煤氣化技術(shù)是現(xiàn)代煤化工的基礎(chǔ)，是通過煤直接液化制取油品或在高溫下氣化制得合成氣，再以合成氣為原料制取甲醇、合成油、天然氣等一級產(chǎn)品及以甲醇為原料制得乙烯、丙烯等二級化工產(chǎn)品的核心技術(shù)。
   作為煤化工產(chǎn)業(yè)鏈中的“龍頭”裝置，煤氣化裝置具有投入大、可靠性要求高、對整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)濟(jì)效益影響大等特點(diǎn)。目前國內(nèi)外氣化技術(shù)眾多，各種技術(shù)都有其特點(diǎn)和特定的適用場合，它們的工業(yè)化應(yīng)用程度及可靠性不同，選擇與煤種及下游產(chǎn)品相適宜的煤氣化工藝技術(shù)是煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的重要決策。
    工業(yè)上以煤為原料生產(chǎn)合成氣的歷史已有百余年。根據(jù)發(fā)展進(jìn)程分析，煤氣化技術(shù)可分為三代。
    第一代氣化技術(shù)為固定床、移動(dòng)床氣化技術(shù)，多以塊煤和小顆粒煤為原料制取合成氣，裝置規(guī)模、原料、能耗及環(huán)保的局限性較大；第二代氣化技術(shù)是現(xiàn)階段最具有代表性的改進(jìn)型流化床和氣流床技術(shù)，其特征是連續(xù)進(jìn)料及高溫液態(tài)排渣；第三代氣化技術(shù)尚處于小試或中試階段，如煤的催化氣化、煤的加氫氣化、煤的地下氣化、煤的等離子體氣化、煤的太陽能氣化和煤的核能余熱氣化等。
    本文綜述了近年來國內(nèi)外煤氣化技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用的進(jìn)展情況，論述了固定床、流化床、氣流床及煤催化氣化等煤氣化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。
    1 國內(nèi)外煤氣化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
    在世界能源儲(chǔ)量中，煤炭約占79%，石油與天然氣約占12%。煤炭利用技術(shù)的研究和開發(fā)是能源戰(zhàn)略的重要內(nèi)容之一。世界煤化工的發(fā)展經(jīng)歷了起步階段、發(fā)展階段、停滯階段和復(fù)興階段。20世紀(jì)初，煤炭煉焦工業(yè)的興起標(biāo)志著世界煤化工發(fā)展的起步。此后世界煤化工迅速發(fā)展，直到20世紀(jì)中葉，煤一直是世界有機(jī)化學(xué)工業(yè)的主要原料。
    隨著石油化學(xué)工業(yè)的興起與發(fā)展，煤在化工原料中所占的比例不斷下降并逐漸被石油和天然氣替代，世界煤化工技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一度停滯。直到20世紀(jì)70年代末，由于石油價(jià)格大幅攀升，影響了世界石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，同時(shí)煤化工在煤氣化、煤液化等方面取得了顯著的進(jìn)展。特別是20世紀(jì)90年代后，世界石油價(jià)格長期在高位運(yùn)行，且呈現(xiàn)不斷上升趨勢，這就更加促進(jìn)了煤化工技術(shù)的發(fā)展，煤化工重新受到了人們的重視。
    中國的煤氣化工藝由老式的UGI爐塊煤間歇?dú)饣�迅速向世界最先進(jìn)的粉煤加壓氣化工藝過渡，同時(shí)國內(nèi)自主創(chuàng)新的新型煤氣化技術(shù)也得到快速發(fā)展。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，采用國內(nèi)外先進(jìn)大型潔凈煤氣化技術(shù)已投產(chǎn)和正在建設(shè)的裝置有80多套，50%以上的煤氣化裝置已投產(chǎn)運(yùn)行，其中采用水煤漿氣化技術(shù)的裝置包括GE煤氣化27套（已投產(chǎn)16套），四噴嘴33套（已投產(chǎn)13套），分級氣化、多元料漿氣化等多套；采用干煤粉氣化技術(shù)的裝置包括Shell煤氣化18套（已投產(chǎn)11套）、GSP 2套，還有正在工業(yè)化示范的Lurgi BGL技術(shù)、航天粉煤加壓氣化（HT-L）技術(shù)、單噴嘴干粉氣化技術(shù)和兩段式干煤粉加壓氣化（TPRI）技術(shù)等。
    1.1 固定床氣化技術(shù)
    固定床氣化技術(shù)也稱移動(dòng)床氣化技術(shù)，是世界上最早開發(fā)和應(yīng)用的氣化技術(shù)。固定床一般以塊煤或焦煤為原料，煤（焦）由氣化爐頂部加入，自上而下經(jīng)過干燥層、干餾層、還原層和氧化層，最后形成灰渣排出爐外，氣化劑自下而上經(jīng)灰渣層預(yù)熱后進(jìn)入氧化層和還原層。固定床氣化的局限性是對床層均勻性和透氣性要求較高，入爐煤要有一定的粒（塊）度（6～50 mm）和均勻性。煤的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、黏結(jié)性和結(jié)渣性等指標(biāo)都與透氣性有關(guān)，因此，固定床氣化爐對入爐原料有很多限制。
    大型固定床氣化技術(shù)包括Lurgi氣化技術(shù)、BGL氣化技術(shù)和YM氣化技術(shù)等。加壓固定床氣化技術(shù)是在常壓固定床氣化技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要解決常壓固定床氣化技術(shù)中氣化強(qiáng)度低、單爐處理負(fù)荷小等缺點(diǎn)，最有代表性的是Lurgi加壓氣化爐。
    BGL氣化技術(shù)是在Lurgi氣化技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，該技術(shù)最大的改進(jìn)是降低了蒸汽與氧氣的體積比，提高了氣化反應(yīng)區(qū)的溫度，實(shí)現(xiàn)熔融態(tài)排渣，從而提高了生產(chǎn)能力，可更適合于灰熔點(diǎn)低的煤和對蒸汽反應(yīng)活性較低的煤。
    1.2 流化床氣化技術(shù)
    氣化劑由爐底部吹入，使細(xì)粒煤（粒度小于6 mm）在爐內(nèi)呈并逆流反應(yīng)，該技術(shù)通常稱為流化床氣化技術(shù)。煤粒（粉煤）和氣化劑在爐底錐形部分呈并流運(yùn)動(dòng)，在爐上筒體部分呈并流和逆流運(yùn)動(dòng)，固體排渣。并逆流氣化對入爐煤的活性要求高，同時(shí)，爐溫低、停留時(shí)間短會(huì)帶來碳轉(zhuǎn)化率低、飛灰含量高、殘?zhí)几摺⒒以�分離困難、操作彈性小等問題。具有代表性的爐型為常壓Winkler爐和加壓HTW爐、山西煤炭化學(xué)研究所灰熔聚技術(shù)爐型等。
    灰熔聚流化床氣化技術(shù)是山西煤炭化學(xué)研究所于20世紀(jì)80年代末到90年代開發(fā)成功的一種流化床煤氣化技術(shù)。在φ300 mm小型氣化試驗(yàn)裝置（投煤量1 t/d）、φ1 000 mm大型冷態(tài)試驗(yàn)裝置和φ1 000 mm大型中間試驗(yàn)裝置（操作壓力0.1～0.5 MPa，投煤量24 t/d）的研究基礎(chǔ)上，2001年該技術(shù)常壓操作的工業(yè)裝置在陜西城固化肥股份有限公司合成氨裝置上運(yùn)行成功。2008年7月在石家莊金石化肥有限責(zé)任公司建設(shè)一套加壓灰熔聚流化床氣化示范裝置，投煤量300 t/d，在操作壓力0.6 MPa下實(shí)現(xiàn)了77 h連續(xù)運(yùn)行。
    1.3 氣流床氣化技術(shù)
    氣流床氣化技術(shù)采用粉煤或煤漿的進(jìn)料方式，在氣化劑的攜帶作用下，兩者并流接觸，煤料在高于其灰熔點(diǎn)的溫度下與氣化劑發(fā)生燃燒反應(yīng)和氣化反應(yīng)。為彌補(bǔ)停留時(shí)間短的缺陷，必須嚴(yán)格控制入爐煤的粒度（小于0.1 mm），以保證有足夠大的反應(yīng)面積，灰渣以液態(tài)形式排出氣化爐。氣流床的主要特點(diǎn)是氣化溫度高、強(qiáng)度大、煤種適應(yīng)性相對較強(qiáng)、氣化指標(biāo)好。但由于在高溫下反應(yīng)，存在出氣化爐的氣體顯熱高、冷煤氣效率低、原料消耗高等缺點(diǎn)。
    氣流床氣化技術(shù)代表了當(dāng)前煤氣化技術(shù)發(fā)展的主流趨勢，代表技術(shù)有GE水煤漿氣化技術(shù)、康菲E-Gas氣化技術(shù)、清華達(dá)立科分級氣化技術(shù)、華東理工大學(xué)四噴嘴水煤漿氣化技術(shù)、Shell粉煤氣化技術(shù)、西門子GSP氣化技術(shù)、航天爐HT-L技術(shù)以及單噴嘴冷壁式（SE）粉煤氣化技術(shù)等。
    1.3.1 GE氣化技術(shù)
    GE氣化技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛、最成熟的氣流床煤氣化技術(shù)之一，氣化工藝簡單，氣化壓力高，生產(chǎn)裝置壓力最高達(dá)8.7 MPa。氣化爐的主要結(jié)構(gòu)是單噴嘴，采用下噴式，水煤漿進(jìn)料，大部分氣化爐采用水激冷工藝流程；在整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)（IGCC）發(fā)電項(xiàng)目中也有氣化爐采用廢鍋流程的。
    1.3.2 E-Gas氣化技術(shù)
    E-Gas氣化技術(shù)最早由Destec公司開發(fā)，后被Dow公司收購。氣化爐采用“十”字形結(jié)構(gòu)，水煤漿原料，兩段氣化，粗合成氣配置廢鍋流程。第一段為水平圓筒，在1 316～1 427 ℃的熔渣溫度下運(yùn)行；第二段為內(nèi)襯耐火材料且垂直于第一段的直立圓筒，該段采用向上氣流床形式，有一路煤漿通過噴嘴均勻地分布到第一段來的熱煤氣中，水煤漿噴入量為總量的10％～15％。第二段是利用第一段煤氣的顯熱來氣化在第二段噴入的煤漿，從而將混合物的溫度降至1 038 ℃，以保證熱回收系統(tǒng)正常工作。
    E-Gas氣化技術(shù)采用多個(gè)工藝燒嘴，單臺氣化爐能力大，采用半焦和細(xì)渣循環(huán)，提高了碳轉(zhuǎn)化率。煤氣凈化處理較簡單，渣水中不含焦油、酚等有害物質(zhì)，可以回用制漿，環(huán)境污染較少。排渣系統(tǒng)采用特殊的連續(xù)排渣結(jié)構(gòu)，降低了氣化框架。但氣化爐的“十”字形結(jié)構(gòu)限制了操作壓力的提高，廢鍋及排渣系統(tǒng)的特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致煤種選擇范圍相對嚴(yán)格。2010年3月，韓國浦項(xiàng)光陽鋼鐵廠的合成天然氣項(xiàng)目許可使用E-Gas氣化技術(shù)。2012年5月，印度信賴工業(yè)公司采用E-Gas氣化技術(shù)建設(shè)全球最大的石油焦/煤氣化多聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目。
    1.3.3 多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)
    多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)由華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠和中國天辰化學(xué)工程公司共同開發(fā)，2000年完成中試裝置（22 t/d）的運(yùn)轉(zhuǎn)與考核。2002年，先后在山東華魯恒升化工有限公司和兗礦集團(tuán)國泰化工有限公司建設(shè)了兩套多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)的商業(yè)性示范裝置。與同類技術(shù)相比，對于同樣煤種，采用該技術(shù)的碳轉(zhuǎn)化率提高3百分點(diǎn)以上，比氧耗降低約8%，比煤耗降低2%～3%。
    目前，國內(nèi)多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)已推廣到江蘇靈谷化工有限公司合成氨項(xiàng)目、神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司600 kt/a甲醇項(xiàng)目和陜西未來能源化工有限公司百萬t/a煤制油項(xiàng)目等34家企業(yè)，運(yùn)轉(zhuǎn)和在建的氣化爐95臺，其中，單爐日處理量2 000 t規(guī)模的水煤漿大型化國內(nèi)市場占有率為100%（44臺氣化爐）。已與美國Valero公司簽定技術(shù)許可合同，計(jì)劃建設(shè)5臺單爐日處理石油焦2 500 t的氣化裝置，開創(chuàng)了我國大型化工成套技術(shù)向發(fā)達(dá)國家出口的先河。
    1.3.4 清華爐氣化技術(shù)
    清華爐氣化技術(shù)由北京盈德清大科技有限責(zé)任公司擁有并負(fù)責(zé)推廣應(yīng)用。第一代為耐火磚型清華爐技術(shù)，2006年1月在山西陽煤豐喜肥業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司臨猗分公司投入運(yùn)行。第二代為水冷壁型清華爐技術(shù)，2011年8月22日，世界首臺水煤漿水冷壁氣化爐（日處理煤600 t）在山西陽煤豐喜肥業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司一次投料成功，連續(xù)運(yùn)行140 d，創(chuàng)造了煤氣化技術(shù)開車的新水平和新紀(jì)錄。該技術(shù)采用特殊設(shè)計(jì)的工藝組合燒嘴和成熟的水冷壁技術(shù)，氣化爐啟動(dòng)速度快，本質(zhì)安全高，煤種適應(yīng)性較好，可以采用灰熔點(diǎn)達(dá)到1500℃的煤種。2012年9月3日，清華爐氣化技術(shù)通過了中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的專家鑒定。目前，北京盈德清大科技有限責(zé)任公司主推第二代水冷壁水煤漿氣化技術(shù)。
    1.3.5 Shell氣化技術(shù)
    Shell氣化技術(shù)研發(fā)始于1972年，歷經(jīng)小試和中試研究，1993在荷蘭Buggenum建立了煤產(chǎn)量2000t/d的裝置，配套250 MW的IGCC示范裝置。之后，該技術(shù)在中國得到廣泛應(yīng)用。截至到2013年3月，國內(nèi)共有21臺Shell氣化爐投入運(yùn)行，單爐規(guī)模為750～2 500 t/d，氣化爐連續(xù)運(yùn)行時(shí)間最長已超過200d。
    Shell氣化爐采用四噴嘴水平帶角度設(shè)置，撞擊形成的旋轉(zhuǎn)氣流由氣化室頂部經(jīng)合成氣激冷后進(jìn)入對流廢鍋，進(jìn)一步回收合成氣能量，氣化產(chǎn)生的液態(tài)熔渣由氣化爐底部渣口依靠重力落入渣池，冷卻后排出。水冷壁可直接副產(chǎn)中壓蒸汽，氣化操作溫度高，煤種適用性較好。國內(nèi)圍繞Shell氣化爐渣口易結(jié)渣問題開展了大量研究。
    由于Shell廢鍋流程氣化爐的投資高、流程長、操作復(fù)雜，為提高技術(shù)競爭力，Shell公司開發(fā)了上行全水激冷技術(shù)和下行全水激冷粉煤氣化技術(shù)。水激冷技術(shù)簡化了流程，降低了投資，更適用于化工生產(chǎn)，拓寬了Shell氣化技術(shù)在煤制合成氨、甲醇、煤化工和燃煤發(fā)電等領(lǐng)域的應(yīng)用前景，目前Shell公司與惠生公司合作建設(shè)的下行全水激冷流程Shell煤氣化工業(yè)示范裝置正在建設(shè)中。
    1.3.6 GSP氣化技術(shù)
    GSP氣化技術(shù)是20世紀(jì)70年代由前民主德國燃料研究所開發(fā)并投入商業(yè)化運(yùn)行的粉煤加壓氣化技術(shù)。2010年Siemens公司收購了該技術(shù)。GSP氣化技術(shù)是一種單噴嘴下噴式煤粉加壓氣流床氣化技術(shù)。針對不同用戶需求，高溫合成氣可分別采用水激冷和廢鍋回收熱量產(chǎn)生高壓蒸汽兩種冷卻方式。GSP技術(shù)采用干煤粉進(jìn)料，盤管水冷壁襯里和復(fù)合式燒嘴，氣化操作溫度高，煤種適用性較好，合成氣直接水激冷流程簡單且投資少。
    神華寧煤集團(tuán)是國內(nèi)首家引進(jìn)GSP氣化技術(shù)的用戶，在銀川寧東地區(qū)建設(shè)了5套（4臺運(yùn)行1臺備用）日處理煤2 000 t的GSP粉煤氣化裝置，用于生產(chǎn)500 kt烯烴，該氣化裝置于2010年11月4日投產(chǎn)，由于存在煤粉流量不穩(wěn)定、粗合成氣中含灰量高以及水冷壁燒蝕等問題制約了裝置的長周期運(yùn)行。
    1.3.7 HT-L技術(shù)
    HT-L技術(shù)是一種由北京航天萬源煤化工工程技術(shù)有限公司開發(fā)的粉煤加壓氣化技術(shù)，采用干粉加壓進(jìn)料、純氧氣化、液態(tài)排渣和粗合成氣激冷工藝流程，氣化爐采用水冷壁盤管襯里，副產(chǎn)熱水后通過間接換熱得到低壓蒸汽。此項(xiàng)技術(shù)未經(jīng)小試和中試，直接按照工藝設(shè)計(jì)建設(shè)工業(yè)化示范項(xiàng)目，2008年先后在安徽臨泉、河南龍宇建成2套單爐日投煤量720 t的示范裝置，目前國內(nèi)已有4家企業(yè)的HT-L氣化爐投入運(yùn)行，用于生產(chǎn)甲醇或合成氨，單爐最大日投煤量2000t。
    1.3.8 TPRI技術(shù)的開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展
    無論Shell氣化爐還是Prenflo氣化爐，均采用一段氣化的方式，為了讓高溫煤氣中攜帶的熔融態(tài)灰渣凝固，以免堵塞煤氣冷卻器，二者都采取后續(xù)工段冷煤氣循環(huán)激冷，將高溫煤氣冷卻到900℃左右，然后進(jìn)入煤氣冷卻器，激冷過程高位能量損失較大。為解決這一問題，借鑒E-Gas氣化爐熱化學(xué)法回收高溫煤氣顯熱的原理，國電熱工研究院提出了TPRI工藝。在國家“十五”、“863”計(jì)劃的支持下，該工藝于2006年完成了45 t/d煤的中試裝置運(yùn)行，并通過了國家科技部組織的驗(yàn)收。2009年7月，由中國華能集團(tuán)投資，日投煤量2 000 t的工業(yè)示范裝置正在天津開發(fā)區(qū)建設(shè)，配套250 MW IGCC電站。2012年4月中旬，氣化裝置啟動(dòng)。
    1.3.9 多噴嘴對置式粉煤加壓氣化技術(shù)
    多噴嘴對置式粉煤加壓氣化技術(shù)是在國家科技攻關(guān)計(jì)劃和“863”課題支持下，由華東理工大學(xué)、兗礦集團(tuán)和中國天辰化學(xué)工程公司通過近十年的小試、中試研發(fā)積累開發(fā)的粉煤加壓氣化技術(shù)，正在建設(shè)日處理煤1 000 t級的示范裝置，計(jì)劃于2014年投入工業(yè)示范運(yùn)行。該技術(shù)與多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)的差異主要在于：將水煤漿進(jìn)料改為粉煤進(jìn)料、氣化爐的耐火磚襯里改為水冷壁襯里，其余部分（如激冷、初步凈化和渣水系統(tǒng)）均采用成熟技術(shù)。
    1.3.10 SE技術(shù)
    SE技術(shù)由華東理工大學(xué)和中國石油化工集團(tuán)公司共同開發(fā)。該技術(shù)采用在線粉煤輸送標(biāo)定系統(tǒng)、膜式水冷壁襯里、水激冷流程以及復(fù)合式粉煤燒嘴等技術(shù)，具有煤種適用性強(qiáng)、粉煤輸送穩(wěn)定且計(jì)量準(zhǔn)確、水冷壁直接副產(chǎn)中壓蒸汽和投資少等優(yōu)點(diǎn)。目前，中國石化揚(yáng)子石油化工有限公司正在建設(shè)一套日處煤量1 000 t級的SE粉煤氣化示范裝置，計(jì)劃于2014年底投入工業(yè)示范運(yùn)行。
    1.4 新型煤氣化技術(shù)
    第三代新型煤氣化技術(shù)包括煤的催化氣化、加氫氣化、地下氣化、等離子體氣化、太陽能氣化和核能余熱氣化等技術(shù)，這些技術(shù)大多處于實(shí)驗(yàn)室研究或中試研究階段，其中以煤催化氣化技術(shù)最為引人注目和重視，國內(nèi)外均在投入巨資進(jìn)行研究開發(fā)。煤的催化氣化是煤在固體狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)，催化劑與煤粉按照一定比例均勻混合，煤表面分布的催化劑通過侵蝕開槽作用，使煤與氣化劑更好地接觸并加快氣化反應(yīng)。與傳統(tǒng)的煤氣化相比，煤催化氣化技術(shù)可明顯降低反應(yīng)溫度，提高反應(yīng)速率，改善煤氣組成并提高煤氣收率。催化氣化生成的合成氣對于甲烷合成工藝可縮短工藝流程，提高工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。目前，有關(guān)煤催化氣化技術(shù)的難點(diǎn)在于催化劑，催化劑的價(jià)格與回收以及產(chǎn)生二次污染等問題一直制約著煤催化氣化的工業(yè)化進(jìn)程。
    1.4.1 藍(lán)氣技術(shù)
    美國巨點(diǎn)能源公司（GPE）成立于2005年，擁有世界上先進(jìn)的“一步法低溫催化水解甲烷化”煤制天然氣技術(shù)，即“藍(lán)氣技術(shù)”BlueGasTM的注冊商標(biāo)。與EXXON公司開發(fā)的同類技術(shù)相比，該技術(shù)具有催化劑活性提高、催化劑回收性能改善、工藝流程優(yōu)化、設(shè)備投入降低和CO2排放量減少等優(yōu)點(diǎn)。
    GPE公司擁有大型冷模及3套中試示范裝置，建立了反應(yīng)數(shù)學(xué)模型，在中試裝置上得到了驗(yàn)證，完成了用煤（石油焦）進(jìn)行的2 700 h的試驗(yàn)。該公司在美國馬薩諸塞州五月花清潔能源中心的示范裝置采用商業(yè)化裝置的高度和操作條件，并正與萬向集團(tuán)合作在中國新疆建設(shè)示范裝置。
    1.4.2 新奧集團(tuán)煤催化氣化技術(shù)
    2008年，新奧集團(tuán)開始煤催化氣化制甲烷的研究工作，獲得了國家“973”及“863”計(jì)劃支持，建立了不同規(guī)模的固定床和流化床評價(jià)裝置，開展了煤的催化熱解特性、半焦催化氣化特性、殘焦燃燒/氣化特性、兩段流化床熱態(tài)耦合特性的基礎(chǔ)研究工作，實(shí)現(xiàn)了0.5，5 t/d煤催化氣化裝置的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)開展了工業(yè)示范裝置的工藝包設(shè)計(jì)等前期工作。

來源：中國石油化工股份有限公司