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摘要：随着时代的发展，煤、石油等不可再生能源枯竭和燃烧污染物引发的环境污染问题一直是当下社会的热点问题，因此有关企业和部门一直在进行科学研究，以提高煤炭资源利用率，减少其污染物副产物。早在上个世纪就有国家利用煤炭气化成煤气，以煤气制取合成气，这种方式已经成为了现代煤化工业的基础。本文结合当下有关企业正在利用的煤炭气化技术，简要分析当下煤炭气化工艺技术的种类及其气化炉应用技术。
关键词：煤炭气化技术；气化炉；应用
煤炭气化是指在特定温度和压力条件下，使煤炭与氧气添加剂发生一系列反应，将碳原子和氢原子转化为一氧化碳、氢气、甲烷等可燃性气体和少量惰性气体的过程。目前将煤炭气化工艺分为三类，分别是固定床气化、流化床气化和气流床气化。
一、固定床气化
固定床气化又称流动床气化，是指在气化过程中，原料煤炭由气化炉顶部进入气化炉，氧气等添加剂从气化炉底部进入，两者逆方向接触，煤炭颗粒由于受到添加剂向上的推力，使得煤炭的下降速度非常慢，床层高度基本维持不变[1]，因此在研究是可以将其视为处在固定不动的状态，常见的有Lurgi加压气化炉、鲁奇气化炉。
1.Lurgi加压气化炉
Lurgi加压气化炉是上个世纪三十年代德国鲁奇公司研究开发的煤气化技术，在正常工作时，其气化炉内压力处在2.5-4.0MPa，温度在800-900摄氏度。该气化炉以小块煤为原料，蒸汽-氧气连续送风中生成粗煤气，粗煤气中含有焦油和酚等污染物，经热回收和除油后，含有约10%-12%的甲烷和不饱和烴，适宜用作城市煤气，气化炉示意图如图1所示：
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图1：Lurgi加压气化炉
2.BGL气化炉
BGL炉是在Lurgi加压气化炉基础上进行改进，将固体原料转化为粗煤气，一般情况下气化炉内工作压力为2.5-3.0MPa，温度为1400-1600摄氏度，灰渣是以液态从炉内排出。与传统的Lurgi加压气化炉相比，煤种适用范围更广，气化效率高，对环境的污染也减少，其气化炉示意图如图2所示；
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图2：BGL气化炉
二、流化床气化
流化床气化，其气化原料是0-10mm的小颗粒煤，小颗粒煤在由下往上的添加剂气流作用下，一直在炉内保持着悬浮状态和无次序的沸腾，均匀进行热交换。常见的由U-Gas气化炉和KRW气化炉。
1.U-Gas气化炉
U-Gas气化炉是美国公司开发，主要用于高灰度和高硫度煤气化，原料煤粒度在0-6mm，炉内气化压力在0.25-1.0MPa，温度在950-1050摄氏度，这种气化炉内灰成分中熔点较低的部分像熔化，并与其他未熔化的灰黏结在一起，形成团聚[2]，这种工艺的优势是对灰渣的流动性要求不高，同时易于处理对环境污染较小，其气化炉示意图如图3所示：
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图3：U-Gas气化炉
2.KRW气化炉
KRW气化炉同样也是采用灰团聚的流化床气化炉，与U-Gas气化炉相同，但是两者的底部排灰方式不同，在KRW气化炉中，煤和添加剂一起从底部通过一个喷嘴进入反应器，煤得裂解和燃烧反应发生在底部喷嘴的附近，产生的热量可以快速传给整个床层，其气化炉示意图如图4所示：
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图4：KRW气化炉
三、气流床气化
气流床气化，与固定床气化正好相反，是一种同向并流床气化，煤炭原料为100µm粒度以下的煤粉或是水煤浆，添加剂和煤炭原料均从气化炉顶部进入气化炉内，煤炭原料在高温下与添加剂发生化学反应，生成的气体经由冷却、除尘等工序进一步处理，残渣由气化炉底部排出，常见的有Texaco水煤浆气化技术、GSP煤粉气化技术。
1.Texaco水煤浆气化技术
Texaco水煤浆气化工艺中气化炉分为燃烧室和冷激室两部分，上部为燃烧室，是气化反应的场所，内衬三层作用不同的耐火砖和耐火材料。下部为冷激室，安装有激冷环、下降管、导气管等。煤浆槽中的水煤浆被送至气化炉中后，煤浆和氧气经由炉顶喷嘴进入炉内，在1300-1400摄氏度温度下，进行裂解、燃烧、气化反应生成粗煤气，反应后的粗煤气和熔渣一起经气化炉底部冷激室冷激后，使气体和固体残渣分开，固体残渣从气化炉底部排出，同时高温的粗煤气经过降温，把热量传递给水，产生大量水蒸气，粗煤气和水煤气的混合器送出气化炉[3]。气化炉内反应很复杂，影响因素包括煤种、氧煤比、煤浆浓度、烧嘴压差、雾化程度等，在气化炉内可能会进行以下化学反应：
CmHnSr+O2=CO+H2+H2S+Q
CmHnSr+O2=CO2+H2O+COS+Q
a.2C+O2=2CO+Q1
b.C+O2=CO2+Q2
c.2CO+O2=2CO2+Q3
d.H+
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O2=H2O
e.C+H2O=CO+H2-Q4
f.CO2+H2=CO+H2O-Q5
g.CH4+H2O=CO+3H2-Q6
h.C+CO2=2CO-Q7
i.CH4=C+2H2
j.COS+H2O=H2S+CO2
k.11C+O2+H2=HCOOH
l.12N2+3H2=2NH3
m.13N2+H2+2C=2HCN
n.CO+H2O=CO2+H2+Q8
O.CO+2H2=CH4+Q9
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图5：Texaco气化炉
2.GSP煤粉气化技术
GSP煤粉气化炉，炉内工作压力在2.5-3.0MPa，气化温度在1800-2200摄氏度，其工作原理与Texaco气化炉类似，煤种适用范围广，反应室中有水冷壁，使残渣在耐火层表面形成一层保护膜，对耐火层起到保护作用[4]，煤炭气化转化率较高，其气化炉示意图如图6所示：
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图：6：GSP气化炉
3.清华炉
清华炉是通过氧气的分级加入，将煤的气化反应过程从三个阶段增加到五个阶段，分别是脱水和挥发、燃烧、气化、再燃烧、再气化。煤炭颗粒由气化炉顶部进入气化炉，首先采用纯氧作为添加剂，并严格控制好碳氧比，使气化炉内温度始终处在灰熔点以下，第二次补充氧气，使气化炉内温度达到灰熔点以上，使气化炉内的转化更加完全，即完成一次完整的气化过程。这种多级给氧方式是利用气化炉主烧嘴和侧壁氧气喷嘴实现的，主烧嘴给氧会在气化炉顶部形成一个缺氧的区域，该区域内的原料没有发生气化反应，而第二次在侧壁喷嘴在水平方向给氧，可以使气化炉顶端的原料和氧气充分混合，发生气化反应，提高了气化反应效率，其气化炉示意图如图7所示：
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图7：清华炉简易工艺图
4.HT-L气化炉
HT-L气化炉又称航天炉，以煤粉为原料，煤种适用范围广，高水分、高灰、高硫的煤种都可以用此法气化，气化炉为水冷壁结构，工作压力为2.0-4.0MPa，气化温度为1400-1600摄氏度，其气化炉示意图如图8所示：
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图8：HT-L气化炉
结语
总而言之，随着时代的发展和现代化工产业建设，我国对煤气化技术的要求也不断提高。近些年，高新煤气化技术纷纷登场，我国相关产业要结合自身企业发展属性，科学合理的选择适合自己的煤气化技术，既可以满足自身所需，也能提高经济效益。同时有关科研部门也要总结以往经验，不断完善和创新煤气化技术，促进我国煤气化技术的安全、节能、高效。
参考文献：
[1] 宁超，仇静昕，谭延泽.煤炭气化炉应用技术的思考[J].化工管理，2018（7）：141-141.
[2] 商晓甫，马建立，张剑，等.煤气化炉渣研究现状及利用技术展望[J].环境工程技术学报，2017，7（6）：712-717.
[3] 牛国芳.现代煤化工项目煤气化技术的应用和探讨[J].当代化工研究，2018（1）.
[4] 崔书明.碎煤加压熔渣气化炉运行分析探讨[J].煤化工，2017，45（5）：49-52.
作者简介：
魏征（1992-12-）性别：男 民族：汉 籍贯：新疆 学历：本科现工作单位：神华新疆化工有限公司