特低硫煤占63.5%，主要有华北、东北、西北的侏罗纪煤系和华北、东北的早二叠世煤系；含硫对于2%的占16.4%，其中大于3%的高硫煤越占8.5%，主要有南方各煤田以及山东、山西、山西和内蒙西部的太原组，该部分煤虽然数量不多，但分布较广，接近经济发达地区。中国煤炭的灰分普遍较高，一般在15%25%，灰分小于1
8、0%的特低灰煤约占全国保有储量的15%20%，主要分布在华北大同、鄂尔多斯等侏罗纪煤田。目前，全国保有储量中，动力煤的平均灰分为16.8%，其中华北17.4%、东北20.7%、华东16.7%、中南18.1%、西南21.4%、西北12.6%。综上所述，中国煤炭资源丰富，分布较广，资源潜力大；煤种齐全，特别是低变质、中低变质煤种占有较大比例，这对发展煤炭气化很有利。【1】405、 煤的煤的物理性质和工艺性质（1）煤的相对密度煤的相对密度有真相对密度、视相对密度、散密度（或堆密度）等三种。煤的真相对密度TRD（True Relative Density）是指20的煤与同温度、同体积（不包括煤粒间和煤
9、粒内部孔隙体积）的水的重量之比；煤的视相对密度ARD (Apparent Relative Density)是指20的煤与同温度、同体积（不包括煤粒间但包括煤粒内部孔隙体积）的水的重量之比；煤的散密度是20自由堆积煤，与同温度、同体积的水的重量之比。它们之间的差别是在计取煤粒间和煤粒内部孔隙体积的不同。由煤的真相对密度和视相对密度可以计算出煤的内部孔隙率。内部孔隙率大的煤，内部孔隙发达，比表积大煤比较年轻，气化反应活性好。煤的散密度是工程上煤的储存、运输常用的指标。煤的真相对密度和煤的视相对密度不受煤的粒度分布的影响，而煤的散密度受煤的粒度分布影响很大。煤的真相对密度按GB/T2171996标
10、准测定。煤的视相对密度按GB/T69491998标准测定。煤的散密度可由称量一定体积煤的质量求得，一般为0.750.8。（2）煤的可磨性煤的可磨性标志着煤磨碎成粉的难易程度。它是确定煤粉碎过程的工艺和选择粉碎设备的重要依据。国内沿用国外的测定方法，有美国的哈德格罗夫法（Hardgrove）和前苏联的全苏热工研究所法（BT）。由于Hardgrove法操作简单，再现性好，世界上许多国家都加以采用。该法以美国某矿区易磨碎烟煤作为标准煤，其可磨性指数HGI定为100，以此来比较被测定煤的哈氏可磨性，即相对可磨性指数。（3）煤的磨损性在煤的开采、破碎和输送过程中，都要遇到煤对设备的磨损问题。50年代，由
11、英国的Yancey，Geer和Price首先提出用旋转法来测定煤的磨损指数，有时就以YGP表示煤的磨损指数。国内以研磨磨损指数AI（Abrasion Index,GB/T154581995）或冲刷磨损指数Ke表示。Ke值大小与煤的磨损程度关系如下：Ke1.0轻微； Ke1.02.0不强； Ke2.03.5较强； Ke3.55.0很强； Ke5.0极强。煤对金属的磨损是非金属对金属的磨损，属于磨料磨损，是各种磨损中最严重的磨损形式。这类磨损一般是指硬的磨粒或凸出物在零件表面的摩擦过程中使零件表面发生损耗的一种现象或过程。对磨损来说，硬度是重要因素，煤的硬度主要取决于其岩矿组成及变质程度。对于磨损
12、来说，硬度是重要因素。煤对金属引起的主要磨损是煤中硬度高的矿物质。煤中石英和黄铁矿对煤磨损性起主要影响，煤的磨损性能与石英、黄铁矿的含量成正比。磨粒磨损还和颗粒的形状，大小和存在形式等因素有关。【1】-198、199（4）煤灰熔融性煤灰的熔融性是与煤灰化学组分密切相关的重要指标，习惯上以煤灰熔点来表示。常用的测定煤灰熔融性的方法有熔点法（角锥法、高温热显微镜法）和熔融曲线法。但大多数国家以角锥法作为标准方法，即将煤灰和糊精混合，塑成一定大小的三角锥体，放在特殊的灰熔点测定炉内以一定的升温速率加热，观察灰锥变形情况，以确定灰分的熔点。当灰锥体受热至尖稍微熔化开始弯曲或棱角变圆时，该温度即为最初变
13、形温度T1（DT ，Deformation temperature）。继续加热，锥体弯曲至锥尖触及托板，锥体变成球形或高度底长的半球形时，此即为软化温度T2（ST ，Softening temperature）。当灰锥形状变至半球形，即高约等于底长的一半时的温度为半球温度（HT，Hemispherical temperature）。最后当灰锥体熔化展开成高度小于1.5mm的薄层时的温度为灰分的流动温度T3（FT，Flow temperature）。但某些煤灰可能测不到此特征的温度点，如有的灰锥明显缩小直至完全消失；有的缩小而实际不熔，形成一烧结块，但仍保持一定的轮廓；有的灰锥由于表面挥发而明显
14、缩小，但却保持原来的形状；某些SiO2含量高的灰锥容易产生膨胀或鼓泡，鼓泡一破即消失。图1-1 灰锥熔融特征通常T1到T2这一温度范围即为煤灰的软化范围，将T2到T3这一温度范围称为煤灰的熔化范围，固定床和流化床(沸腾床)气化炉一般以煤灰的软化温度T2作为衡量其熔融的主要指标，而气流床气化炉则以T3为主要指标。一般按照灰分的熔融温度T3可分成四组。易熔的灰分， 熔点1100；中等熔融灰分，熔点在11001250；难熔的灰分， 熔点在12501500；耐熔的灰分， 熔点在1500以上。进行煤灰熔融性测定时，要特别注意控制炉内的气氛性质。在氧化性气氛和还原性气氛条件下分别测得的灰熔融温度差别很大，
15、特别是煤灰中氧化铁含量较多时，差别更大，有时会高达300，这是因为煤灰中的铁在不同气体介质中以不同的价态出现， Fe3O4的熔点1560，FeO熔点1420，Fe熔点1535。在实际熔融过程中，铁总是和煤灰中的硅酸盐及其它矿物质共熔，形成熔点更低的复合物。通常，煤灰熔融性是指在弱还原性气体介质中的测定结果。灰熔点(软化点)T的范围除准确测试外，也可用下列公式粗略地加以计算。 T3l9Al2O3十15(SiO2十Fe203)十10(CaO十MgO)十6(Fe2O3十Na2O十K2O) 分子式表示灰分的百分含量去掉百分号还可利用灰分分析数据对煤灰的熔融性进行估算。 煤灰组分中以酸性组分为主时，即b
16、30T320021Al2O310SiO25b 煤灰组分中碱性成分较高时，即b30T3200 （2.5b20Al2O3）（3.3b10SiO2）当2.5b20Al2O3332时，式应再加上2332（2.5b20Al2O3），即T38640.8b10SiO220Al2O3当3.3b10SiO2475时，式应再加上2475（3.3b10SiO2），即T3115020Al2O30.8b10SiO2式中bFe2O3CaOMgOK2ONa2O一般固态排渣炉，要求煤灰熔融温度愈高愈好，以免由于结渣造成操作困难。液态排渣炉要求煤灰熔融温度愈低愈好。表0-2-1为灰分中各种物质的熔点。表1-5 灰分中各种混合物
17、的熔点成 分熔点/成 分熔点/成 分熔点/SiO2晶体17102FeOSiO21065CaOSiO215403Al2O3SiO21850CaOFeOSiO21100CaOAl2O31500（5）煤灰粘温特性煤灰粘度和熔融性都是动力用煤和气化用煤的重要指标。煤灰熔融性主要用于固态排渣炉的设计，并能指导实际操作，也可作为液态排渣炉设计中的参考数据。但是它只能定性地说明灰的熔化温度范围，而不能正确判断灰渣流动时的特性，这就需要测定煤灰高温熔化时的粘度特性曲线。通过大量实验，可以得到煤灰粘度与二氧化硅比的关联式： log4.468（Si2 /100）1.265（104/T）7.44式中 T： 温度，K
18、Si：二氧化硅比 Si SiO2/（SiO2Fe2O3CaOMgO）二氧化硅比还与酸碱度有如下关系：酸碱度 1.3850.015Si酸碱度 （Fe2O3CaOMgONa2OK2O）/（SiO2Al2O3TiO2）（6）煤的结渣特性用结渣性来判断煤的结渣性能优于灰熔融性，因为它比较全面地反映了煤的燃烧热、灰含量以及灰成分诸因素的影响，并模拟实际生产的条件在动态下进行测定。因此，其试验结果能更准确地反映煤在气化过程中的结渣特性。煤中灰分的多少对煤的结渣情形起着重要作用，是个首要的影响因素。大量试验数据和实际调查结果都证实，煤的灰分高，且灰熔融特性温度又比较低，在气化过程中很容易产生熔渣，形成的熔渣
19、又把邻近的煤块包围起来，集成更大的渣块，使结渣率增高。此外，煤灰周围的气氛对结渣性也有一定影响。因为还原性气氛中测得的煤灰熔融性温度比氧化性气氛测得的要低，因而，煤在还原性气氛中比在氧化性气氛中的结渣率高。煤中无机硫含量也影响结渣性，分析数据表明，煤中无机硫含量越高，煤灰熔融性温度越低，煤的结渣性相应也随之升高。煤的结渣性按GB157279标准测定。通过大量试验数据的数学处理，得出鼓风速度0.1m/s时结渣速率clin与煤灰软化温度ST、灰分的关系式如下：clin(%) 44.71.79A0.03ST式中 A煤中灰分产率， ST煤灰的软化温度，。（7）化学活性煤的化学活性即反应能力，指它与气化
20、剂(氧气、蒸汽或二氧化碳)反应的活性。化学活性同炭化程度与成煤条件有关，也同反应温度有关。化学活性同时与原料的物理性质有关，随孔隙度和比表面加大而增高。因为燃料化学活性对不同的气化剂都有一致的趋向，一般都以二氧化碳还原系数co2来表示，其式如下。co2 = 100bco/co2（200bco）式中 co2 还原反应前二氧化碳的浓度，vol； bco 还原反应后一氧化碳的浓度，vol。化学活性高有利于气体质量和气体能力的提高。至于对气化效率的影响，则因所选用的炉型不同而有所差别。对于连续式制气的煤气炉来说，化学活性高的煤，可以提高其气化效率；而对间歇式煤气炉来说，虽然在制气时制气效率也提高，但在
21、吹风阶段一氧化碳的损失也会增加，如不回收吹风气时，总效率未必提高。（8）机械强度机械强度可以用原料的硬度、粉碎性、弹性模量以及脆度四种指标来表示。固定层煤气炉注重的是煤的脆度，着重于表现煤的抗碎或抗压强度。机械强度差的原料，在运输、破碎过程中甚至在进入固定层煤气炉后，易于破裂而生成很多不能用于气化的碎屑，这不仅增大原料的消耗和造气成本，增加处理碎屑的困难，而且还会影响气化过程的正常运行。（9）热稳定性热稳定性是指燃料在高温下保持其原来粒度大小的性质，它对煤气化工艺影响很大。测定方式：将试样(块度60100mm )放入900 的马弗炉中煅烧l5分钟，冷却后试样装入以50rmin的转筒内转动15分
22、钟，然后将试样放在25mm25mm的筛上过筛，再通过称量计算出煤的耐热强度。试样的耐热强度指数 留在筛上的煤重量/试样的总重量热稳定性差的燃料，在气化过程中易破碎。产生大量碎末及小颗粒(飞灰)，使燃料层阻力增大，影响制气。燃料在高温下不稳定的原因有：在干燥和干馏段，释放水分和有机物的过程中造成碎裂；自身物质分解；受热时，粒子内外受热不均，有温差，因夹杂的矸石等与煤的膨胀系数不同而碎裂。6、 煤质分析（1） 常规煤质分析中的基准与符号空气干燥基（分析基）：以与空气湿度达到平衡状态的煤为基准，符号为ad（air dry basis）。干燥基：以假想无水状态的煤为基准，符号为d（dry basis）
23、。收到基（应用基）：以收到状态的煤为基准，符号为ar（as received）。干燥无灰基（可燃基）：以假想无水、无灰状态的煤为基准，符号为daf（dry ash free）。干燥无矿物质基（有机基）：以假想无水、无矿物质状态的煤为基准，符号为dmmf（dry mineral matter free）。（2） 工业分析煤的工业分析又称为技术分析或实用分析，分析数据以质量百分数表示。包括煤的水分、灰分、挥发分和固定碳含量测定。从广义上讲，煤的工业分析还包括硫含量和发热量测定。煤的工业分析采用GB/T2122001。1水分煤中的水分含量影响到煤的工业用途，商品煤中的水分还是煤炭生产、流通领域中的一
24、个计价因素。它关系煤的热值和煤的实用价值，也反映了煤在地质层中的变更程度。一般年代较浅的煤含水较多，如泥煤和褐煤通常含1030的水分；年代较长的，如烟煤和无烟煤大多在5以下。同时煤中水分含量和挥发分含量有关，随挥发分的降低而降低。吸附或聚集在煤颗粒内部的毛细孔中的水又称为内在水分。附着在煤颗粒表面和裂隙的水，称为外在水。外在水与内在水之和称为全水。外水：在一定条件下煤样与周围空气湿度达到平衡时所失去的水分。内水Mad：在一定条件下（105110）煤样达到空气干燥状态时所保持的水分。在水煤浆气化工艺中，内水含量影响煤的成浆浓度。全水Mt：煤的外水和内水的总和，其测定方法有四种。在干燥氮气流或空气
25、流中，在105110下干燥到质量恒定，然后根据煤样的质量损失计算出水分的含量。2挥发分V挥发分不是煤中的固有成分，而是热分解产物。煤中所含挥发分与煤的变质程度有关，含量少的只有12，多的达40 以上，它的含量依下列次序递减。泥煤 褐煤 烟煤 无烟煤测定方法：称取一定量的空气干燥煤样，放在带盖的瓷坩锅中，在90010温度下，隔绝空气加热7min。以减少的质量占煤样质量的百分数，减去该煤样的水分含量Mad作为挥发分产率。3灰分A煤的灰分不是煤的一种固有的性质，是指煤中所有可燃物质以及煤中矿物质在高温下产生分解、化合等复杂反应后剩下来的残渣，是金属和非金属的氧化物和盐类。根据煤中矿物质的不同来源，可
26、分为三类。原生矿物质：成煤植物本身所含的矿物质，在煤中含量不高（12%）。次生矿物质：在成煤过程中，由外界逐渐进入到煤中的矿物质，在煤中含量一般也不高（一般10%）。外来矿物质：这种矿物质原来并不存在于煤层中，它是在采煤过程中混入煤中的顶底板和夹石层的矿石所形成，其量随煤层结构复杂程度和采煤方法不同而有较大的变化范围，一般波动在510%。这种矿物质用洗选方式较易除去。鉴于直接测定煤中矿物质的种类和含量比较复杂，因此常常间接测定煤的灰分产率和分析煤灰成分，近似反映煤中矿物质的情况。灰分的测定方法有两种，即缓慢灰化法和快速灰化法。将煤样加热至81510，灰化并灼烧到质量恒定，以残留物的质量占煤样质
27、量的百分数作为灰分产率。4固定碳FC固定碳也是热分解产物，它和煤中碳元素含量是两个完全不同的概念。计算方法：FCad 100 （MadAadVad）ad：空气干燥基； Mad：内水； A：灰分； V：挥发分煤样在900土10的温度下隔绝空气加热7min，残余物扣除灰分后所得的百分率即为煤的固定碳的含量。由于这种气化方法最早都是使用焦炭为原料的，因而原料中固定碳含量习惯上都将其折算成84(折标)以计算消耗定额，以便于对比和判断。5硫含量煤中含硫量的高低与成煤时的沉积环境有密切的关系。硫在煤中主要以有机硫、单质硫、硫化物和硫酸盐四种形态存在。在气化时硫变成H2S和有机硫存在于煤气中，对设备会产生腐
28、蚀，并会引起合成氨催化剂中毒，故要求原料中硫含量越低越好。煤中的全硫按GB/T2141996标准测定，煤中的各种形态硫按GB/T2151996标准测定。6发热量单位质量的煤完全燃烧时放出的热量称为煤的发热量。煤的发热量不但是煤炭分类及煤质分析的重要指标，也是热工计算的基础。弹筒发热量：在氧弹中,在有过剩氧的情况下，燃烧单位质量试样所产生的热量。恒容高位发热量Qgr,v：煤样在氧弹内燃烧产生的热值减去硫和氮的校正值后热值。恒容低位发热量Qnet,v：煤的恒容高位发热量减去煤样中水和燃烧时生成的水的蒸发潜热后热值。Qgr，adQb，ad（95Sb，ad.Qb，ad）Qnet,M（Qgr,ad-20
29、6Had）23MQnet,M ：各种基煤的低位发热量，J/gQgr,ad：分析试样的高位发热量，J/gQb，ad：分析煤样的弹筒发热量，J/gSb，ad：由弹筒洗液测得的硫含量（），通常用煤的全硫量替代。95：硫酸生成热校正系数,为0.01g硫生成硫酸的化学生成热和溶解热之和，J：硝酸生成热校正系数，当Qb，ad16.7kJ/g时，0.001；当16.7kJ/gQb，ad25.10kJ/g时，0.012；当Qb，ad25.10kJ/g时，0.0016。Had：分析试样的氢含量，M：要计算的那个基准的水分，。对于干燥基，M0；对于空气干燥基，MMad；对于收到基，MMt（全水）。（3） 元素分析
30、煤的元素分析主要是测煤的有机质中碳、氢、氧、氮、硫的含量。对于一些有特殊要求的，还要测定煤中氯、砷、磷、铬等其它元素。测定结果以重量百分数表示。煤的元素分析按GB/T4762001标准测定。C碳是煤在燃烧过程中产生热量的重要元素之一。【3】-41随着煤化程度的增加，碳元素基本上是均匀增加。【1】-125H氢是煤中第二个重要的组成元素，也是煤中可燃部分，其燃烧时可放出大量的热量。煤中的氢含量并不高，但它的发热量高，所以在判断煤燃料质量时，应予以考虑。【3】-41O氧也是组成煤有机质的一个十分重要的元素。氧元素在煤的燃烧过程中不产生热量，但能与产生热量的氢生成水，使燃烧热量降低，是动力用煤的不利因
31、素。【3】-41在各类煤中褐煤的氧含量是最高的，一般为15%30%【1】-125含氧官能团含量以褐煤为最高，主要基团是羧基和羟基。氧含量的多少对煤制备水煤浆特别敏感。O/C原子比高的煤，在制备水煤浆过程中，在相同制浆条件下，要比O/C原子比低的水煤浆体流动性差很多，其表观黏度将成倍增长。【1】-130N煤中氮在燃烧时一般不氧化，而生成游离状态Nx进入废气中，当煤作为高温热加工原料进行加热时，煤中氮一部分变成N2、NH3、HCN及其它一些含氮化合物逸出。【3】-41煤中含氮量一般较少，通常在1%2%，它与煤阶的关系，无规律可循。它主要是由成煤植物中蛋白质转化而来，随着煤化程度的增高略有降低。【1
32、】-130S硫是煤中最有害的杂质。作为原料气时，由含硫煤产生的H2S不仅腐蚀金属设备且使催化剂中毒，影响操作及产品质量。【3】-41硫含量的高低主要与成煤环境及成煤的原始植物有关，与煤化程度无关。我国褐煤硫含量St,d为0.59%。我国华北区和东北区褐煤煤田多是陆相沉积的煤田，褐煤的硫含量比较低。南方褐煤中有不少为海陆交互相沉积的第三纪褐煤，硫分较高。云南褐煤的硫分多在1%3%，甚至高达3%5%。【3】-47、48二、 煤气化工艺分类煤的气化工艺是在一定温度、压力下，用气化剂对煤进行热化学加工，将煤中有机质转变为煤气的过程。其涵义就是以煤、半焦或焦炭为原料，以空气、富氧（纯氧）、水蒸气、二氧化
33、碳或氢气为气化介质，使煤经过部分氧化和还原反应，将其中所含碳、氢等物质转化成为CO、H2、CH4等可燃组分为主的气体产物的多相反应过程。【1】368气化技术按煤在气化炉中的流体力学行为可分为固定床、流化床、气流床和熔融床气化四种方法，其中固定床、流化床、气流床是比较成熟的工业技术。【2】-401、 固定床固定床又分为常压固定床和加压固定床。随着生产技术不断更新，企业生产规模的不断扩大，装置趋向于大型化。常压固定床对原料要求严格，生产能力小，能耗高，随着时间的推移终将被淘汰。加压固定床应用较广泛的是鲁奇碎煤加压气化技术，比较受关注的是BGL气化技术。（1） 鲁奇加压气化技术l 工艺原理Lurgi
34、炉以纯氧和蒸汽做气化剂，操作压力一般2.03.0MPa，气化温度在1100左右，固态排渣。在加压气化炉中，一般将床层按其反应特性由下至上分为以下几层：灰渣层、燃烧层（氧化层）、气化层（还原层）、干馏层、干燥层。气化反应分层示意图见图5.1-1。图5.1-1 碎煤加压气化炉内反应分层示意图【3】-403灰渣层：燃烧完毕的灰渣将气化剂加热；燃烧层：焦渣与氧气的反应，它为其它各层的反应提供了热量；气化层：是煤气产生的主要来源；干馏层：煤中的吸附气体及有机物在干馏层析出；干燥层：预热、干燥原料煤。据研究表明，燃料床中各层的分布状况和温度间的关系，其结果如表5.1-1所示。表5.1-1 床层高度与温度之
35、间的关系【3】-403床层名称高度/mm(从炉篦上算起)温度/床层名称高度/mm(从炉篦上算起)温度/灰层0300450还原层60022005501000燃烧层30060010001100干馏层2200270400550通常，生产城市煤气时，气化层温度一般在9501050。【3】418该气化炉适宜于具有较高活性，粒度在550mm,弱黏结性或不黏煤，灰熔点ST最好大于1250。l 工艺流程简图义马气化厂气化装置于20世纪90年代末引进的3.8m的鲁奇加压气化炉是目前比较典型的鲁奇气化工艺，其流程简图见图5.1-2。图5.1-2 义马气化厂气化工艺流程图【3】434（2） BGL气化技术BGL气化
36、炉是英国煤气公司和德国鲁奇公司共同开发的固定床液态排渣气化炉，是鲁奇干灰排渣气化炉排渣方式的改型。20世纪90年代完成了大规模中试和工业化示范。2005年，云南解化集团将了一台固定床加压固态排渣气化炉改造为BGL气化炉，气化强度增大了将近2倍，蒸汽耗量明显降低，具有显著经济效益。2008年内蒙古呼伦贝尔金新化工有限公司开工建设了我国第一个BGL大型商业化项目。2011年完成并投入试车。l 工艺原理BGL气化技术采用氧气和蒸汽做气化剂，气化温度为14001600，蒸汽用量大幅度减少，水蒸气分解率超过90%,氧气消耗低于流化床。BGL气化炉反应速度快、气化强度高，生产能力较同内径lurgy炉高23
37、倍。除产出少量甲烷外，粗合成气组分与（H2+CO）与流化床类似。可气化650mm块/碎煤或机械型煤（劣质褐煤和粉煤经过冲压制成的型煤），可掺杂适量的粉煤（10%），也可通过喷嘴喷入水煤浆或将焦油回收重新气化。l 工艺流程简图图5.1-3 BGL碎煤高温熔渣气化工艺流程【5】2、 流化床流化床煤气化又称为沸腾床气化。其以小颗粒煤为气化原料，这些细粒煤在自下而上的气化剂的作用下，保持着连续不断和无秩序的沸腾和悬浮状态，状态运动，迅速地进行着混合和热交换，其结果导致整个床层温度和组成的均一。流化床特点：l 生产强度较固定床大；l 使用小颗粒碎煤为原料，避开了块煤供求不足的矛盾；l 对煤种煤质适应性强
38、可利用如褐煤等灰含量较高的劣质煤。【3】351流化床在国内应用较广泛的是恩德炉，比较受关注的是KBR输运床气化炉。（1）恩德炉恩德粉煤气化技术是朝鲜七.七联合企业引进德国温克勒技术后，不断改造、完善，发展起来的实用型技术，在朝鲜运行了30多年。1996年，抚顺市黎明机械厂和朝鲜平壤技术贸易中心合作成立了中外合作抚顺恩德煤气炉制造安装有限公司，现更名为抚顺恩德机械有限公司，引进了该技术，并结合我国国情加以改进、完善。恩德炉专有技术已于1999年获得了中国实用型专利。在国内有近20家公司的工业化应用，其中25台炉已经投产，15台炉在建。l 工艺原理中国抚顺恩德机械有限公司，引进国外专利技术，开发的
39、粉煤沸腾气化炉型，在原有技术基础上进行了3项重大改进：其一，气化炉底部改成特殊形状的锥体，以布风喷嘴取代原有炉篦；其二，在气化炉出口处增设了旋风除尘器与返料装置；其三，将废热锅炉的位置改到了旋风除尘器之后，减轻了煤气中飞灰对废热锅炉炉管受热面的磨损。恩德炉属于常压气化，以富氧或纯氧和蒸汽做气化剂，气化温度在900950以上，从而煤气中基本上不含焦油、酚类等，固态排渣。国内运行的工厂，单炉设计最大产干基粗合成气43000m3/h（希望集团东能）。由于炉内没有传动部分和易损件，可获得较高的连续运转率。出气化炉粗煤气经过废锅使热量得到回收，产出的蒸汽压力可根据工艺需求选择（压力0.6MPa4.0 M
40、Pa ），80%自用，20%外送。恩德炉原料煤要求粉煤粒度1250)、中低或低灰份、不黏或弱黏结性褐煤、长烟煤。l 工艺流程简图图5.2-1 恩德炉煤气化工艺流程简图【3】479图5.2-2 恩德气化工艺流程框图（2）KBR美国凯洛格布朗路特（KBR）集团公司是于2002年3月在美国大型能源公司、石油服务业巨头哈利伯顿集团公司业务重组后而产生的。KBR输运气化炉即TRIGTM是一项先进的煤气化技术。20世纪90年代中期KBR在美国阿拉巴马州威尔逊维尔投运了工程规模为50t/d的示范装置，已成功气化多种煤（包括烟煤、次烟煤和褐煤）。目前正在设计美国密西西比州的600MWIGCC电厂，采用褐煤气化
41、，设计两台TRIGTM在空气工况下并行工作，单炉处理煤量3750t。目前国美外没有工业运行经验。l 工艺原理TRIGTM是粉煤进料，以氧气和蒸汽为气化剂，操作3.585MPa，气化温度约980。出气化炉的高温粗合成气经过专门设计的高压蒸汽余热锅炉和高压蒸汽过热器回收热量，产出高品位的高压过热蒸汽。余热回收后，合成气又通过专有颗粒物控制装置（PCD），用于脱除飞灰。气化炉出口气体中所含有的蒸汽量不能满足变换反应的要求，因此需要合成气饱和塔产生变换反应所需的蒸汽。原料煤适用于多种原料煤，尤其是低阶煤。要求粒径较大的煤粉（约0.30.4mm），水份要求非常宽松，低于22%以内不需干燥即可送入气化炉。
42、l 工艺流程简图图5.2-3 KBR输运床气化工艺流程简图及气化炉示意图3、 气流床气流床气化是一种并流式气化。气化剂（氧气+蒸汽）将煤粉（或煤浆）夹带入气化炉，在高于灰熔点FT的温度下进行并流气化和燃烧，将煤一步转化成以CO和H2为主的粗煤气，残渣以液态熔渣形式排出气化炉。【3】351气流床气化根据入炉原料的输送性能可分为干法进料和湿法进料。【3】483现在比较实用的国外的技术主要有Texaco（湿法）、Shell（干法）、GSP炉等。国内的气流床煤气化技术主要有多喷嘴对置式水煤浆气化技术、干煤粉气流床气化技术（航天炉）、多元料浆气化技术等、两段炉干粉煤气化技术等。【2】44（1）Texac
43、oTexaco（德士古）水煤浆加压气化工艺简称TCGP，是美国德士古石油公司在重油气化基础上发展起来的。20世纪70年代开发并推出水煤浆加压气化技术，70年代末80年代初完成示范工作并实现工业化，80年代投入工业化生产。目前TCGP技术为美国GE公司所有。该工艺先后在美国、日本、德国建成多套工业生产装置，经多年的运行实践证明技术先进，成熟可靠。我国最早引进该技术的是山东鲁南化肥厂，目前国内已有多套装置，运行良好。【2】45l 工艺原理Texaco水煤浆加压气化采用单喷嘴顶喷水煤浆进料，以纯氧为气化剂，操作压力一般为2.76.5MPa,气化温度为1350左右，液态排渣，出气化炉合成气一般为水激冷
44、。单台炉最大日处理量可达1650t，碳转化率98%，气体质量好。气化炉适宜于灰熔点小于1250、低灰的烟煤或石油焦作原料。【2】43l 工艺流程简图图5.3-1 德士古气化激冷流程示意图（2）Shell自20世纪50年代起，壳牌公司就开始了气化技术的开发；1976年建立了一座6t/d的小试试验厂，利用该装置一共试验了30多个不同的煤种；1978年，在汉堡附近的哈尔堡炼油厂建设一座处理煤量为150t/d的中试工厂；1987年，壳牌公司在美国休斯敦附近的DeerPark石化中心建设了一座进煤量250t/d高硫煤或400t/d的高湿度、高灰褐煤示范工厂，共运行了15000h，试验了18种原料，包括褐
45、煤和石油焦；1988年Demkolec公司在荷兰南部的BuGGenun采用壳牌煤气化工艺兴建了一座发电厂，单炉日处理煤量2000t、气化压力2.8MPa，截至到2001年，据称，该气化装置运转率在95%以上。1997年以来，Shell煤气化工艺在中国约有23套装置建设。在建的单台气化炉日处理量都是采用日处理量1000t或2000t级的，煤种大多数为当地劣质煤，产品合成气大部分用于生产合成氨、甲醇和氢气。l 工艺原理Shell粉煤气化技术以多喷嘴干煤粉进料，纯氧和蒸汽作气化剂，操作压力一般为3.04.0MPa，气化温度为14001600，国内采用的一般为废锅流程，液态排渣。由于采用干煤粉进料，氧
46、耗较水煤浆气化低。碳转化率可达99%以上，有效气组分（CO+H2）含量高达90%，煤气中粉尘含量非常低，合成气质量好。气化炉采用膜式水冷壁，以渣抗渣，熔渣对气化炉热蚀侵害小，气化炉、烧嘴寿命长，与水煤浆气化相比气化炉单炉运行周期长，由于四个工艺烧嘴，抗波动能力强。开停车、粉煤进料、气化炉排渣、排灰采用自动程序控制，自动化程度高，人员维护工作量非常小。原料煤水分进磨机一般要求15%,入炉水分要求2%3%，灰分90%。l 工艺流程简图流程简图见图5.3-2。图5.3-2 Shell煤气化工艺（SCGP）流程示意图气化炉（3）GSP原民主德国VEB Gaskombiant的黑水泵公司于1976年研究开发了GSP加压煤气化工艺；1980年在民主德国的弗莱堡燃料学院建成了W100和W5000两套试验装置，处理煤量分别为100250kg/h、525t/h，操作压力分别为3MPa、4M
