煤气化技术已有悠久的历史,尤其自20世纪70年代石油危机的出现,世界各国广泛开展了煤炭气化技术的研究,迄今为止,已开发出近百种气化技术。工业技术的分类常是依据分类方法或具体技术指标来进行的。一种技术或工艺,能被不同的分类方法归于特定的界定范围之内,对煤炭气化技术,常见的分类方法有如下4种。
此分类方法是工业上对气化技术分类的主要方法。按此方法分类,气化技术可分为固定床(移动床)气化炉、流化床(沸腾床)气化炉、气流床气化炉及熔融床气化炉。
(1)固定床气化
固定床气化也称移动床气化,固定床一般以块煤或焦煤为原料。煤由气化炉顶加入,气化剂由炉底加入。流动气体的上升力不致使固体颗粒的相对位置发生变化,即固体颗粒处于相对固定状态,床层高度亦基本保持不变,因而称为固定床气化。另外,从宏观角度看,由于煤从炉顶加入,含有残炭的炉渣自炉底排出,气化过程中,煤粒在气化炉内逐渐并缓慢往下移动,因而又称为移动床气化。
固定床气化的特性是简单、可靠。同时由于气化剂与煤逆流接触,气化过程进行得比较完全,且使热量得到合理利用,因而具有较高的热效率。
固定床气化炉常见有间歇式气化(UGI)和连续式气化(鲁奇Lurgi)。
(2)流化床气化
流化床气化又称为沸腾床气化。其以小颗粒煤为气化原料,这些细颗粒在自下而上的气化剂的作用下,保持着连续不断和无秩序的沸腾和悬浮状态运动,迅速地进行着混合和热交换,其结果导致整个床层温度和组成的均一。
流化床气化炉常见有温克勒(Winkler)、灰熔聚(U-Gas)、循环流化床(CFB)、加压流化床(PFB是PFBC的气化部分)等。
(3)气流床气化
气流床气化是一种并流式气化。从原料形态分有水煤浆、干煤粉两类。前者是先将煤粉制成煤浆,用泵送入气化炉,气化温度为1350~1500℃;后者是气化剂将煤粉夹带入气化炉,在1500~1900℃高温下气化,残渣以熔渣形式排出。在气化炉内,煤炭细粉粒经特殊喷嘴进入反应室,会在瞬间着火,直接发生火焰反应,同时处于不充分的氧化条件下。因此,其热解、燃烧以吸热的气化反应,几乎是同时发生的。随气流的运动,未反应的气化剂、热解挥发物及燃烧产物裹夹着煤焦粒子高速运动,运动过程中进行着煤焦颗粒的气化反应。这种运动状态,相当于流化技术领域里对固体颗粒的“气流输送”,习惯上称为气流床气化。
气流床对煤种(烟煤、褐煤)、粒度、含硫、含灰都具有较大的兼容性,国际上已有多家单系列、大容量、加压厂在运作,其清洁、高效代表着当今技术发展潮流。
干粉进料的主要有K-T(Koppres-Totzek)炉、Shell-Koppres炉、Prenflo炉、Shell炉、GSP炉、ABB-CE炉,湿法煤浆进料的主要有德士古(Texaco)气化炉、Destec炉。
(4)熔融床气化
熔融床气化的特点是有一温度较高且高度稳定的熔池,煤粉和气化剂以切线方向高速喷入熔池内,池内熔融物保持高速旋转。此时,气、液、固三相密切接触,在高温条件下完成气化反应,生成以H 2 和CO为主要成分的煤气。熔融床气化技术相对落后,未进行商业化生产,目前已被淘汰。
一般可分为天然气、人工煤气和液化石油气。人工煤气根据制气原料和制气方法可分为3种:
(1)固体燃料干馏煤气,系利用焦炉等对煤进行干馏所获得的煤气。
(2)固体燃料气化煤气,主要指以煤的完全气化技术制得的煤气,包括压力气化煤气、水煤气、发生炉煤气等。
(3)油制气,指以重油为原料制得的煤气。按制取方法不同可分为重油蓄热催化裂解煤气和重油蓄热热裂解煤气两种。
气化方法按使用气化剂的不同可分为如下5种。
(1)空气气化一般以空气(或富氧空气)为气化剂制得的煤气。主要为大量氮气、二氧化碳和一定量的一氧化碳和氢气。
(2)蒸汽气化一般以水蒸气为气化剂制得的煤气称水煤气,主要成分为一氧化碳、氢气、二氧化碳及甲烷。
(3)空气-蒸汽气化以空气和水蒸气的混合物为气化剂制得的煤气称为混合煤气。此外,合成氨工业中将(CO+H 2 )/ N 2 ≈3∶1的煤气称为半水煤气。
(4)氧气-蒸汽气化以工业氧和水蒸气为气化剂。现代煤气化生产,几乎都是以工业氧和高压水蒸气为气化剂的。
(5)氢气气化煤气化过程中用氢气或富含氢气的气体作为气化剂可生成富含CH 4 的煤气,该法亦称加氢气化法。
(1)以入炉煤的粒级为主进行分类,有块煤气化(6~50 mm)、小颗粒煤气化(0.5 ~6 mm)、煤粉气化(小于0.1 mm)等。此外,入炉燃烧以煤/油浆或煤/水浆形成的,均归入小粒煤和煤粉气化法中。
(2)以气化过程的操作压力为主进行分类,有常压和加压气化(气化压力大于2 MPa)。
(3)以排渣方式为主进行分类,有固态排渣气化炉和液态排渣气化炉。
(4)以气化过程供热方式进行分类,有外热式气化(气化所需热量通过外部加热装置由气化炉内部释放出来)和热载体(气、固或液渣载体)气化。