发展我国煤炭气化技术的战略

1、发展我国煤炭气化技术的战略摘要：为减轻大气污染，提高煤炭利用效率，并结合引进技 术的工业实践，逐步开发出了具有中国特色的煤气化技术， 但也走了不少弯路。我国对煤炭地下气化技术的研究取得了 很大进展。在“十五”规划中，各方都强调要推进煤炭气化 技术的开发和应用。由于煤气化在高效、清洁利用煤炭能源 方面有重要作用，国外近20年来煤气化能力得到了强劲的 发展，我国煤气化在化工原料气、工业以至民用燃料气等方 而也一直占有重要地位。但我国的洁净煤技术总体上还处于 起步阶段，煤炭气化工艺的发展还要经历长期的发展过程。 关键词：煤炭气化；技术产业化；战略1煤炭气化技术的战略意义在煤化工领域，通常把煤的气化称

2、为“气头”，意思是煤化 工生产所需要的合成气来源于此，系列化生产过程从此开 始。煤炭气化技术是煤化化上产业核心技术主体之一。以煤 为原料的煤化工生产，只有把煤转化为气体，才能进行更充 分、种类更多、效率更高的化学反应。由于煤化工产业的市场前景以及对于能源安全的战略 意义，所以煤炭气化技术具有重要地位，世界上谁拥有一流 的、具有自主知识产权、大规模产业化的煤炭气化技术，谁 就在相当的程度上具备了在煤化工及其技术产业领域取得 竞争优势、获取事实上的垄断利润的必要条件，世界煤化工 产业的发展已清楚地说明这一点。例如，中国引进的德士古 煤炭气化技术，技术专利费的收取机制就具有明显的垄断性 特征，实质上

3、是一种垄断性费用收取和技术遏制相结合的双 重机制。其目的在于防止技术引进方成为其可能的竞争者或 替代者。在这种机制下，技术引进方所得到的技术优势将被 成木劣势所掩埋，要赢得竞争优势几乎是不可能的。2国内情况全国有近万台各种类型的气化炉在运行，其中以移动床 气化炉为最多，占80%90%，如氨肥工业中 应用的UGI 水煤气炉就达4000多台；生产工业燃气的气化炉近5000 台，其中还包括近年来引进的两段气 化炉和生产城市煤气 和化肥的Lurgi炉、Winkler，U-Gas流化床气化和 Texac3。气流床气化等先进技术则多用于化肥工业，但数 量有限。虽然，国外已开发成功多种煤气化技术，但 目前在

4、国内 较为成熟的仍然只是常压固定床气化技术。它广泛用于冶 金、化工、建材、机械等工业行业和民用燃气，以UGI、水 煤气两段炉、发生炉两段炉等固定床气化技术为主。常压固 定床气化技术的优点是操作简单，投资小；但技术落后，能 力和效率低，污染重，急需技术改造。以常用的直径为3m的 发生炉为例，能力仅为50t /d,引进的一般加压Lurgi炉 能力也达500t/d4。目前我国正在运转的常压固定床气化炉有四千多台。而 常压流化床气化炉只有十几台，Texaco气流床气化炉仅12 台。固定床气化工艺需要使用块煤，尤其是化肥行业普遍采 用的水煤气炉目前只使用无烟块煤和焦炭，而机械化采煤使 块煤率下降，导致块

5、煤资源紧张，原料成木上升。另外水煤 气工艺气化效率低，吹风气排放污染环境。我国煤气化技术总体水平落后，与世界先进技术相比差 距甚远。国家从“六五”至“九五”投入大量人力、物力， 引进、研制、开发先进的煤气化技术。我国先后从国外引进 的煤气化技术多种多样。如引进的水煤浆气化装置就有， 1987年投产的鲁南煤气化装置（二台炉、一开一备，单炉日 处理450t煤，2.8MPa ），1995年投产的吴泾煤气化装置（四 台炉，三开一备，单炉 日处理500t煤，4.0MPa）、1996年 投产的渭河煤 化装置（三台炉，二开一备，单炉 日处理820t 煤，6.5MPa），2000年7月投产的淮南煤气化装置（三

6、台 炉，无备用，单炉日处理500t煤，4.0MPa）等等。通过对 煤气化引进技术的消化吸收，尤其是通过国家重 点科技攻 关，对引进装置进行技术改造并使之国产化，使我国煤气化 技术的研究开发取得了重要进展。如关键技术之一的国产喷 嘴替代了从美国引进的水煤浆气化喷嘴，技术性能大大优于 引进喷嘴；国产洛耐砖替代了从法国进口的气化炉用耐火 砖，价格比为0.5:1。另夕卜，我国已具备设计制造如磨煤机、 气化炉、激冷环，锁渣斗、捞渣机、高、低压煤浆泵、灰 水泵、文氏管等设备的能力。鲁南化肥厂的设备国产化率已 达到90%以上；中科院山西煤化所开发了 f 0.3m、f 1.0m灰 熔聚流化床粉煤气化工艺，经继

7、续攻关已进入工业应 用阶 段，目前100t/d工业示范项目还在进行；煤科总院北京煤 化所开发了 f 0.3m加压粉煤流化床气化试验装置，并进行 了试验。我国结合引进技术的工业实践，逐步开发出了具有 中国特色的煤气化技术，形成了一些创新的研究开发方法， 建立了一些系统的煤气化理论5。我国引进了从最早的一般固定床气化炉到后来的两段 炉，以及鲁奇炉、U-gas和Texaco气化炉等几乎所有的 技术。由于缺乏坚实的基础准备，弯路走了不少，我国引进 煤气化技术的教训是沉痛的。如某厂引进的Lurgi炉，工艺 操作摸索了近十年才达到原设计能力；某厂引进的U-gas炉 由于技术不成熟，至今8台炉子只能凑合开2

8、台。另外日 前有的Texaco气化炉灰渣含碳量过高，碳转化率达不到设 计要求，而Texaco炉 的喷嘴及耐火材料寿命又过短等。这 些因素影响了生产的正常进行，并增加了运行成木。气化炉的开发需要煤炭、金属材料、化工流体力学、传 质传热知识、耐火材料、自动控制等技术的相互结合。但是 我国许多领域分割过细，煤质研究、气化炉开发和应用单位 属于不同的主管部门，力量分散，影响了我国煤炭气化技术 的开发。到目前为止，几乎所有的气化方法在我国都开发过， 但往往开发到中试甚至 只有实验室规模就停止，如流化床 工艺、气流床工艺等。导致真正拥有知识产权的大容量先进 气化技术至今几乎仍是空白。3未来发展简析3. 1

9、大幅度提高煤炭利用效率，大幅度降低污染排放，彻底 改变煤炭利用高污染、低效率的局面。3. 2以煤炭为基础，以电力为中心。以油、气代用品为重要 任务，积极推进具有战略意义的高技术研究发展，为传统产 业升级提供技术支持，振兴装备制造业，在高效洁净煤发电、 煤液化、气化和联产技术上实现突跛。3. 3我国煤炭、电力产业、能源装备制造业发展和升级的 关键高技术和系统集成技术-煤气化技术和多产品联产技 术，进行攻关，以取得重大突破。3. 4既要重视引进、消化、吸收、国际合作和再创新，又要 立足自主研发和技术创新。远近结合，高起点、快速掌握和 发展洁净煤利用设计技术、制造技术-洁净燃煤联合循环、 高效超临界

10、燃煤发电技术和燃煤电站烟气污染排放控制技 术。3. 5鼓励创新，产生原刨性成果，探索最终实现近零排放的 洁净煤技术，改进洁净煤新技术。发展洁净煤技术是我国现在和将来解决能源与环境问题的 必然选择，煤炭气化工艺又是洁净煤技术的基础。它耍经历 长期的发展历程。在其发展历程中，各种新技术将不断涌现， 并有可能成为未来洁净煤高技术产业的生长点。为今后在洁 净煤技术领域的长期发展奠定坚实的基础，并逐步实现从技 术的引进国向技术的输出国的根木转变。5发展我国煤炭气化技术的设想发展我国煤炭气化技术应该遵循的原则是：根据使用煤种的气化特性和用户对煤气数量、质量 的要求选择和开发合理的气化工艺和流程。煤的气化特

11、性是指其物理特性如粒度及组成，机械强 度，成型性、可磨性等；化学特性 如化学组成分析：水、 灰、挥发份，元素分析，反应性.热稳定性、灰渣熔融性， 灰渣的粘 温特性，煤岩相组成，结焦性，有害物质c l 一、s、 P等的含量等等。上述这些特性对气化工艺的选择或气化煤 种的选择是十分关键的，很多煤气厂选择工艺时由于未考虑 好，因而造成生产长期不正常是经常发生的。如德士古气化 炉要较低灰含量和较低灰熔点的煤，在渭河化肥厂最初用陕 西北部黄陵烟煤，其灰分高到了接近2 o%左右灰熔点又 接近1400 一 1500C，这使生产长期被动，后来改用甘肃华亭低灰熔点低灰长焰煤后，生产才渐渐正常。用户对煤气数 量的

12、要求是气化厂设备、工艺选择的规模大小.也就是选用 气化炉的规格、数量的基础。如用户是作化工合成原料气用， 就要考虑用高温气流床气化工艺，使合成气中的情性成分甲 烷在煤气中降到尽可能低的程度.这在山西化肥厂的炉型选 择上就有过教训，当时它们选了固态排渣的加压鲁奇炉，煤 气中8 %左右的甲烷在进行合成前必须先行分离后再进行 转化等于多了半个炉头，其实在山西大同有着大量低灰、 低熔点的不粘煤可供气流床高温气化炉使用。这里牵涉到搞 气化工艺选择的人缺少对气化工艺较深入的认识。搞某项气 化炉的开发商往往都吹嘘自己的气化炉如何的万能，实际上 气化炉只有适应煤种范围大小之分。但并不存在万能的可燃 烧任何煤的

13、炉。戴维国际动力公司的德国气化专家在数十年 前就说高温温克勒HTW流化床气化炉烧过除了金刚石以外 所有煤种，因为金刚石太贵了。但当你问及什么是适应煤种 时，他只能说是氧含量)1 0 %的煤种，那就是年青的低变质 煤了。就拿目前公认较好的千粉加料的壳牌气流床气化炉来 说。还承认煤的灰分过低时，由于炉内水冷渣壁不易建立、 渣壁过薄而造成热损失过大而不太适用。我认为高灰分含 量、高灰熔点、高变质的无烟煤对它也不会是合达的。优先开发推广节能环保较好的气化炉产品及工艺在我国，过去一些烟煤冷煤气站的冷却污水系统都处理 得不够好。如以严格的环保指标去衡量，恐怕很难达标。在 目前已成熟应用及很有前景的开发项目

14、中，有不少气化炉产 品是节能环保型的.如：大型的高压、高温熔渣排灰气流床 气化炉所产的煤气很少有高烃类酚类污染物的存在，流化床 的气化炉煤气中也只有痕迹量的污染物。目前，我国中、小 型化肥厂，基木属于间歇式水煤气炉即U G I型气化炉的一 统天下，气化要求大块无烟煤，经过近几十年的不断改进完 善，尤其是近年来推广了 “两煤改一煤”取消了锅炉用煤， 效率大为提高。但细算一下其冷煤气效率也只有6 0%左右， 吹风阶段的强风短吹.使气化炉内的空截面流速高达12m / S以上，这就带出大量煤粉。甚至lOmm的小粒煤也都被夹 带出炉，这样不但造成煤炭的损耗，也造成了环境的污染。 在有条件的工厂还是应改造

15、成用富氧连续制气的工艺，这可 使生产设备大大简化.单炉产气大幅度上升，煤气因空截而 流速降到0. 15一O. 25m / s而带出物大为降低。尤其是当 今我国北部地区煤炭深部开采后，带来煤中硫已有上升的趋 势。西南部的煤普遍硫偏高，吹风气又不除去硫化氢，在废 热锅炉燃烧后将会造成S02，产生酸雨等危害。如果采用带 1. 0MPa左右的富氧连续制气工艺来生产合成气，直接除尘 后进耐硫变换，在节能环保上就会更加理想。因此，在今后 的煤气生产设备和工艺选择上应重点推广、开发节能环保型 的洁净煤气化技术。洁净煤气化技术不一定都很复杂，如可 以裂解焦油的双火层气化炉，循环流化床气化炉，直接利用 热煤气燃

16、烧加热窑炉的烟煤发生炉气化工艺都可以做到洁 净气化燃烧。尽可能采用成熟可靠技术，降低气化厂设备投资及 运行成木我国能源储量和产量都是以煤为主，这种状况在相当长 一段时间内是不可能改变的.要发展经济，又要保持良好的 生态环境，就必须选一些不损害环境的洁净煤气化技术，才 能使能源以煤为主而又达到良好的环境状况，而要在实际生 产中真正达到预期的目标就应采取国内外已经开发或正在 开发的成熟的气化技术，这样才会保持今后的稳定持续的发 展，收到实际可靠的结果。在I960年我国也曾大搞过全国 范围的煤炭气化的“运动”，搞了一些非常简陋的炉子，结 果后来一下子就垮了，这是今后应该吸取的教训。但是，我 国的能源

17、用户一般都较小.资金有限.因此又必须在确保切 实可靠的前提下尽可能降低设备投资和运行成木，才能让用 户可以承受。这是今后洁净煤气化技术兴旺发达的一个重要 的条件。山东、江苏、浙江一带近年来煤气化技术取代直接 燃煤或以煤制气代替重油或天然气的情况正说明了这一点。 因为在我国油和天然气的价格与煤相比还是有几倍的差距。 在设备上少许多花费一点资金，搞好了还是比烧油、烧天然 气要经济许多。再说油的价格经常在波动来源不可靠，天然 气就以“西气东送”的大项目来说花数千亿的投资往上海、 江、浙一带输气每年也就是120X 109m3 / a就总的数量是相 当有限的。俄罗斯的首都莫斯科一年用天然气量是200 X

18、109 /a。法国巴黎每年用气量8 0 X1 0 9 m 3 /a.北京的一条高 压输气管线满负荷供气是3 0XI 0 9m 3/8,只及目前北京 能源总耗量的1/1 0多一点，再修一条也就是2/1 0的用量。 天然气如用作采暖锅炉的燃料比烧低硫的神府烟煤要贵4 倍.在现阶段是很难为各用户所接受的。天然气主管网往各 地锅炉房接的管道所需费用.北京采用收“资源费”来筹集， 以吨蒸汽设备70万收费，再加上改烧天然气时原烧煤锅炉 的改造费每台1 0 t/h的锅炉约为7 0万/台.这些费用恐 怕一般的企事业单位是很难承受的，这就是目前在北京现在 这条管道都不能满负荷供气的主要原因。因此煤的气化提供 廉价洁净气体燃料的优势将会越来越被广大用户所认识。煤 的气化将在我国再现辉煌！参考文献：倪维计，李政，薛元，等以煤气化为核心的多联产能源系 统C世纪