开发经济、洁净、高效的煤气化技术
陈家仁
（煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院， 北京100013）
［摘 要］介绍煤的气化特性以及块煤固定床气化、流化床气化、气流床气化技术的特点，指出应开发经济、洁净、高效的煤气化技术，并在逐步形成的煤气化系统技术新理念指导下开发出能在生产上成熟应用的、具有中国特色的新型煤气化技术。
［关键词］ 煤气化；气化特性；固定床气化；流化床气化；气流床气化；新型气化技术
［中图分类号］ TQ 546.2 ［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2016）
0 引 言
煤气化是把固体的煤变成可燃烧的气体燃料的技术，由于气体燃料具有输送方便、使用时易于调节等优点而广受用户的青睐，因此，煤气化最初主要用于生产各类燃烧用气体燃料，后来才用于化工合成气的生产。
上世纪60年代，原苏联等一些国家发现了大量的天然气，质优（热值高）价廉的天然气很快替代了煤制气。近年来，美国、加拿大等国在非常规天然气——页岩气的开发上获得了可喜的进展。国内一些专家、学者也想在中国复制美国的办法进行“页岩气革命”，因为我国的页岩气资源量位居世界第一，但目前技术上的差距使得我们开发页岩气的成本很高。所以，还必须按我国的具体情况来办事。
从化石能源的赋存情况来看，我国的煤炭资源相对较丰富，而油气资源较少，进口依存度较高，很多西方国家和媒体都千方百计地希望唱衰我国的能源供应安全战略。为此，我们一定要把经济、高效、洁净的煤气化技术发展好，使我们今天能靠着煤炭保证我国的能源供应，将来能靠煤、油、气、核、新能源、可再生能源多轮驱动的能源供应体系确保我国能源安全战略的安全。
1 煤气化是煤高效、洁净应用技术的重要内容
上世纪90年代，煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院在山东某煤矿推广两段水煤气炉的煤气化技术，让矿工家庭生活中都能用上煤气。对于工业窑炉使用煤气也是一样，不但输送、调节方便，在配助燃空气时，所需空气的过剩系数也比直接燃煤要低，这样就会使烟气总热损减少。表面看从煤变到气会有个效率问题，也就是说气化过程会有热量的损失，但从后边的燃气燃烧效率提高可以得到一些补偿，重要的是燃烧煤气比直接燃煤要洁净、方便。因此，煤气化是煤炭高效、洁净应用技术的重要内容。
2 煤的气化特性和各类煤气化技术的特点
2.1 煤的气化特性
由于煤的生成物质和形成条件不同，煤的性质会有很大的差别。通常人们以煤的不同煤化程度（即所谓的煤的变质程度）来将煤分为褐煤、次烟煤、烟煤和无烟煤等。又可根据煤的干燥无灰基的挥发分高低把无烟煤再细分为3类，以便更好地利用它们。
变质程度较浅的褐煤、次烟煤，具有较高的化学活性，适用于流化床气化等一类气化工艺。
煤的灰分和煤灰成分与煤的灰熔融性有较大的关系，很受业内关注。固定床固态排渣的气化炉，希望用灰分较低、灰熔融性温度较高的煤；而液态排渣的气流床气化炉或液态排渣碎煤加压气化炉、BGL气化炉等则希望用灰分低和灰熔融性温度较低的煤。
但不论何种气化技术，为保证装置的稳定运行，都希望煤的气化特性能够相对稳定，这就是业主常常关心的原料煤的均质化问题。要搞好煤气化，首先要把原料煤的气化特性吃透。
最近，新疆哈密广汇公司的二甲醚厂和内蒙古克什克腾旗大唐国际公司的煤制天然气厂，分别采用伊吾县的淖毛湖煤和胜利煤矿的褐煤，由于气化后灰渣中含有氯离子等腐蚀性物质，对气化炉水夹套的内壁造成严重腐蚀，影响了生产。其首要的问题是没有把淖毛湖煤和胜利褐煤这2种煤的灰渣特性吃透。
2.2 各类煤气化技术的特点
煤气化技术经过几百年的发展，目前已形成了固定床、流化床、气流床和熔渣池等4大类气化技术。从流体流动状态和煤的粒度来看，前3种气化技术分别代表了块煤、碎煤和粉煤在固定、流化和夹带3种情况下的气化；从炉内的气氛来看，都属于部分氧化的还原性气氛。
一个煤气化装置的气化炉，可以形象地比作一个人的消化系统，要（煤）吃得下、（渣）排得出、消化得好（多出气、出好气），只有认清各类煤气化技术的特点，才能使气化炉实现高效、长周期运行。
固定床气化技术要求使用块煤作为原料，一般粒度级别为13～25 mm和25～50 mm；炉内气化剂的空截面流速通常为0.1～0.2 m/s；炉内各层层次分明、界线清楚，由下到上分别为灰层、氧化层、还原层、干馏层、干燥层；产品气中有各种烃类产物可供利用，但其加工处理要增加设备投资和污染产生的风险。
固定床气化炉底部和顶部有2个天然的热交换器（底部热灰渣加热入炉的气化剂，使排出的灰渣温度降到常温；炉顶部冷入炉煤与上升的热煤气进行热交换，使出炉煤气温度降到500 ℃或以下），这样就可使气化整体热效率提高。与先进的气流床或流化床气化技术相比，其比氧耗是最低的，只是常规水煤浆气化炉的50%左右；投资极少，1套MarkⅥ型碎煤加压气化炉（φ3.85 m ）或1套BGL气化炉(φ3.6 m)的几大件总价格只有2 000万～3 000万元，而单台投煤量1 000 t/d的国产航天炉投资都得几个亿。
过去人们总是认为固定床气化炉生产能力较低，但最近几年使用加压、高温液态排渣等技术对其进行改进后，其规模已接近气流床气化炉或流化床气化炉的水平。如：鲁奇MarkⅥ型气化炉，单炉投煤量可达1 200 t/d；而鲁奇MarkⅤ型φ5 m气化炉单炉投煤量则可以达到1 800 t/d；而φ3.6 m的液态排渣气化炉，据英国西田厂试验的结果，其单炉投煤量通常相当于固态排渣气化炉的2.5～5倍。最近在中煤能源公司的图克化肥厂，6台BGL气化炉投产，单炉供氧量接近12 500 m3/h，单炉投煤量1 030 t/d，期待今后有更多的好消息传来。
2.2.2 流化床气化技术
更多内容详见《中氮肥》2016年第6期