國外煤氣化設備技術及在中國的應用

錢伯章

（上海擎督信息科技有限公司金秋能源石化工作室)

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國外煤氣化設備技術及在中國的應用

錢伯章*

（上海擎督信息科技有限公司金秋能源石化工作室)

摘要對幾種煤氣化爐爐型進行了技術對比。論述了煤氣化技術的選用原則。分析了我國煤氣化技術裝備需要解決的一些問題。通過實例較詳細地介紹了國外煤氣化技術在中國的應用。

關鍵詞煤氣化技術煤氣化爐粉煤水煤漿氣化溫度

*錢伯章，男，1939年生，教授級高工。上海市，200127。

1　煤氣化爐型的技術對比

煤化工的核心技術——煤氣化技術在我國呈現(xiàn)出巨大的市場需求。目前我國已成為世界上應用煤氣化技術種類最多的國家，已應用的（包括正在中試的）煤氣化技術有GE氣化技術（原德士古氣化技術）、多噴嘴水煤漿氣化技術、灰熔聚流化床氣化技術、U-Gas煤氣化技術等18種之多。表1列出幾種煤氣化爐型進行技術對比。

到2020年，我國對煤氣化爐的需求量將達到2250套。屆時，我國將成為世界上最大的煤氣化爐市場。而新型煤氣化裝備的研發(fā)，提升了國內煤化工裝備制造水平，適應了十分廣闊的國內市場，大有可為。

2　氣化技術的選用原則

2.1煤質

雖然氣化方式很多，但是一種氣化方式只適合某種特定的煤。反之，某一種煤的氣化只能采用特定的氣化方式。目前還沒有一種氣化方式可以通吃各種煤。比如內蒙古和新疆大都是褐煤。褐煤是一種灰分較高的劣質煤，水分含量一般為30%左右。如果采用氣流床氣化，要把這么高的水分干燥，再磨成很細的煤粉或者制成濃度不高的水煤漿，并且氣化下渣口容易堵塞停產，顯然不合算。如果選擇加壓氣化的固定床魯奇爐就比較合算。比如新疆廣匯能源有限公司120萬t甲醇項目氣化技術采用固定床氣化，還有內蒙古大唐克旗煤制天然氣氣化也用固定床魯奇爐。

表1　幾種煤氣化爐型的技術對比

在我國一些地方，尤其是煤炭大省山西，無煙煤是主要煤種。然而，當前無煙煤作為優(yōu)質化工原料的優(yōu)勢正在逐漸削弱。為了解決這一問題，企業(yè)應該不斷研究適應于無煙煤煤種的新型煤氣化技術，開發(fā)適合無煙煤特性的其他現(xiàn)代氣化路線，延續(xù)無煙煤作為優(yōu)質化工用煤的生命力，為煤化工產業(yè)發(fā)展提供強大的技術保障，開拓無煙煤潔凈利用新途徑。如晉煤集團為了適應國家各項政策，積極開展“適應魯奇爐氣化特性的晉城無煙型煤的研究與開發(fā)”、“適應晉城無煙洗粒煤固定床氣化技術研究與開發(fā)”、“晉城高硫無煙塊煤適應常壓固定床氣化技術研究及工業(yè)試驗”和“航天爐試燒晉城末煤工業(yè)示范試驗”四個項目的技術研究，為解決集團公司“三高”煤、洗粒煤、塊末煤的高效利用問題，研究新型煤化工路線提供了技術支撐。

煤質分析一般包括工業(yè)分析和元素分析，前者包括含碳量、水分、灰分、揮發(fā)分的分析，后者包括硫、苯、氫氣、甲烷、氫氧化合物、酚萘、一氧化碳和二氧化碳等的分析。如果是固定床氣化，煤氣里面的甲烷含量到15%左右，廢水處理系統(tǒng)復雜，投資大，增加了后系統(tǒng)的甲烷工藝。如果是水煤漿，液態(tài)氣化溫度高，煤氣里面甲烷含量基本為3%左右，可以作為后系統(tǒng)惰性氣體用，或者直接放空，既減少了甲烷處理投資，也減少了廢水處理系統(tǒng)投資。

煤質中硫元素對氣化工藝設備腐蝕非常嚴重。新疆廣匯能源有限公司2011年氣化投料，固定床魯奇爐氣化內壁腐蝕，內壁減薄，通過1年的時間尋找解決腐蝕的技術，最后通過鎳基焊條對氣化爐內壁滿焊解決了腐蝕。由此可見，煤質分析對氣化影響非常大，影響了項目早投產和公司經濟效益。2014年，內蒙古大唐克旗煤制天然氣項目氣化投料一個月就停車，最后查明原因，也和新疆廣匯公司發(fā)生的腐蝕一樣。淮化集團本地煤資源豐富，但其灰分達到27%～28%，灰熔點>1600℃，而GE工藝的氣化溫度為1300～1400℃，因此不得不改用河南義馬煤和甘肅華亭煤，致使生產成本增加，無法將本地資源優(yōu)勢轉化成經濟優(yōu)勢。這是我們要吸取的教訓。

煤質中的灰熔點也決定了所采用的氣化技術?；胰埸c高于1500℃，如果此煤質采用氣流床水煤漿氣化，必須提高水煤漿氣化溫度，但是影響氣化爐使用壽命，影響耐火磚使用壽命，增加了設備投資。如果這么高的灰熔點煤質要采用水煤漿氣化爐，必須增加一些工藝，比如采用添加劑石灰石等。如果煤質里面的水分高于15%，影響水煤漿的沉降性，就需要增加一些絮凝劑，也相應地增加了工藝。水分高了，增加了氧氣消耗量，也相應增加了空風負荷。如果煤質的含碳量低于40%，氣化爐達不到全負荷，消耗氧氣量高，大量熱能被帶走，渣口就容易堵塞。因此煤質分析非常重要。尤其是煤質的硫元素分析、灰熔點分析、含碳量分析、熱值分析和水分分析等至關重要，決定了氣化壽命，決定了氣化長周期聯(lián)產運行，決定了目標產品的高效率。

綜上所述，煤質分析對氣化技術影響非常大。煤種的含碳量、水分、灰分、揮發(fā)分和元素分析等決定了氣化技術，也決定了氣化設備的材質。如果設備材質和煤質分析不匹配，就會影響長周期投料。所以在選擇氣化技術的同時，也必須分析所要采用的煤質是否適合該氣化技術，兩者是相輔相成的，缺一不可。企業(yè)需要什么目標產品，就要匹配什么樣的氣化技術。氣化技術決定了，相應的產品也定性了。

2.2目標產品

如果目標產品主要是甲醇、甲烷、石腦油、輕油和焦油等產品，那相應的氣化技術就配套碎煤固定床氣化了。固定床氣化分為干排渣和液態(tài)排渣，其代表分別是魯奇爐氣化和BGL氣化爐氣化。魯奇爐氣化對煤質的硫含量非常敏感，硫元素會腐蝕氣化爐內壁，魯奇爐沒有耐火磚保護，只有水夾套。BGL氣化爐內壁需要耐火磚保護，耐火磚基本一年更換一次，一個月檢驗一次。BGL控制點比較繁瑣，操作容易出錯，目前國內只有兩家企業(yè)試用性投料，一家是內蒙古中煤鄂爾多斯能源化工有限公司，還有一家是內蒙古金鑫化工有限責任公司，運行不穩(wěn)定，維護費用大。

如果目標產品只是甲醇，那就需要高溫高壓液態(tài)氣化。水煤漿氣化溫度一般在1400℃左右，壓力6.5 MPa左右。水煤漿進料，大量水分需要加熱氣化，因而單位體積的有效氣體煤耗和氧耗比粉煤氣化高。但煤氣中的惰性氣體含量少，故合成甲醇循環(huán)氣量少，壓縮功耗少，馳放氣體少，可以設置馳放裝置，也可以不設置。水煤漿氣化適應的煤質廣泛，可以氣化低灰分、低灰熔點、低硫的煤，灰熔點為1300℃左右。水煤漿氣化已經國產化，專利費用少，國內已經有研究團隊，提供設計、制造、生產一條線服務，縮短了制造運輸周期。

粉煤氣化是干料、純氧、蒸汽進料，氣化溫度1500℃左右，壓力不高于4 MPa，碳轉化率高達98%左右，煤氣有效氣體成分90%以上，水冷壁使用壽命長，以渣抗渣，單位體積的有效氣體耗氧量比水煤漿低15%左右。但是干煤粉需要氮氣或者二氧化碳輸送，增加煤氣里面的惰性氣體約5%左右。馳放氣體比水煤漿高，就要考慮氫回收或者增加馳放氣體裝置。粉煤氣化比水煤漿氣化1 t煤多產25 kg甲醇。粉煤氣化合成氣里面的惰性氣體高于水煤漿氣化3倍，反而粉煤氣化耗煤比水煤漿耗煤高5%左右。粉煤氣化設備復雜，專利費高。如果甲醇合成需要6 MPa的凈化氣，采用粉煤氣化就需要上一個增壓機，需要投資3000萬元左右。如果是透平壓縮機，還需要增加高壓蒸汽。目前使用粉煤氣化的企業(yè)不多，還不能國產化，運行維護經驗缺乏。

2.3廢鍋煤氣化技術優(yōu)勢日趨明顯

氣流床技術代表著煤氣化技術發(fā)展到了一個新的高度，其熱回收方式分為廢鍋流程和激冷流程。據(jù)介紹，廢鍋流程的代表性技術有殼牌公司的廢鍋技術、GE的半輻射廢鍋、E-Gas的火管式廢鍋。具有熱效率高、副產的中/高壓蒸汽用途廣、能有效降低操作成本、一期建設投資高等特點。

激冷流程代表性技術有西門子的GSP爐、科林爐、多元料漿爐、對置四噴嘴、清華爐，以及航天爐、寧煤爐、東方爐、五環(huán)爐、二段爐等。具有裝置流程簡單、投資節(jié)省、煤種適應性更寬、運行更穩(wěn)定、熱能效率低、副產的中壓蒸汽用途窄等特點。

廢鍋流程雖然建設期投資高，但從運行成本、能效指標、經濟效益上來說，廢鍋流程都要比激冷流程好出許多。特別是在國家對現(xiàn)代煤化工中能效指標、環(huán)保指標、CO2的排放等要求越來越高的情況下，廢鍋流程的優(yōu)勢將越來越明顯。

目前已經具備成功運行經驗的廢鍋流程主要有：殼牌干煤粉氣化技術、GE水煤漿氣化技術和西比埃（CB & I）公司的E-Gas二段式水煤漿氣化技術。

上述三種技術的廢熱鍋爐國產化進度不一。其中，殼牌公司一直致力于裝備國產化，2011年以前除設備外殼在國內制造外，內件一直在國外制造。GE半輻射廢鍋，由于設計和制造難度較大，國內目前還沒有生產廠商，GE公司希望能在國內制造生產輻射廢鍋。E-Gas火管式廢鍋除熱管材料需要進口外，從設計和制造來說不存在技術難題。CB & I公司正在國內尋找合格的合作伙伴。

2.4我國煤氣化技術裝備需解決的三大問題

近十幾年現(xiàn)代煤化工在我國得到迅速發(fā)展。現(xiàn)代煤化工產業(yè)鏈除煤炭直接液化成石油外，都是以煤氣化為工藝源頭?？梢哉J為，煤氣化技術是現(xiàn)代煤化工的基礎核心。

煤氣化技術裝備按爐型劃分，主要有固定床、流化床、氣流床三種，這三種爐型的氣化技術裝備在國內都有應用。目前業(yè)內基本認同固定床和氣流床兩種氣化技術裝備，流化床已很少使用。

煤氣化技術裝備的先進性不僅取決于氣化爐的性能和技術指標，還與煤的種類、性能，氣化爐的投資價格，生產運行的連續(xù)性、平穩(wěn)性，以及對周邊環(huán)境的影響等因素有關。我國現(xiàn)代煤化工發(fā)展的重點應在煤制烯烴、煤制芳烴、煤制天然氣、煤制油幾個方面。煤氣化技術裝備應向大型化、高效節(jié)能、連續(xù)生產、智能高端、綠色環(huán)保方向發(fā)展。我國氣化技術裝備要在不斷完善現(xiàn)有氣化爐設計、制造的基礎上，擴大煤種使用范圍，進一步優(yōu)化設計，實現(xiàn)系列化和穩(wěn)定連續(xù)運行，提高可靠性。

對于今后我國氣化技術裝備的發(fā)展，應重點解決好以下三個問題：

一是，在煤制天然氣方面重點研制開發(fā)解決魯奇爐廢氣、廢水污染問題，大力研制開發(fā)和應用BGL爐和MY爐。

二是，氣流床氣化爐重點解決好優(yōu)化設計、連續(xù)生產，提高可靠性。

三是，IGCC多聯(lián)產氣化爐重點解決好“三高煤”，即高灰、高硫、高灰融點煤種的應用，解決連續(xù)生產和易堵等問題，為我國煤化工發(fā)展奠定堅實基礎。

表2　在我國應用的國外煤氣化技術情況(t/d)

3　國外煤氣化技術及其在中國的應用

3.1我國應用國外煤氣化技術匯總

我國從20世紀80年代開始從國外引進先進的煤氣化技術，經過三十多年的引進和發(fā)展，目前國外有工業(yè)化應用業(yè)績的11種煤氣化技術中，除Prenflo、CCP和E-Gas三種氣化技術外，其他8種技術均在我國已有或在建工業(yè)化生產裝置，具體情況見表2。

除以上8種在國內有應用業(yè)績的先進煤氣化技術，國外還有德國伍德公司開發(fā)的Prenflo粉煤氣化技術、美國陶氏化學公司路易斯安那煤氣化公司開發(fā)的E-Gas水煤漿氣化技術、日本中央電力研究所和三菱重工共同開發(fā)的CCP流化床空氣氣化技術、澳大利亞WorleyParsons開發(fā)的煤氣化技術等，也開始在中國尋求工業(yè)化機會。

據(jù)介紹，目前全世界的煤氣化技術多達幾十種，按照應用規(guī)模和技術特點劃分，主要歸納為碎煤固定床氣化技術、流化床氣化技術、水煤漿氣流床氣化技術、粉煤氣流床氣化技術等幾種類型。其中，粉煤氣化技術關鍵設備氣化爐內安裝有水冷壁，氣化室反應溫度最高可達到2000℃以上。據(jù)了解，水冷壁的主要作用是阻擋高溫直接作用到氣化爐爐壁(外殼)，起到隔熱作用，并可以副產低壓蒸汽，而爐壁(外殼)則起到承受爐內高壓的作用。位于明火一側的水冷壁覆蓋了一層SiC敷料，該設計的目的是為了保護水冷壁，并使水冷壁易于掛渣，形成渣層，從而起到以渣抗渣的作用。粗合成氣和渣離開氣化室后，共同形成一股向下的流體，氣化室出口的結構要保證在緊隨其后的激冷工段形成理想的流動體。激冷室裝有激冷環(huán)、導氣管及破沫板，起到對粗合成氣的激冷作用。該氣化技術最大的優(yōu)點是頂置三燒嘴結構民。多燒嘴結構設計，更有利于氣化爐的大型化。

3.2GE煤氣化技術

該技術原為德士古的專利技術（德士古水煤漿加壓氣化技術于2004年轉讓給美國GE能源公司），是目前發(fā)展較快的第二代煤氣化技術。大體過程為：一定粒度的煤粒及少量添加劑在磨機中磨成可以用泵輸送的非牛頓形流體，與氧氣或富氧在加壓及高溫條件下不完全燃燒，制得高溫合成氣，用于制造碳一化學品、合成氨等。該技術主要特點：關鍵設備氣化爐結構簡單，無機械傳動裝置；煤種適應較廣，粉煤、煙煤、次煙煤、石油焦等均可應用；合成氣質量好，CO+H2≥80%，其H2與CO質量比約為0.77；碳轉化率高，達97%~98%；單爐產氣能力大，氣化煤量達2000 t/d；“三廢”排放少。目前該技術已在合成氨、甲醇、含氧化合物、潔凈煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）等方面得到應用。

雪佛龍德古士公司此前已在中國技術轉讓了16套氣化設施，其中8套以煤炭為原料，8套以渣油為原料。據(jù)稱，已投用的11套設施累計每年減少2000萬t的二氧化硫、二氧化氮、二氧化碳及可溶性固體廢物排放量。德士古氣化技術以水煤漿為原料生產合成氨、甲醇等化學品已在魯南化肥廠、渭河化肥廠、上海太平洋化工公司焦化總廠、淮南化工總廠等成功應用。魯南化肥廠采用水煤漿加壓氣化生產合成氨新工藝，使原生產1 t合成氨需消耗優(yōu)質無煙煤2.2 t減少到僅消耗普通原煤1.4 t，生產成本降低18%。中國石化集團公司接受雪佛龍德士古公司氣化技術轉讓，在金陵石化公司改造石腦油蒸汽轉化裝置，采用低價的石油焦和煤炭原料替代現(xiàn)用的石腦油原料。金陵石化采用氣化工藝將石油焦和煤炭原料轉化為清潔的合成氣，該合成氣與現(xiàn)有石腦油轉化生產的合成氣相似，但對空氣的排放污染遠低于石腦油轉化。

惠生（南京）化工有限公司南京化工園區(qū)，其二期合成氣項目采用了GE潔凈煤氣化技術和Linde低溫甲醇洗凈化技術，煤氣化所需的氧氣來自空氣化工產品公司，絕大部分產品就近供給塞拉尼斯、揚子-巴斯夫、三菱化學、藍星化工等園區(qū)內企業(yè)，用于下游化工產品的生產。

GE所研制的水煤漿加壓氣化專利技術采用單噴嘴技術，經營業(yè)績多，工藝成熟，流程簡單，操作穩(wěn)定可靠，維修方便，已有55年的生產運行經驗。該技術在世界范圍內已簽署155個項目，在中國簽署的40多個項目中已有29個項目進入了生產運行階段，經檢驗穩(wěn)定性較好。

GE公司和中國電力工程咨詢集團公司（China Power Engineering Consulting Group Corporation，CPECC）宣布，與美國貿易發(fā)展署（US Trade and Development Agency，USTDA）簽署協(xié)議，采用GE設計的技術，支持推進在中國的商業(yè)化規(guī)模一體化氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）設施。

GE IGCC技術一直處于前列，已有20多年經驗。GE的技術參與了幾個里程碑式的項目，包括位于加利福尼亞州巴斯托（Barstow）的庫爾沃特（Coolw ater）以及在佛羅里達州波爾克坦帕（Polk Tampa）的中型IGCC裝置，都有助于幫助驗證IGCC的商業(yè)可行性。通用電氣公司也為杜克（Duke）能源公司在印第安納州Edwardsport的設施提供了IGCC技術，使其成為世界上最大的IGCC設施，已于2012年投運。

GE能源集團2012年3月中旬宣稱，中國首個采用GE氣化技術的貴州金赤化工有限公司無煙煤煤化工項目在貴州桐梓投入運營。據(jù)悉，貴州金赤化工有限公司無煙煤煤化工項目采用了3套GE氣化裝置。以產自貴州的高灰分、高灰熔點且反應活性差的無煙煤制合成氣，用以生產甲醇和合成氨。該項目正式運營后，桐梓工廠每天可生產460萬標準立方米的合成氣，每年可生產30萬t甲醇和30 萬t合成氨。該項目展示了GE氣化技術的原料多樣性。

2011年7月，GE與中國第二大煤炭企業(yè)中煤集團旗下陜西榆林能源化工有限公司簽訂了氣化許可合同，該項目采用14臺1.47×10-2m3氣化爐，煤炭轉化能力約為每天2500萬m3合成氣，每年約合成360萬t甲醇。

2012年5月10日，中國神華與GE合資組建的通用電氣神華氣化技術有限公司在上海成立。該公司將從事與氣化和清潔煤技術有關的研究，開發(fā)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電市場。該合資公司股東雙方的持股比例均為50%。

作為世界首套煤制烯烴工業(yè)化示范項目，神華包頭煤制烯烴項目采用了GE的煤氣化技術。這一年產60萬t烯烴的新型煤化工項目自2010年建成投產以來，已實現(xiàn)安全、穩(wěn)定、長周期和高負荷運行，展現(xiàn)出較好的市場前景。

目前中國已有至少32個采用GE氣化技術的工廠和約132臺氣化爐在運營或建設之中。

3.3殼牌粉煤氣化技術

該技術為殼牌的專利技術，也屬于先進的第二代煤氣化技術。在煤種適應性、氧氣消耗、碳轉化率、熱效率等方面，比德士古水煤漿技術有一定優(yōu)勢。其將煤通過粉碎研磨成干煤粉，噴入氣化爐進行燃燒制得合成氣。該技術主要特點是：采用干煤粉作氣化原料，操作十分安全；氣化溫度高，一般在1400~1600℃；碳轉化率高達99%，煤氣中甲烷含量很少，不含重烴，CO+H2達90%；由于采用干煤粉為原料，無需在氣化爐內蒸發(fā)水分，氧氣用量可減少15%~20%；氣化爐采用水冷壁結構，無耐火磚襯里，檢修周期較長；氣化過程無廢氣排放，融渣等廢物可作為建筑材料再利用，對環(huán)境保護幾乎沒有影響。該技術已廣泛用于電廠發(fā)電，在美國也用于合成氨生產。

2010年10月18日，世界最大煤氣化裝置——大唐集團公司多倫煤化工公司煤氣化分廠3號煤氣化裝置開車成功民。該煤氣化裝置是大唐多倫煤化工項目的核心裝置，是整套化工裝置的龍頭，裝置采用了殼牌流化床潔凈煤氣化技術，也是世界上首例配置有6套煤燒嘴殼牌氣化爐。單臺氣化爐可日處理干燥后的原煤2870 t。

巴陵石化公司對殼牌粉煤氣化裝置實施技術改造，將高水氣變換工藝改為低水氣工藝，中石化巴陵分公司50萬t/a合成氨裝置是我國建設的第一套殼牌粉煤氣化制氨裝置。為避免甲烷化副反應的發(fā)生，初期變換工段設計采用高水/氣流程，一直存在預變爐催化劑失活快、操作不穩(wěn)定、蒸汽消耗高、低變爐出口煤氣含量達不到設計指標等問題。為此，青島聯(lián)信化學有限公司等單位有針對性地開發(fā)成功粉煤氣化低水/氣耐硫變換新工藝及QDB-05催化劑，不僅解決了高濃度煤氣原料氣變換反應的難題，穩(wěn)定了變換操作，而且顯著降低了蒸汽用量和工藝冷凝液的排放量，實現(xiàn)了耐硫變換工藝的創(chuàng)新和突破，填補了國內外空白。

云南天安化工有限公司年產50萬t合成氨項目煤氣化裝置截至2012年7月初已實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運行157天，創(chuàng)造了殼牌粉煤氣化技術裝置連續(xù)運行的最新紀錄。

截至2012年9月3日，安慶石化煤氣化裝置實現(xiàn)長周期連續(xù)運行突破160天，且裝置運行穩(wěn)定，這是目前為止殼牌煤氣化裝置連續(xù)運行的最新全球紀錄。

2012年9月19日，由中國石化安慶分公司、湖北化肥分公司、寧波技術研究院和華東理工大學四家單位共同承擔的“殼牌氣化爐熔渣特性及爐內傳熱規(guī)律研究”項目，通過了中國石化股份公司科技開發(fā)部組織的專家評議。中國石化3套殼牌氣化裝置自2006年年底投料運行以來，曾多次出現(xiàn)氣化爐大渣塊堵塞渣池出口造成氣化裝置非計劃停車的情況。如巴陵石化自2007年以來，因為堵渣引起非計劃停車13次，安慶分公司因煤質波動造成渣池堵渣非計劃停車7次，氣化爐渣池堵渣問題已成為影響中國石化3套SCGP裝置長周期穩(wěn)定運行的主要因素之一。雖然近幾年各廠家通過實踐摸索，采用了諸如穩(wěn)定煤質、優(yōu)化操作條件和加強氣化爐蒸汽量監(jiān)控等手段，使殼牌氣化爐渣池堵渣問題明顯減少，但仍然沒有得到根本解決。為此，在中國石化股份公司科技開發(fā)部的大力支持下，上述四家單位聯(lián)合攻關，共同開展了殼牌氣化爐熔渣特性及爐內傳熱規(guī)律研究，取得了較好的效果。評議認為，該項目結合安慶和湖北殼牌粉煤氣化裝置實際運行情況，分析了7種典型煤樣和渣樣及其配煤的理化特性，研究了灰的組成對煤灰熔融特性和黏溫特性的影響規(guī)律，為殼牌粉煤氣化裝置穩(wěn)定運行提供了基礎數(shù)據(jù)。通過開展殼牌氣化爐渣池流場和熔渣破裂形態(tài)規(guī)律研究，獲得了氣化爐渣池流場、熔渣破裂形態(tài)及其在渣屏表面的沉積規(guī)律，為進一步掌握殼牌氣化爐所采用的氣渣分流重力排渣方法提供了理論基礎。研究開發(fā)的數(shù)學模型，分析了操作條件與熔渣理化特性等因素對渣屏表面熔渣沉積厚度分布的影響規(guī)律，揭示了殼牌氣化爐特大渣塊形成機理，提出了降低殼牌氣化爐渣池堵渣風險的優(yōu)化操作方案，建議進一步發(fā)揮研究結果對生產實踐的指導作用。

河南煤化集團研究院與廈門大學聯(lián)合承擔的殼牌粉煤氣化工業(yè)流程動態(tài)仿真平臺及軟測量研究項目2012年11月通過專家論證。該項目實施后，促進了殼牌氣化爐的長周期運行。該項目以殼牌粉煤氣化工業(yè)裝置為模擬對象，目標是建立具有一定仿真精度的殼牌粉煤氣化工藝動態(tài)仿真平臺，并且以該平臺為實驗對象進行殼牌粉煤氣化的優(yōu)化控制研究。

2012年1月12日，惠生工程（中國）有限公司與殼牌石油全球解決方案國際有限公司宣布，雙方合作的新型混合氣化技術示范研究基地在江蘇南京化工園區(qū)開工建設。殼牌與惠生工程在該項目的合作總投資規(guī)模達到6~7億元人民幣。結合殼牌在氣化與能源技術方面的專長以及惠生在項目設計與工程管理方面的經驗，雙方優(yōu)勢互補，共同開發(fā)成本低廉的新型混合氣化技術示范裝置，并將技術推廣到煤化工、制氫和化肥行業(yè)。

2013年11月中旬，惠生（南京）清潔能源股份有限公司三期合成氣項目氣化裝置一次開車成功，標志著國際上首套新型混合氣化技術示范性研究項目成功建成。該項目位于南京市六合區(qū)南京化學工業(yè)園區(qū)，由惠生公司與殼牌公司合作興建，總投資5.92億元。項目以煤為原料，采用具有世界先進水平的殼牌爐煤粉制氣工藝技術生產合成氣，是目前世界上首套新型混合氣化技術示范性研究項目。

惠生工程技術服務有限公司宣布，殼牌-惠生混合煤氣化技術示范裝置2013年11月12日在南京開車，這標志著殼牌-惠生新型混合煤氣化技術進入工業(yè)化示范應用階段。該新型混合煤氣化技術應用了殼牌在煤及殘渣氣化技術方面的豐富經驗，并且因采用水激冷技術，設計更加緊湊；同時示范裝置由惠生工程間接非全資附屬公司——惠生工程(中國)有限公司設計并參與了項目的全程管理。

該新型氣化技術成功運營后，將對中國煤化工行業(yè)的發(fā)展起到積極的促進作用。殼牌-惠生混合煤氣化技術具有煤種適用范圍廣、運行可靠性高、投資節(jié)省與高效環(huán)保的優(yōu)勢，因而適用于大型化項目。該新型混合煤氣化技術應用了殼牌在煤及殘渣氣化技術方面的豐富經驗，并且因采用水激冷技術，設計更加緊湊；同時示范裝置由惠生工程設計并參與了項目的全程管理。該新型氣化技術具有煤種適用范圍廣、運行可靠性高、投資節(jié)省與高效環(huán)保的優(yōu)勢，因而適用于大型化項目，成功運營后將對中國煤化工行業(yè)的發(fā)展起到積極的促進作用。目前，示范裝置運行正常。

3.4綜合能源系統(tǒng)公司

作為全球能源和氣化技術公司的美國綜合能源系統(tǒng)公司（SES，Synthesis Energy Systems）宣布，向氣體技術研究院（GTI）轉讓U-Gas氣化技術。U-Gas氣化技術可應用于各種類型的煤炭和煤炭/生物質混合物，煤炭可超過60%，對于煤炭/生物質混合物，生物質可超過40%，也可應用于氣化100%生物質。

SES公司在中國持股95%的山東海化裝置已可靠運轉，成功氣化了一些難以氣化的燃料，如高灰煤洗滌廢棄料，這是一種高灰分次煙煤和褐煤。SES公司的技術得到美國、中國、印度和澳大利亞一些公司的青睞，要求使用該技術用于生物質和煤炭氣化。

U-Gas技術為專有的U-Gas流化床氣化技術，可將低值煤炭和煤廢棄物轉化為較高價值的能源產品，如運輸燃料和合成氨。與其他技術相比，UGas技術的主要優(yōu)點是具有較大的燃料靈活性，可使用煤（包括低級煤、高灰煤和高含水煤）、各種煤廢棄物和生物質原料，小規(guī)模也能高效操作，建造裝置很快，投資成本較低。

埃新斯（棗莊）新氣體有限公司采用美國綜合能源系統(tǒng)有限公司SES氣化技術試燒了內蒙古白音華褐煤。運行結果表明：碳轉化率為96%，冷煤氣效率為83%，傳統(tǒng)褐煤氣化中最為撓頭的煤焦油幾乎沒有，這標志著SES技術氣化褐煤獲得成功。SES氣化技術來源于美國氣化技術研究院。該技術利用流化床原理，讓原料煤在一定壓力下和氣化劑（氧氣和蒸汽）起反應，從而生產合成氣，并回收熱量副產蒸汽。在流化床基礎上發(fā)展起來的SES氣化技術，又融入了內置分布板、進氣系統(tǒng)、氧氣混合及逆流排灰系統(tǒng)等特色專利，保證了這種新型流化床反應器能夠高效氣化最具挑戰(zhàn)性的原料煤。SES氣化爐的爐內設計使氣化過程在較高溫度下，反應物有足夠的反應時間，保證了合成氣中焦油的充分裂解，又利用獨特的干法除塵方法，解決了傳統(tǒng)濕法除塵帶來的大量污水，減輕了環(huán)保壓力。

綜合能源系統(tǒng)公司與中國化學工程公司（CNCEC）的子公司東華工程科技有限公司(ECEC)簽署合作協(xié)議，就在中國建設SES公司U-Gas氣化項目進行工程、設計、采購和建設（EDPC）合作。東華工程科技有限公司(ECEC)位于合肥市，是CNCEC集團最大的工程公司之一，其前身是化工部第三設計院，擁有多種煤氣化技術工程設計業(yè)績，曾被神華寧煤煤化工公司授予“優(yōu)秀總承包單位”稱號。ECEC現(xiàn)為SES和河南省義馬合資項目提供工程設計。雙方合作使ECEC在煤制化學品項目工程和建設方面的豐富經驗與SES專有的技術設計結合在一起。華東工程科技有限公司(ECEC)表示，中國在煤炭氣化和煤制化學品項目方面具有很多經驗和市場機遇。ECEC與SES的合作在中國具有新的發(fā)展機遇，SES的U-Gas技術可清潔而有效地將低級煤、煤廢料和生物質轉化成合成氣和高附加值能源產品。

綜合能源系統(tǒng)有限公司從2008年1月開始，在其合資企業(yè)埃新斯（棗莊）新氣體有限公司先后成功氣化了煙煤、次煙煤、長焰煤、無煙煤、褐煤。SES氣化系統(tǒng)褐煤工業(yè)氣化技術通過山東省科技廳鑒定，專家評價該技術達到了流化床褐煤氣化技術的國際先進水平。評審專家組指出，SES技術成功試燒內蒙古褐煤及其他多個煤種，創(chuàng)新點明顯，具有較高的推廣價值。

綜合能源系統(tǒng)公司與中國能源產業(yè)控股集團公司簽署協(xié)議，以現(xiàn)金投資約8380萬美元以支持SES公司在中國的經營策略，包括項目開發(fā)和投資。SES已將其從美國天然氣技術研究所（Gas Technology Institute）取得的獨有的U-Gas流化床煤氣化技術在中國進行技術轉讓。中國能源產業(yè)控股集團公司是總部在香港的有限責任公司，由北京Zhongjixuan投資管理有限公司（ZJX）組建，以投資為目的。ZJX將助力于SES發(fā)展新的合資公司業(yè)務，以提供基于較低成本/低品質煤炭（如褐煤）的能源。

兗礦嶧山化工有限公司提供的本地興隆莊低熱質混煤，在美國綜合能源系統(tǒng)公司(SES)位于山東的合資公司埃新斯(棗莊)新氣體有限公司進行試燒，取得成功。U-Gas技術在氣化高灰分混煤時表現(xiàn)了出色的適應性。通過試燒后的試驗數(shù)據(jù)分析，碳轉換率達到96%以上，冷煤氣效率在80%左右。中國的中小合成氨、甲醇廠大多以煤為原料生產，而多數(shù)氣化技術則受困于必須使用昂貴的無煙煤或優(yōu)質煤作為原料。U-Gas技術可以使用廉價的、本地化低質煤，能夠大大地降低合成氨的生產成本。

綜合能源系統(tǒng)公司（SES）與澳大利亞Ambre能源公司為煤制汽油和LPG項目簽署技術研究協(xié)議，SES公司將提供專有的氣化設計，以支持Ambre能源公司開發(fā)計劃中的煤制油項目（AmbreCTL）。該項目正在澳大利亞昆士蘭州開發(fā)中。項目建成后，將生產約1.8萬桶/天的汽油和約15.14萬m3/a LPG。SES公司的U -Gas氣化技術將用于生產約400萬t/a由低等級、高灰煤轉化成的合成氣，隨后合成氣轉化成甲醇，再轉而使用?？松梨诠镜腗TG技術使甲醇轉化為零含硫的無鉛汽油和LPG。CO2將以高純度形式予以捕獲，用于地下封存或工業(yè)用途，但初期將就地排放。

SES公司在中國山東省的商品煤氣化項目表明，SES采用Ambre能源公司低等級澳大利亞煤，可使碳轉化率大于98%。該煤將用于AmbreCTL項目。SES公司提供的技術、設備和工程服務，可用于將低階、低成本的煤炭和生物質原料轉化成能源和化工產品。其戰(zhàn)略是通過提供技術和設備，采用其專有的U - Gas流化床氣化技術，使該地區(qū)低等級煤和生物質原料轉化成高附加值的產品而獲利。

綜合能源系統(tǒng)公司（Synthesis Energy Systems，SES）于2014年12月15日表示，其江蘇Tianwo-SES清潔能源技術（TSEC）公司中國合資伙伴張家港化工機械有限公司（ZCM）已簽約超過6.5億元（1.05億美元）訂單，將利用SES氣化技術建設擁有七個氣化系統(tǒng)的三個合成氣裝置。該協(xié)議是中國最大的氧化鋁和原鋁生產商中國鋁業(yè)公司與ZCM的創(chuàng)新煤化工設計院（ICCDI，上海）的子公司之間簽訂的協(xié)議。ICCDI將作為總承包商，為三個項目提供所有的工程建設工作。新的氣化裝置的建設將提供總計約17.5萬Nm3/h的工業(yè)合成氣，作為位于山東、河南和山西省現(xiàn)有的三個鋁合金制造廠使用的清潔能源燃料。ZCM稱，這些項目展示了中國煤化工產業(yè)新方法的開始，將進一步運用SES領先的潔凈煤氣化技術，使劣質煤經濟地生產清潔合成氣。除了滿足最終用戶的煤氣要求外，SES氣化技術為客戶提供高價值的清潔能源，以幫助解決當前的環(huán)境挑戰(zhàn)，加快清潔能源產業(yè)的發(fā)展。

3.5科林工業(yè)技術公司的CCG粉煤氣化技術

內蒙古康乃爾化學工業(yè)有限公司乙二醇項目，2013年10月決定采用德國科林工業(yè)技術有限責任公司的CCG粉煤氣化技術。該項目由東華工程科技股份有限公司承擔總體設計，氣化島由中國天辰工程有限公司設計完成。核心設備為兩臺科林CCG粉煤氣化爐，2015年建成。

德國科林CCG粉煤氣化技術可以把褐煤、煙煤、無煙煤、石油焦等原料轉化為清潔的、高附加值的有效氣，即一氧化碳與氫氣。作為當今國際主流先進粉煤氣化技術的代表，德國科林CCG粉煤氣化技術在國內已成功應用于貴州開陽化工50萬t/a合成氨裝置。該項目于2013年1月建成投產，現(xiàn)已達到設計負荷。

德國科林CCG粉煤氣化技術是目前國際上最先進的干煤粉氣化技術之一，屬于主流的粉煤氣化工藝。該工藝已經有成功的應用案例，成熟可靠，安全環(huán)保。早在1984年，在德國黑水泵市（SCHWARZPUMPE）就建立了一套200 MW（日投煤量為720 t）的德國科林水冷壁煤氣化爐工業(yè)化裝置，原料為褐煤。

德國科林公司與中國天辰工程有限公司、賽鼎工程有限公司、東華科技股份有限公司等建立了戰(zhàn)略合作關系，共同在中國推廣德國科林CCG粉煤氣化技術，提升國內的煤化工裝備制造水平。

德國科林CCG粉煤氣化技術與其他氣化工藝相比，在經濟性、可靠性和可操作性方面，都具有很強的競爭力。首先是煤種適應廣。經過工業(yè)化裝置的驗證，科林CCG粉煤氣化技術適用于煙煤、褐煤及石油焦等多煤種。其次是技術指標先進。氣化溫度高，一般在1400~1600℃。碳轉化率可達到99%以上，不含重烴和焦油等，合成氣中有效成分可高達90%左右，冷煤氣效率可達80%~83%。三是工程投資和運行維護費用較低。根據(jù)項目規(guī)?？商峁┤胀睹毫繌?50 t/d到3000 t/d的不同氣化爐設計，并且設備制造基本實現(xiàn)國產化，整個裝置的建設費用相對較低。由于工藝流程緊湊，設備壽命長，采用水冷壁結構，無耐火磚，多燒嘴頂置，負荷調節(jié)范圍廣，主體設備壽命關鍵設備和燒嘴的壽命較長。開、停車操作方便，且時間短。另外，科林CCG粉煤氣化技術在三廢處理方面安全環(huán)保。該系統(tǒng)所產廢水中不含苯、酚等有毒物質，廢水處理工藝簡單；爐渣不含可溶性有毒物質，可作建材原料。系統(tǒng)水循環(huán)利用，實現(xiàn)了能源的清潔及高效 利用。

3.6近期的其他氣化技術開發(fā)與應用

（1）伍德公司與RWE公司就HTW工藝進行了35年合作后，2011年2月，德國RWE電力（RWE Power）集團開發(fā)成功相關技術，這使伍德公司擁有HTW工藝的專營權，包括知識產權（IP）、專有技術和專利。該HTW流化床氣化技術完美補充了Prenflo夾帶流過程，因為它為伍德的氣化業(yè)務拓寬了原料范圍。伍德現(xiàn)在已經擁有HTW過程的煤氣化方法，特別適合于高灰熔點的褐煤、硬煤和生物質，如木質、泥炭甚至生活垃圾的氣化。

2014年10月28日，德國蒂森克虜伯工業(yè)工程公司與大連萬陽重工有限公司簽署高溫溫克勒（HTW）氣化工藝技術戰(zhàn)略合作協(xié)議，這是該技術首次引入中國。實驗結果顯示，HTW氣化技術廣泛適用于褐煤等劣質煤種，比國內現(xiàn)有氣化工藝更環(huán)保，水耗更低。HTW氣化技術由溫克勒公司（原伍德公司）開發(fā)，目前已成功應用于德國Berrenrath褐煤制甲醇生產裝置以及日本的廢物制能源/氫等項目，還有一系列項目正在開發(fā)中，包括在瑞典和印度的生物質制甲醇和DRI項目。與現(xiàn)有氣化技術相比，該技術有兩大優(yōu)勢，即環(huán)保和節(jié)水。HTW氣化技術采用了先進環(huán)保的工藝流程設計，進料保護、氣化爐設置旋風分離器、干法除灰的陶瓷過濾器等高技術的采用，使氣化總流程能夠滿足現(xiàn)行國家的環(huán)保標準和歐洲的環(huán)保要求。尤其是合成氣經陶瓷過濾器過濾后，重金屬和其他有害物質基本被濾掉，后續(xù)氣體處理更加簡單。其廢水處理裝置投資比一般固定床氣化技術大大降低，僅為其1/10左右。該技術還采用了具有專利技術的耐高溫、耐高壓螺旋推進器的干法除渣除灰技術，此技術安全可靠，有長達8000 h/a的使用業(yè)績（總運行時間12年）。因此，HTW氣化技術不會像一般水除渣的工藝會產生大量含有機物的有害廢水，其廢水量降低到0.15 t/t煤。在水資源消耗方面，考慮了所需的過熱蒸汽和鍋爐給水后，工藝總耗水量僅為0.35 t/t煤，非常適合我國水資源緊張的國情。由于該技術耗水量非常少，而且產生的污水量也相應較少，這大大降低了國內煤化工企業(yè)的用水量。

（2）KBR公司也制定目標針對低等級、高灰分煤炭應用，開發(fā)其運送集成氣化（TRIG）技術。與美國佐治亞州亞特蘭大的南方有限公司（Southern Co）的開發(fā)結合在一起，TRIG技術應用于處理低品位煤炭，已在10年前獲得驗證。KBR公司現(xiàn)正在進行TRIG的首次商業(yè)應用，應用于中國的120 MW IGCC電站，于2011年建成；在內蒙古的CTC應用，于2012年建成；另外，582 MW IGCC設施，于2014年建成。第三個項目正在美國密西西比州Kemper郡開發(fā)中，由密西西比電力公司擁有和運營。TRIG技術包括耐火內襯、循環(huán)床氣化器，釆用干進料，在低于灰分熔點的溫度下操作。干進料的優(yōu)點是可采用木質或生物質與煤的混合物進行氣化。尤其在美國和歐洲，對煤-生物質混合物氣化擁有很大興趣。KBR公司還在韓國實施一小型驗證裝置，目標是應用于煤制合成天然氣項目。

（3）康菲公司專有的E-Gas技術可將石油焦、瀝青和次煙煤原料轉化成高價值合成氣，用于生產的產品模式，包括電力、合成天然氣（SNG）、氫氣和化學品。獨特的兩段式設計、連續(xù)的除渣和干顆粒去除技術，可實現(xiàn)高效率的生產。設計緊湊，減少了投資和操作成本。

（4）日本石川島播磨公司（IHI Corp.）開發(fā)目標也指向將氣化項目應用于低級煤，開發(fā)新的雙塔、鼓泡流化床氣化工藝。該工藝的優(yōu)點是可在相對低的溫度800~900℃下操作，而使用攜帶式氣化器為1400~1500℃，并且使用蒸汽代替氧氣，從而增加了合成氣的H2含量。

（5）科萊恩和西門子組建煤氣化技術聯(lián)盟服務于中國?？迫R恩公司2014年5月28日宣布，它已與西門子燃料氣化技術公司達成協(xié)議，共同使新的聯(lián)合開發(fā)的酸性氣變換（SGS）技術應用于煤的氣化實現(xiàn)商業(yè)化。根據(jù)該協(xié)議的條款，科萊恩是所有西門子氣化集成SGS項目的獨家催化劑供應商。此次合作涵蓋了所有全球項目，尤其是致力于該技術在中國的商業(yè)化，因為中國的煤制化學品項目擁有最高的增長率。據(jù)稱，SGS技術可顯著降低煤制化學品的總投資成本。西門子燃料氣化爐公司（SFG）能夠從廣泛的燃料，包括劣質煤來生產合成氣。

（6）西比埃公司于2014年10月16日宣布，與中國山東神馳石化公司簽署了一項合同，為在中國山東東營附近建造氣化裝置提供技術轉讓和工程設計。該裝置將利用西比埃公司專有的E-GasPlus技術，建設三個系列的設施，用于為制氫、產生燃料氣和發(fā)電生產合成氣。

3　結語

本文對幾種煤氣化爐爐型進行了技術對比。論述了煤氣化技術的選用原則。分析了我國煤氣化技術裝備需要解決的一些問題。通過實例較詳細地介紹了國外煤氣化技術在中國的應用。

Overseas Coal Gasification Equipment Technology and Its Application in China

Qian Bozhang

Abstract：The technical comparison between different types of the coal gasification furnaces is presented and the selection principal of the coal gasification technology is discussed.Furthermore, the unsolved problems in the coal gasification equipment of Chinese enterprises are analyzed.The applications of the overseas coal gasification technology in China are introduced through case study.

Key words：Coal gasification technology; Coal gasification furnace; Powdered coal; Coal water slurry; Gasification temperature

(收稿日期：2015-05-03)

中圖分類號TQ 54

DOI：10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2016.02.017