Lurgi 氧气鼓风气化炉的典型操作结果
泥 煤 煤种来源 粒径（mm） 工业分析（wt%） 挥发份 固定炭 水分 灰分 高热值 kJ/kg 灰熔点 /℃ 操作压力 /MPa 煤气组成，（vol%） CO H2 CH4 CnHm H2S CO2 N2 煤气热值 /kJ/m3 17.0 34.1 13.6 0.6 0.1 33.8 0.8 11614 19.1 37.2 11.8 0.4 0.2 30.7 0.5 11446 15.9 39.2 10.8 1.2 0.4 32.2 0.3 11409 20.2 38.9 11.7 0.4 0.3 28.1 0.4 11748 21.4 38.4 9.6 0.5 0.2 28.9 1.0 11096 24.2 39.7 9.4 1.0 0.8 24.4 0.5 11811 24.8 38.3 9.3 0.6 0.5 25.8 0.7 11438 20.3 45.3 4.7 0.3 0.1 27.5 1.3 9836 57.3 25.2 15.5 2.0 22865 -2.03 36.8 32.6 26.5 4.1 26168 1204 2.52 29.1 30.4 34.3 6.2 27935 1249 3.03 30.5 38.7 16.5 14.3 31168 1427 3.03 19.7 38.3 5.4 36.3 300098 1421 2.86 28.9 43.0 15.7 12.4 32122 1399 2.45 29.1 47.6 5.1 18.2 33332 1382 2.24 5.7 87.3 2.0 5.0 35193 1499 2.86 Ireland 15.2-40.6 Germany 1.0-10.1 褐 煤 North Dakota 1.4-30.5 次 烟 Riotolbio 5.1-30.5 煤 Sasoll 5.1-30.5 烟 Westerfield 5.1-30.5 煤 Charle-ston 5.1-30.5 无烟煤 Vietnam 5.1-30.5
GSP气化炉

二段,水煤浆进料无需循环气 急冷固化飞渣 1987年由DOW 化学公司建成 第一套工业化装置，整个工 艺流程包括煤浆制备，气化 炉和排渣系统，煤气的冷却 净化及热量回收装置。
E-Gas气化炉
气流床的备煤和进料
● 干粉 粉煤90%<100μ m，干燥w<2%，N2保护和输送
锁斗加压系统，计量，能耗高
现有职工570人，其中科技人员393人，中科院院士1人， 研究员40余人，副研究员及高级工程师110多人，另外还 有在读博士、硕士研究生约150人。
主要研究学科方向 承担国家重大科研项目
煤 化 学 与 化 工 催 化 化 学 与 工 程 新 型 炭 材 料 化 学 反 应 工 程
973
项 目
863 项 目
环境友好，净化成本低 粗煤气、水、灰渣净化处理容易，无环境二次污染 煤种适应性高 可适用于高灰、高灰熔点煤
国内外煤气化工艺
已商业化和正商业化的工艺：
● 气流床气化 ● 流化床气化 ● 固定床气化 GE-Texaco,Shell,GSP,E-Gas,K-T HTW，Winkler， AFB, Lurgi
煤燃烧：
Coal Air
C + O2 CO2
H + O2
〔S〕＋ O2 〔N〕＋ O2 Hg 水
H2O
SOX NOX Hg, HgO 水蒸汽
Flue gas
燃 烧 和 气 化 的 对 比
燃烧 煤量 100 温度 1000℃ 压力 常压 介质 空气 介质量 900 产物 CO2，N2， H2O，NOx， SOx， 灰
气流床
常压 K-T,1949年，德国，50台（29台1993年） 加压 Texaco（ 2.5－6.5MPa ），德国，日本，美国，中国 中国最多 （鲁南，上海，淮化，渭河，南化，榆林…) Shell
流化床
Winkler,常压，1926年，70台，现已剩余很少 HTW（ 1.0－3.0MPa ），1986年 AFB 2001年常压商业运行 常压低压（0.5MPa)推广中 2006年，加压大型半工业试验装置建设
一. 煤炭的组成和用途
煤炭：复杂的有机含碳矿物（从褐煤到无烟煤），以碳为主，
主要成份为C，H，O，N，S；高度芳香化；多少不等的 无机矿物， Ash ： 1～50%， Water: X～60%， Volatile：3～45%
用途
能源 能源
燃烧发电 （10～35MJ/kg）
制合成气 CO+H2，H2 制燃料气CH4,CO,H2 制还原剂（冶金焦，铁合金焦） 制吸附剂（活性炭，活性焦）
干煤粉（dp<0.1mm)，锁斗 O2/H2O 鼓风； 膜式水冷壁（垂直管） 压力 3.0MPa 废热锅炉换热 1500-1600℃ 熔渣急冷排出 循环煤气降温固化飞渣
Shell 气化炉
壳牌气化炉的典型数据
项 用 煤 量 目 t/d 设 229 2.51 29.9 62.9 5.8 计 变 化 范 围 115-235 2.44-2.51 22.7-34.6 54.8-69.0 2.2-10.8 示 范 运 行 229 2.44 27.7-29.8 66.5-69.0 2.2-2.4
科 技 攻 关
国 际 合 作 项 目
国 家 创 新 基 金
军 工 重 点 科 研
山西煤气化工程研究中心简介
1980年成立灰熔聚煤气化课题组；
1994年扩建为气化室；
2001年改名能源环境工程实验室；
2002年改名为煤气化工程研究中心； 2005年成立山西煤气化工程研究中心；进行加压灰熔聚煤 气化工艺大型化的开发。
取决于热力学平衡和接近平衡的程度
实际气化过程并非按化学计量进行，而是取决于过程的温度控制，以保证
正常的气固流动
备煤，进料，反应，渣排出和气体净化
现代电力和能源化工对煤气化的要求
大规模、高生产能力 单台处理量达 500~2000 ton/day 过程高效 操作压力、操作温度合理 能耗低 设备投资低
● 气化炉的操作温度150℃ ≥灰的流动温度
● 高温耐火材料磨蚀增大 ● 气化炉材料质量要求提高 ● 污水系统结垢增加
建议灰渣流动温度＜1350℃ （Texaco），粘度＜25pa.s， 对非牛顿型流体渣，渣口温度 ＞tcr
Slag viscosity as a function of temperature
H2S,NH3, 粉尘， K，Na,Hg CO2
H2
Fuel cell
（η =80% )
电力
64%
净化
变换
合 IGCC 成 气 （η =60% ) 炼油厂 H2 合 成 气
电力
48%
甲醇
DME MTO MTP MTG
直接液化
合成氨 合成
汽油 柴油 油品 NH3 甲醇 合成油
煤气化过程的简单分析：
煤气化通常不希望有焦油等液态产品存在，以消除净化的困难，通常要求
典型的气化技术
● 移动床
Lurgi
HTW
● 流化床
KRW AFB
Texaco
● 气流床
E-Gas
Shell GSP
Lurgi炉
德国，1930年， 合成气 O2/Steam鼓风
运行装置：
SASOL 97台，南非 大平原 18台，美国 中国11台
加压固态排渣 Lurgi
固定床气化炉
历史长，炉数多，使用可靠 逆流热交换，出口温度低（250-650℃） 热效率高 气体干馏产物多，甲烷高，热值高 焦油等杂质多，下游净化困难 使用不粘块煤，价格高 氧消耗低而蒸汽消耗高（1-2kg汽/kg煤） 固定床气体分布影响大，处理能力有限 （500-800吨）
煤气化：
CnHmOxNySz=C+CO+CO2+H2+NH3+HCN+H2S+COS+••••
Coal Oxygen Steam
C+
1/
2
O2
CO CO2 2CO CO + H2
C + O2 C + CO2 C + H2O
C + 2H2
CO + H2O CO + 3H2 〔S〕 〔N〕
CH4
H2 + CO2 CH4 + H2O H2S+COS NH3+HCN
● 水煤浆
水煤浆制备耗能较干粉少，泵送容易，控制容易；
水煤浆浓度低，热值低，水蒸发和加热耗能高 ， 对于水性煤如 褐煤，年青烟煤，水煤浆浓度低； 水煤浆浓度 ∝煤的平衡湿含量，固定炭，表面 C/O官能团，自由膨胀数，Cf/V，粘土，可溶性 Ca,Mg盐含量
煤中矿物和渣的流动特性（气流床）
● 干粉煤都能气流床气化，但受灰渣影响
温度在900℃以上，有足够的停留时间
煤气化的主反应为 C+H2O
CO+H2和C+CO2
2CO，此二反应在高温是
有利的，通常1000℃以上时已达足够平衡转化率
高温高压有利于化学反应进行，但在1000-1200℃以上反应受扩散控制 气化炉炭转化率取决于反应速度和停留时间，气相有效成份浓度（或热值）
介绍内容
煤炭的特性 煤气化原理 现代煤气化技术发展
中科院山西煤化所研究所介绍
1954年10月创建于大连市(中科院煤炭研究室) 1961年迁至太原市
1963年扩建为中国科学院煤炭化学研究所
1965年－1978年改名为燃料化学研究所
1979年复名为中国科学院山西煤炭化学研究所
人员结构：
Gasifier Gas Composition (Vol %) H2 25 - 30 CO 30 - 60 CO2 5 - 15 H2O 2 - 30 CH4 0-5