代表工藝:魯奇爐(Lurgi)、BGL 液態(tài)排渣爐。
原理:塊煤與氣化劑逆流接觸,在常壓或加壓條件下反應(yīng),灰渣以固態(tài)或液態(tài)排出。
優(yōu)勢:原料適應(yīng)性較廣(褐煤、無煙煤等),煤氣中甲烷含量高(約 10%),適合生產(chǎn)城市煤氣和燃料氣。
局限:需塊煤、焦油和含酚污水處理復雜,環(huán)保壓力大,逐漸被淘汰。魯奇爐在國內(nèi)多用于早期項目,如大唐克旗煤制天然氣項目。
代表工藝:灰熔聚氣化爐、恩德爐。
原理:碎煤在氣流中呈流化狀態(tài)反應(yīng),爐內(nèi)溫度均勻,適合活性高的煤種。
優(yōu)勢:原料粒度要求低(0-10mm),投資和氧耗較低,適合中小型氮肥廠。
局限:操作壓力低,飛灰處理和綜合利用問題待解。中科院山西煤化所的灰熔聚技術(shù)已實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。
代表工藝:水煤漿氣化(多噴嘴對置式、GE 水煤漿)、粉煤氣化(Shell、航天爐、晉華爐)。
原理:粉煤或水煤漿與氣化劑高速噴入爐內(nèi),在高溫(1400-1700℃)下短時間完成反應(yīng),灰渣液態(tài)排出。
優(yōu)勢:煤種適應(yīng)性廣(包括高灰熔點煤),碳轉(zhuǎn)化率超 99%,有效氣(CO+H?)含量達 85%-90%,適合大型煤化工項目。
技術(shù)突破:
多噴嘴對置式水煤漿氣化:由華東理工大學等研發(fā),已推廣至兗礦國泰等 12 家企業(yè),單爐日處理煤量達 2000 噸。
航天爐(HT-L):航天科技集團開發(fā),采用水冷壁結(jié)構(gòu),連續(xù)運行周期達 485 天,市場占有率超 50%。
晉華爐 3.0:潞安化工機械與清華大學聯(lián)合研發(fā),集成水煤漿、水冷壁和輻射式蒸汽發(fā)生器,解決高灰熔點煤難題,已應(yīng)用于新疆天業(yè)等 27 家企業(yè)。
SE 東方爐:中國石化開發(fā),可處理粉煤、重質(zhì)油、生物質(zhì)等原料,國產(chǎn)化率 100%,單爐日處理重油 1200 噸,協(xié)同處理煉廠廢棄物。
中國石化:主導 SE 東方爐系列技術(shù),覆蓋粉煤、水煤漿、重質(zhì)油等原料,在鎮(zhèn)?;囟趯崿F(xiàn)日處理重油 1200 噸的規(guī)模化應(yīng)用,并探索生物質(zhì)摻燒降碳。
神華集團:神華榆林循環(huán)經(jīng)濟項目采用煤氣化與煤直接液化耦合技術(shù),配套 300 萬噸 / 年 CCUS 項目,推動煤化工低碳轉(zhuǎn)型。
航天科技集團:航天爐技術(shù)市場占有率超 50%,連續(xù)運行周期全球領(lǐng)先,應(yīng)用于煤制甲醇、乙二醇等領(lǐng)域。
潞安化工機械:晉華爐 3.0 技術(shù)迭代至第四代,實現(xiàn)全熱回收和原料多元化,累計簽約 95 臺套)。
華東理工大學:多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)打破國外壟斷,在兗礦、華魯?shù)绕髽I(yè)廣泛應(yīng)用)。
國家戰(zhàn)略:
十四五規(guī)劃:明確煤炭清潔利用方向,支持煤氣化技術(shù)升級和 CCUS 示范。
雙碳目標:推動煤氣化與綠氫、CCUS 結(jié)合,如榆林煤制清潔燃料項目配套 400 萬噸 / 年 CO?捕集裝置。
地方政策:
山西省提出到 2025 年 40% 的煤制甲醇產(chǎn)能達到能效標桿水平,推廣晉華爐等先進技術(shù)。
河南省支持煤礦區(qū)煤層氣開發(fā),推動瓦斯綜合利用和 CCUS 項目。
市場規(guī)模:2024 年中國煤氣化市場規(guī)模達 176.81 億元,預(yù)計 2030 年復合增長率 22.8%,氣流床技術(shù)主導市場。
高能耗與水耗:
氣流床氣化噸氨綜合能耗約 1.34 噸標煤,接近國家標桿值,但仍需優(yōu)化余熱回收(如晉華爐 3.0 副產(chǎn)高壓蒸汽)。
水煤漿氣化噸氨耗水約 15-20 噸,需推廣廢水零排放技術(shù),如神華榆林項目配套污水處理設(shè)施。
環(huán)保壓力:
固定床氣化的焦油和含酚污水問題需通過加氫精制和生化處理解決,晉華爐等新技術(shù)已實現(xiàn)低污染排放)。
CCUS 技術(shù)成為減排關(guān)鍵,齊魯石化 - 勝利油田百萬噸級 CCUS 項目年封存 CO? 100 萬噸,中國石化鎮(zhèn)海基地項目探索 CO?制化學品。
技術(shù)瓶頸:
高端應(yīng)用(如 IGFC 發(fā)電)依賴固體氧化物燃料電池(SOFC)突破,重慶大學牽頭的國家重點研發(fā)計劃正攻關(guān)煤制合成氣直接發(fā)電技術(shù)。
煤種適應(yīng)性仍需提升,航天爐通過煤質(zhì)特性數(shù)據(jù)庫優(yōu)化設(shè)計,可處理高硫、高灰煤。
技術(shù)迭代:
大型化與智能化:單爐日處理煤量向 4000 噸級邁進,SE 東方爐實現(xiàn)全流程數(shù)字化管控,生產(chǎn)效率提升 30%。
多原料耦合:探索煤與生物質(zhì)、廢塑料共氣化,如中國石化在中安聯(lián)合實現(xiàn)生物質(zhì)摻燒 20%。
綠色轉(zhuǎn)型:
CCUS 深度融合:神華榆林、榆林煤制清潔燃料等項目推動 CO?捕集與驅(qū)油、化工利用一體化)。
綠氫替代:榆林項目規(guī)劃 30% 綠氫替代率,降低煤制燃料碳排放。
應(yīng)用拓展:
氫能與化工新材料:煤氣化制氫用于燃料電池和高端化學品(如 POE 膠膜),突破國外壟斷。
區(qū)域能源中心:推廣 “氣化島” 模式,如貴州推動工業(yè)園區(qū)集中供氣,降低成本和污染。