02605767171/3焦煤
140151474314601气肥煤87967811936气煤
2311621086220371/2中黏煤
94345359弱黏煤90051052210128不黏煤991813884156长焰煤1993322524470褐煤
7972
9765
10511
煤炭气化技术是煤炭清洁低碳转化的龙头和关键技术，煤气化制合成气系统的投资往往占煤制油化工的一半以上，因此煤炭气化技术的选择及稳定、可靠、高效、经济运行对煤制油化工项目的成功至关重要。气化技术在国外的发展历史已有200多年，先后研究开发了100多种煤气化炉型，其中十余种达到了工业化程度。我国煤炭气化技术发展起步相对较晚，最早于20世纪30至40年代在大连、南京用
UGI 炉生产合成氨。20世纪50、60年代，由于石油和
天然气工业的发展，曾使煤气化技术的发展一度停滞。第一次石油危机后，发达国家纷纷把发展煤气化技术作为替代能源重新提到议事日程，加快了煤气化新工艺研发的步伐。近二十年来，为了提高电厂热效率，减少环境污染，国外对煤气化联合循环IGCC 发电技术作了大量工作，也促进了气流床气化等现代煤气化技术的发展。对于新型气化炉或气化方法的研究是在1978年以后，国内外先后开展了移动床加压碎煤气化、水煤浆加压气化、干粉进料加压气化、灰团聚流化床气化等研究和开发[1-3]。
单纯从技术角度出发，煤炭气化对煤的质量要求是很宽松的，不同煤阶、不同粒度级、不同含硫量的煤都能用于气化。然而，不同气化工艺技术各有特点，其对煤质的要求也是不同的，没有一种可气化所有煤种的“万能炉”。煤化工项目气化技术的选择首先要考虑原料煤的特性，同时要考虑煤气的用途和规模、气化技术的成熟度及可靠性、粗煤气构成、经
济性等。
1我国煤炭资源的特点
煤炭是我国的主要能源，2007年我国煤炭的基
础储量为3261.26亿t ，占化石能源资源基础储量的
煤炭气化技术对煤质的选择及适应性分析
步学朋任相坤崔永君
(中国神华煤制油化工有限公司，北京，100011)
摘要：本文简要介绍了移动床、流化床、气流床气化技术、地下气化的现状，重点针对各种典型煤气化技术的特点，结合已使用煤种的煤质情况及使用不同煤质出现的一些问题，分析了不同气化技术对煤质的要求，包括对入炉煤的粒度、灰分、水分、反应性、热稳定性、落下强度、黏结性、可磨性、灰熔融性温度、灰渣黏度及成浆性等的要求。关键词：煤炭气化煤质气化技术适应性分析中图分类号：TQ546文献标识码：A
文章编号：1672－3880（2009）05－0073－05
图12007年我国煤炭基础储量和分布表1我国2004～2006年部分煤种产量情况（万t ）
资料来源：能源数据2009
第7卷第5期
2009年10月
VOL ．7
NO．5
Oct ．2009
可见，我国不同地区间煤炭资源分布相差很大，随着、内蒙古等地煤炭工业和煤化工工业的发展，西北地区所产煤炭量将持续增加，尤其是其储量潜力巨大。
从煤种用途看，我国变质程度中等及偏上的烟煤主要用于炼焦工业，而其它煤种有一半以上用于火电，或其它工业炉做燃料。用于气化的煤种主要包括反应活性好的褐煤、次烟煤、贫（瘦）煤及无烟煤。目前我国无烟煤主要用于中小型化肥厂，贫煤、褐煤用于鲁奇气化，次烟煤用于移动床、流化床和气流床气化，东北地区和云南的褐煤用于移动床和流化床气化，正准备用于干煤粉气流床气化。从目前发展趋势看，大型煤化工项目主要在西部地区，煤气化使用的次烟煤和褐煤总体资源量充足。
2移动床气化技术对煤质的要求
移动床（也称作固定床）气化技术包括常压和加压气化，均以块煤（焦）为原料，一般要求煤的反应性好，热稳定性高，强黏结性煤一般不适于此类炉型。一般采用6～13mm、13～25mm、25～50mm或50～100mm的粒级煤，其粒级范围依所用煤中和气化技术不同而异。煤在炉内的停留时间为1～10h不等，热利用率、碳效率和气化效率都较高；但相对而言单炉产气能力低，且气化烟煤时，煤气产物中夹带有较多的焦油、酚水等物质，煤气处理工艺复杂，运行成本高。
2.1常压移动床气化
常压移动床气化技术是我国最成熟和使用台数最多的气化技术，包括发生炉和水煤气炉两种类型，总数量近1万台左右，但目前国家一段炉发展。
一段发生炉主要有W-G、3M等型号，生产的煤气热值低，一般用作工业燃料气。两段发生炉因增加了干馏段，其热值可达1400kcal/Nm3左右，是目前最重要发展的炉型，煤气用于陶瓷、冶金、机械等行业。一段发生炉烟煤标准为GB/T9143—2001，一般要求灰软化温度ST高于1250℃；热稳定性高好，最好大于80%；落下强度大于60%；对黏结性有，不能太强；当然，对灰分含量、硫含量和热值也有要求。煤气热值与挥发分有关，一般挥发分含量高，则热值高。
一段水煤气炉（UGI型）主要用于中小型化肥厂，以无烟煤（或焦炭）为原料，对原料煤的要求可参考国家标准GB/T7561—1998。主要对软化温度ST、热稳定性、落下强度等要求，越高越有利。两段水煤气炉以老年褐煤、次烟煤和贫（瘦）煤为原料，其对煤质的要求见国标GB/T17610—1998。除了要求软化温度ST、热稳定性、抗碎强度高外，煤的黏结性不能太强。两段炉水煤气热值较高，在我国一些地方用作城市煤气。
2.2加压移动床气化
2.2.1Lurgi加压移动床气化
Lurgi(鲁奇)加压气化是目前世界上应用最多的加压气化方法，有近150台在运行，近百台在建设。操作压力2.0～4.0MPa，产品煤气含有约8%～12%的甲烷和不饱和烃，适宜作城市煤气或多联产。Lurgi 加压气化对煤质的要求包括[1~5]：
入炉煤的水分过高时，会促使褐煤块碎裂、造成氧耗显著增加、增加净化系统的负荷、增加污水处理的投资和操作费用、给原料预处理造成困难等。根据德国的经验，当原料煤水分高于20％时，每增加1％的水分，氧耗将增加1.5％。当原料煤水分由20％上升到30％时，气化炉的生产能力下降10％左右。故通常要求入炉褐煤水分含量控制在20％以内，越低越好。
煤中灰分含量过高，将导致消耗增加，气化强度低，煤气产率降低，灰渣含碳量增加，煤气热值降低。因此，尽管含30%左右灰分的煤也能顺利气化，但一般控制入炉煤的灰分含量小于20％时较为经济。煤的粒度一般为：褐煤6～40mm、烟煤5～25mm、焦炭和无烟煤5～20mm，同时，要求原料颗粒组成均匀，最大粒径与最小粒径比为5～8。为降低因煤气夹带细粒导致的碳损失，入炉煤最小粒径宜在6mm以上，小于2mm的粉煤量控制在1.5％以内，小于6mm的细粒煤量控制在5％以内。
鲁奇加压气化炉能气化坩埚膨胀序数(CSN)7以下的强黏结性煤。但是，与褐煤相比，消耗指标增加10%～15%，气化炉能力降低15%～20％，气化效率下降5％左右。因此，从经济性角度出发，气化煤的黏结性还是以不黏或弱黏为好。
鲁奇气化为固态排渣，通常要求软化温度ST＞
·74·步学朋等：煤炭气化技术对煤质的选择及适应性分析第5期
1200℃，最好高于1400℃。ST 低，则操作时为控制炉温，只能采用高汽氧比，如汽氧比在7左右，导致增
加蒸汽消耗及废水处理量。另外结渣性强的煤操作温度不宜过高。
对鲁奇气化而言，煤的反应活性、热稳定性和落下强度越高越好。
图2为不同煤种加压气化时对煤气主要成分的影响。
可见，随着原料煤变质程度提高，H 2和CO 2含量略有下降；CH 4含量与煤中挥发分有关，随着变质程度提高而下降；CO 含量随着变质程度提高而上升。
2.2.2加压移动床液态排渣气化(BGL)
BGL 气化炉是第二代移动床煤气化技术，由英国煤气公司BGC 与Lurgi 公司合作开发，操作压力2.5～7.0MPa ，气化温度在1400～1600℃，取消了转动
炉篦，灰渣以液态形式排出。由于高温操作，蒸汽分解率超过90%，蒸汽消耗量大大减少，仅为鲁奇炉的
15%~20%。BGL 气化强度比Lurgi 炉提高2.5～3倍，
粗煤气中CO 2含量由30%降至3%～5%，煤气热值约提高1/4。
BGL 气化炉入炉煤的粒度范围为6～50mm （块煤或型煤，<6mm 的不超过5%），也可通过喷嘴喷入
水煤浆或焦油参加气化。由于温度高，可以气化反应性差、黏结性高的煤，特别适合于气化高挥发分低活性的次烟煤；也可以使用粉煤含量达40%的煤。对含水高、热稳定性差的褐煤可通过预干燥成型方式，既降低入炉煤水分含量，又提高了其热强度。因是液态排渣，一般控制FT 低于1450℃，灰熔点高的煤可通过加入助熔剂后气化。当煤中难熔灰含量超过15%，特别是又含有较高水分的煤是不适合熔渣气化的，
一般要求水分和灰分均小于20%。
3流化床气化对煤质的要求
工业化的常压流化床气化炉包括Winkler 、恩德
炉、盖伊阿帕、CFB 、U-gas 和ICC 灰熔聚气化等技术。加压流化床气化包括HTW 、U-gas 、KRW 、ICC 和
BRICC 等炉型。
流化床气化炉操作温度相对较低，一般为850~
1100℃，反应性好的褐煤及低阶烟煤（次烟煤）更为
合适。从资料看，Winkler 炉使用褐煤至中等黏结性煤，恩德炉以褐煤、长焰煤等为原料；HTW 使用过木材、泥煤、褐煤和次烟煤做原料；U-gas 、KRW 使用过褐煤、次烟煤和烟煤为气化原料；CFB 气化炉使用过褐煤、木材、垃圾等。而ICC 和BRICC 除了褐煤、次烟煤，也试验过瘦煤、无烟煤和焦炭等，但变质程度高的煤气化强度要低一些[4~6]。
正常运行时，流态化床层中绝大部分是灰分，因此该气化方法对原料煤的灰分含量不敏感，能气化含灰30%～50%的高灰煤，当然实际运行时还要考虑
经济性，目前国内大都使用灰分为25%以下的煤。
为确保加料顺利，一般要求入炉煤水分在5%~
10%，含水高的煤需要预先干燥。
流化床是干法排灰，要求ST 最好高于1250℃，如ST 高则可以控制较高的操作温度，有利于提高碳
转化率和气化效率。
由于流化床煤气化相对气速高，煤气带出物较多，小于1mm 的煤粉几乎都逸出炉外，所以有的气化炉如U-gas 要求小于100目的细煤量，至于上限也要求不一，从6~10mm 均有。
常压流化床气化对煤的黏结性有，一般粘结煤太强需要预先破黏。而加压流化床气化可使用强黏结性的煤为原料，如坩埚膨胀序数达8的煤。但应注意加煤过程受热有可能出现的结焦问题。
4气流床气化
气流床气化分为水煤浆进料和干煤粉进料两种方式，与移动床和流化床气化技术相比，其对应的气化炉结构和对煤质的要求也有所差别。
4.1水煤浆进料气流床气化对煤质要求
水煤浆进料气化是最成熟的气流床气化技术，
典型的有美国GE （原Texaco ）气化技术、E-gas 气化技术、我国的对置多喷嘴气化技术、多元料浆气化技术和非熔渣熔渣气化技术等。目前有50台左右在运
图2不同煤种加压气化对煤气组成的影响
第5期·75·
对水煤浆气化技术，原料适应性较广，除褐煤、泥煤及热值低于22940kJ/kg的煤不太适用外，其它包括黏结性煤、石油焦、液化残渣等均可作为水煤浆气化原料，也在中试装置试验成功。目前我国工业化水煤浆气化炉使用的主要煤种为中低变质程度烟煤，如华亭煤、义马煤、神府及东胜煤、宁东煤、鹤岗煤等，也有的使用老年褐煤、石油焦等。实际上，水煤浆气化技术对煤的一些指标仍有要求。
水煤浆进料气化炉内衬耐火砖材料，为减少高温和熔渣对耐火砖的破坏，延长耐火砖使用寿命，气化炉内最高操作温度受到；而该炉型属于液态排
渣，要求煤的灰流动温度低于1350℃，一般则控制低于1300℃。为确保顺利排渣，对操作温度时的灰渣黏度有要求，一般认为最佳黏度应为15～40Pa·s。
尽管也使用过含灰20%~25%的煤做气化原料，但如煤中的灰分过高，会增加氧耗，降低碳转化率和气化效率。另外，排渣负荷也相应增加，操作难度加大。因此，目前的经验是要求灰分含量最好不超过13%。
为减少氧耗，要求水煤浆浓度大于60%，因此一般控制煤的内在水分小于8%；为输送顺利，控制煤浆黏度为1Pa·s左右。
为减少制粉功耗，要求煤的哈氏可磨性指数在50～60以上。
另外，煤中的氯、氟、汞、砷等的含量不宜过高。
4.2干煤粉进料气流床气化对煤质要求
干粉进料气化因采用水冷壁结构，气化操作温度高于水煤浆气化，所以对煤的适应范围也好于水煤浆气化，原则上可以气化所有煤种，但实际使用时还要考虑运行的可靠性和经济性等因素。典型的干粉进料气流床气化技术包括K-T炉、Shell炉、Pren-flo炉、GSP炉、HT-L炉等。
目前，国外的工业化炉主要以褐煤、次烟煤为原料，如Shell使用多种混煤、Prenflo使用烟煤和石油焦混合物、GSP使用过褐煤和多种生物质及垃圾等。表2为荷兰Demkolec的IGCC电厂Shell气化炉及原SCGP-1装置使用的煤质情况[9]。
可见，在试验装置使用了灰分更宽的煤种，而2000t/d商业化装置则使用含灰量16.8%以下的煤。而Prenflo、GSP气化技术也是类似，即商业化装置使用煤质比中试试验装置苛刻。
在我国，由于受煤炭资源、煤炭成本及运输途径等的，许多企业只能利用就近煤炭做气化原料，表3为我国部分干粉进料气化技术的用户及所用煤种情况。
从表3可以看出，我国干煤粉气流床气化使用的煤种从低煤阶的褐煤到高煤阶的无烟煤均有；从流动温度FT值看，大多高于1400℃或更高，一般需要加助熔剂。而受煤源供应的影响，煤中的灰分含量也普遍偏高，一般大于20%，有的厂家甚至使用35%左右的煤为气化原料。显然，灰分高和灰熔点高是影响气化炉无法长周期稳定运行的主要因素之一，也会导致经济性差。另外煤种的不稳也是重要影响因素，如国内有的厂家已使用了20余种煤，甚至1~5d 表2SCGP-1和Demkolec IGCC电厂所用煤质关键组成范围项目SCGP-1Demkolec
水分（ar），% 4.5-30.7 6.2-18.3*9.1-12.6**
灰分（mf），% 5.7-35.09.1-16..7-12.7
O（mf），% 5.3-16.3 3.8-12.4 6.0-9.8
S（mf），%0.3-5.20.3-0.90.4-0.9
Cl（mf），%0.01-0.40.01-0.10.01-0.04
Na2O，%灰0.1-3.10.1-1.40.1-1.4
K2O，%灰0.1-3.30.3-2.30.3-1.8
Ca2O，%灰 1.2-23.70.7-7.9 1.4-7.5
Fe2O3，%灰 5.9-27.8 3.0-16.7 5.9-16.7
SiO2，%灰20.9-58.947.9-67.747.3-67.7
Al2O3，%灰9.5-32.617.2-32.121.1-30.0
热值，MJ/kg22.8-33.1
HHV(mf)
22.2-26.8
LHV(ar)
24.9-26.5
LHV(ar)
*不同煤种之间，**同一煤种
表3我国部分干粉进料气化用户设计或使用煤种[1,2]业主煤种FT℃应城双环河南新密1410
中石化/壳牌湖南煤炭坝煤/神华煤等1390/<1250
柳化广西红茂煤1290
中石化安庆皖北煤1600
中石化枝江潞安1500
云天化云南褐煤1440
云沾化云南曲靖煤1440
永城煤电河南永城无烟煤1440
中原大化河南新密/鹤壁1450
开祥化工河南义马长焰煤1420
大唐国际内蒙胜利褐煤1287
大连大化沈阳西马矿1420
神宁公司宁东混煤
绿色煤电神华煤<1300
濮阳龙宇鹤壁煤
*本表参考了网上资料
·76·步学朋等：煤炭气化技术对煤质的选择及适应性分析第5期
就换一种煤，这显然也不利于长周期稳定操作。在荷兰Demkolec IGCC 电厂，尽管也使用多种煤，如有时
6周左右换煤种，但一般是提前通过理论计算获得
最佳操作控制参数，更换煤时先使用手动调节运行，以优化运行参数；另外如表2所示其煤质如灰分和
FT 温度受到。
中国近几年的运行实践表明，干粉进料气流床气化对煤种适应性要好于水煤浆进料法，为保证顺利运行，一般对入炉煤要求：
全水含量褐煤5%~8%，其它煤<2%，在确保输送过程顺畅的前提下，可适当放宽。
灰分含量一般控制在20%以下，最好在15%以下；如灰分过低，则需要飞灰循环。
灰熔融性温度FT 一般要求低于1400℃，过高需要加助熔剂；而且操作温度时的最佳黏度应为15～40Pa ·s 。
另外，为减少能耗，要求煤的哈氏可磨性指数在
50～60以上；而对入炉煤粒度一般>90μm 和<5μm 的
均控制在10%以下。
5地下气化对煤质要求
地下气化技术上世纪40年代在前苏联得到应
用，分无井式和有井式两种。对无井式地下气化而言，由于开始气流通道细小，煤炭地下气化最适宜的是褐煤、长焰煤、贫煤和无烟煤等无黏结性的煤层；不太适合气煤、气肥煤、肥煤、焦肥煤、焦煤、瘦煤层。因为后面的煤在地下气化过程中会膨胀结焦，可能导致气流通道不畅，鼓风阻力增加；即使这些焦块在气化后期也会燃烧或气化，但此时也将破坏地下气化的最佳状态。
但从我国目前进行的有井式（或有井式和无井式相结合）地下气化试验结果看，由于事先在煤层中建立了大通道，这样，黏结性煤在气化过程中的黏结膨胀行为对通道的堵塞效果不明显，迄今已成功气化了长焰煤、气煤、气肥煤、瘦煤、贫煤和无烟煤等许多煤种。不过，从理论上分析和实际运行效果看，黏结性煤对气化反应速度、煤气质量以及气化的经济指标等还是会带来不利影响。
显然，煤质如热值高、反应性好、透气性好等有利于地下气化。另外，煤层中水含量不宜过高，否则
将影响地下气化运行，严重时将导致气化炉熄灭。
6结语
不同气化技术对煤质的要求是不同的，一般煤制油煤化工项目要根据原料煤的性质选定合适的气化技术，并且尽量使用煤质较好的煤（而不是首选劣质煤）。考虑到我国煤源的分布情况以及供应现状，首先应尽量选定单一、稳定的煤源；其次可考虑配煤，及将当地便宜的高灰、高灰熔点煤与其它适宜煤种混合，达到降低灰分含量和流动温度FT 的目的。
针对我国一些较特殊煤种如褐煤和高灰、高灰熔点煤，褐煤反应性高，目前除了水煤浆气化外其它气化技术均可使用，但对移动床气化需要提高褐煤的热稳定性，可考虑采用热压成型的方法，既降低了水分，也提高了煤强度和热稳定性。对高灰流动温度煤，用于气流床气化时刻考虑添加石灰石等降低灰熔点，但如原煤灰分过高就不合适。高灰煤尽量用于移动床和流化床气化，但也不宜太高，否则不经济。另外，对高灰熔点煤可采用气流床干法排灰方式气化，或部分气化（分级气化）方式。
从国外气化技术使用情况及发展趋势看，气化技术用于处理生物质和垃圾也是一个发展方向，如
BGL 、CFB 、GSP 、Shell 等均处理过煤与生物质、垃圾
混合物等。因此，将来不排除一些气化装置专门用于处理生物质或垃圾，这样不仅可得到煤气，而且可以减排二氧化碳。
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（下转第81页）
第5期
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题的解决途径探讨.2006中国煤炭加工与综合利用技术、市场、产业化信息交流会暨发展战略研讨会[R].湖北宜昌，2006，86~93.
作者简介：步学朋（19－），博士，研究员，从事煤气化技术开发、工程研究20余年，中国神华煤制油化工有限公司北京研究院气化所所长。
Discussion on the material procurement management of coal chemical industry project from the example of the procurement of coal-base alkene
project of Shenhua Ningxia Coal Group
Yao Jie
(Shenhua International Business Co.,Ltd，Beijing，100011，China)
Abstract:Coal chemical industry is the typical fund-intensive and technology-intensive project.As the important part of the project management,the material procurement management in the project construction plays the key role in the success and failure of the project.This text focuses on elaborating the material procurement mode of coal chemical industry project,the selection and management of supplier,the organization and implementation of the owner self-procurement and the measures of lowering the procurement cost by combining the key project of Ningxia Ningdong Energy and Chemistry Industry Base,the procurement reality of coal-base alkene project of Shenhua Ningxia Coal Group.
Key words:Coal chemical industry；The procurement mode of material；The selection and management of supplier；The lowering of procurement cost
（收稿日期：2009-09-25责任编辑：杨志平）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第77页）
The analysis of coal gasification technology on the selection and analysis of coal quality
Bu Xueming Ren Xiangkun Cui Yongjun
(China Shenhua Coal-Oil Chemical Industry Corporation Limited，Beijing，100011，China)
Abstract:This text briefly introduces the gasification technology of moving bed,fluidized bed and the current status of underground coal gasification and analyzes the requirements of different gasification technologies on coal quality including the requirements on granularity,ash content,moisture content,reactiveness,stability,drop strength,cohesiveness,grindability,fusion temperature of coal ash,viscosity of clinker and slurryability of the coal put into furnace.
Key words:Coal gasification；Coal quality；Gasification technology；The analysis of adaptability
（收稿日期：2009-09-25责任编辑：杨志平）第5期姚洁：从神宁集团煤基烯烃项目采购实例谈煤化工项目物资采购管理·81·下载本文
