煤气化技术选择中的一些问题思考

第1期(总第152期) 煤化工 No. l (Tot Feb al No.152) 2011年2月

Coal Chemical Indust 20L1

煤气化技术选择中一些问题的思考 陈家仁

(煤科总院北京煤化工分院，J匕京200237) 摘要近年来，我国的煤炭气化技术不断创新。评价某种气化技术的优劣需要建立客观的、科学的评价

标准，并区分清楚各种气化技术的原理性问题与一般技术性问题;提出了“因煤制宜”、“因产品制宜”、“因规模

制宜”和“因本企业情况制宜”的煤气化技术选择的建议，供企业优选煤气化技术参考。 关健词煤气化评价选择思考

文章编号:1005-9598(2011)-01-0001-05中图分类号:TQ54文献标识码:A 望对大家能有所帮助。 引言

1客观评价要有科学的标准

随着近年来煤化工产业的发展，煤气化技术也不 断有所创新。就以近年比较热门的加压、气流床粉煤 气化技术来说，水煤浆进料的:国外有德士古、E-Gas 等，国内有华东理工大学的多喷嘴、西北院的多元料 浆、清华炉等;干煤粉进料的:国外有Shell、普兰福 (Prenflo),GSP等，国内有西北热工院的两段进料干 煤粉气化炉、航天工业的HT-L航天炉、华东理工大学 的多喷嘴炉等，真是万紫千红、百花争艳，煤气化的春 天着实让人陶醉。这也让煤化工产业的业主们在挑选 适合自己用的气化技术时，感到眼花缭乱。

但在用户实际考察时，往往又发现这些气化技术 中，好像没有一种是万能的、十全十美的，都各有所 长，也各有不尽人意之处。

“煤气化”是煤化工企业的龙头、关键技术，选得 好坏与企业今后的命运休戚相关。往往是总工程师怕 选不好，对不住业主，而业主又不是这方面的真正行 家，难以当机立断。为此，笔者在《中小氮肥企业煤制 合成气的气化技术选择》一文中谈到了，要“因煤制 宜”、“因产品制宜”、“因规模制宜”和“因本企业的情 况制宜”的四个“制宜”设想，以图帮助大家解难。 最近，根据一些煤化工产业发展中所涉及的问 题，笔者进行了分析思考，写了本文供同行们参考，希 对某一种气化技术的评价应该有一个客观标准。

如:它的热能转换效率;技术的可靠性;可利用率;对 环境污染的情况;煤种的适用范围;各项消耗指标的

高低;投资、运行、维修费用的多少等，尤其要关:注全 厂总体的实际效果。这就是我们要找一个水平较高的 设计、规划单位，去做“可行性研究”工作的真正目的。 但是，往往我国的工程设计、规划单位大都比较专业 化。参加审查会时，只要看到是哪个设计单位的老总 去了，就知道是选择什么气化技术了，而且结论都认 为该技术是最优的。

由于我国体制上的一些负面影响，在企业选择气 化技术时，往往主管领导的一句话，也会对气化技术 的选择工作起到决定作用;主管领导发生变动时，气 化技术的选择也会受到影响。在这里，笔者倒不是说 某位领导的说法就一定不对，领导的“作用”按过去毛 主席的话讲，就是两条:“一要把好方向，二要用好 人”。问题在于对气化技术的评价，不能一会儿这样， 一会儿那样，缺乏客观标准和依据，这与科学的评价 不太一致。科学评价的基础应该是科学的客观标准。 我们搞技术的人，也应该实事求是，坚持真理，坚持科 学的态度。

收稿日期:2009-12-09

作者简介:陈家仁(1938-)，男，1961年毕业于浙江大学 化工系，研究员，中国神华煤制油公司煤气化顾问。 2围绕气化炉、变换炉、锅炉等做全厂热平衡

科学的评价一种气化技术的优劣，很重要的是煤化工 2011年第1期

看其热能转化效率，通常采用冷煤气效率。

在流化床、气流床气化技术中，出炉煤气的温度 很高，高温煤气显热的高效回收利用对煤的热能利用 率的提高至关重要。特别要从全厂考虑，把全厂所使 用的原料煤、燃料煤、电、氧气、蒸汽、水等消耗都计算 在内，进行全盘考虑。

过去在国外设计的流程中，往往把空分的空气压 缩采用汽轮机代替电动机带动(这样可以节省发电、 电动机两个功率消耗)，更有的煤气化联合循环发电 (IGCC)电厂中，干脆部分空分的压缩空气用燃气轮机 的轴直接带动空压机来获得，这样可以充分利用厂内 的动力，提高综合效果和全厂的总体效率。 3把气化原理分析透，特别要区别其中的原 理性问题与一般技术性问题

煤气化技术一般分为固定床、流化床、气流床和 熔渣池(浴)4类。气化本身是将大分子的固体煤变成

小分子的可燃气体CO , HZ , CHQ等的过程。通常的煤气 化过程，也可称为煤的“完全气化”，是相对于煤的干

馏气化而言的。干馏的最终产品中，可以得到半焦或 冶金焦炭;而完全气化得到的最终产品是煤气，剩下 的是灰渣。

国外有些人又把煤气化称为:煤的“部分氧化” (Partial Oxidation)，因为完全氧化(Full Oxidation) 就是燃烧，放出的是烟气(flue gas)。因此，我们也可 称煤气化为“缺氧燃烧”。这个概念对于搞流化床气化 的同行来讲，是很重要的。

流化床煤气化的特点是经过流化作用，使炉内物 料混合的十分均匀，而气化炉内的气氛又必须是还原 性的，要保持还原性气氛就要求气化炉内物料要有一 定的含碳量(一般要求309b}40%以上)。有一定含碳 量的炉内物料与混合很均匀的流化床特性结合起来， 造成了流化床气化炉排灰中含碳量很难降低，这就是 老式流化床气化炉所谓的“上吐、下泻”的弊病的根源 (即排灰中灰渣含碳量高，煤气中带出物含碳量更 高)，会使气化炉的热能转换效率很低。

20世纪50年代中期，法国人杰荻(L. Jequier)等 从事锥形床煤气化研究时，在进风管处发现有几颗球 状的灰渣掉落下来，这就为流化床气化炉的选择排 灰，揭开了一条新路。他们采用在均匀的流化床底部 中心排灰口处，通入一股更高速度的气流，形成一个 喷射床的区域，把密度轻的煤粉托住，而把密度较大 的灰渣球排出，使流化床排灰的含碳量降低(一般在 6%以下)，止住了“下泻”。因此，笔者认为在流化床气 化炉中，美国的U-Gas或中科院煤化所的“灰融聚气 化炉”应该比常规的流化床气化炉在灰渣含碳量控制 方面具有优越性。但是要使这一气化技术真正赋予实 施，应用于工程，就不是那么简单了，会遇到一些具体 的如工程材料、工程设计等问题，需要逐个解决。这就 是我们一些搞“灰融聚气化”的同行们多年遇到的难 处。只有顽强的拼搏和机敏的探索，才会取得丰硕的 成就，这条路上捷径不多，难啊!

气流床气化炉的原理特点是:火炬式瞬间气化反 应。要求煤粉细、温度高、反应快，因为气化炉的生产 能力大，单炉气化煤炭数量大都在每天千吨或几千 吨，规模很大。干煤粉或水煤浆中煤粉的粒度要求 s0%以上

期，操作还不熟，就特别别扭，但一旦熟悉后，就感到 他们的设计理念还是不错的。而造价过高往往会成为 其不利的因素，有时甚至是一些很好的技术(如IGCC 等)难以推广开的根源。

气化炉每生产1 OOOm“有效气(CO+HZ)的氧气消 耗，通常称为比氧耗。一般情况下是:水煤浆气流床 (一 400 )>干煤粉气流床(一320)>流化床(一300)>固 定床(一200)。根据以前某间接液化项目的预可行性研 究报告数据，用同样的煤，GE德士古水煤浆气流床气 化炉的比氧耗约为固定床鲁奇炉的2. 2倍。氧耗的增 加意味着设备投资和动力消耗的增加，优、劣有目共 睹。

关于水煤浆进料和干粉进料的特点问题，不少人 认为水煤浆进料气化技术的优点是在于下面的水激 冷，而笔者认为它的最大特点在于容易实现高压进 料。世界煤气化炉中，第二高压力的气化炉是建在我 国南京的GE一德士古气化炉，压力达到8. OMPa (80多 kg/cmz)，第一高压力的气化炉应该是德国的鲁尔

-100，压力达到lO.OMFa(100kg/cmz),GE一德士古公司 要制造10. OMPa压力以上的气化炉也不是难事。当年 德士古公司，选择水煤浆只是为了加压进料方便，而 直接喷水煤浆是后来一种不得已而为之的办法。20 世纪60年代，当时世界上开发加压合成气气化技术

的两家:美国的德士古公司和上海化工研究院的氮肥2011年2月 陈家仁:煤气化技术选择中一些问题的思考

研究室，都是采用水煤浆进料。这两家的专家们都十 分清楚，如果把水煤浆直接喷人气化炉，将会对气化 炉的热平衡造成什么后果。因此，在水煤浆经过加压 的后边，紧接着就是一个管式快速加热器，使煤浆迅 速蒸发变为干煤粉和水蒸气，然后将分离得到的干煤 粉加入气化炉内。为了减少炉壁热损失，都采用了热 壁炉结构(即采用高温耐火砖加保温耐火材料的炉 壁)。但在实施过程中，两家都遇到相同的问题:煤浆 在高压加热管内形成结块、堵塞，喷出来的煤粉形成 不规则的股股断流，无法稳定连续运行。

20世纪80年代，美国的水煤浆制造技术有了较 大的突破，号称能做到含固体物75%的水平，同时美 国的一些国立研究单位，找到了4种能抗住高温熔渣 侵蚀1年一2年的耐火材料(包括法国的Zrcron60错 刚玉的高铬砖等)，这就为直接喷水煤浆创造了良好 的气化炉保温条件。在1982年前后，德士古公司直接 喷水煤浆气化技术取得了可喜的运行结果，尤其是在 德国SAR项目中，煤浆质量分数高达71%，煤质较好， 冷煤气效率高达77%，为其工业化推广应用(伊斯曼

柯达的900t/d气化炉)打下坚实的基础。20世纪90 年代初，山东鲁南化肥厂引进了该技术，从全国范围 组织力量进行攻关，经过几年的努力，在运行经验和 设备国产化方面，取得了很大的进展，但水煤浆进料 热效率低的问题始终是客观存在。以上海焦化厂用的 神木煤水煤浆为例，其固体物质量分数约为60%，试 想，随水煤浆进气化炉的水量与干煤量之比40/60, 相当于66. 67%，水量大大超过气化反应所需的水蒸 气量，反应后剩下的大量水就会蒸发，蒸发所需的热 能从哪里来?还不是靠消耗氧气燃烧煤中的可燃物来 提供。所以它的煤耗高、氧耗高是水煤浆直接喷人这 个原理带来的自然结果。再加上目前生产合成气的气 化炉都采用激冷工艺，对高温合成气的显热几乎没有 利用，这使人倍感心疼(这一点航天炉HT-L等也是相 同的)。但不可理解的是，居然有人认为这是生产化工 合成气的“唯一”好办法!到底好在哪里?有人说优点 在于:(1)粗煤气中氢含量较高;(2)精除尘后，合成

气温度可到200多℃，其中夹带的水蒸气量就够后序 变换工艺用，可节省蒸汽用量。其实这些都不是水煤 浆气化独有的优点，如果在干煤粉气化时的气化剂 中，配人较多的蒸汽，提高汽/氧比，同样可以得到较 高氢气含量的粗合成气;1 000多度的高温合成气，水 激冷后才得到200多度的净合成气，损耗了那么多气 体显热?怎么也算不上优点!

水煤浆气化的优点在于比较容易实现高压进料， 南京8. 4MPa气化炉才是真正利用了它的优点。20世 纪90年代，我们去美国考察洁净煤工艺技术---CCT 时，美国德士古公司突然提出了一种“高效德士古气 化”技术。其意思就是把气化炉的压力提得很高，然后 利用膨胀机回收高压合成气的压力能来发电，以此提 高其在工GCC发电技术上应用的有利地位。可见德士 古公司还是老道，十分清楚自己的强处和弱点。要把 自己之“长”发挥的淋漓尽致，遗憾的是当时在美国能 源部DOE工作的谢先生说了真话:“利用高压粗合成 气压力能的能量来发电的膨胀机，目前在美国尚未问 世。”此事也就成了一段插曲故事了。

在对气化技术原理分析时，应注意区别哪些是原 理性的问题，哪些是一般性的问题。一般性的问题解 决起来相对容易些，但原理性的问题解决应从改变原 理所依赖的参数去着手，比较困难，俗称“本性难改”。 4长期生产运行验证与严密论证、大胆创新

选择煤气化技术应用于煤化工项目，这是牵涉到 生产能否运行好的大事。过去神华宁煤集团曾经与德 国的公司合作开发GSP气化技术，应用到中国的大煤

化工项目中去。但该技术在2 OOOt规模的气化炉上， 尚缺乏长期运行经验，结果一再推迟、缩减，直到最近 才有运行。这里就有一个谁“先吃螃蟹”的问题,GSP 气化技术的大型气化炉，应在自己公司前期那些煤化 工项目中，先选一个进行试运行，获得改进成功后，再 全面推广应用，这样比较妥当。

在我国，往往设计院相对比较考虑多、可靠，而研 究院则相对比较大胆。应该互相取长补短，既不可墨 守成规，老是“前面乌龟爬出了路，后边乌龟跟着爬”， 太过于保守，那什么时候才能创新;也不可过于冒险 蛮干，要经过严密论证，采取一些相应的应对措施后， 才可能大胆创新。因为这是大规模的生产活动，而非 做试验。

5关于现代煤化工的梳理和浅谈晋城煤的 煤化工产业方向

自从世界石油价格飘升以来，我国现代煤化工产 业有了很大的发展，经过几年来的努力，应该回过头 来进行一下梳理，从而可以为今后煤化工产业的发展 理清方向，理清哪些是不能去干的，哪些是今后能发 展的。

煤制甲醇、二甲醚在2009年的开工率只有40%,煤化工 2011年第1期

明显的产能过剩，至少近期不宜再去发展甲醇、二甲 醚。应把现已建成的甲醇、二甲醚厂进行改造、完善或 延伸产业链，使其良好运作。

煤制油的直接液化技术，因为其技术本身还需进 一步完善，特别对于晋东南一带的高变质煤类不合 适，是不可取的。

煤制油的间接液化倒是可用高变质煤，但国内一 些专家认为其热能量转化效率过低，不太合算。但因 为存在一定的利润空间，在煤源丰富、煤价低廉、又有 资金和技术的地方，也可建设一些大规模的工厂，利 用集约生产和规模效应改善企业效益。这对保障我国 能源安全，降低石油对外的依存度和控制国际油价暴 涨有好处。

煤制甲醇再做汽油的MTG在晋城装置已开车一 年多，从结果看，2. 5t甲醇产It汽油，即5t煤产It 汽油，热能转化率也就是1/3左右。

煤制甲醇后再制聚烯烃的MTO和MTP，最近都相 继投产运行，笔者也去看过包头的神华MTO工厂，厂方 看来还比较满意，从经济上也有利润空间，是石油替 代中较成功的。估计“十二五”会形成全国每年2 000万 t的数量，用1. 2亿t原煤，可替代石脑油3 200万 t/a，减少石油的进口量，可以适度发展。

煤制化肥在全国已成为与钢铁一样产能过剩的 行业，最近一些地区还在上一些大型的合成氨和尿素 厂，而一些民营的氮肥厂现在都出现全行业的亏损， 晋城煤业也吞并了大量的化肥厂，情况应该十分清 楚，现在应是理性的归并、整合的时期。

煤制天然气在其他地方还是不错的，因为次烟煤 的价格不高，采用加压碎煤气化技术，粗煤气中的甲 烷量就接近产品天然气的一半。但晋东南的高变质煤 所产的粗煤气中，甲烷含量较低，煤价相对较贵，经济 上的帐要很好算清楚。而沁水煤田是我国煤层气丰富 的地区，晋煤集团在其开采利用方面有大量的经验和 成就。

用煤层气和煤气化联合发电的技术，在国际上已 成功示范和运行十余年，但一直不为人们看好。笔者 认为是他们用的煤气化技术过于昂贵之故。如果采用 煤层气或其他廉价的加压气化技术，可能就能推广开 来，这对发电效率的提高、环境的改善、宝贵的水资源 的节约都有好处。

总之，在煤炭资源地区就地建设煤化工产业的目 的，是为了利用当地的资源优势来创造更高的效益， 反哺这些地区其他产业的发展，增强资源地区的“自 身造血功能”，为这些地区在资源挖尽后，还能再可持 续发展和不断改善人民生活。如果不能达到这个目 的，就失去了它的实际意义了。 6煤气化技术选择中的四个“制宜” 6.1掌握原料煤的气化特性，因煤制宜

这是行内人们的共识。成煤物质及条件的不同， 煤的性质就会有较大的差别，它们的气化特性也是千 差万别的，运用的气化技术当然就要不同。

在山西这个大“煤盘”中，晋东南的沁水煤田是高 变质的无烟煤、贫煤和瘦煤。高变质、低活性、较高灰 熔融性温度是它们共同的特性;对于这些煤来说，利 用其块煤及型煤，选择加压、富氧的移动床气化技术， 应该还是较理想的工艺。当然，在如何制出高质量、低 成本的型煤，气化炉的设备、技术的改造方面还有大 量的改进工作，需要今后努力去做好。 6.2根据产品种类、产品特性，因产品制宜

从目的产物的要求来看，如果我们的目的产物是 生产燃料、油品或甲烷(指生产代用天然气)，那有什 么必要将煤气化可以得到的这些产品先在气化中把 它裂解成CO和H2，然后再去合成呢?气化技术的选择 上，就可以选择加压的固定床气化技术。如果我们不 想去做型煤，而加压流化床的技术又达到了工业化成 熟的地步，也可以采用加压流化床的技术，但应注意

煤的化学活性和相应的灰渣熔融性温度。 6.3因生产规模制宜

这就是要根据具体的规模情况来选择适合自己 的气化技术，一般用粉煤的气化技术(包括气流床和 流化床)和高温的气化技术比较适合应用于大规模用 户。如果用于常压的窑炉作燃料气的中、小能源用户， 就可采用常压的固定床气化技术，价格比较便宜。 6.4因本企业情况制宜

这是指企业如果经济状况不佳，就不能采用价格 相对昂贵的气化技术，不然企业就会很快倒闭。这是 哪个企业都不愿意做的傻事。 7还是科学发展观好

现在，在谈论煤气化、煤化工时，经常可听到有人 喜欢用“低碳经济”等词汇。笔者认为，如果与外国人 谈谈也未尝不可，因为已经成为他们的口头禅了。但 从科学的严密性来说，这还挺值得推敲一番。因为“低 碳”是基于两大论点的基础上的:一是气候是在变暖;

二是变暖的原因是大气中的CO，含量的增加。要论证2011年2月 陈家仁:煤气化技术选择中一些问题的思考

这两点不是太容易的，先说天气变暖，有人说北欧挪 威的铁矿石，依靠破冰船开道，就可从北冰洋到达我 国的青岛;也有人说去年渤海湾的水面40%结了冰， 此乃若干年未遇;最近又有人在说今年欧洲将遭遇千 年未遇的严冬，这是“迷你冰河时期”的开始。如今人 们也懒得去争论那些不易讲清楚的事，干脆就说“气 候变化”吧!反正变冷、变暖都是变，从哲学的观点看， 变是绝对的，经常的;而不变则是相对的，暂时的。 我国提倡科学发展观，它的含意是以人为本，节 约资源，减少污染物排放，可持续地发展生产，不断改 善民生，创建和谐世界。这“节约资源”不但包括能源、 水资源、土地资源、矿产资源、环境资源，还有人力资

源等。这“减少排放”不但包括COZ,NO、和SOX等，也还 包括污水、炉渣等气、液、固体的污染物，不是比“低 碳”的提法更加全面、科学吗?

我国的煤炭资源和水资源是逆向分布的，有煤的 地方水少，而有水的地方无煤，山西煤多，但水也是不 够用的。因此，要发展煤化工就要特别注意如何节水。 我国的化工设计院和煤化工企业，应该像前几年 抓“节能、降耗”那样来抓“节水、降排”，创造一些节 水煤化工的技术。跟农业上所用的节水农业办法一 样，围绕减少蒸发量的原理来实施节水，笔者认为，只 要大家共同努力，不用几年，有中国特色的“节水煤化 工”产业必将会成为现实。

煤化工产业是以煤为原料的产业，其效率直接与

煤这个我国目前最主要的化石能源的消耗联系在一 起。在实际产业发展中，我们应时刻注意用科学的态 度，采用先进的工艺技术和设备，尽可能的提高效率， 降低资源消耗，减少污染物的排放，使我国在高速发 展的同时，保护好我们赖以生存的优美环境，.维持我 们的可持续发展。让我国最广大的劳动人民.今后能 永远在山清水秀、空气清新的环境里过上美好的日 子，这也是我们从事煤化工行业的人们共同努力的方 向和毕生的愿望。

Some Problems Concerning Technical Assessment of Coal Gasification Chen Jiaren

(Beijing Research Institute of Coal Chemistry, China Coal Research Institute, Beijing 100013，China)

Abstract In recent years, China has witnessed continuous renovation on coal gasification technologies. An objective

and sensible evaluation standard has to be established for proper assessment of coals and besides, problems relating to phi-

losophy and general issues have to be distinguished. The paper suggested the assumption that the selection of gasification

technology should be subject to the coal rank, the product to be turned out, the production capacity and the basic facts of

the owner's enterprise. This can serve as a reference for plant owners to select their appropriate coal gasification technolo- gies.

Key words coal gasiGcation, gasification technology, assessment, suggestion 关于变更办公地址的通知

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