国外煤炭气化技术的发展趋势

（一）理论与工艺开发

1.基础研究

有关煤炭气化反应动力学方面的基础研究基本停止，为配合气化炉发展，主要集中在化炉数学模拟研究、液态排渣理论研究、气化过程污染物如硫化物、氮化物及碱金属等气化过程迁移规律研究方面。日本则对加氢气化较感兴趣，其目的是获得尽量多的液体产物或合成甲烷。另外一个研究方向是集中于煤气高温除尘脱硫研究。

2.气化炉的工艺开发

①提高气化压力。从前面介绍可知，国外煤炭气化炉开发正在由常压向加压方向发展，加压直接压缩气化剂，可以节省压缩煤气所需的功率，加压还提高了气化强度，最重要的是加压与工艺下游所要求的压力相适应，甚至可实现等压合成。

②提高气化炉容量。单台气化炉处理煤量从每日几吨发展至2 600yd，4 000～5 000t/d的气化炉也已完成概念设计。气化炉容量提高，可以节省单位投资，提高整体转化效率。

③加强煤种适应性。从最初的只能利用不粘煤，到现在几乎可以气化从褐煤、不粘和黏结的烟煤到无烟煤所有煤种，扩大了煤种资源。不同的气化炉可以使用从块煤到粉煤、到煤粉等不同粒度的煤，使粒度不再受限。

④实现污染物的零排放。固定床气化炉在使用褐煤和烟煤气化时，因挥发分干馏使气冷却时会产生焦油和酚水，这些物质的处理将增加生产成本，处理不好将导致环境污染。而流化床和气流床气化则不会产生焦油和酚水。因此目前的工艺发展要求环境友好，实现零排放。

⑤提高碳转化率和提高气化效率。碳转化率和气化效率的提高，不仅提高了能源利用率，而且可以降低单位生产成本，从而提高了产品的竞争力。目前碳转化率最高已高于99%，气化效率超过80%，热效率大于95%。

⑥采用液态排渣技术。液态排渣气化可以提高碳转化率,增加气化强度。目前所有的气流床气化都采用液态排渣技术。

从气化工艺角度讲，地下气化除了俄罗斯在应用，其他国家已停止研究。熔浴床气化法已停止研究，加压流化床气化停滞不前，干法排灰和液态排渣鲁奇炉气化工艺在南非、英国及美国尚有一定的市场外，主要精力集中于加压干法或湿法加料的气流床气化技术及工艺开发上。煤炭气化主要应用于化工合成、液体燃料油合成及联合循环发电等领域，而煤炭气化发电是最活跃的领域。

（二）气化工艺的分类

1.固定床气化工艺

比较著名的常压固定床气化工艺包括苏联的AⅡ型及威尔曼一格鲁夏（WG）发生炉、两段煤气发生炉、意大利的UGI型水煤气炉、波兰和法国的两段式水煤气炉等。常压固定床发生炉使用块煤和空气鼓风，制取低热值煤气供工业用户使用；而水煤气炉使用间歇制气工艺，煤气主要用于化工合成。这些炉型由于必须使用块煤，气化强度又低，限制了其应用范围，随着大容量新型气化炉地出现在国外逐渐被淘汰。

加压固定床气化工艺主要是德国加压Lurgi气化工艺（和类似的原东德PKM型）。在鲁奇炉的基础上，又开发了两种新技术：鲁尔-100气化炉。开发的目的主要是通过提高操作压力至10MPa,提高气化强度，同时扩大煤种范围，以更经济地生产天然气等。液态排渣鲁奇炉、固态排渣鲁奇炉气化时，必须考虑煤的灰熔点和反应性。为了克服这些缺点同时减少蒸汽耗量和提高生产能力，开发了液态排渣鲁奇炉气化技术。液态排渣鲁奇气化工艺也被美国选作洁净煤示范计划的 Clean Energy项目，该项目拟建发电47πMW的lgc装置和发电0.125kW的以煤气作燃料的熔融碳酸盐燃料电池。加压定床移动床气化工艺的用户包括美国大平原气化、东德、美国的IGCC示范厂及中国一些用户，主要用于化工合成和生产城市煤气。(www.xing528.com)

2.流化床气化工艺

除了使用粉煤和生产能力提高、气化产生的煤气不含焦油和酚水、环境友好外，流化床还具有床内温度均匀和易于控制等优点。流化床气化工艺包括常压Winkler及Lurgi循环流化床和加压的Hw和灰团聚技术如U-gas、KRW等。

常压温克勒（Winkler）煤气化工艺是最早用于工业生产的流化床技术。第一台工业生产装置在1926年于德国投入运转，以后世界各国共建有约70台温克勒气化炉。典型的工业规模炉内径为5.5m，高23m。当以褐煤为原料，氧气—蒸汽常压鼓风时，单炉生产能力在标准状态下为4 700mh，生产能力可在25%～150%变化。温克勒气化工艺主要用于生产甲醇及合成氨，由于常压温克勒气化炉存在碳转化率低、气化强度不够高等问题，在20世纪50年代末和60年代初一度盛行之后，很少新建。

高温温克勒气化工艺HTW20世纪70年代，开发了两种改进的流化床加压气化新技术：一是提高温度和压力，称为高温温克勒法（HTW），生产合成气；二是以氢为气化剂生产代用天然气，即煤的加氢气化法（HKV）。

与常压温克勒气化相比，高温温克勒工艺提高了碳转化率和煤气产量。1986年建立示范装置和商业装置，示范装置操作压力为IMPa，其处理能力为干褐煤720td,甲醇的生产能力是11万ta。1988年在芬兰，另一套以泥炭为原料，生产合成氨气的商业化装置投入运行，干泥炭处理能力为650ud。1989年建立一套干褐煤处理能力160Ud的装置投入运行，用于燃气轮机发电。其操作压力为25MPa，用氧一蒸汽或空气做气化剂，经历3年试运行（操作运行950h），气化干褐煤3万t试验证明HTw的低负荷和负荷跟踪特性能满足发电厂操作要求。1992年又设计了示范装置，气化炉直径为37m，处理能力为160h，用空气做气化剂，操作压力为2MPa，发电量为31MW，原拟于2000年投产。

U-Gas气化法U-Gas气化法是由美国煤气化工艺研究院GT开发的，其目的在于生产低、中热值煤气。煤从炉侧面加入，气化炉底部采用文氏管，对灰渣团聚物进行选择性排灰，从而达到降低灰渣含碳量，提高碳转化率的目的。这也就是所谓的灰团聚气化技术。

1974年，美国煤气化工艺研究院建立了中试装置，共进行了130多次试验，用煤3700t，考察了气化炉的性能，获得了进一步放大的数据。在芬兰建立10-1MW的U-Gas气化艺，采用氧气气化，主要用于考察高温除尘和热煤气脱硫技术。随后，美国洁净煤技术示范计划将其列于Toms Creek示范项目。U-Gas气化炉处理煤量为430d，采用空气鼓风，操作压力为2～20MPa，发电量5MW，但因种种原因，该项目迄今未启动。90年代，在焦化厂建立8台直径为26m的U－Gas气化炉，常压操作，空气鼓风，用于生产低热值煤气。

3.气流床气化工艺

气流床气化工艺主要包括干法加料的Shel-Koppers、Shell、Prenflo、GSP和水煤浆加料的Texaco、Detec等。湿法加料气流床气化工艺，包括以下两种工艺：TExaco工艺Texaco气化技术属于第二代煤气化技术，由美国德士古开发公司开发，它以泵送水煤浆的方式从气化炉顶部加料，气化炉内部采用耐火材料衬里结构。1948年在Montebello建成第一套日处理15t煤的中试装置，1958年建立了日处理量为100t煤的原形炉，操作压力为28MPa，气化剂为空气，生产合成气供合成氨用。Texaco气化炉是目前商业运行经验最丰富的气流床气化工艺，操作压力已达到65MPa，单台气化炉耗煤量已达到2 000yd。目前世界上有近20台Texaco运行，用于生产合成氨、甲醇或发电等。

还有一种就是Detec气化工艺Detec气化工艺原叫Dow气化法，是在德士古气化工艺基础上发展的两段式煤气化工艺。它以泵送水煤浆的方式从气化炉底部和中部分两段加料，气化炉内部采用耐火衬里结构。1979～1983年，中试厂开工运行，其处理能力为于褐煤1td（用空气做气化剂）和33td（用氧气做气化剂）。1983年，处理能力为干煤500d（用空气做气化剂）和1090vd（用氧气做气化剂）的示范装置建成，进行了以空气或氧气为气化剂的气化试验均取得了成功，并获得了扩大到商业化装置所必需的技术数据。1987年在Dow化学公司路易斯安娜煤气化工艺公司的制造总厂内建成LGT商业示范装置，设计处理能力为2 200t(干煤）/d，生产的煤气用于联合循环发电（160MW）。1995年又在美国的Wabash river建成并投运了另一套商业化IGCC示范装置，耗煤量达2 544d，气化压力达28MPa，发电量262MW。目前该电厂正在运行。

4.煤炭地下气化工艺

1888年著名化学家门捷列夫在世界上首次提出了煤炭地下气化的设想，并提出了实现工业化的基本途径。英国曾于1908年进行过地下气化试验。苏联从30年代开始，在莫斯科近郊、顿巴斯和库兹巴斯建设过试验区，1941年莫斯科近郊气化站从技术上第一次解决了无井式地下气化问题。美国地下气化试验始于1946年，1987年在洛基山进行了扩展贯通井孔和注入点控制后退（CRIP）两种模式水蒸气氧气鼓风试验，获得了中热值煤气。英国、法国、西班牙和东欧国家也十分重视煤炭地下气化，进行了实验室研究及建模工作，其主要目标放在井下难以开采的千米以下的深部煤层气化的研究上。100多年的试验和研究，在地下气化基本反应机理、模型计算等理论研究及工艺过程设计、现场地下气化试验等方面取得了丰硕的成果。

二战以后，苏联先后建立了5个大型气化站，它们是：顿巴斯煤田的利西昌斯克地下烟煤气化站、库兹巴斯的南阿宾斯克地下烟煤气化站、莫斯科近郊地下褐煤气化站、莫斯科近郊萨茨克地下褐煤气化站、乌兹别克的安格连斯克地下褐煤气化站。这5个地下气化企业都是从地面经煤层打钻孔进行气化的，已气化了1 500多万t煤炭，获得50多亿m3的商品煤气，所产煤气主要用于烧锅炉和发电。