郭兴建，童维风

（安徽晋煤中能化工股份有限公司，安徽 临泉 236400）

我国能源特点是缺油少气，煤炭资源相对丰富，因此煤在国内合成氨和甲醇工业原料中仍占据主导地位。我国也成为世界上最大的煤气化炉市场，到2020年我国对煤气化炉有巨大的需求，需求量将达到2250套。那么，目前，在我国煤化工建设中到底有多少种类煤气化技术在应用？存在哪些问题？从目前调查的情况看，包括正要准备中试和已经工业化应用的国内外煤气化技术有13种，国外技术有4种、国内技术9种。我国已成为世界上应用种类最多的国家，国外技术美国GE公司的水煤浆气化工艺（原德士古水煤浆气化工艺）进入中国推广较早，应用业绩最多，荷兰壳牌、德国GSP煤气化技术也有不错的业绩。与此同时，我国自主煤气化技术也发展迅速，以干煤粉气化技术为代表的国产煤气化技术已达到世界先进水平。北京航天煤化工工程有限公司研制的 HT－L气化技术，其示范装置自2008年10月在安徽临泉化工股份有限公司一次开车成功以来，展示了优良的工艺技术性能，三年的时间，被迅速推广到10多家企业，参与中国这个世界最大的煤气化技术市场的竞争。

1 HT－L煤气化工艺简介

航天炉是洁净粉煤气化工艺的一种，是航天十一所借鉴荷兰Shell、德国GSP、美国Texaco煤气化工艺中的先进技术，配置自己研发的盘管式水冷壁气化炉而形成的一套结构简单、有效实用的煤气化工艺。该工艺煤种适应性广，从烟煤、无烟煤到褐煤均可气化，对于高灰分、高水分、高硫的煤种同样适用。技术先进，热效率高（可达95%），碳转化率高（99%），是具有自主知识产权的一种国产化气流床气化工艺。

航天炉粉煤气化装置分为4个单元，即磨煤和干燥单元、加压和输送单元、粉煤气化及合成气洗涤单元、渣与灰水处理单元。

（1）磨煤和干燥单元 干燥系统的工艺流程、运行原理、控制参数都与Shell工艺相同，两套系统一开一备，单套能力35t／h，目的是制造出80%以上粒度小于90μm、水含量小于2%的煤粉。没有单独的石灰石加入系统，只是利用皮带秤通过比值调节将粒状石灰石加到输煤皮带上，一块进入磨煤机研磨。

（2）加压和输送单元 经研磨分离合格的粉煤储存在常压粉煤仓内，通过粉煤锁斗连通粉煤给料罐；粉煤锁斗常压进料，加压向粉煤给料罐放料，循环运行。粉煤给料罐连续向气化炉烧嘴供料，并与气化炉之间保持恒定的压差。

（3）粉煤气化及合成气洗涤单元 采用单烧嘴顶烧式气化，激冷工艺，煤粉经3条煤粉管线进入气化炉烧嘴，氧气经预热器加热后在氧蒸混合器内与蒸汽混合，按一定的比例进入气化烧嘴。粉煤在气化炉内燃烧并发生反应，生成的合成气主要成分是H2和CO。合成气经激冷环进入激冷室，在激冷室内合成气经过降温、增湿、除尘和洗涤，被水饱和，熔渣迅速固化。合成气出气化炉后，经文丘里洗涤器，合成气洗涤塔进一步增湿，除尘、洗涤。除尘后的合成气进入变换工序。粉煤燃烧后形成的灰渣沉积在激冷室水中，绝大部分灰渣迅速沉淀并通过渣锁斗系统定期排出。

（4）渣及灰水处理单元 从气化炉激冷室排出的渣经破渣机、锁斗，排到捞渣机，进行渣水分离，水回收处理利用；气化炉及合成气洗涤塔底部排出的黑水，经两级闪蒸去除不凝性气体并回收热量，固体颗粒经絮凝、沉淀、过滤后收集，灰水循环利用。

2 航天炉技术特点

（1）干煤粉进料，惰性气体输送，加压气化

干煤粉进料，煤被磨制成20～100μm煤粉颗粒，并以过热空气干燥；惰性气体输送，介质为二氧化碳或氮气；加压气化，强化燃烧，提高单位体积产气率。与常压炉相比，在同样生产能力下，航天炉气化强度高，设备尺寸小，结构紧凑，占地面积小，燃烧效率高。

（2）单烧嘴顶烧组合燃烧器

燃烧火焰、炉内物料流场与炉膛结构匹配较好，炉内煤粉热解区、火焰燃烧区、烟气射流区、烟气回流区以及二次反应区分布合理，煤粉反应完全；火焰形状、稳定性好；烧嘴采用水冷夹套式冷却方案，可保证烧嘴长周期运行稳定可靠。设计寿命20年，烧嘴头部局部维护时间6月一次。

（3）气化操作温度高，提高了碳转化率

一般操作温度为1400～1750℃，煤种适应范围广，对煤的灰熔点要求范围宽。碳转化率99%，有效气体（CO＋H2）体积分率在90%左右，CH4气体仅有几十至几百10－6数量级。

（4）盘管式水冷壁结构

多头并联结构可以保证管程流阻分布均匀，强制循环可防止局部传热恶化发生“爆管”故障。

（5）冷壁式耐火材料结构

水冷壁与耐火材料组合，水冷壁降低耐火材料的蚀损率，保证耐火材料的使用温度低于1300℃，水冷壁外形成3～5mm稳定的固渣层，“以渣抗渣”，提高耐火材料使用寿命，降低炉膛散热损失。

（6）水激冷方案

有成熟的工程业绩和分析数据，技术成熟可靠，合成气中增加的饱和水可直接用于变换工序。

（7）燃烧效率高、环保性能好

碳转化率、冷煤气效率、热效率都高于水煤浆工艺，冷煤气效率比湿法提高10%，热效率提高6%，碳转化率≥99.5%，盘管水冷壁副产中压蒸汽回收炉内燃烧热量的3%～5%。高温煤气化，废水有害成分极少，容易处理。合成气中氮氧化物及硫氧化物含量很低。

3 主要设计参数

（1）物化参数

粉煤水分含量＜2%，粒径比例如下：

所用煤的化学成分如下：

（2）工艺参数

气化炉操作压力 3.7～4.0MPa

气化炉操作温度 1400～1700℃

气化炉烧嘴流量 28810／22515／1204kg／h（粉煤／氧气／蒸汽）

氧煤比 0.65～0.90

粗合成气温度 210℃

气化炉液位 30%～60%

高压闪蒸罐压力 0.5MPa

真空闪蒸罐压力 －0.06MPa

（3）考核指标

有效气（CO＋H2）比氧耗 ≤310m3／km3

有效气（CO＋H2）比煤耗 ≤510kg／km3

碳转化率 ≥99%

合成气CO＋H2含量 ≥85%

冷煤气效率 ≥84%

吨甲醇耗煤 1.300t

吨甲醇耗有效气 2250m3

4 航天炉煤气化工艺运行状况

晋煤中能化工股份公司HT－L航天粉煤加压气化装置于2008年10月31日9：08一次投料开车成功。2009年气化炉累计运行326d，运行率89.3%。2010年航天粉煤加压气化装置累计运行338d，运行率92.6%。2011年，最长连续运行周期156d。目前，气化装置及后部工序运行稳定。晋煤中能化工股份公司200kt／a合成氨原料路线改造工程项目（二期航天炉）2012年1月3日21点30分开始进行点火试验，经过相关工艺调整后，于1月4日5点13分顺利实现气化炉开工点火；1月4日5时53分，气化炉投料开车，目前已连续运行170多天。

原料煤种试烧情况

HT－L炉自2008年10月运行以来，试烧了多种原料煤：神木煤，神木与新郑混煤，新疆煤，新疆与新郑混煤，与晋城煤的混煤，甘肃煤，新疆保利煤、晋城无烟煤末混烧，神木煤配晋城高硫煤（原煤含硫2.35%）等等，前后运行了五个煤种的单烧、多种配煤的混烧。试烧过的煤种及参数见表1，运行情况见表2。

表1 试烧的煤种参数

表2 气化运行数据（2012年）

5 航天炉工艺与Shell、德士古各种参数的对比

以150kt／a甲醇装置为例，航天煤气化技术与国外两种先进煤气化技术的比较见表3。

6 航天炉工艺的前景

HT－L煤气化工艺是由航天十一所自主研发适合我国国情的一种粉煤加压气化技术，各个单元的技术都有成熟的设计基础和丰富的运行经验，直接实现了工业化生产，没有设计缺陷和运行瓶颈。该工艺投资少，安徽临泉150kt／a甲醇项目总投资6.4亿元，其中气化装置投资3.1亿元，比同规模Shell工艺投资要少三分之一；国产化率高。HT－L煤气化装置许多设备，如粉煤锁斗阀、破渣机、烧嘴、气化炉、煤粉循环三通阀、渣水循环泵、激冷水泵、锅炉水循环泵、热风炉等都是由北京航天十一所设计、制造或委托制造的，设备运行平稳、操作维护方便，也带动了相关产业的发展，对于促进我国经济技术的发展有重大意义。

表3 航天炉与国外两种先进煤气化技术的比较

煤气化技术是煤炭洁净、高效、综合利用的重要技术和关键技术，在煤气化技术高速发展的今天，德士古、壳牌和GSP气化技术几乎占据了我国全部市场，它们共同的特点是，国外技术，专利费用高，投资大，备品备件费用高，一般的国内企业难以承受。拥有我国自主知识产权的HT－L粉煤加压气化炉将打破国外气化炉在世界上的垄断。实现粉煤加压气化装置的国产化，对国家调整经济结构，发展新型能源及实施国家能源安全有着重大的战略意义。