趙錦波，王玉慶

（中國(guó)石油化工股份有限公司 科技部，北京 100728）

特約述評(píng)

煤氣化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

趙錦波，王玉慶

（中國(guó)石油化工股份有限公司 科技部，北京 100728）

綜述了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外煤氣化技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用的進(jìn)展情況，論述了固定床、流化床、氣流床及煤催化氣化等煤氣化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，比較了國(guó)內(nèi)外主要的煤氣化技術(shù)，對(duì)當(dāng)前煤化工技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展中令人關(guān)注的熱點(diǎn)，如能量高效轉(zhuǎn)化與合理回收方式、煤種適應(yīng)性、大型化、裝置可靠性、污水處理、技術(shù)集成以及產(chǎn)業(yè)政策等進(jìn)行了分析和討論。

煤氣化；氣流床；煤催化氣化

煤氣化技術(shù)是現(xiàn)代煤化工的基礎(chǔ)［1］，是通過(guò)煤直接液化制取油品或在高溫下氣化制得合成氣，再以合成氣為原料制取甲醇、合成油、天然氣等一級(jí)產(chǎn)品及以甲醇為原料制得乙烯、丙烯等二級(jí)化工產(chǎn)品的核心技術(shù)。作為煤化工產(chǎn)業(yè)鏈中的“龍頭”裝置，煤氣化裝置具有投入大、可靠性要求高、對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)濟(jì)效益影響大等特點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外氣化技術(shù)眾多，各種技術(shù)都有其特點(diǎn)和特定的適用場(chǎng)合，它們的工業(yè)化應(yīng)用程度及可靠性不同，選擇與煤種及下游產(chǎn)品相適宜的煤氣化工藝技術(shù)是煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的重要決策。

工業(yè)上以煤為原料生產(chǎn)合成氣的歷史已有百余年。根據(jù)發(fā)展進(jìn)程分析，煤氣化技術(shù)可分為三代。第一代氣化技術(shù)為固定床、移動(dòng)床氣化技術(shù)，多以塊煤和小顆粒煤為原料制取合成氣，裝置規(guī)模、原料、能耗及環(huán)保的局限性較大；第二代氣化技術(shù)是現(xiàn)階段最具有代表性的改進(jìn)型流化床和氣流床技術(shù)，其特征是連續(xù)進(jìn)料及高溫液態(tài)排渣；第三代氣化技術(shù)尚處于小試或中試階段，如煤的催化氣化、煤的加氫氣化、煤的地下氣化、煤的等離子體氣化、煤的太陽(yáng)能氣化和煤的核能余熱氣化等。

本文綜述了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外煤氣化技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用的進(jìn)展情況，論述了固定床、流化床、氣流床及煤催化氣化等煤氣化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。

1 國(guó)內(nèi)外煤氣化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

在世界能源儲(chǔ)量中，煤炭約占79%，石油與天然氣約占12%。煤炭利用技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)是能源戰(zhàn)略的重要內(nèi)容之一。世界煤化工的發(fā)展經(jīng)歷了起步階段、發(fā)展階段、停滯階段和復(fù)興階段。20世紀(jì)初，煤炭煉焦工業(yè)的興起標(biāo)志著世界煤化工發(fā)展的起步。此后世界煤化工迅速發(fā)展，直到20世紀(jì)中葉，煤一直是世界有機(jī)化學(xué)工業(yè)的主要原料。隨著石油化學(xué)工業(yè)的興起與發(fā)展，煤在化工原料中所占的比例不斷下降并逐漸被石油和天然氣替代，世界煤化工技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一度停滯。直到20世紀(jì)70年代末，由于石油價(jià)格大幅攀升，影響了世界石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，同時(shí)煤化工在煤氣化、煤液化等方面取得了顯著的進(jìn)展。特別是20世紀(jì)90年代后，世界石油價(jià)格長(zhǎng)期在高位運(yùn)行，且呈現(xiàn)不斷上升趨勢(shì)，這就更加促進(jìn)了煤化工技術(shù)的發(fā)展，煤化工重新受到了人們的重視。

中國(guó)的煤氣化工藝由老式的UGI爐塊煤間歇?dú)饣杆傧蚴澜缱钕冗M(jìn)的粉煤加壓氣化工藝過(guò)渡，同時(shí)國(guó)內(nèi)自主創(chuàng)新的新型煤氣化技術(shù)也得到快速發(fā)展。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)大型潔凈煤氣化技術(shù)已投產(chǎn)和正在建設(shè)的裝置有80多套，50%以上的煤氣化裝置已投產(chǎn)運(yùn)行，其中采用水煤漿氣化技術(shù)的裝置包括GE煤氣化27套（已投產(chǎn)16套），四噴嘴33套（已投產(chǎn)13套），分級(jí)氣化、多元料漿氣化等多套；采用干煤粉氣化技術(shù)的裝置包括Shell煤氣化18套（已投產(chǎn)11套）、GSP 2套，還有正在工業(yè)化示范的Lurgi BGL技術(shù)、航天粉煤加壓氣化（HT-L）技術(shù)、單噴嘴干粉氣化技術(shù)和兩段式干煤粉加壓氣化（TPRI）技術(shù)等。

1.1 固定床氣化技術(shù)

固定床氣化技術(shù)也稱移動(dòng)床氣化技術(shù)，是世界上最早開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的氣化技術(shù)。固定床一般以塊煤或焦煤為原料，煤（焦）由氣化爐頂部加入，自上而下經(jīng)過(guò)干燥層、干餾層、還原層和氧化層，最后形成灰渣排出爐外，氣化劑自下而上經(jīng)灰渣層預(yù)熱后進(jìn)入氧化層和還原層。固定床氣化的局限性是對(duì)床層均勻性和透氣性要求較高，入爐煤要有一定的粒（塊）度（6～50 mm）和均勻性。煤的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、黏結(jié)性和結(jié)渣性等指標(biāo)都與透氣性有關(guān)，因此，固定床氣化爐對(duì)入爐原料有很多限制。

大型固定床氣化技術(shù)包括Lurgi氣化技術(shù)、BGL氣化技術(shù)和YM氣化技術(shù)等。加壓固定床氣化技術(shù)是在常壓固定床氣化技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，主要解決常壓固定床氣化技術(shù)中氣化強(qiáng)度低、單爐處理負(fù)荷小等缺點(diǎn)，最有代表性的是Lurgi加壓氣化爐。

BGL氣化技術(shù)［2］是在Lurgi氣化技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，該技術(shù)最大的改進(jìn)是降低了蒸汽與氧氣的體積比，提高了氣化反應(yīng)區(qū)的溫度，實(shí)現(xiàn)熔融態(tài)排渣，從而提高了生產(chǎn)能力，可更適合于灰熔點(diǎn)低的煤和對(duì)蒸汽反應(yīng)活性較低的煤。

1.2 流化床氣化技術(shù)

氣化劑由爐底部吹入，使細(xì)粒煤（粒度小于6 mm）在爐內(nèi)呈并逆流反應(yīng)，該技術(shù)通常稱為流化床氣化技術(shù)。煤粒（粉煤）和氣化劑在爐底錐形部分呈并流運(yùn)動(dòng)，在爐上筒體部分呈并流和逆流運(yùn)動(dòng)，固體排渣。并逆流氣化對(duì)入爐煤的活性要求高，同時(shí)，爐溫低、停留時(shí)間短會(huì)帶來(lái)碳轉(zhuǎn)化率低、飛灰含量高、殘?zhí)几?、灰渣分離困難、操作彈性小等問(wèn)題。具有代表性的爐型為常壓Winkler爐和加壓HTW爐、山西煤炭化學(xué)研究所灰熔聚技術(shù)爐型等。

灰熔聚流化床氣化技術(shù)［3］是山西煤炭化學(xué)研究所于20世紀(jì)80年代末到90年代開(kāi)發(fā)成功的一種流化床煤氣化技術(shù)。在φ300 mm小型氣化試驗(yàn)裝置（投煤量1 t/d）、φ1 000 mm大型冷態(tài)試驗(yàn)裝置和φ1 000 mm大型中間試驗(yàn)裝置（操作壓力0.1～0.5 MPa，投煤量24 t/d）的研究基礎(chǔ)上，2001年該技術(shù)常壓操作的工業(yè)裝置在陜西城固化肥股份有限公司合成氨裝置上運(yùn)行成功。2008年7月在石家莊金石化肥有限責(zé)任公司建設(shè)一套加壓灰熔聚流化床氣化示范裝置，投煤量300 t/d，在操作壓力0.6 MPa下實(shí)現(xiàn)了77 h連續(xù)運(yùn)行。

1.3 氣流床氣化技術(shù)

氣流床氣化技術(shù)采用粉煤或煤漿的進(jìn)料方式，在氣化劑的攜帶作用下，兩者并流接觸，煤料在高于其灰熔點(diǎn)的溫度下與氣化劑發(fā)生燃燒反應(yīng)和氣化反應(yīng)。為彌補(bǔ)停留時(shí)間短的缺陷，必須嚴(yán)格控制入爐煤的粒度（小于0.1 mm），以保證有足夠大的反應(yīng)面積，灰渣以液態(tài)形式排出氣化爐。氣流床的主要特點(diǎn)是氣化溫度高、強(qiáng)度大、煤種適應(yīng)性相對(duì)較強(qiáng)、氣化指標(biāo)好。但由于在高溫下反應(yīng)，存在出氣化爐的氣體顯熱高、冷煤氣效率低、原料消耗高等缺點(diǎn)。

氣流床氣化技術(shù)代表了當(dāng)前煤氣化技術(shù)發(fā)展的主流趨勢(shì)，代表技術(shù)有GE水煤漿氣化技術(shù)、康菲E-Gas氣化技術(shù)、清華達(dá)立科分級(jí)氣化技術(shù)、華東理工大學(xué)四噴嘴水煤漿氣化技術(shù)、Shell粉煤氣化技術(shù)、西門(mén)子GSP氣化技術(shù)、航天爐HT-L技術(shù)以及單噴嘴冷壁式（SE）粉煤氣化技術(shù)等。

1.3.1 GE氣化技術(shù)

GE氣化技術(shù)［4-6］是目前應(yīng)用最廣泛、最成熟的氣流床煤氣化技術(shù)之一，氣化工藝簡(jiǎn)單，氣化壓力高，生產(chǎn)裝置壓力最高達(dá)8.7 MPa。氣化爐的主要結(jié)構(gòu)是單噴嘴，采用下噴式，水煤漿進(jìn)料，大部分氣化爐采用水激冷工藝流程；在整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)（IGCC）發(fā)電項(xiàng)目中也有氣化爐采用廢鍋流程的。

1.3.2 E-Gas氣化技術(shù)

E-Gas氣化技術(shù)最早由Destec公司開(kāi)發(fā)，后被Dow公司收購(gòu)。氣化爐采用“十”字形結(jié)構(gòu)，水煤漿原料，兩段氣化，粗合成氣配置廢鍋流程。第一段為水平圓筒，在1 316～1 427 ℃的熔渣溫度下運(yùn)行；第二段為內(nèi)襯耐火材料且垂直于第一段的直立圓筒，該段采用向上氣流床形式，有一路煤漿通過(guò)噴嘴均勻地分布到第一段來(lái)的熱煤氣中，水煤漿噴入量為總量的10%～15%。第二段是利用第一段煤氣的顯熱來(lái)氣化在第二段噴入的煤漿，從而將混合物的溫度降至1 038 ℃，以保證熱回收系統(tǒng)正常工作。

E-Gas氣化技術(shù)采用多個(gè)工藝燒嘴，單臺(tái)氣化爐能力大，采用半焦和細(xì)渣循環(huán)，提高了碳轉(zhuǎn)化率。煤氣凈化處理較簡(jiǎn)單，渣水中不含焦油、酚等有害物質(zhì)，可以回用制漿，環(huán)境污染較少。排渣系統(tǒng)采用特殊的連續(xù)排渣結(jié)構(gòu)，降低了氣化框架。但氣化爐的“十”字形結(jié)構(gòu)限制了操作壓力的提高，廢鍋及排渣系統(tǒng)的特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致煤種選擇范圍相對(duì)嚴(yán)格。2010年3月，韓國(guó)浦項(xiàng)光陽(yáng)鋼鐵廠的合成天然氣項(xiàng)目許可使用E-Gas氣化技術(shù)。2012年5月，印度信賴工業(yè)公司采用E-Gas氣化技術(shù)建設(shè)全球最大的石油焦/煤氣化多聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目。

1.3.3 多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)

多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)［1］由華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠和中國(guó)天辰化學(xué)工程公司共同開(kāi)發(fā)，2000年完成中試裝置（22 t/d）的運(yùn)轉(zhuǎn)與考核。2002年，先后在山東華魯恒升化工有限公司和兗礦集團(tuán)國(guó)泰化工有限公司建設(shè)了兩套多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)的商業(yè)性示范裝置。與同類技術(shù)相比，對(duì)于同樣煤種，采用該技術(shù)的碳轉(zhuǎn)化率提高3百分點(diǎn)以上，比氧耗降低約8%，比煤耗降低2%～3%。

目前，國(guó)內(nèi)多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)已推廣到江蘇靈谷化工有限公司合成氨項(xiàng)目、神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司600 kt/a甲醇項(xiàng)目和陜西未來(lái)能源化工有限公司百萬(wàn)t/a煤制油項(xiàng)目等34家企業(yè)，運(yùn)轉(zhuǎn)和在建的氣化爐95臺(tái)，其中，單爐日處理量2 000 t規(guī)模的水煤漿大型化國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率為100%（44臺(tái)氣化爐）。已與美國(guó)Valero公司簽定技術(shù)許可合同，計(jì)劃建設(shè)5臺(tái)單爐日處理石油焦2 500 t的氣化裝置，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)大型化工成套技術(shù)向發(fā)達(dá)國(guó)家出口的先河。

1.3.4 清華爐氣化技術(shù)

清華爐氣化技術(shù)［7］由北京盈德清大科技有限責(zé)任公司擁有并負(fù)責(zé)推廣應(yīng)用。第一代為耐火磚型清華爐技術(shù)，2006年1月在山西陽(yáng)煤豐喜肥業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司臨猗分公司投入運(yùn)行。第二代為水冷壁型清華爐技術(shù)，2011年8月22日，世界首臺(tái)水煤漿水冷壁氣化爐（日處理煤600 t）在山西陽(yáng)煤豐喜肥業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司一次投料成功，連續(xù)運(yùn)行140 d，創(chuàng)造了煤氣化技術(shù)開(kāi)車的新水平和新紀(jì)錄。該技術(shù)采用特殊設(shè)計(jì)的工藝組合燒嘴和成熟的水冷壁技術(shù)，氣化爐啟動(dòng)速度快，本質(zhì)安全高，煤種適應(yīng)性較好，可以采用灰熔點(diǎn)達(dá)到1 500℃的煤種。2012年9月3日，清華爐氣化技術(shù)通過(guò)了中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的專家鑒定。目前，北京盈德清大科技有限責(zé)任公司主推第二代水冷壁水煤漿氣化技術(shù)。

1.3.5 Shell氣化技術(shù)

Shell氣化技術(shù)［8］研發(fā)始于1972年，歷經(jīng)小試和中試研究，1993在荷蘭Buggenum建立了煤產(chǎn)量2 000 t/d的裝置，配套250 MW的IGCC示范裝置。之后，該技術(shù)在中國(guó)得到廣泛應(yīng)用。截至到2013年3月，國(guó)內(nèi)共有21臺(tái)Shell氣化爐投入運(yùn)行，單爐規(guī)模為750～2 500 t/d，氣化爐連續(xù)運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)已超過(guò)200 d。

Shell氣化爐采用四噴嘴水平帶角度設(shè)置，撞擊形成的旋轉(zhuǎn)氣流由氣化室頂部經(jīng)合成氣激冷后進(jìn)入對(duì)流廢鍋，進(jìn)一步回收合成氣能量，氣化產(chǎn)生的液態(tài)熔渣由氣化爐底部渣口依靠重力落入渣池，冷卻后排出。水冷壁可直接副產(chǎn)中壓蒸汽，氣化操作溫度高，煤種適用性較好。國(guó)內(nèi)圍繞Shell氣化爐渣口易結(jié)渣問(wèn)題開(kāi)展了大量研究［9-10］。

由于Shell廢鍋流程氣化爐的投資高、流程長(zhǎng)、操作復(fù)雜，為提高技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力，Shell公司開(kāi)發(fā)了上行全水激冷技術(shù)和下行全水激冷粉煤氣化技術(shù)。水激冷技術(shù)簡(jiǎn)化了流程，降低了投資，更適用于化工生產(chǎn)，拓寬了Shell氣化技術(shù)在煤制合成氨、甲醇、煤化工和燃煤發(fā)電等領(lǐng)域的應(yīng)用前景，目前Shell公司與惠生公司合作建設(shè)的下行全水激冷流程Shell煤氣化工業(yè)示范裝置正在建設(shè)中。

1.3.6 GSP氣化技術(shù)

GSP氣化技術(shù)［11-12］是20世紀(jì)70年代由前民主德國(guó)燃料研究所開(kāi)發(fā)并投入商業(yè)化運(yùn)行的粉煤加壓氣化技術(shù)。2010年Siemens公司收購(gòu)了該技術(shù)。GSP氣化技術(shù)是一種單噴嘴下噴式煤粉加壓氣流床氣化技術(shù)。針對(duì)不同用戶需求，高溫合成氣可分別采用水激冷和廢鍋回收熱量產(chǎn)生高壓蒸汽兩種冷卻方式。GSP技術(shù)采用干煤粉進(jìn)料，盤(pán)管水冷壁襯里和復(fù)合式燒嘴，氣化操作溫度高，煤種適用性較好，合成氣直接水激冷流程簡(jiǎn)單且投資少。

神華寧煤集團(tuán)是國(guó)內(nèi)首家引進(jìn)GSP氣化技術(shù)的用戶，在銀川寧東地區(qū)建設(shè)了5套（4臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)備用）日處理煤2 000 t的GSP粉煤氣化裝置，用于生產(chǎn)500 kt烯烴，該氣化裝置于2010年11月4日投產(chǎn)，由于存在煤粉流量不穩(wěn)定、粗合成氣中含灰量高以及水冷壁燒蝕等問(wèn)題制約了裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

1.3.7 HT-L技術(shù)

HT-L技術(shù)［13］是一種由北京航天萬(wàn)源煤化工工程技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)的粉煤加壓氣化技術(shù)，采用干粉加壓進(jìn)料、純氧氣化、液態(tài)排渣和粗合成氣激冷工藝流程，氣化爐采用水冷壁盤(pán)管襯里，副產(chǎn)熱水后通過(guò)間接換熱得到低壓蒸汽。此項(xiàng)技術(shù)未經(jīng)小試和中試，直接按照工藝設(shè)計(jì)建設(shè)工業(yè)化示范項(xiàng)目，2008年先后在安徽臨泉、河南龍宇建成2套單爐日投煤量720 t的示范裝置，目前國(guó)內(nèi)已有4家企業(yè)的HT-L氣化爐投入運(yùn)行，用于生產(chǎn)甲醇或合成氨，單爐最大日投煤量2 000 t。

1.3.8 TPRI技術(shù)的開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展

無(wú)論Shell氣化爐還是Prenflo氣化爐，均采用一段氣化的方式，為了讓高溫煤氣中攜帶的熔融態(tài)灰渣凝固，以免堵塞煤氣冷卻器，二者都采取后續(xù)工段冷煤氣循環(huán)激冷，將高溫煤氣冷卻到900 ℃左右，然后進(jìn)入煤氣冷卻器，激冷過(guò)程高位能量損失較大。為解決這一問(wèn)題，借鑒E-Gas氣化爐熱化學(xué)法回收高溫煤氣顯熱的原理，國(guó)電熱工研究院提出了TPRI工藝［14］。在國(guó)家“十五”、“863”計(jì)劃的支持下，該工藝于2006年完成了45 t/d煤的中試裝置運(yùn)行，并通過(guò)了國(guó)家科技部組織的驗(yàn)收。2009年7月，由中國(guó)華能集團(tuán)投資，日投煤量2 000 t的工業(yè)示范裝置正在天津開(kāi)發(fā)區(qū)建設(shè)，配套250 MW IGCC電站。2012年4月中旬，氣化裝置啟動(dòng)。

1.3.9 多噴嘴對(duì)置式粉煤加壓氣化技術(shù)

多噴嘴對(duì)置式粉煤加壓氣化技術(shù)［15］是在國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃和“863”課題支持下，由華東理工大學(xué)、兗礦集團(tuán)和中國(guó)天辰化學(xué)工程公司通過(guò)近十年的小試、中試研發(fā)積累開(kāi)發(fā)的粉煤加壓氣化技術(shù)，正在建設(shè)日處理煤1 000 t級(jí)的示范裝置，計(jì)劃于2014年投入工業(yè)示范運(yùn)行。該技術(shù)與多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)的差異主要在于：將水煤漿進(jìn)料改為粉煤進(jìn)料、氣化爐的耐火磚襯里改為水冷壁襯里，其余部分（如激冷、初步凈化和渣水系統(tǒng)）均采用成熟技術(shù)。

1.3.10 SE技術(shù)

SE技術(shù)由華東理工大學(xué)和中國(guó)石油化工集團(tuán)公司共同開(kāi)發(fā)。該技術(shù)采用在線粉煤輸送標(biāo)定系統(tǒng)、膜式水冷壁襯里、水激冷流程以及復(fù)合式粉煤燒嘴等技術(shù)，具有煤種適用性強(qiáng)、粉煤輸送穩(wěn)定且計(jì)量準(zhǔn)確、水冷壁直接副產(chǎn)中壓蒸汽和投資少等優(yōu)點(diǎn)。目前，中國(guó)石化揚(yáng)子石油化工有限公司正在建設(shè)一套日處煤量1 000 t級(jí)的SE粉煤氣化示范裝置，計(jì)劃于2014年底投入工業(yè)示范運(yùn)行。

1.4 新型煤氣化技術(shù)

第三代新型煤氣化技術(shù)包括煤的催化氣化、加氫氣化、地下氣化、等離子體氣化、太陽(yáng)能氣化和核能余熱氣化等技術(shù)，這些技術(shù)大多處于實(shí)驗(yàn)室研究或中試研究階段，其中以煤催化氣化技術(shù)［16-17］最為引人注目和重視，國(guó)內(nèi)外均在投入巨資進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。煤的催化氣化是煤在固體狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)，催化劑與煤粉按照一定比例均勻混合，煤表面分布的催化劑通過(guò)侵蝕開(kāi)槽作用，使煤與氣化劑更好地接觸并加快氣化反應(yīng)。與傳統(tǒng)的煤氣化相比，煤催化氣化技術(shù)可明顯降低反應(yīng)溫度，提高反應(yīng)速率，改善煤氣組成并提高煤氣收率。催化氣化生成的合成氣對(duì)于甲烷合成工藝可縮短工藝流程，提高工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。目前，有關(guān)煤催化氣化技術(shù)的難點(diǎn)在于催化劑，催化劑的價(jià)格與回收以及產(chǎn)生二次污染等問(wèn)題一直制約著煤催化氣化的工業(yè)化進(jìn)程。

1.4.1 藍(lán)氣技術(shù)

美國(guó)巨點(diǎn)能源公司（GPE）成立于2005年，擁有世界上先進(jìn)的“一步法低溫催化水解甲烷化”煤制天然氣技術(shù)，即“藍(lán)氣技術(shù)”BlueGasTM的注冊(cè)商標(biāo)。與EXXON公司開(kāi)發(fā)的同類技術(shù)相比，該技術(shù)具有催化劑活性提高、催化劑回收性能改善、工藝流程優(yōu)化、設(shè)備投入降低和CO2排放量減少等優(yōu)點(diǎn)。

GPE公司擁有大型冷模及3套中試示范裝置，建立了反應(yīng)數(shù)學(xué)模型，在中試裝置上得到了驗(yàn)證，完成了用煤（石油焦）進(jìn)行的2 700 h的試驗(yàn)。該公司在美國(guó)馬薩諸塞州五月花清潔能源中心的示范裝置采用商業(yè)化裝置的高度和操作條件，并正與萬(wàn)向集團(tuán)合作在中國(guó)新疆建設(shè)示范裝置。

1.4.2 新奧集團(tuán)煤催化氣化技術(shù)

2008年，新奧集團(tuán)開(kāi)始煤催化氣化制甲烷的研究工作，獲得了國(guó)家“973”及“863”計(jì)劃支持，建立了不同規(guī)模的固定床和流化床評(píng)價(jià)裝置，開(kāi)展了煤的催化熱解特性、半焦催化氣化特性、殘焦燃燒/氣化特性、兩段流化床熱態(tài)耦合特性的基礎(chǔ)研究工作，實(shí)現(xiàn)了0.5，5 t/d煤催化氣化裝置的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)開(kāi)展了工業(yè)示范裝置的工藝包設(shè)計(jì)等前期工作。

2 國(guó)內(nèi)外主要煤氣化技術(shù)的比較

在3類氣化技術(shù)中，固定床氣化技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，但對(duì)床層均勻性和透氣性要求較高，需要使用塊煤或型煤，有效氣（CO+H2）產(chǎn)率低，副產(chǎn)物和氣化廢水處理工序復(fù)雜，環(huán)保問(wèn)題較多。流化床氣化技術(shù)采用碎煤進(jìn)料，灰渣循環(huán)使用，但仍存在氣化溫度較低、停留時(shí)間短、要求原料煤有較好的反應(yīng)性等問(wèn)題；同時(shí)在工程化上存在熔渣與飛灰的調(diào)控問(wèn)題。氣流床氣化技術(shù)采用干煤粉或水煤漿進(jìn)料，原料適應(yīng)范圍寬，氣化能力大，碳轉(zhuǎn)化效率高，符合大型化要求，近年來(lái)發(fā)展較快。

相對(duì)于高溫合成氣的冷卻方式，廢鍋流程比較適合于IGCC裝置。Shell，E-GAS，GE在IGCC裝置中均采用廢鍋流程，利用煤氣化時(shí)產(chǎn)生的高溫合成氣余熱副產(chǎn)高、中壓蒸汽，用于蒸汽透平發(fā)電。在制氫等化工裝置中，變換工段需要大量的蒸汽將粗合成氣中的CO變換為H2，采用激冷流程更加適合，可以直接利用合成氣激冷洗滌產(chǎn)生的飽和工藝蒸汽進(jìn)入變換工藝，大幅縮短工藝流程。同時(shí)水激冷流程氣化爐不需設(shè)置廢鍋段，工藝穩(wěn)定性好，大幅降低了裝置的造價(jià)。

與傳統(tǒng)的煤氣化技術(shù)相比，煤催化氣化技術(shù)由于氣化反應(yīng)溫度低，催化劑的存在提高了氣化反應(yīng)速率，使得煤氣中的甲烷含量遠(yuǎn)高于其他氣化技術(shù)，對(duì)于甲烷合成工藝可縮短工藝流程，提高工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，因而受到人們的普遍關(guān)注和重視。但催化劑的選擇及應(yīng)用（包括催化劑的種類、加入方式和回收等）是煤催化氣化技術(shù)能否經(jīng)濟(jì)性地實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。

3 煤氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及對(duì)策

高壓、大容量氣流床氣化技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，代表著目前煤氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，是現(xiàn)在最清潔的煤利用技術(shù)之一，是潔凈煤技術(shù)的龍頭和關(guān)鍵。隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大型煤氣化技術(shù)也將不斷發(fā)展，如何提高煤氣化整體效率、煤種適應(yīng)性、氣化爐單爐生產(chǎn)能力、裝置的可靠性、提高和推進(jìn)綠色氣化工藝、減少污染物排放、降低投資強(qiáng)度、強(qiáng)化煤氣化與新型煤化工的技術(shù)集成是煤氣化技術(shù)的發(fā)展方向。

3.1 煤氣化過(guò)程的能量高效轉(zhuǎn)化與合理回收

合理回收煤氣化合成氣高溫顯熱是提高煤氣化整體效率的重要環(huán)節(jié)?；厥蘸铣蓺怙@熱的技術(shù)主要有激冷工藝和廢熱鍋爐工藝兩種。激冷工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，投資省，但能量回收效率低。廢熱鍋爐工藝熱量回收效率高，但設(shè)備龐大，投資巨大。以Shell廢鍋流程煤氣化技術(shù)為例，日處理1 000 t煤氣化爐廢鍋高約45 m，采用廢鍋流程的投資較采用急冷流程的投資高5億元以上。

采用先進(jìn)的氣流床氣化技術(shù)，碳轉(zhuǎn)化率已達(dá)99%左右，僅通過(guò)強(qiáng)化煤氣化爐中的混合過(guò)程和傳遞過(guò)程已很難大幅提高氣流床煤氣化的效率。近年來(lái)，人們嘗試通過(guò)二次噴煤等以“化學(xué)激冷”的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)高溫合成氣顯熱的充分利用。通過(guò)工藝優(yōu)化和技術(shù)改進(jìn)，研究煤氣化整體工藝的匹配性，回收氣化高溫?zé)崃?，?shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

3.2 提高煤種適應(yīng)性問(wèn)題及其對(duì)策

煤氣化技術(shù)從固定（移動(dòng)）床到流化床，再到氣流床，一方面是適應(yīng)大型化的要求，更重要的是為了拓展氣化技術(shù)對(duì)煤種的適應(yīng)性。同時(shí)，大型煤化工裝置和煤礦結(jié)合發(fā)展是現(xiàn)代煤化工的發(fā)展趨勢(shì)，如何實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，合理使用煤炭資源，按照煤質(zhì)的情況、產(chǎn)品情況匹配合適的氣化技術(shù)，提高煤種適應(yīng)性是煤氣化發(fā)展過(guò)程必須合理解決的問(wèn)題。

一方面采用合適的配煤技術(shù)，保證氣化爐在一定時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定進(jìn)料。通過(guò)深入研究氣化機(jī)理和改進(jìn)氣化爐結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大單一或多元混配煤種運(yùn)用范圍，提高與后續(xù)加工裝置的匹配性，保證氣化裝置安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。另一方面通過(guò)劣質(zhì)煤預(yù)處理提質(zhì)等技術(shù)的開(kāi)發(fā)可為氣流床氣化技術(shù)提供較為適宜的氣化原料。第三，采用復(fù)合煤氣化技術(shù)提高煤炭資源的利用效率，優(yōu)質(zhì)優(yōu)用，劣質(zhì)劣用。以合成氣制天然氣項(xiàng)目為例，充分利用煤炭開(kāi)采過(guò)程中的粉煤，采用固定床技術(shù)與氣流床技術(shù)相結(jié)合，既提高了煤炭資源的利用效率，又解決了煤氣化效率與廢水處理問(wèn)題。

3.3 煤氣化技術(shù)的大型化及對(duì)策

大型化、單系列是現(xiàn)代過(guò)程工業(yè)發(fā)展的一個(gè)顯著標(biāo)志。氣化爐能力向大型化發(fā)展，有利于與新型煤化工工藝整體的匹配，提高整體產(chǎn)業(yè)鏈的經(jīng)濟(jì)性、合理性。由于氣化爐外形尺寸受制造、運(yùn)輸和安裝等客觀因素限制，必須通過(guò)提高溫度、壓力和強(qiáng)化混合等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)氣化爐的大型化發(fā)展，氣流床易于實(shí)現(xiàn)上述的擴(kuò)能方式，是大型化的必選技術(shù)。已工業(yè)化的煤氣化技術(shù)中，規(guī)模在1 500 t/d以上的煤氣化裝置均采用高壓氣流床技術(shù)。

通過(guò)提高壓力和強(qiáng)化混合等方式可進(jìn)一步保持氣流床氣化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)進(jìn)料特點(diǎn)（粉煤/水煤漿），結(jié)合水煤漿進(jìn)料的霧化過(guò)程［18-19］和粉煤進(jìn)料的彌散過(guò)程特點(diǎn)［20-21］，通過(guò)采用合理的噴嘴數(shù)量及設(shè)置，與氣化爐匹配形成較合理的爐內(nèi)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)混合過(guò)程強(qiáng)化。對(duì)于粉煤進(jìn)料，由于粉體在低速下即能較好地彌散，因此采用多路煤粉輸送共用一個(gè)工藝噴嘴也可實(shí)現(xiàn)粉煤氣化爐的大型化。

3.4 提高煤氣化裝置可靠性技術(shù)

煤氣化裝置作為煤化工的核心和龍頭裝置，必須具有穩(wěn)定供應(yīng)合成氣的性能，是整個(gè)煤化工裝置能否穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，因此對(duì)氣化系統(tǒng)的長(zhǎng)周期可靠性提出了非常高的要求。提高煤氣化裝置可靠性的技術(shù)途徑主要包括以下3個(gè)方面：一是原料穩(wěn)定性。建立入爐煤標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)配煤或添加石灰石等工藝，保證入氣化爐煤質(zhì)穩(wěn)定，提高煤氣化裝置的可靠性。二是工藝優(yōu)化。降低氣化技術(shù)的工藝復(fù)雜度，通過(guò)工藝創(chuàng)新和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)氣化裝置的長(zhǎng)周期可靠性。三是關(guān)鍵設(shè)備的優(yōu)化。提高關(guān)鍵設(shè)備（如噴嘴、閥門(mén)、耐火襯里等）的可靠性，通過(guò)關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計(jì)理論和關(guān)鍵材料的突破、關(guān)鍵部位防護(hù)技術(shù)的突破，實(shí)現(xiàn)單個(gè)設(shè)備的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

3.5 煤氣化的污水問(wèn)題及其處理技術(shù)

煤氣化（固定床等）廢水是一種典型的高濃度、高污染、有毒、難降解的工業(yè)有機(jī)廢水，另外廢水水質(zhì)因各企業(yè)使用的原煤成分及氣化工藝的不同而差異較大［22］。其中，氣流床氣化工藝產(chǎn)生的廢水較少，污染程度較低；但固定床氣化工藝等產(chǎn)生的廢水污染程度較大，特別是該工藝產(chǎn)生的含酚廢水很難處理，運(yùn)行成本高。因此，針對(duì)不同的煤氣化工藝和所用的煤種，應(yīng)采用有針對(duì)性的工藝對(duì)其廢水進(jìn)行處理。

選擇低廢水排放的氣化技術(shù)，積極穩(wěn)妥地采用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備和新材料，是解決煤氣化污水處理問(wèn)題及其處理技術(shù)的關(guān)鍵。通過(guò)研究掌握煤氣化過(guò)程中污染物的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理，降低煤氣化過(guò)程中污染物的排放；通過(guò)采用新型廢物治理技術(shù)，如生物法處理廢水、廢渣等，實(shí)現(xiàn)煤氣化裝置的零排放；開(kāi)發(fā)各種污泥和高濃度有機(jī)廢水與煤共氣化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)氣化爐資源化處置有機(jī)污染物［23］。

3.6 煤氣化與新型煤化工的技術(shù)集成

根據(jù)煤種性質(zhì)和產(chǎn)品特點(diǎn)，研究開(kāi)發(fā)煤在加工過(guò)程中的組合技術(shù)和多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，通過(guò)煤氣化與新型煤化工的技術(shù)集成，提高煤的優(yōu)化利用和轉(zhuǎn)化效率。同時(shí)集成與煤氣化技術(shù)相配套的CO耐硫變換、酸性氣體凈化等工藝和催化劑、溶劑技術(shù)，提高煤氣化裝置的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

3.7 中國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)政策的影響

中國(guó)缺油、少氣和富煤的能源結(jié)構(gòu)導(dǎo)致把發(fā)展煤化工作為能源安全和原料結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要途徑。中國(guó)是世界上使用煤氣化技術(shù)門(mén)類最多和建有煤氣化裝置最多的國(guó)家，但煤化工耗水量、CO2排放量和三廢排放均較大，給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)較大壓力。進(jìn)入“十二五”后，針對(duì)煤化工行業(yè)中存在的技術(shù)重復(fù)引進(jìn)、項(xiàng)目盲目建設(shè)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展失控等狀況，國(guó)家進(jìn)一步出臺(tái)政策嚴(yán)格規(guī)范煤化工產(chǎn)業(yè)秩序，合理引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展，進(jìn)行引導(dǎo)和調(diào)控的方向也越加清晰。對(duì)新上煤化工項(xiàng)目的能源轉(zhuǎn)化效率、綜合能耗、噸產(chǎn)品新鮮水用量等具體指標(biāo)進(jìn)行控制，并對(duì)示范項(xiàng)目采用的技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行明確規(guī)定，這將有助于推進(jìn)我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新，不斷促進(jìn)煤氣化技術(shù)的進(jìn)步。

4 結(jié)語(yǔ)

煤氣化技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必須以煤資源的高效利用、環(huán)境和生態(tài)友好為前提。因此，高效和潔凈的煤氣化技術(shù)是當(dāng)今煤氣化技術(shù)發(fā)展的主流。氣流床技術(shù)具有大型化、潔凈、高效、煤種適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，是當(dāng)今煤氣化發(fā)展的主要方向。圍繞氣流床氣化技術(shù)，應(yīng)通過(guò)氣化爐內(nèi)多相反應(yīng)過(guò)程調(diào)控、優(yōu)化高溫合成氣冷卻，優(yōu)化氣化工藝，完善關(guān)鍵設(shè)備，實(shí)現(xiàn)能量的高效轉(zhuǎn)化與合理回收，擴(kuò)大煤種的適應(yīng)性，并提高氣化裝置的可靠性。通過(guò)開(kāi)發(fā)各種有機(jī)污染物與煤共氣化技術(shù)，利用氣流床高溫氣化爐的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)資源化處置有機(jī)污染物。對(duì)于催化氣化等新型煤氣化技術(shù)，應(yīng)進(jìn)一步加大基礎(chǔ)研究的力度，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破后才可在工程中應(yīng)用。

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（編輯 李明輝）

?技術(shù)動(dòng)態(tài)?

齊魯石化成功應(yīng)用國(guó)產(chǎn)新型聚丙烯成核劑

齊魯石化塑料廠聚丙烯（PP）QP81N生產(chǎn)首次應(yīng)用了國(guó)產(chǎn)新型成核劑，共生產(chǎn)200余t產(chǎn)品。測(cè)試結(jié)果表明，其綜合性能優(yōu)于采用進(jìn)口成核劑生產(chǎn)的產(chǎn)品。聚丙烯QP81N具有良好的熔體流動(dòng)性和較高的沖擊韌性，直接應(yīng)用時(shí)可注塑生產(chǎn)大型薄壁制品，改性應(yīng)用時(shí)可以少添加價(jià)格昂貴的彈性體，降低改性成本，適用于汽車改性專用料等高附加值領(lǐng)域。

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齊魯石化塑料廠新建250 kt/a高密度聚乙烯裝置，實(shí)現(xiàn)了聚乙烯大中空容器專用料DMD1158粒料產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)，此次共生產(chǎn)DMD1158產(chǎn)品4 200 t。DMD1158產(chǎn)品因熔體流動(dòng)指數(shù)低、硬度高、流動(dòng)性差等特點(diǎn)，造粒難度大，只能生產(chǎn)粉料產(chǎn)品。新裝置投用后，該廠解決了DMD1158產(chǎn)品的造粒難題。目前，DMD1158粒料產(chǎn)品是該廠高密度聚乙烯產(chǎn)品中效益較好的產(chǎn)品。

盤(pán)錦和運(yùn)鹵化丁基膠項(xiàng)目投產(chǎn)

盤(pán)錦和運(yùn)集團(tuán)30 kt/a鹵化丁基膠項(xiàng)目以石油液化氣為原料，平穩(wěn)運(yùn)行25 d，其黏度、不飽和度等技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。該集團(tuán)鹵化丁基膠項(xiàng)目一次開(kāi)車產(chǎn)出合格產(chǎn)品。該裝置以石油液化氣為原料，用萃取分離技術(shù)將其中的正丁烯、正丁烷和異丁烷完全分離。再利用烯烴異構(gòu)、烷烴異構(gòu)、異丁烷脫氫技術(shù)將其全部轉(zhuǎn)化為異丁烯，一部分用于生產(chǎn)甲基叔丁基醚，另一部分用異丁烯精制技術(shù)制得高純異丁烯，應(yīng)用丁基/鹵化丁基膠技術(shù)生產(chǎn)丁基膠和鹵化丁基膠。

Present Situation and Development Tendency of Coal Gasification Technology

Zhao Jinbo，Wang Yuqing
（Science & Technology Department，China Petroleum ＆ Chemical Corporation，Beijing 100728，China）

The development and application of typical coal gasification technologies，namely fixed bed gasification，fluidized bed gasification，entrained-flow bed gasification and catalytic coal gasification were introduced and compared. The focal issues in modern coal chemical industry，including efficient energy transformation and rational recovery modes，coal adaptability，largescale，reliability of installations，sewerage treatment，technological integration and industry policies，were analyzed also.

coal gasification；entrained-flow bed；catalytic coal gasification

1000 - 8144（2014）02 - 0125 - 07

TQ 54

A

2013 - 08 - 13；［修改稿日期］ 2013 - 10 - 28。

趙錦波（1976—），男，吉林省松原市人，碩士，高級(jí)工程師，電話 010 - 59968797，電郵 zhaojinbo@sinopec.com。