国内外煤气化技术概述
煤气化技术的研发已有200多年的历史，根据气化炉所使用的煤颗粒大小和颗粒在气化炉内的流动状态，气化炉总体上分为三类，即以鲁奇为代表的固定床气化炉、以U—Gas、灰熔聚为代表的流化床气化炉和以德士古、壳牌为代表的气流床气化炉。
1．1 鲁奇固定床气化技术
鲁奇固定床气化技术产生于20世纪40年代，由鲁奇公司开发。鲁奇炉以8～50mm粒度、活性好、不黏结的无烟煤、烟煤或褐煤为原料，煤从气化炉的项部加入，而气化剂从炉子的下部供入，因而气固间为逆向流动，随着反应的进行，煤在气化炉内缓慢移动。鲁奇固定床气化的压力可达3．0MPa，气化温度为900～1050℃，单炉投煤量一般为1000ffd(最大可达1920ffd)，采用固态排渣方式。典型的鲁奇固定床气化炉对燃料的要求比较高，尤其不宜使用焦结性煤。由于气化温度较低，产生的煤气中不可避免的含有大量的沥青、焦油，因此需要对粗煤气进行分离净化。为简化复杂的粗煤气净化流程，提高气化效率，英国煤气公司在固作态排渣鲁奇炉的基础上，进一步提高了气化温度，以强化气化过程，发展成液态排渣鲁奇炉⋯。鲁奇气化炉起初主要用于生产城市煤气，后发展到生产合成油、氨、甲醇等，以及燃气。我国云南解化集团等许多单位采用该技术用于合成氨。由于鲁奇气化炉生产合成气时，气体成分中甲烷含量高(8～10％)，且含焦油、酚等物质，气化炉后需要设置废水处理及回收、甲烷分离转化装置，用于生产合成气生产流程长、投资大，因此单纯生产合成气较少采用鲁奇气化炉。
1．2 GSP气流床气化技术
GSP工艺技术由前民主德国的德意志燃料研究所开发，始于20世纪70年代末。GSP气
化炉由烧嘴、冷壁气化室和激冷室组成。烧嘴为内冷多通道的多用途烧嘴，冷却水分别在物料的内中、中外层之间和外层之外，冷却方式比较均匀，可以使烧嘴温度保持在较低水平。固体气化原料被碾磨为不大于0．5mm的粒度后，经过干燥，通过浓相气流输入系统送至烧嘴。气化原料与气化剂经烧嘴同时喷入气化炉内的反应室，在高温(1400-1600℃)、高压(2．5～4．0MPa)下发生快速气化反应，产生热粗煤气。高温气体与液态渣一起离开气化室向下流动直接进入激冷室，被喷射的高压激冷水冷却，液态渣在激冷室底部水浴中成为颗粒状，定期的从排渣锁斗中排入渣池，并通过捞渣机装车运出。从激冷室出来的达到饱和的粗合成气经两级文氏管洗涤后，使含尘量达到要求后送出界区。GSP气化工艺能获得较高的碳转化率，气化炉操作弹性大、负荷可灵活调节。
1.3德士古水煤浆气化技术
20世纪50年代初期，德士古公司在重油部分氧化气化基础上，成功开发了德士古(Texaco)水煤浆加压气化技术。该技术中，将原料煤、水及添加剂等送入磨机磨成水煤浆，由高压煤浆泵送入气化炉喷嘴，与来自空分的氧气经烧嘴一起送入炉内，在高温高压条件下发生部分氧化反应。离开气化炉的粗合成气和熔渣进入激冷室，粗合成气经第一次洗涤并被水淬冷后，温度降低被水蒸汽饱和后出气化炉；气体丘里洗涤器、碳洗塔洗涤除尘冷却后送至变换工段。由于高温高压条件下发生气化反应，产生的粗煤气中没有焦油；水急冷工艺使得产生的煤气中含有饱和蒸汽，对于后续的化工合成而言无需再加入水蒸汽。德士古水煤浆气化炉的温度为1350～1400℃技术，操作压力已达到8．7MPa，单炉耗煤量已达到2000t／d，是目前商业运行经验最丰富的气流床气化技术。其技术特点是对煤种适应性比较宽，对煤的活性没有严格的，但对煤的灰熔点有一定的要求(一般要求低于1400℃)，单炉生产能力大；碳转化率高，达96—98％，煤气质量好，甲烷含量低。目前影响德士古气化装置长周期稳定运行的关键因素是烧嘴运行周期。目前，烧嘴运行周期一般在两个月左右，烧嘴即因为喷头磨损、裂纹等问题而需要更换。此外，该气化炉采用耐
火砖存在成本高、寿命短的问题。为此，通常设置备用炉。由于采用水煤浆，相对于干粉气化，冷煤气效率和有效气体成分(CO+H2)偏低，而氧耗、煤耗偏高。此外，Texaco喷嘴的水煤浆射流属于受限空间内的射流，在气化炉的拱顶部分有一个大的回流区，这个回流区的存在不仅使气化炉的有效气化空问减少，而且在拱顶部分容易产生结渣现象。
1．4壳牌粉煤气化技术
壳牌粉煤气化技术由壳牌公司在渣油气化的基础上于1972年开始研究。气化工艺采用干粉进料、氧吹、液态排渣工艺流程。煤粉由高压氮气送入气化炉喷嘴。来自空分的氧气经氧气预热器加热到一一定温度后，与中压过热蒸汽混合并导入喷嘴。送入炉内的煤粉、氧气及蒸汽在高温加压条件下发生部分氧化反应，气化炉顶部约1500℃的高温煤气与经冷却后的煤气激冷至900℃左右进入废热锅炉，经回收热量后的煤气温度降至350℃进入除尘和湿式洗涤系统。气化工艺采用的造气压力为2．0～4．0MPa，操作温度1400～1600℃，设计中渣的含碳量小于1％，碳转化率达99％，煤气中有效气含量约90％，比氧耗约340Nm3—1000Nm3(CO+H2)，比煤耗约590kg —1000Nm3(CO+H2)。
壳牌粉煤气化技术由于采用膜式壁气化炉而非耐火砖，为提高气化温度提供条件，因此煤种适应性强，适合包括褐煤、烟煤、无烟煤到石油焦炭等气化原料；熔渣附着在水冷壁表面，气化炉的使用寿命长，较耐火砖炉衬有较好的可靠性；变负荷能力强，由于多组烧嘴的运用，系统可通过关闭一组或多组烧嘴调节合成气输出量。但是该技术的主要问题是设备投资偏大，气化炉及废热锅炉结构复杂，干粉稳定输送的控制难度大。
1.5 U-gas气化技术
u—gas煤气化技术是20世纪70年代由美国煤气公司开发的。该技术是在常压循环流
化床气化工艺的基础上发展起来的，它的技术突破在于采用了灰聚熔技术，气化剂分两路进入炉内，在炉底中心有一个氧气或空气入口，该处由于氧气或空气的进入，形成一个局部的高温区，在这里灰渣中未反应的碳进一步反应，煤灰则在高温下开始软化并且相互黏结在一起，当熔渣的密度和重量达到一定的程度时，灰球的重力大于气流对其的曳力而下落排出。灰熔聚技术极大地降低了常规流化床气化排灰的碳含量，明显提高了碳的转化率，是循环流化床气化技术发展史上的重要里程碑，使循环流化床气化炉的碳转化率提高到96—98％，气化温度954-1038℃。U—gas气化炉操作压力为0．69～2．41MPa，煤气中无焦油，无废气排放。但目前的问题是出口气带灰较多，长周期运行有一定困难。
1．6 多喷嘴对置式水煤浆气化技术
多喷嘴对置式水煤浆气化炉由华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司于“九五”期间联合开发。多喷嘴对置式水煤浆气化炉操作压力3．0～6．5MPa，有效气体(CO+H2)达到83％，碳转化率大于98％，比煤耗为550kg—1000Nm3(CO+H2)，比氧耗为380 Nm3—1000Nm3(CO+H2)。在多喷嘴对置水煤浆气化技术中，水煤浆经隔膜泵加压，通过4个对称布置在气化炉气化室中上部同一水甲面的工艺喷嘴，与氧气一起对喷进入气化炉。四股射流互相撞击形成包含射流区、撞击区、回流区、折返流区以及管流区的特殊结构的撞击流场。水煤浆颗粒在气化炉中的气化过程可以分为几个阶段：颗粒的湍流弥散、颗粒的振荡运动、颗粒的对流加热、颗粒的辐射加热、煤浆蒸发和颗粒中挥发分的析出、挥发产物的气相反应、煤焦的多相反应、灰渣的形成等。多喷嘴对置式水煤浆气化炉通过喷嘴配置、气化炉结构及尺寸优化，形成撞击流以强化混合，这不仅使炉内气流场及温度分布合理，而且优化了气化效果。
1．7灰熔聚流化床煤气化技术
针对一般流化床由于需要保持床层炉料高碳灰比，而且使碳混合均匀以维持稳定的不结渣条件而导致的炉底排出灰渣的含碳量比较高(15％-20％)的问题，中国科学院山西煤炭化学研究所开发了灰熔聚流化床粉煤气化技术。灰熔聚流化床煤气化工艺根据射流原理，在流化床底部设计灰再团聚分离装置，流化床层形成局部高温区，使灰粒在软化(ST以上)而未熔融(FT以下)具有一定黏性的状态下，相互碰撞黏结成含碳量较低的灰球，灰球长大到一定程度不能再被上升气流托起时与煤粉分离下落到炉底灰渣斗中排出炉外，从而降低了灰渣的含碳量，提高了气化过程的碳利用率。2008年7月，山西煤化所在3．0MPa半工业化加压灰熔聚流化床粉煤气化技术平台上完成了1．OMPa的72d时长周期加压试验。晋城无烟煤处理量2．5n吨／d'时，操作温度为1020～1050。C。试验结果为：碳转化率为87％，煤气产率1．8Nm3干煤气慨煤，有效气体(CO+H2)含量65％一66％。灰熔聚流化床煤气化技术床温高，煤种适应性强，单位氧耗量比较低。
1．8 两段干粉加压气化技术
西安热工研究院开发了两段式干煤粉加压气化技术。气化炉外壳为一由水冷壁构成的直立圆筒。根据投煤量和产气量的不同，下炉膛布置了四只至六只煤粉烧嘴，由N2或C02等惰性气体夹带的总煤80～95％的煤粉、氧气和蒸汽进行高温气化反应，产生高温煤气。渣口设在下炉膛底部高温段，采用液态排渣。上炉膛高度较长，在上炉膛的侧壁上开有两个对称布置的二次粉煤和水蒸汽进口，喷入量占总煤量5～20％。上炉膛的设计代替循环冷煤气激冷，使高温热煤气的温度降至灰熔点以下，起到凝渣的作用；并利用下炉膛的煤气显热进行二段煤粉的热裂解和部分气化反应，以提高总的冷煤气效率和热效率。两段式干煤粉加压气化技术气化温度1400～1600℃，压力3．0MPa，碳转化率高达99％以上，产品气体相对洁净，不含重烃，甲烷含量极低，煤气中有效气体(CO+H2)高达90％以上。其优势主要在于无需在气化炉的后面设置复杂的冷煤气循环系统以及激冷系统，因此整个气化装置的尺寸可以大幅度减小。该两段式干煤粉加压气化炉的设计冷煤气效率高出，同
时比氧耗要低10％～15％。
鲁奇加压气化工艺是技术最成熟可靠，是目前世界上应用数量最多的加压煤气化工艺。鲁奇固定床加压气化技术的发展经历了一个逐渐成熟的过程。在我国有很多煤种适合作该气化炉的原料。鲁奇固定床煤加压气化技术亦称为BGL碎煤移动床气化技术，主要用于气化褐煤、不黏结性或弱粘结性的煤，要求原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱黏结适用于生产城市煤气和燃料气。该技术产生的煤气中焦油、碳氢化合物含量约为l％，甲烷含量约为10％。由于焦油分离、含酚污水处理复杂，用以生产人工天然气和城市煤气较为适宜。目前，世界上共建有100多台鲁奇炉在运转，在南菲和美国使用非常成功，主要用于生产城市煤气和合成原料气(合成氨、F—T合成液体燃料)。