煤的液化技术近20年来虽有很大进展，但目前还没能形成大规模化的煤制化学品的工业生产。从煤出发制取化学品仍须经过气化过程。煤气化是煤与气化剂作用，进行各种化学反应，将煤炭转变为燃料用煤气或合成用煤气。气化炉中的气化反应主要是煤中的碳与气化剂中的氧，水蒸气，CO2， H2的反应， 也有碳与产物及产物之间进行的反应。粗煤气的产物是CO、H2和CH4；伴生气体是CO2、水蒸气。此外还有硫化物、烃类产物及其它微量成分。粗煤气通过除尘、洗涤、脱硫等变成洁净煤气。下图是煤气化生产合成气后的用途。 煤气化技术从炼焦炉、煤气发生炉和水煤气炉（以块煤或小粒煤为原料）起步，经过几十年发展，在20世纪70年代发展到第二代 － 洁净煤气化技术，煤炭经过洁净气化避免了直接燃烧产生的污染。洁净煤气化技术主要采用气流床反应器，以水煤浆或干煤粉为原料，进行加压气化，并实现了大规模化。洁净煤气化技术的优点是对煤种适应性广、气化压力高、气化效率高、单系列生产能力大、污染少等。目前煤气化技术的工艺专利商目前主要分两大派别，其中干粉工艺的主要专利商有：Shell(壳牌)、Prenflo、GSP、ABB-CE等；水煤浆加压的主要专利商是：Texaco/GE Energy(德士古) 、E-gas。 壳牌煤气化技术简介 ＝＝＝＝＝＝＝＝＝ 1。工艺原理: 壳牌煤气化过程是在高温、加压条件下进行的，煤粉、氧气及少量蒸汽在加压条件下并流进入气化炉内，在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程。由于气化炉内温度很高，在有氧存在的条件下，碳、挥发分及部分反应产物（H2和CO等）以发生燃烧反应为主，在氧气消耗殆尽之后发生碳的各种转化反应，即过程进入到气化反应阶段，最终形成以CO和H2为主要成分的煤气离开气化炉。 2。工艺流程 目前，壳牌煤气化装置从示范装置到大型工业化装置均采用废锅流程，激冷流程的壳牌煤气化工艺很快会推向市场。废锅流程的壳牌煤气化工艺简略流程见图2。
图2 壳牌煤气化工艺流程 原料煤经破碎由运输设施送至磨煤机，在磨煤机内将原料煤磨成煤粉（90％＜100μm）并干燥，煤粉经常压煤粉仓、加压煤粉仓及给料仓，由高压氮气或二氧化碳气将煤粉送至气化炉煤烧嘴。来自空分的高压氧气经预热后与中压过热蒸汽混合后导入煤烧嘴。煤粉、氧气及蒸汽在气化炉高温加压条件下发生碳的氧化及各种转化反应。气化炉顶部约1500℃的高温煤气经除尘冷却后的冷煤气激冷至900℃左右进入合成气冷却器。经合成气冷却器回收热量后的煤气进入干式除尘及湿法洗涤系统，处理后的煤气中含尘量小于1mg/m3送后续工序。 湿洗系统排出的废水大部分经冷却后循环使用，小部分废水经闪蒸、沉降及汽提处理后送污水处理装置进一步处理。闪蒸汽及汽提气可作为燃料或送火炬燃烧后放空。 在气化炉内气化产生的高温熔渣，自流进入气化炉下部的渣池进行激冷，高温熔渣经激冷后形成数毫米大小的玻璃体，可作为建筑材料或用于路基。
3。技术特点: 壳牌干煤粉气化工艺于1972年开始进行基础研究，1978年投煤量150 t/d的中试装置在德国汉堡建成并投入运行。1987年投煤量250~400 t/d的工业示范装置在美国休士顿投产。在取得大量实验数据的基础上，日处理煤量为2000 t的单系列大型煤气化装置于1993年在荷兰Demkolec电厂建成，煤气化装置所产煤气用于联合循环发电，经过3年多示范运行于1998年正式交付用户使用。生产操作表明，煤气化工艺指标达到设计目标，运行稳定。壳牌干煤粉气化工艺具有如下特点。 （1）煤种适应性广。对煤种适应性强，从褐煤、次烟煤、烟煤到无烟煤、石油焦均可使用，也可将2种煤掺混使用。对煤的灰熔点适应范围比其他气化工艺更宽，即使是较高灰分、水分、硫含量的煤种也能使用。 （2）单系列生产能力大。目前已投入生产运行的煤气化装置单台气化炉投煤量达到2000t/d以上，单台气化炉投煤量达2800t/d的煤气化装置也正在建设中。 （3）碳转化率高。由于气化温度高，一般在1400~1600℃，碳转化率可高达99％以上。 （4）产品气体质量好。产品气体洁净，煤气中甲烷含量极少，不含重烃，CO+H2体积分数达到90％。 （5）气化氧耗低。与水煤浆气化工艺相比，氧耗低15％~25％，可降低配套空分装置投资和运行费用。 （6）热效率高。煤气化的冷煤气效率可以达到80％~83％，其余15％副产高压或中压蒸汽，总热效率高达98％。 （7）运转周期长。气化炉采用水冷壁结构，牢固可靠，无耐火砖衬里。正常使用维护量小，运行周期长，无需设置备用炉。煤烧嘴设计寿命为8000h。烧嘴的使用寿命长，是气化装置能够长周期稳定运行的重要保证。 （8）负荷调节方便。每台气化炉设有4~6个烧嘴，不仅有利于粉煤的气化，同时生产负荷的调节更为灵活，范围也更宽。负荷调节范围为40％~100％，每分钟可调节5％。 （9）环境效益好。系统排出的炉渣和飞灰含碳低，可作为水泥添加剂或其他建筑材料，堆放时也无污染物渗出。气化污水量小且不含焦油、酚等，容易处理，需要时可实现零排放。
4。壳牌煤气化技术应用的特殊性 由于壳牌煤气化技术是目前世界上最先进的煤气化技术之一，具有非常的复杂性、挑战性和特殊性。 （1）流程复杂。煤气化装置流程复杂，包括磨煤及干燥、煤粉加压及进料、煤气化、除渣、除灰、湿洗、初步水处理7大工序和公用系统，仅管道仪表流程图（PID）就有100余张1#图纸。流程虽然复杂，但实践证明装置的开车、停车及运行操控均比较容易。 （2）控制系统复杂。煤气化装置的控制系统比较复杂，I/O点多达3000多个，采用串级、前馈、分程、比值调节及顺序控制（15个）和逻辑控制（50多个），通过分散型控制系统（DCS）、紧急停车系统（ESD）、可编程逻辑控制（PLC）实现生产过程的集中监控和管理，无论从规模还是复杂程度方面在国内化工行业单套装置中均为少见。由于控制系统设置及组态工作完美，在已投产的壳牌煤气化项目生产运行中没有出现DCS和ESD控制的问题。 （3）设备结构复杂。煤气化关键设备气化炉、输气管和合成气冷却器在煤气化框架上呈“门字形”连成一体，3台设备共有200多个管口，设备结构和受力情况复杂，对材料要求高，内件组装对外壳接管标高及方位要求极为严格，设计、制造、组装、运输和吊装难度大。 （4）疲劳设备多。煤气化装置共有13台疲劳设备，要采用有限元应力分析法进行疲劳计算与设计，对设备制造也提出了更高的要求。 （5）引进设备和仪表较多。煤气化关键设备中需要进口的主要有气化炉、输气管、合成气冷却器的内件，飞灰过滤器的内件以及点火烧嘴、开工烧嘴、煤烧嘴、煤流量控制阀、煤三通阀、煤粉流量测量仪表、煤粉阀、煤灰渣阀、硬密封仪表球阀、锅炉给水循环泵（大流量）、恒力吊、激冷气压缩机等，但目前五环公司正进行的项目中已对其中部分设备实现国产化。 （6）布置结构复杂。煤气化框架高超过90m，为钢筋混凝土和钢结构混合结构，其中安装设备不仅数量多，且质量大，与框架的连接形式复杂。采用有限元模型从结构的动力特性、变形、强度、建筑结构、气化炉及地震对框架的影响等进行了模拟分析。结构施工和安装工作量较大。 （7）项目建设周期和投资。相对来讲，壳牌煤气化项目的建设周期较其他煤气化工艺长，投资也较高。
5。壳牌煤气化技术的工程应用 荷兰Demkolec 253 MW煤气化联合循环发电厂采用壳牌煤气化工艺技术，于1990年开始建设，于1993年建成并顺利投产，试运行3年后转给当地的公用事业部门继续运行。实践证明壳牌煤气化工艺技术是先进的、可靠的技术。 壳牌公司与湖北双环科技股份有限公司签订的国内第1套煤气化技术转让协议在2001年6月生效，6年多来已有15家国内企业陆续与壳牌公司签订了技术转让协议（共19台气化炉），生产的产品包括合成氨、甲醇、氢（油品）、聚丙烯、醋酸、聚甲醛等。国内第1套采用壳牌煤气化技术的生产装置已于2006年5月顺利投产。到目前为止，共有5家采用壳牌煤气化技术企业的生产装置陆续投入生产运行。
6。阀门应用 在壳牌煤气化工艺中，煤给阀的技术要求非常苛刻，被列入关键设备中。 其主要要求包括：活动部件不会被介质粘住、容易拆除易于维护、阀杆吹扫连接（1"）、执行机构和阀门的连接防止转动、阀门组装不需要油脂或润滑剂、碳化钨涂层内衬等。 德士古煤气化技术简介 ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
1.工艺原理及流程简介 水煤浆加压气化工艺属气流床气化，水煤浆进料，以纯氧为气化剂。气化压力可在2.0-8.5MPa选择，气化温度约1300-1500℃，湿煤气主要含有CO、H2、CO2、H2O、N2、H2S、CH4等。在气化炉中进行的主要反应有： （1）煤的热裂解与挥发物的燃烧气化： （2）固定碳与气化剂（氧气、蒸气）间的反应； （4）生成的气体与气化剂、固定碳之间的反应。 工艺流程：原煤经湿磨制浆后成为63%(wt)左右的水煤浆，经过高压煤浆泵送至气化炉顶与纯氧（98%）一起进入德士古喷嘴，煤浆经喷嘴雾化与氧气在气化炉内发生部分氧化反应生成水煤气（合成气）。本装置气化炉压力3.0MPa，温度1300℃左右。合成气出气化炉后，经文氏管、洗涤塔增湿除尘后送往后工序，用于制合成氨或甲醇。灰渣经锁灰斗收集，定期排出系统。黑水经闪蒸回收热量，再沉降处理返回系统使用。 下图是德士古煤气化的工艺流程：
2.装置有以下特点 （1）原料适应广。各种烟煤、气煤、肥煤，都可以用来制气，对煤的水分、灰分、可然雾含量、灰熔点等没有苛刻的要求，这有利于厂家就近选煤，可大大节约成本。 （2）气体有效成分高。有效成分(CO+H2)80%-82%，鲁奇气化工艺的有效气成分(CO+H2)只有50%-70%（见表1）。排渣无污染，污水污染小易处理。因高温气化，气体中含甲烷很低（CH4≤0.1%），无焦油，废渣可以综合利用。 （3）气化压力范围大。从2.5~6.5MPa皆有工业化装置，以4.0MPa较为普遍，气化压力高可节省合成气压缩功。 （4）碳的转化率高。碳的转化率高达98%。 （5）气化炉热量利用。气化炉有激冷，废锅，激冷和废锅结合的3种流程。可以根据产品进行选择气化流程。由激冷工艺制得合成气，汽气比达到1.4，特别适合作为生产合成氨和甲醇的气头，也可作为制氢、羰基合成气等，用途广泛。废锅流程适合用做然气透平循环联合发电工程，副产的高压蒸气用于蒸气透平发电机组，实现多联供。 （6）气化炉结构简单生产能力大。气化炉内无传动装置，结构比较简单，一台Φ3200mm的气化炉气化压力4.MPa0生产的合成气可以日产合成氨760t以上。
3.德士古技术的优点和缺点： 德士古技术的优点包括：运行经验丰富、单喷嘴结构、简化了设备及控制系统；控制简单且容易、炉内的温度只控制煤浆量及氧气；无蒸汽输入、无需控制蒸汽量、炉内温度易维持；粗煤气压力高、便于下游产品合成；能充分利用污水制作水煤浆、利于环保；运行费用低、无需花费能量去干燥湿煤；粗煤气的飞灰量少、除灰系统简化。 德士古技术的缺点包括：碳转化率相对低；冷煤气效率低；耗氧量高；湿煤气水蒸气含量高、冷煤气效率低；耐火砖寿命短、价格高、更换时间长；水煤浆和喷嘴易于磨损、平均3个月需更换；黑水/灰水系统磨损严重、阀门使用寿命短等等。
4.德士古技术中的阀门应用： 严酷工况阀门： · 锁渣阀 · 水煤浆切断阀 · 合成气出口压力调节/放空阀 · 氧气调节/放空阀 · 黑水/灰水压力调节阀
· 普通工况阀门： · 冷却水流量调节阀 · 氮气吹扫阀 · 冷凝液调节阀 · 高压蒸汽调节阀 | 
