鲁奇碎煤加压气化工艺分析一、鲁奇加压气化发展史鲁奇炉是德国鲁奇煤气化公司研究生产的一种煤气化反应器。

该炉型的发展经历了漫长的过程，其发展过程可分为三个阶段。

1、第一阶段：任务是证明煤炭气化理论在工业上实现移动床加压气化。

1936年至1954年，鲁奇公司进行了34次试验。

在这基础上设计了MARK—Ⅰ型气化炉。

该炉型的特点是炉内设有耐火砖，灰锁置于炉侧，气化剂通过炉篦主轴通入炉内。

炉身较短，炉径较小。

这种炉气化强度低，产气量仅为4500~8000Nm3/h，而且仅适用于褐煤气化。

2、第二阶段：任务是扩大煤种，提高气化强度。

为此设计出了第二代气化炉，其特点是（1）改进了炉篦的布气方式。

（2）增加了破粘装置，灰锁置于中央，炉篦侧向传动，(3)去掉了炉膛耐火砖。

炉型有MARK—Ⅱ型与MARK—Ⅲ型。

单台炉产气量为14000~17000Nm3/h。

3、第三阶段：任务是继续提高气化强度和扩大煤种适用范围。

设计了MARK—Ⅳ型炉,内径3.8米，产气量35000~50000Nm3/h，其主要特点是：（1）增加了煤分布器，改进了破粘装置，从而可气化炼焦煤以外的所有煤。

（2）设置多层炉篦，布气均匀，气化强度高，灰渣残炭量少。

（3）采用了先进的制造技术与控制系统，从而增加了加煤排灰频率，运转率提高到80%以上。

4、第四代加压气化炉：第四代加压气化炉是在第三代的基础上加大了气化炉的直径（达Ф5m），使单炉生产能力大为提高，其单炉产粗煤气量可达75000m3（标）/h（干气）以上。

目前该炉型仅在南非sasol公司投入运行。

今后鲁奇炉的发展方向：（1）降低汽氧比，提高气化层温度,扩大煤种适用范围，灰以液态形式排出，从而提高蒸汽分解率，增加热效率，大幅度提高气化强度，气化强度可由2.4t/m2h提高到3-5t/m2h.煤气中的甲烷可下降到7%以下。

（2）提高气化压力，根据鲁尔—100型炉实验，当压力由2.5Mpa提高到10.0Mpa,煤的转化率及气化强度可成倍增加，氧与蒸汽的消耗减少，煤的粒度也可以减少。

煤气中甲烷含量增加到16%，适用于代用天然气的制造。

二、鲁奇炉的特点鲁奇加压气化炉与常压气化炉相比具有：（1）煤气中甲烷含量高，粗煤气净化后热值高达3000—4000Kcal,而常压气化炉生产的煤气热值最高只有2500Kcal。

(2)气化强度高，加压气化炉的气化强度是常压气化炉气化强度的P倍，设备金属耗量低，制造费用远低于常压气化装置。

（3）可气化灰分和水分含量高的煤，生产出优质的煤气。

（4）可气化弱粘结性煤，近年来经过改进的炉子甚至可气化粘结性较高的煤。

（5）可气化灰熔点较低的煤。

（6）对煤的机械强度和热稳定性要求不高。

（7）生产的煤气作为城市煤气时可远距离输送，而常压气化炉生产的煤气只有加压后才能输送，动力消耗大。

（8）可连续生产，实现过程的自动化控制。

（9）副产品多，可生产出焦油、酚、氨、硫磺、石脑油、液态甲烷等十分有价值的产品。

（10）可大规模的实现城市煤气联产甲醇、合成氨、发电，且成本低。

三、煤气化工艺技术选择煤气化工艺有十几种，在工业上大量采用的也就是几种，可分为固定床、流化床、气流床三种类型。

煤气化工艺选择原则是：（1）根据煤质选择相适应的煤气化工艺；（2）根据煤气加工的产品及用途选择煤气化工艺；（3）装置规模的大型化。

依据上述三个原则，流化床气化工艺比较适应年轻褐煤气化，但气化压力＜1MPa，飞灰太多且含碳高，碳转化率、气化效率较低，在装置大型化方面还存在一定问题，BGL固定床液态排渣加压气化，虽然较好适应高水份褐煤气化，且有蒸汽消耗低，煤气中甲烷含量高的特点，但该技术目前在国内外没有工业化成功运行的先例，还有待开发研究。

因此苏新能源有限公司煤制天然气项目可供选择的气化工艺有GSP、Texcao、Shell干粉煤、Lurgi碎煤固定床干法排灰压力气化。

为此对GSP、Lurgi、Shell三种气化工艺进行详细的比较如下：GSP、Shell、碎煤加压气化三种气化工艺比较由上表可知：（1）三种煤气化工艺在消耗指标上，消耗高水份原料煤基本一样，差别最大的是氧气消耗原料煤Shell、GSP气化是碎煤加压气化2.9倍。

电：Shell是碎煤加压气化19倍，GSP是碎煤加压气化12倍。

蒸汽：GSP、碎煤加压气化比Shell每106KJ多消耗3.5kg。

包括焦油等副产品在内，三种气化工艺的碳转化率、气化效率、气化热效率基本一样。

（3）三种煤气化投资相差很大。

Shell投资是碎煤加压气化的 2.6倍，GSP是碎煤加压气化的2倍。

造成投资大的主要原因除气化装置外，空分装置影响更大。

煤气化、空分比较结果还不能代表全部工艺的比较结果，对于以煤为原料生产合成天然气，碎煤加压气化生产煤气中按热值分布，焦油约占煤总热值的10%，甲烷热值约占煤气总热值30%。

H2、CO约占60%。

因此采用碎煤加压气化工艺合成天然气与采用Shell、GSP煤气化工艺合成天然气相比，变换、低温甲醇洗净化装置、甲烷化装置等后系统的处理量大大减少，消耗、投资大大降低。

（4）鲁奇（BGL）碎煤加压熔渣气化液态排渣技术90年代初，英国煤气公司投资2亿英镑进行煤气化研究，1975年开始，该公司与德国鲁奇能源与环境公司合作，利用英国煤气公司技术在德国鲁奇公司（BGL）气化炉进行试验，1990年，在英国贸工部的支持下，利用（BGL）气化炉制得的经过净化的燃气在发电方面的性能进行了示范。

示范装置运行了15000小时，气化了177000多吨煤炭。

试验表明，BGL气化技术煤气转化率高；比干灰气化炉产气量大；炉灰由不可渗滤性的玻璃质固体所取代，灰渣含炭量在0.5%以下，产生的污水量也较少。

试验取得相关的试验数据如下：BGL熔渣气化技术的特点a与其它氧气为主的气化技术相比，BGL气化炉耗氧量较低，从而总效率明显提高；b煤料床顶部的气化温度一般为450℃，因而不需用要昂贵的热回收设备；c气体出口处凝结的焦油油类副产品可保护炉壁金属表面使之不受腐蚀，炉壁可使用低成本的碳钢；d灰渣是质地紧密的固体物质，封存了微量元素。

灰渣无害并具非浸溶性，适于作建筑材料；e气化过程中无飞灰产生,f气体成分中CO2含量低；f煤中90%以上的能量被转化成可利用的燃料气；g原煤可被气化，粉煤可另加工成型煤投入或从喷嘴喷入；h气体出口温度低，提高了工艺效率，并可灵活选择气化炉场地。

从云解化、金新化工、中煤图克试运行的结果看还存在一定的问题，需要进一步完善。

BGL气化技术对煤质要求较高，从降低苏新能源项目投资和运营风险性考虑，本项目不选择该气化工艺。

（5）德士古气化技术的特点a德士古煤气化技术，是将原料煤制成水煤浆，以喷流雾化的形式进入气化炉进行高温气化，对原料煤的特性(如粒度、成浆性能、灰熔点等)均有较严格要求，故适用煤种较窄。

因其可使用小颗粒粉煤，故煤的利用率高。

b采用湿法磨煤，水煤浆供料安全可靠。

但要求煤的成浆性好，煤浆浓度在60%—65%（wt）。

c气化炉为钢制外壳，内衬耐火砖，炉体结构简单，无传动设备，运行稳定。

但耐火砖寿命较短，最多为一年，喷嘴仅60天左右，设备运行周期较短。

对煤的灰熔点要求1350℃左右，灰小于15%。

d气化过程可在高压（最高可达8MPa）下完成，降低了合成气压缩功耗，同时使单台炉产气量比较大。

e气化炉操作温度高，煤在气化炉中数秒内几乎全部气化，碳转化高可达96%～98%以上。

煤气中甲烷含量低，仅在0.1%左右，有效气体（H2+CO）含量比较高，在80%左右，有利于作为合成气使用。

f生产的粗煤气不含焦油、萘、酚等杂质，对粗煤气的净化及污水的处理流程简单，不污染环境。

g灰渣成玻璃状，不污染，易堆放，可做水泥的配料。

h操作弹性大，可以快速转变。

由于采用喷流式气化，负荷从50%到100%的大范围变动，可在极短的时间内完成。

i与其它煤气化工艺相比，德士古气化工艺氧耗高，煤气化效率相对较低，对耐火材料的要求较高，操作周期短，管理水平、维护水平要求高。

对于本项目目标产品为天然气，采用碎煤加压气化工艺与德士古气化工艺有以下优点：1)项目的投资增加：a 备煤工段的投资与能耗增加5倍以上。

b空分的的投资与能耗增加3倍以上。

c变换、甲烷化工段的投资与能耗增加1.5倍以上。

2)副产品减少：众所周知碎煤加压气化工艺在气化过程中生成大量的煤焦油、石脑油、粗酚、液氨。

这些副产品可以抵扣产品天然气的成本，使本项目更具有经济性。

从以上两点来看如采用德士古气化工艺本项目的经济性很难通过。

综上所述苏新煤制气项目选用碎煤加压气化非常合适。

四、鲁奇加压气化工艺原理在加压气化过程中，高温的碳在压力下受到氧和水蒸气、二氧化碳的作用，发生多种多样的反应。

可把它归纳为碳与氧、碳与水蒸气及甲烷生成三类反应。

1、碳与氧的反应高温的碳受到氧气的作用发生下列四个反应：[1] C + O2 = CO2 + 97800千卡/公斤分子[2] C +CO2 = 2CO -38400千卡/公斤分子[3] 2C + O2 = 2CO + 97800千卡/公斤分子[4] 2CO + O2 = 2CO2 +136200千卡/公斤分子由于上述反应在气化和燃烧中所具有的重要性，许多年以来已受到广泛深入的研究。

反应机理：第一种解释，是所谓的二氧化碳说。

这种学说认为，二氧化碳依照反应[1]由碳与氧分子直接结合而生成，而一氧化碳则为生成二氧化碳后与氧之间的第二次反应，即C +CO2 = 2CO。

第二种解释，是所谓的一氧化碳说，它与第一种解释相反，认为碳与氧首先依照反应[3]生成一氧化碳，然后一氧化碳再与氧化合而生成二氧化碳，即2CO + O2= 2CO2。

通过实验和研究发现作为一级反应的2C + O2 = 2CO的反应的活化能极高，在较低的温度下（<800℃）,实际是可以不考虑的。

那么，CO的生成反应主要为C +CO2 = 2CO这个反应。

对这个反应的平衡状态研究后发现，在压力不变的情况下，随着温度的上升，平衡组分中CO含量大幅度上升，而CO2含量大幅度下降。

在温度不变的情况下，随着压力的升高CO含量降低，CO2含量升高。

在实际的气化炉操作中，当生产稳定后，压力波动不大，可看作衡压操作，当温度升高时CO2含量明显下降，CO明显上升。

所以气化炉出口粗煤气中的CO2含量，也是我们判断反应层温度的一个重要指标。

（1）温度对反应速度的影响二氧化碳的还原反应进行得比较缓慢，为了达到反应平衡，就需要一段较长的时间。

反应的温度愈高，反映的速度将愈快，其达到平衡所需的时间就愈短。

而在较低的温度时反应速度较慢，达到平衡的时间就需要几分钟甚至几小时。

在一定的反应温度下，若二氧化碳与炽热的碳的接触时间愈长，则生成一氧化碳的量就愈多。