3.2　煤气化分类和命名

煤气化工艺的分类方法很多，学术上和工程上各执其词。由于煤种、产品和建厂条件的不同以及煤气化技术比较复杂等因素，煤气化工艺的多样化是必然的，世界上不存在能够适应任何原料和产品的煤气化技术。因此，对于不同的煤种，不同的产品，应该采用不同的煤气化技术。

图3-2是气化技术分类比较全面的描述，包括了目前国内外的主要技术。

从图3-2可以看出：

原料有三种形式：粉煤、碎煤、水煤浆；

气化床层有三种形式：气流床、流化床、固定床；

原料在床层中的运行有两种形式：向上喷射（上行）、向下喷射（下行）；

气化炉的形式多种多样；

气化后气体的降温有两种形式：水激冷和废热锅炉。

完成这个过程后的气体，通常称为合成气，主要成分是CO+H₂，含有一定量的CO₂、CH₄、N₂、Ar、H₂O、H₂S，以及微量的NH₃、HCN等。如果气化温度不高，还可能含有焦油、酚类和高分子烃类。

3.2.1　学术上的分类

在学术上，按煤在气化炉中的流体力学行为，可分为移动床（固定床）气化、流化床气化、气流床气化等三种方法，这几种都已经工业化或已建示范装置。

（1）移动床（固定床）气化　移动床气化又称固定床气化，属于逆流操作。可分为常压与加压两种。

常压法比较简单，但要求用块煤，低灰熔点的煤难以使用。

加压法是常压法的改进和提高，常用O₂与水蒸气为气化剂，对煤种适应性大大提高，生产的煤气中甲烷含量高，适合于处理灰分高、水分高的块粒状褐煤。

有代表性的固定床气化炉有常压UGI炉、加压Lurgi炉和BGL炉三种，均为干法排灰。

UGI最初用焦炭气化，后发展到用无烟块煤（含粉煤成型）气化，用空气和蒸汽作为气化剂进行间歇气化，主要用于用于小化工企业中，我国大部分小化肥企业用这个技术。

Lurgi炉最初用褐煤和低变质烟煤气化，采用机械搅拌后也可用弱黏结性烟煤。用氧-蒸汽连续鼓风，用于制取城市煤气或合成气。

BGL炉是Lurgi炉的改进，增加气化炉下段的供氧，提高了炉渣的温度，将炉渣熔化，提高了碳的利用率，也有利于排渣。

固定床气化的工艺过程为：煤或焦由气化炉顶部加入，自上而下经过干燥层、干馏层、还原层和氧化层，最后形成灰渣排出炉外。气化剂自下而上经灰渣层预热后进入氧化层和还原层（合并成气化层），生成的煤气显热用于煤的干馏和干燥。

为保证气化过程的正常进行，必须保证床层的均匀性和透气性。因此，要求入炉煤有一定的粒度及均匀性。同样，煤的机械强度、热稳定性、黏结性和结渣性等都与透气性有关，因此要对入炉煤作很多限制。

（2）流化床气化　流化床或称沸腾炉。国外已工业化的炉型有常压Winkler（温克勒）和加压操作的HTW（高温温克勒）炉。高温温克勒气化法（HTW）可以提高气化压力和气化温度，从而来改进操作和改善煤气质量，是流化床技术发展过程中最早用于工业生产的。

美国煤气技术研究所（IGT）开发出了U-GAS和SES气化技术，朝鲜开发出恩德炉技术，我国山西煤化所开发的灰熔聚气化技术，就是这个类型的气化技术。

流化床气化采用8mm以下的小颗粒煤为原料，气化剂同时作为流化介质。气化剂由炉底部吹入，使细颗粒煤在气化炉内呈流态化（沸腾）状态，即在炉内锥体部分呈并流运动，炉上部筒体部分呈并逆流运动。经过流化床的气体分布板自下而上通过床层，为维持炉内“沸腾”状态，气化温度控制在煤灰的灰软化温度（T₂或ST）以下。由于流化床内气、固之间良好的返混和接触，其传热和传质速率均很高，故流化床的温度和组成比较均匀。

以避免煤颗粒“软化”和相聚变大而破坏流态，这种气化炉显然不能用黏结性煤。

适用于褐煤、不黏煤、弱黏煤直至中等黏结性的烟煤，煤粒的允许粒度范围较宽，气化炉的结构简单，造价低，气化剂消耗也较低，但温克勒炉的体积庞大，显热损失大，碳利用率低，煤耗高。

由于反应温度不高和煤停留时间短，流化床气化对入炉煤的化学活性要求较高，通常只有高活性褐煤才能适用。由于炉温低、反应时间短、碳转化率较低，造成飞灰多且灰渣分离困难，这是流化床气化的最大缺点。

（3）气流床气化　气流床（并流、活塞流气化）是在固体燃料气化过程中，气化剂将煤粉或煤浆夹带进入气化炉，进行并流气化和燃烧。

K-T（Koppers-Totzek）炉法是最早工业化的气流床气化方法。它采用干法进料技术，在常温下操作，属粉煤高温常压液态排渣气化法。

由于在常压下操作存在问题较多，该法已经淘汰。现在比较实用的办法是加压操作，一般压力为4.0MPa，水煤浆气化的压力可以高一些。原料有水煤浆和干煤粉两种。

GE-Texaco、多喷嘴、多元料浆、熔渣-非熔渣、EGAS（Destec）炉气化的原料是水煤浆。

Shell炉（干法）、GSP、航天炉、两段炉、Prenflo炉气化的原料是干煤粉。

粉煤气化具有较大的反应表面积。气流床气化的特点在于煤粒各自被气流隔开，燃料的黏结性对气化过程没有影响。

燃料在气流床气化炉的反应区停留时间极短，即燃料与气化剂的反应很快，即受反应区空间的限制，气化反应必须在瞬间（数秒）完成。

为了维持较高的反应温度，采用O₂和一定量的水或蒸汽作为气化剂。同时为了弥补停留时间短的缺陷，必须严格控制入炉煤的粒度（<0.1mm），以保证有足够的反应面积。

气流床气化属于并流气化，煤和气化剂的相对速度很低，气化反应是朝着反应物浓度降低的方向进行，碳的损失不可避免，为增加反应推动力，必须提高反应温度即反应速度。由于并流气化是高温气化，火焰中心温度在2000℃以上，液态排渣是其必然结果。

3.2.2　技术上的分类

技术上的分类原则是以气化的原料形态为基础的，即粉煤、块煤、煤浆等。用于水煤浆的气化基本上也能用于油煤浆、焦煤浆等形式。

技术上分类的另一个特点是将煤气化技术的开发公司或单位的名字冠于这个技术的前面，例如Shell气化、Texaco气化等。至于这个技术后来被另一家公司收购，这是常有的事，例如目前Texaco气化被GE公司收购，GSP被西门子公司收购等，所以名称经常变化。

收购后产生了新的知识产权的归属，不等于改变了当年研究开发的历史。