20世纪70年代以来发达国家加快了新一代煤气化技术的开发和工业化进程。总的方向是气化压力由常压向中高压(8.5MPa)提高,温度向高温(1500~1600℃)发展,气化原料多样化,固态排渣向液态排渣发展。
固定床。(1)固定床间歇式气化炉(UGI)。以块状无烟煤或焦炭为原料,以空气和水蒸气为气化剂,在常压下生产合成原料气或燃料气。该技术目前已属落后的技术,气化率低,原料单一、能耗高,环境污染严重,我国多数中小化肥仍采用该技术生产合成氢原料气。随着能源政策和对环境要求的提高,该技术资正在逐步被新的煤气化技术所取代。(2)鲁奇气化炉。20世纪30年代德国鲁奇公司开发成功了固定床连续块煤气化技术,气化炉压力(2.5-4.0)MPa,气化反应温度(800-900)℃,固态排渣,生产的煤气中除含CO和H2外,含CH4高达10%~12%,可作为城市煤气、人工天然气、合成气使用。工艺缺点:气化炉结构复杂,制造和维修费用大;入炉煤必须是块煤;原料受限制;出炉煤气中含焦油、酚等,污水处理和煤气净化工艺复杂、流程长、设备多、炉渣含碳5%左右。
流化床气化炉。(1)循环流化床气化炉。鲁奇公司开发的循环流化床气化炉可气化各种煤,水蒸气和氧气作气化剂,气化比较完全,碳转化率可达97%,炉底排灰中含碳2%~3%。该气化炉基本是常压操作,生产合成气时每公斤煤消耗气化剂水蒸气1.2kg,氧气0.4kg,可生产煤气(1.9-2.0)m3。煤气成份CO+H2>75%,CH4含量2.5%左右,CO21.5%。低于德士古炉和鲁奇MK型炉煤气中CO2含量,有利于合成氨的生产。(2)灰熔聚流化床粉煤气化技术。灰熔聚煤气化技术以小于6mm粒径的干粉煤为原料,用空气或富氧、水蒸气作气化剂,反应温度为1050~1100℃,未反应物经两极旋风分离器回收,返回炉内,提高了碳转化率。.粗煤气中几乎不含焦油、酚等有害物质,易净化,这是中国自行开发成功的先进的煤气化技术。该技术可用于生产燃料气、合成气和联合循环发电,特别用于中小氮肥厂替代间歇式固定床气化炉,以烟煤替代无烟煤生产合成氨原料气,可以使合成氨成本降低15%~20%,具有广阔的发展前景。
气流床气化炉。(1)德士古(Texaco)气化炉。Texaco水煤气化炉雷同于其开发的渣油气化炉,目前Texaco最大的商业装置是Tampa电站,单炉日处理煤2000t,气化压力为2.8MPa,氧纯度为95%,煤浆浓度68%,冷煤气效率76%,净功率250MW。辐射锅炉直径5.18m,高30.5m,重900t。20世纪80年代末至今,中国共引进5套Texaco水煤浆气化装置,其中鲁南、吴泾、渭河、淮南4套装置均用于生产合成气制氨或甲醇。Texaco水煤浆气化工艺是将煤加水磨成浓度为60%~65%的水煤浆,用纯氧作气化剂,气化压力为3.0~8.5MPa,气化温度1400℃,液态排渣,煤气成份CO+H2为80%左右,不含焦油、酚等有机物质,对环境无污染,碳转化率96%~99%,气化强度大,炉子结构简单,能耗低,运转率高,而且煤适应范围较宽。主要优点:水煤浆制备输送、计量控制简单、安全、可靠;设备国产化率高,投资省。主要缺点:褐煤的制浆浓度约59%~61%;烟煤的制浆浓度为65%;因汽化煤浆中的水量要耗去入炉煤的8%,比干煤粉为原料氧耗高12%~20%,所以效率比较低。(2)Shell气化炉。Shell气化炉与Texaco气化炉技术经历相似,在渣油气化基础上开发成功。原料粉煤由N2携带,固相输送进入喷嘴。95%的氧与蒸汽也由喷嘴进入,反应压力为3.3~3.5MPa。气化温度为1500~1700℃,冷煤气效率为79%~81%;原料煤热值的13%通过锅炉转化为蒸汽;6%由设备和出冷却器的煤气显热损失于大气和冷却水。煤气携带煤灰总量的20%~30%沿气化炉轴线向上运动,在接近炉顶处通人循环煤气激冷,激冷煤气量约占生成煤气量的60%~70%,降温至900℃,熔渣凝固,出气化炉,沿斜管道向上进人管式余热锅炉。煤灰总量的70%~80%以熔态流入气化炉底部,激冷凝固,白炉底排出。主要优点:采用于煤粉进料,氧耗比水煤浆低15%,使装置规模缩小,投资降低;碳转化率达99%,煤耗比水煤浆低8%;调解负荷方便,关闭一对喷嘴,符合则降低50%;炉衬为水冷壁,无耐火砖衬里,据称其寿命为20年;且每台气化炉设有4~6个喷嘴,喷嘴寿命为1年,因此气化炉检修周期较长;气化过程无废气排放,系统排出的融渣含碳低,可用于水泥等建筑材料。主要缺点:设备投资大于水煤浆气化技术;气化炉及废锅炉结构过于复杂,加工难度加大。总之,从加压、大容量、煤种兼容性大等方面看,气流床煤气化技术代表着气化技术的发展方向,水煤浆和干煤粉进料状态各有利弊。壳牌煤气化技术目前在中国取得了重大进展,在湖南省岳阳建立了日处理煤2000t的一个合资厂,为中石化巴陵化肥厂提供合成气作为原料。另外壳牌以授权方式向中国六家大型化肥厂提供煤气化技术,用于生产合成气。