煤气化工艺清洁生产及环境保护分析

第６期（总第１３９期）

２００８年１２月

煤化工

ＣｏａｌＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ

Ｎｏ．６（ＴｏｔａｌＮｏ．１３９）

Ｄｅｃ．２００８

煤气化工艺清洁生产及环境保护分析

郭

森

周学双

杜啸岩

（国家环境保护部环境工程评估中心，北京100012）

摘

要

简要介绍了固定床气化、流化床气化、气流床气化等主要煤气化工艺，对不同煤气化工艺的清洁

生产及环境保护水平进行了对比分析，指出确定煤气化工艺时，在考虑煤种适应性和合成气用途的同时，还应兼顾建设地区资源、能源以及环境承载能力等因素，注重生产过程资源回收利用和污染物控制，在提高生产效率的同时，提高煤炭资源的利用率，以实现经济最优化和清洁生产。

关键词

煤气化

清洁生产

环境保护

文章编号：１００５－９５９８（２００８）－０６－００１３－０４中图分类号：ＴＱ５４文献标识码：Ａ

清洁生产的实质就是在生产发展的过程中，坚持采用新工艺、新技术，通过对生产全过程的控制和资源、能源的合理配置，最大限度地把原料转化为产品，把污染消灭在生产过程中，从而达到节能、降耗、减污、增效的目的，实现经济建设和环境保护的协调发展。

煤气化是煤化工产业的龙头，为下游装置提供原料气，大部分煤化工工艺如煤制甲醇、合成氨等都要采用气化工艺将固态的原料煤转化为ＣＯ、Ｈ２和ＣＯ２等气态物质，而后再进行相应的后续工艺，因此，根据煤质特性，选择能够长周期稳定运转、工艺先进、清洁水平高的煤气化技术是十分重要的，对于实现煤化工清洁生产、建设环境友好、经济效益显著的新型煤化工产业基地将起到重要作用。

法主要有鲁奇固定层加压气化法、水煤浆加压气化法

（德士古Ｔｅｘａｃｏ、多喷嘴对置式水煤浆气化、多元料

浆气化）及干煤粉加压气化法（Ｓｈｅｌｌ、ＧＳＰ）。

1.1固定床气化

固定床气化常见的类型有间歇式气化（ＵＧＩ）和连

续式气化（鲁奇Ｌｕｒｇｉ）２种。其中间歇式气化是２０世纪３０年代开发成功的，投资少、容易操作，但气化率低、原料单一且能耗高，目前已属落后的技术。间歇制气过程中，大量吹风气排空，放空气体中含ＣＯ、ＣＯ２、

Ｈ２、Ｈ２Ｓ、ＳＯ２、ＮＯｘ及粉灰，煤气冷却洗涤塔排出的污水

含有焦油、酚类及氰化物，造成环境污染，国家发展和改革委员会发改工业〔２００６〕１３５０号“国家发展改革委关于加强煤化工项目建设管理促进产业健康发展的通知”中，提出对于采用固定床间歇气化技术的煤气化项目禁止核准或备案。

1

主要煤气化工艺介绍

为了提高煤气化的气化效率和气化炉气化强度，

1.2

改善环境，实施节能减排，符合清洁生产要求，煤气化技术总的方向是气化压力由常压向中高压发展；气化原料向多样化发展；固态排渣向液态排渣发展。近年来，固态床气化、流化床气化、气流床气化等几种不同类型的煤气化技术均取得了较大的进展和较好的效果，以煤为原料的先进可靠具有商业化业绩的气化方

流化床气化

流化床气化也叫沸腾床气化，它的气化过程是粉

煤在反应器内呈流态化状态，在一定温度、压力条件下，与气化剂反应生成煤气。其主要优点是：生产强度较固定床大；直接使用小颗粒碎煤为原料，适应采煤技术发展，避开了块煤供求矛盾；对煤种煤质的适应性强，可利用如褐煤等高灰劣质煤作原料，流化床气化常见的类型有温克勒（Ｗｉｎｋｌｅｒ）、灰熔聚（Ｕ－Ｇａｓ）、循环流化床（ＣＦＢ）、加压流化床（ＰＦＢ）等。

收稿日期：２００８－１０－１３作者简介：郭

森（１９８１—），男，２００３年毕业于北京航空

航天大学环境工程专业，２００６年毕业于中国环境科学研究院，获硕士学位，助理工程师，现从事环境影响评估工作。

1.3气流床气化

按原料形态分为水煤浆、干煤粉２类，水煤浆类

以Ｔｅｘａｃｏ最具代表性，干煤粉类以Ｓｈｅｌｌ和ＧＳＰ最具代表性。前者是先将煤粉加水制成煤浆，用泵送入

－１４－煤化工２００８年第６期

气化炉，气化温度１３５０℃~１４５０℃；后者是气化剂将煤粉夹带入气化炉，在１５００℃~１７００℃高温下气化，残渣以熔渣形式排出。它的气化过程是煤炭细粉粒在反应器内呈高速运动状态，相当于流化技术领域里对固体颗粒的“气流输送”，习惯上称为气流床气化。

气流床对煤种（烟煤、褐煤）、粒度、硫分、灰分都具

表1

工艺名称

气化工艺适用煤种

有较大的兼容性，国际上已有多家单系列、大容量、加压装置在运行，其清洁、高效代表着当今技术发展潮流。

1.4不同煤气化工艺对比分析

主要针对目前国内采用较多的鲁奇（Ｌｕｒｇｉ）气化

炉、德士古（Ｔｅｘａｃｏ）气化炉、壳牌（Ｓｈｅｌｌ）气化炉、ＧＳＰ气化炉进行分析对比，其主要工艺参数列于表１。

4种气化工艺主要参数比较

Ｔｅｘａｃｏ

气流床、液态排渣次烟煤、烟煤、油渣顶部单喷嘴，热壁，耐火衬里，冷激流程（用于

Ｌｕｒｇｉ

固定床、固态排渣弱黏结性煤气化炉由旋转炉蓖和承压外壳组成，壳体用水夹套保护，废锅流程

Ｓｈｅｌｌ

气流床、液态排渣褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤、油渣下部多喷嘴对喷，承压外壳内有水冷壁，废锅流程，充分回收废热产蒸汽

ＧＳＰ

气流床、液态排渣褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤、油渣顶部单喷嘴，承压外壳内有水冷壁，激冷流程，由水冷壁回收少量蒸汽

气化炉的特点气化压力／ＭＰａ气化温度／℃气化剂进料方式

单炉最大投煤量／ｔｄ－１·氧耗／ｍ３·（１０００ｍ３ＣＯ＋Ｈ２）－１碳转化率／％冷煤气效率／％煤气中ＣＯ＋Ｈ２／％粗煤气组分

ＩＧＣＣ时有废锅流程）４．０~６．５１３００~１４００

氧

~３．０１１００~１３００

氧＋蒸汽

２．０~４．０１４００~１６００

氧干煤粉

２．０~４．０１４００~１６００

氧干煤粉

５ｍｍ~５０ｍｍ煤７００１９２~２４０９９（包括副产品）８５~８９（包括副产品）~６５

复杂，ＣＨ４、ＮＨ３等

含量较高

较长，需增加煤气水分离、酚、氨回收等工序，回收焦油、粗酚、氨水副产品废水产生量较大，成分复杂，处理工艺较复杂较大较先进高较低高难度小经验丰富

６０％~６５％水煤浆２０００３８０~４３０９６~９８７０~７６~８０

较简单

较短，只需考虑酸性气体脱除及根据原料气用途进行有效气体调配废水产生量较小，成分相对简单，处理工艺较容易较低较先进高较低

高，引进烧嘴、煤浆泵难度小经验丰富

２５００３３０~３６０９９７８~８３~９０

较简单

较短，只需考虑酸性气体脱除及根据原料气用途进行有效气体调配废水产生量较小，成分相对简单，处理工艺较容易较低较先进一般较高

较低，引进气化炉内件难度大经验少

２５００３３０~３４０９９７８~８３~９０

较简单

较短，只需考虑酸性气体脱除及根据原料气用途进行有效气体调配废水产生量较小，成分相对简单，处理工艺较容易较低较先进一般较高

较低，引进气化炉难度大经验少

煤气净化流程

废水产生与处理难易程度对水环境影响工艺技术先进性工艺技术可靠性投资比较设备国产化程度制造、安装周期、工程实施难度开车运行经验

由表１可以看出，Ｌｕｒｇｉ、Ｔｅｘａｃｏ、Ｓｈｅｌｌ和ＧＳＰ这和Ｓｈｅｌｌ工艺原料适应性广、碳转化率高、氧气消耗低，相对于Ｔｅｘａｃｏ、Ｌｕｒｇｉ略优；但是目前国内Ｌｕｒｇｉ、

４种煤气化技术都是先进的技术，它们各有特点，界

限并不十分明确，国内技术界也众说纷纭，通常根据煤种、煤源的保证性及原料气的用途确定。ＧＳＰ工艺

Ｔｅｘａｃｏ（包括具有国内自主知识产权的多喷嘴对置式

水煤浆气化技术、多元料浆气化技术）工艺工业化时

２００８年１２月郭森等：煤气化工艺清洁生产及环境保护分析

－１５－

间长，技术成熟、可靠，经验丰富。４种工艺各有优缺点，因此在工艺的选择上，应从实际情况和需要等方面来考虑。

2

煤气化清洁工艺分析

随着煤气化工艺技术的不断优化，其清洁生产水

平也在不断提高，有效实现节能减排，主要体现在以下方面。

2.1无论固定床Ｌｕｒｇｉ气化工艺，还是先进的气流床（Ｔｅｘａｃｏ、Ｓｈｅｌｌ和ＧＳＰ等）气化工艺，对煤种的适应范围更广，高灰分、高硫分、粉煤、碎煤等劣质煤均能找到合适的气化工艺，再经过合理的煤气净化工艺，将气体中的硫、氨等有害杂质脱除，达到后续生产工艺要求。通过采用洁净的煤炭气化技术最大化利用资源，既提升了原煤产值，又控制污染物的产生。

2.2当今先进的气化工艺是气化温度和压力都向着

更高方向发展，Ｓｈｅｌｌ气化和ＧＳＰ气化的碳转化率高达９９％以上，煤气中有效气体（ＣＯ＋Ｈ２）在９０％以上，产品气体更加洁净，基本不含焦油、氰化物等杂质，甲烷含量极低，所以气化灰水的ＣＯＤ、ＮＨ３－Ｎ等不是很高，更容易实现达标治理与回用。

2.3与早期开发的固定层常压间歇气化技术相比，

目前的煤气化技术均为加压气化，无大量的造气吹风气产生，仅有少量灰水系统的闪蒸汽产生，这股气体送去后续的变换工段经汽提塔后，尾气可送到硫回收装置处理。

2.4设置热回收或废锅，回收气化中的热能副产蒸汽，在节能同时，也有效防止燃烧动力煤增加的污染。2.5

根据不同需求，采取相应的气体分离技术，将气

化煤气中的多种成分合理利用。如采用鲁奇炉气化煤气中的甲烷含量高达百分之十几，为了达到后续化工合成原料气要求，将甲烷分离出来副产液化天然气（ＬＮＧ）；对煤制油、煤制甲醇等气化工艺气中分离出大量的二氧化碳回收利用，作下游生产尿素原料，附近有焦炉煤气制甲醇的装置，也可作为碳源进行补充，提高甲醇产量，减少甲醇合成弛放气的排放，既有利于充分利用资源，又有利于温室气体的减排。

总体来说，Ｔｅｘａｃｏ、Ｓｈｅｌｌ和ＧＳＰ气化工艺由于碳转化率高，煤气中有效气体（ＣＯ＋Ｈ２）成分较高，ＮＨ３、ＣＨ４等杂质少，因此，能耗物耗低，污染物产生量也小，清洁生产工艺水平高；Ｌｕｒｇｉ气化工艺与这三种相比不占优势，但工程中通过采用成熟的技术手段，针对其气化过程流失的资源及废气、废水等加以回收和处

理，也能够满足环境保护要求。

3

环境保护和资源综合利用分析

不同气化工艺产生的污染物不同，污染治理难易

程度也不同，但随着环境保护工作的日益严格，为更进一步适应国家提倡的节能减排新形势，各种合理有效的环境保护和资源综合利用措施正得到成功应用。

3.1Ｔｅｘａｃｏ、Ｓｈｅｌｌ、ＧＳＰ气化工艺产生的废气主要为

灰水系统闪蒸汽，收集起来送变换工段经汽提塔后，尾气可去硫回收装置处理。

3.2Ｌｕｒｇｉ气化工艺产生的废气源相对较多，主要为

煤锁加煤排气，煤锁、灰锁泄压排气、煤气水分离膨胀气、煤气水处理汽提气，其中煤锁加煤排气可用氮气吹出高空排放；煤锁卸压气量较多，含ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４、

Ｏ２、Ｈ２Ｓ等，收集至气柜作燃料气使用；灰锁泄压时，有

少量含尘水蒸气排出，洗涤除尘后排放；煤气水在分离过程，会释放出溶解在水中的ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４、Ｈ２Ｓ、

ＨＣＮ、ＮＨ３等气体组分，大部分为可燃成分，送气化火炬

烧掉，通过燃烧将有害气体转化为Ｈ２Ｏ、ＣＯ２；煤气水处理单元用高压蒸汽汽提脱除水中酚、氨、ＣＮ－等成分，产生一部分汽提气，直接将这部分气送回气化炉作气化剂利用，不进入环境中。

3.3Ｔｅｘａｃｏ、Ｓｈｅｌｌ、ＧＳＰ气化工艺产生的废水来源急

冷水、洗涤塔洗涤水以及渣池排出的细渣水，由于气化温度和压力都较高，基本不含焦油、氰化物等杂质，甲烷含量极低，所以气化灰水中ＣＯＤ、ＮＨ３－Ｎ等含量不是很高，废水较易治理，气化灰水通常采用投加絮凝剂沉降、过滤法处理后，大部分回用，为防止系统中杂质累积，将一定量的灰水排出系统送至污水处理站处理，污水处理站多选择序批式生物反应器（ＳＢＲ）或

Ａ／Ｏ处理工艺，出水达标后外排。为进一步减少水的

外排量，提高水的重复利用率，实现节能减排，目前一些大型煤化工企业又投资增建中水回用装置，对循环水系统排污水和污水处理站出水采取超滤、反渗透、消毒等措施治理后，出水达回用水水质指标，最后送循环水系统作补充水，既节约水资源，又很大程度减少废水外排量，对保护水体起到积极作用。

3.4加压固定床鲁奇炉气化产生的气化煤气水含

酚、氰、氨、焦油等相对较高，一般要设置煤气水分离、酚、氨回收装置进行预处理，分离出焦油、氨、酚后，大部分返回气化系统作冷却水利用，仅有少量送后续污水处理站进行治理，通常需采用Ａ２／Ｏ、Ａ２／Ｏ２、Ａ／Ｏ２等多级生化处理工艺，流程相对较长，投资和占地面积大，

－１６－煤化工２００８年第６期

实际运行操作复杂，运行成本高，经处理后出水也能达到预期的效果。

艺，该工艺产生的废水量相对较大，且水质复杂，氨氮等有害物高，处理成本相对较大，可能会对水环境造成一定的影响。此外，近年来随着国内一些科研单位和企业的努力，研发出具有国内自主知识产权的多喷嘴对置式水煤浆气化技术、多元料浆气化技术和灰熔聚气化技术等，在工业化装置中都得到成功应用，并且工艺过程中较好地贯彻了清洁生产与环境保护的要求，为我国今后的煤化工发展提供了良好技术条件，适用性更强，值得关注。

3.5气化过程产生的炉渣中因含有一定量的碳，因

此可运到厂内的锅炉与煤掺烧，既充分利用了资源，又减少了废渣的排放量。掺烧后的炉灰渣、气化炉粗渣和收集的飞灰等可作为建筑材料综合利用，如用于铺路或生产水泥等，充分回收利用了资源，提升产品价值。

4

结语

参考文献：

［１］陈广智，朱

疆．煤气化工艺的比较［Ｊ］．中氮肥，

在确定煤气化工艺技术路线时，不仅应根据煤种、灰熔融性温度等煤质特性及装置规模、产品链设定和投资情况进行选择，同时也应从当地实际情况出发，兼顾煤炭资源、水资源等原辅材料与动力供应保证性和运输条件，以及环境承载能力等因素；在水环境比较敏感地区建设，尽可能不选取Ｌｕｒｇｉ气化工

２００１，（１）：３０－３２．

［２］李大尚．ＧＳＰ技术是煤制合成气（或Ｈ２）工艺的最佳选

择［Ｊ］．煤化工，２００５，３３（３）：１－６．

［３］滑体之．煤气化工艺技术的选择［Ｊ］．河南化工，２００５，

２２（９）：１－４．

AnalysisonCleanCoalGasificationProcessandEnvironmentalProtection

GuoSen,ZhonXueshuangandDuXiaoyan

(EnvironmentalEngineeringAssessmentCenter,NationalEnvironmentalProtectionDept.,Beijing100012)

AbstractItbrieflydescribessomemajorcoalgasificationprocessessuchasthefixed-bedgasification,fluidized-bedgasification,

entrainedflowgasification,

etc.,

andcomparativelyanalyzescleanproductionandenvironmental

protectionofdifferentcoalgasificationprocesses.Whendeterminingacoalgasificationprocess,besidesthevarietiesoffeedcoalsaswellastheapplicationofproductgas,theregionalresources,energyandenvironmentalbearingcapacityoftheprojectconstructionsiteshallalsobeconsidered,controlduringtheproductionprocess.

Keywords

aswellastheresourcerecoveryandreutilizationandpollutant

weshouldalsoimprovethecoal

Whileimprovingtheproductionefficiency,

utilizationsoastoachieveeconomyoptimizationandcleanproduction.

coalgasification,cleanproduction,environmentalprotection

················································

·简讯·

潞安集团16万t/a煤间接液化合成油示范装置成功出油

２００８年１２月２２日，潞安集团１６万ｔ／ａ煤基合成油示范项目成功出油，这是我国成功出油的第一套煤间接液化合成

油示范装置。

潞安煤制油示范项目是通过国家级项目招标确定的，位于潞安集团屯留煤－油循环经济园区内，于２００６年２月奠基开工，２００８年９月１５日气化炉成功点火。该项目以具有我国自主知识产权的“煤基液体燃料合成浆态床工业化技术”为核心技术，包括了铁基浆态床和钴基固定床等先进的费－托合成，主要产品包括柴油、石蜡、石脑油、ＬＰＧ及少量混合燃料醇。

该项目是山西省和我国煤炭工业的一项举足轻重的示范工程，其成功出油标志着潞安煤基合成油项目取得重大进展，对潞安集团调整产业结构、推进循环经济园区建设，对我国替代能源研究开发、煤间接液化产业化发展，均具有十分重要的意义。项目发展规划为：该项目成功后，２００９年~２０１２年完成第一个３００万ｔ／ａ产业化工厂建设，单套生产能力达

４０万ｔ／ａ～６０万ｔ／ａ；２０１２年~２０１５年完成第二个３００万ｔ／ａ产业化工厂建设，最终将潞安集团打造成为具有强大竞争

力和影响力的中国煤基合成油示范基地和生产基地。

（全国煤化工信息站）

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6fsm.html