干粉气化和水煤浆气化综合成本的对比目前成熟的高压粉煤气化技术从进料方式上可以分为干法（干粉进料）和湿法（水煤浆进料）。

干法气化目前在国内应用较多的主要有Shell 、GSP 和航天炉；湿法气化目前在国内应用较多的主要有GE 、四喷嘴和清华炉。

这些气化技术各有优缺点，就气化炉本身而言也有很多科研单位和应用单位对其优缺点、性能、使用情况进行了介绍和对比。

由于甲醇工程是技术集成度很高的综合工程，涉及多个单元，尤其气化方式的不同会影响到原料制备、合成气净化、合成气变换等单元，因此仅仅从气化炉本身进行对比不尽全面，不尽合理。

本文从甲醇整个流程上选取航天炉作为干粉气化的代表，选取清华炉作为湿法气化的代表，从全流程的消耗进行比较，以便从整个流程上对两种气化方法有更全面的认识，以便于气化技术的选择。

为便于比较，选用国内目前较成熟的工艺路线进行比较，航天炉流程为：4.0MPa 气化，两段耐硫变换，低温甲醇洗，合成气压缩，甲醇合成。

清华炉流程为：6.5MPa 气化，一段耐硫变换，低温甲醇洗，合成气压缩，甲醇合成。

其中两种气化技术的甲醇合成装置均相同，故不作比较，仅对前面工序进行对比。

对于空分工段，不是本文比较的重点，仅对氧耗进行比较。

一般4.0MPa 气化，配套氧气压力为5.1MPa ；6.5MPa 气化，配套氧气压力为8.1MPa 。

如均采用内压缩流程，5.1MPa 和8.1MPa 相比，1Nm 3氧气的能耗相差约0.02KW ，在国内实际的运行案例中，两者的实际差别几乎没有，例如，神华宁煤采用 4.0MPa 气化，神华包头采用6.5MPa 气化，但是宁煤空分单位氧气的能耗却比包头的还要高。

1. 气化反应不论是干法气化还是湿法气化，其气化原理是相同的，目前在国内应用的高压气流床气化均是采用纯氧气化，主要的反应式为：m n 222n n C H ()+(m+)O =mCO +H O 42挥发分2C+O 2=2CO 22C+O =CO222CO+O =2CO2221H +O =H O 2C+H 2O=CO+H 2CO+H 2O=CO 2+H 2C+CO 2=2COC+2H 2=CH 4 对于湿法进料清华炉，由于大量水分随水煤浆进入气化炉，因此气化室内有大量的水蒸气存在，在炉内会发生部分CO 变换反应，有比较多的CO 会转化成CO 2，同时得到相同摩尔数的H 2，而且在高温下变换反应的速率很大，所以清华炉出气化炉的粗煤气中CO 含量比航天炉低，H 2含量比航天炉高。

航天炉和清华炉的消耗比较业界意见多不统一，参照两种炉型气化神木煤的气化代表性数据作为比较，以1000 Nm3有效气为比较基准:航天炉数据（采用高压N2输送煤粉）：清华炉数据：上面两表以CO 全部变换为H2的极端情况作为比较，主要是要说明由于在气化炉内变换程度的不同而产生的差异，通过上表我们可以得出以下结论：●航天炉和清华炉在相同有效气产量的情况下，干粉气化采用氮气输送，变换后的气量大于水煤浆气化；●航天炉的煤耗比清华炉低，（800-766）÷800=0.0425=4.25%，氧耗低4.25×2=8.5%根据项目公司提供的煤种，航天炉和清华炉消耗见下表：表1 氧耗和煤耗比较表2.煤浆（粉）制备2.1 干粉制备干粉气化采用干磨，原料煤在微负压条件和热惰性气条件下，原料煤在磨煤机中磨粉的同时被热惰性气体干燥，热惰性气由热风炉提供。

惰性气体对煤粉进行吹扫并将煤粉夹带出磨煤机，同时将蒸发出来的水分带走。

惰性气体和煤粉在煤粉袋式过滤器中分离后，进入循环风机加压，部分气体放空，剩余部分通过热风炉加热后循环使用。

如果煤中的水分过高，则必须采用两级干燥进行。

对于此项目项目，煤中水分为14.75%，采用一级干燥即可。

研磨后的干煤粉含水量一般控制在2%左右，粒度要求大于90微米的小于10%、小于5微米的小于10%。

干粉制备主要消耗的物料有燃料气、工厂空气、氮气和电。

根据经验，制备一吨干煤粉的电耗为30KW（根据煤种不同会有所不同），燃料气耗一般根据煤的含水量不同而不同，如1吨含水量为14.75%的煤种，在干燥时需消耗的能量为1000×（0.1475-0.02）×2670÷0.7=486321KJ（燃料气能量利用率按70%计）。

干粉气化一般利用液化气、天然气、工厂废气或粗煤气燃烧产生热量进行干燥,如利用粗煤气进行干燥，则烘干1吨含水14.75%的煤，约需消耗粗煤气38.78m3（粗煤气热值按照12540KJ/Nm3）。

干燥时温度控制非常关键，如果温度过高，极有可能发生燃烧、爆炸的事故。

2.2水煤浆制备水煤浆气化采用湿磨，原料煤通过煤称重给料机和水、添加剂一起加入磨煤机，磨机采用溢流式，合格的煤浆从磨机的出口流出，煤浆浓度一般为60%~68%。

煤浆浓度一般和煤的内水有关，煤的内水越低，成浆性能越好，煤浆浓度越高。

水煤浆制备主要消耗的物料有水、添加剂和电。

添加剂的种类、添加量与煤种、水煤浆浓度，粒度等因素有关，通常通过试验确定，添加剂的加入量一般为煤浆量的0.1～0.3％。

根据经验，制备一吨水煤浆的电耗为10 KW（根据煤种不同会有所不同）。

制浆用水可以采用工厂难以处理的废水。

表2 煤浆（粉）制备比较表项目清华炉航天炉备注主要消耗吨浆电耗10KW，折吨粉电耗15.2KW，折吨醇电耗23.6KW 吨粉电耗30KW，折吨醇电耗42.8KW煤浆浓度66%计不需烘干吨煤干燥耗能486321KJ含水14.75% 吨浆添加剂1~3Kg 不需添加剂安全性水煤浆制备是在常温常压下操作，安全可靠性高。

粉煤制备是用可燃气体燃烧加热惰性气体来加热煤粉，挥已经投运干粉气化发生过该发份易挥发，容易发生自燃、类事故爆炸事故环保无废气排放有废气排放节水可利用废水将煤中的水烘干，需在后工段以蒸汽或锅炉水的形式补充3.煤粉（浆）的加压和输送3.1 干粉的加压和输送如下图所示系统为干粉比较常用的一种加压输送简图，一个煤粉系统给多个煤粉烧嘴供料。

来自干粉制备系统的煤粉首先进入煤粉储仓，然后进入煤粉锁斗，经加压后进入煤粉给料仓，煤粉锁斗和煤粉给料仓的排气进入煤粉装料袋滤器，其收集下来的煤粉再排入煤粉储仓。

煤粉给料仓的下部有锥形的充气锥，通过高压氮气或二氧化碳气对充气锥进行充气，高压氮气（或二氧化碳）的流量和压力必须进行严格控制。

干煤粉输送过程中主要消耗的物料为高压氮气（或二氧化碳）和低压氮气，高压氮气（或二氧化碳）由氮气（或二氧化碳）压缩机提供。

氮气（或二氧化碳）必须加热至90℃以上。

目前航天炉压力最高为4.0MPa，要求用高压氮气（或二氧化碳）输送，输送密度一般为350~400Kg/m3，从国内运行的经验来看，吨醇输送气电耗约80KW（和煤种有关）。

为保持煤粉输送的稳定性，煤粉输送管线需采用蒸汽伴热。

一般采用0.5MPa的低压蒸汽进行伴热。

煤粉管线伴热吨醇耗蒸汽约186Kg。

3.2 水煤浆的加压和输送来自煤浆制备的水煤浆进入煤浆槽，煤浆槽中的水煤浆通过煤浆搅拌器的搅拌保持悬浮，煤浆通过高压煤浆泵加压，进入水煤浆烧嘴。

煤浆输送主要通过煤浆泵进行输送，如采用 6.5MPa气化，水煤浆压力一般为7.0MPa，吨氨电耗一般为5KW左右。

表3 煤粉（浆）的加压和输送比较表4.进入气化炉的氧气和蒸汽4.1 干法气化的氧气和蒸汽对于4.0MPa干法气化，气化炉必须加入4.8MPa的过热蒸汽，过热蒸汽一般在氧气管线上加入，过热蒸汽在加入氧气管线之前必须经过过滤，以过滤蒸汽中可能携带的＞10微米的锈皮颗粒。

蒸汽的加入量一般为吨醇120Kg左右。

为了避免蒸汽与氧气混合时发生冷凝，氧气也必须预热，氧气一般采用气化炉的锅炉水预热到180℃。

4.2水煤浆气化的氧气和蒸汽水煤浆气化不需加入蒸汽，氧气从空分过来后，不需任何处理直接加入气化炉。

表4 进入气化炉的氧气和蒸汽比较表项目清华炉航天炉备注主要消耗不需加蒸汽吨醇耗蒸汽120Kg氧气不需预热氧气需要预热至180℃操作性只需控制O2/C比需控制H2O/O2比和O2/C比，还需控制氧气和蒸汽的温度5.气化炉5.1 航天炉航天炉的水冷壁采用水冷盘管结构，在水冷壁和气化炉外壳之间的环隙中充有惰性气体。

从汽包来的锅炉水进入循环泵，加压后先送入氧气预热器加热氧气，出氧气预热器的锅炉水分四路进入气化炉水冷壁盘管，出盘管的汽液混合物进入汽包进行汽液分离，蒸汽送入管网，锅炉水进行循环。

气化炉的烧嘴装在气化炉的顶部中心位置，三条煤粉输送线分别进入同一个工艺烧嘴，氧气和过热蒸汽混合后也送入工艺烧嘴，煤粉、氧气和蒸汽在气化炉内进行反应，未反应的炉渣和粗煤气一起通过渣口进入气化炉激冷室。

气化炉内主要是依靠炉渣来保护水冷壁，水冷壁的产气量直接和炉渣的厚度有关。

由于水冷壁采用盘管结构，流动阻力大，锅炉水循环泵的扬程很高。

航天炉的煤粉通过三条煤粉管线进入气化炉烧嘴的三个煤粉管，在气化炉内形成旋流。

氧气经预热后和一定比例的蒸汽混合后进入气化炉，炉内轴向温度梯度为上部高，下部低。

对于液态排渣的气化炉，渣口的温度应保持在灰熔点以上，渣口温度的高低是决定渣口压差大小的主要影响因素，也是气化炉能否正常排渣的关键。

对于这种气化炉，由于煤粉出烧嘴的速度较低，一般＜10m/S，所以其燃烧火焰短，气化炉轴向温度梯度大。

要保持气化炉正常排渣就必须首先提高氧煤比以提高气化炉上部的温度，从而提高渣口温度。

从航天炉的实际运行来看，如果入炉煤的灰熔点超过1450℃，炉顶温度将会很高，很容易造成气化炉上部烧坏。

因此航天炉在掺烧高灰熔点煤时需要添加石灰石控制入炉混煤的灰熔点在1450℃以下。

[见：卢正滔, 姜从斌, 朱玉营. 航天粉煤加压气化装置运行情况及煤种适用性分析. 氮肥技改, 2012年第4期, 1-8]5.2 清华炉清华炉的水冷壁采用垂直管结构，水循环按照自然循环设计，运行时按照强制循环运行。

从汽包来的锅炉水进入锅炉水循环泵，加压后进入水冷壁，出水冷壁的锅炉水进入汽包进行汽液分离，蒸汽送入管网，锅炉水经锅炉水循环泵加压循环，由于水冷壁采用垂直管结构，与盘管结构相比长度大大缩短,阻力很小，所以锅炉水循环泵的扬程较低。

水冷壁和气化炉外壳之间的环隙中充有干燥气体，气化炉的烧嘴装在气化炉的顶部中心位置，一条煤浆管线和氧气一起送入工艺烧嘴，水煤浆和氧气在气化炉内进行反应，未反应的炉渣和粗煤气一起通过渣口进入气化炉激冷室。

清华炉的水煤浆通过一条煤浆管线进入气化炉烧嘴，氧气同轴通过烧嘴的另外两个通道进入气化炉内。

为保证煤浆的充分雾化，氧气和煤浆出烧嘴必须保证具有一定的速率。

一般不小于100m/S，出烧嘴的火焰具有一定长度，为保证顺利排渣，在需要提高渣口温度时，只需适当加大中心氧，将火焰拉长减小气化炉的轴向温度梯度即可，而不需要增大氧煤比。