Luigr與GSP煤氣化工藝對比研究

劉杰　易榮

摘 要 煤氣化技術是煤化工發展的核心技術，本文就兩種常用的煤氣化技術從工藝、技術、環保、投資、可靠性等多個方面進行了對比。

關鍵詞 煤氣化 Luigr GSP

煤炭氣化是煤炭轉化的主導途徑之一，也是煤化工技術的核心。氣化過程是煤炭的一個熱化學加工過程，它是以煤或煤焦為原料，以氧氣（空氣、富氧或工業純氧）、水蒸氣、CO2等為氣化劑，在高溫條件下通過化學反應將煤或煤焦中的可燃部分轉化為可燃性氣體的工藝過程。氣化時所得的可燃氣體稱為煤氣，進行氣化的設備稱為煤氣發生爐或氣化爐。不論采用何種氣化爐，產生的煤氣都需經過凈化、變換工段才能作為原料氣使用。故氣化爐的不同是各氣化工藝最大的區別。目前，Luigr工藝與GSP工藝是工業應用中的最為成熟、應用最為廣泛，且是設計首選的工藝技術。本文就這兩種工藝的特點進行比較。

一、Luigr工藝

1.Luigr氣化工藝概況。Luigr氣化工藝是由德國Luigr公司開發設計的以塊煤為氣化原料的移動床加壓氣化技術。煤塊由氣化爐頂部加入，氣化劑由氣化爐底部通入，煤料與氣化劑在氣化爐內逆流接觸。煤在氣化爐內從上向下經過干燥層、干餾層、甲烷層、氣化層（還原層）、氧化層和灰渣層，而氣化劑從下至上進入煤料床層內，一次被預熱并與煤焦發生燃燒及氣化反應，產生高溫煤氣的顯熱使原料煤干餾和干燥，同時降低了出口煤氣的溫度，有利于后序煤氣的凈化。灰渣的顯熱預熱了入爐的氣化劑后，落入灰鎖，間斷性地卸到渣箱內，定期排出。液態排渣魯奇爐特別適合于氣化高揮發分、低反應性的次煙煤，而固態排渣魯奇爐又非常適合處理高灰、高灰熔融性及高反應性的煤，兩者可相互補充。但魯奇固態排渣氣化爐在使用焦粘結性煤時，容易造成床體堵塞，使氣流不暢，煤氣質量不穩定。另外，由于煤在爐內需停留0.5 h～1h，因而單爐氣化容量無法設計很大。

2.Luigr氣化工藝的特點。（1）原料使用范圍廣。除黏結性較強的煙煤外，從褐煤到無煙煤均可氣化。（2）氣化壓力高、氣流速度低，可氣化碎煤。（3）可氣化水分、灰分較高的劣質煤。（4）單爐生產能力大。（5）氣化過程是連續的，有利于實現自動控制。（6）設備和管道尺寸小。（7）氣化較年輕的煤時，可以得到各種有價值的副產品。（8）通過改變壓力和后續工藝流程，可以獲得不同比例的化工合成原料氣。典型Luigr氣化工藝流程見圖1。

二、 GSP工藝

1.GSP氣化技術概況。GSP氣化技術是由原東德的德意志燃料研究所開發的加壓氣流床氣化技術。20世紀70年代，前民主德國燃料研究所在弗萊堡先后建成熱負荷為3 MW、5 MW的中試裝置，對幾十種煤進行了試驗。1984年在黑水泵氣化廠建成投煤量為720 t/d的示范裝置。該套裝置以煤為原料一直運行到1991年，后來將原料改為焦油、油渣等。

GSP氣化技術科采用干煤粉和水煤漿兩種方式進料，氣化溫度達1400 ℃～1700 ℃。壓力最高達8 MPa，碳轉化率達99%，開工方便，無需備爐，設備投資和運行費用相對較低。工業技術成熟，目前有5套裝置運行，國內尚無示范裝置。原料煤經粉碎、干燥后，在球磨機中磨成80%以上的煤粉，粒度小于0.2 mm，并同除塵器中返回的飛灰一起，經系統與氧氣、水蒸氣一起通過爐頂的單燒嘴噴入氣化爐發生氣化反應，生產粗煤氣和熔渣并向下流，進入激冷室。粗煤氣經脫氧水噴淋降溫到220 ℃，送入洗滌塔洗滌除塵，接著進行粗煤氣的變換、冷卻、冷凝和脫硫，最后送至往后工序。

2.GSP氣化工藝的特點。（1）煤種適應性強。（2）技術指標優越。（3）氧耗低。（4）設備壽命長，維護量小，連續運行周期長，在線率高。（5）開、停車操作方便，且時間短。（6）操作彈性大。（7）自動化水平高。（8）對環境影響小。（9）工藝流程短。

三、Luigr和GSP氣工藝技術對比

Luigr氣化工藝與GSP氣化工藝的主要特性對比，見表1。

1.結構方面。GSP氣化爐結構較為簡單，氣化爐較大，使用穩定性較好；Luigr爐由于煤鎖體系較為復雜，導致其整體結構較為復雜，且氣化爐較小。但由于GSP爐需進口，而Luigr爐則基本實現國產，故這兩種工藝的氣化裝置的投資費用相差不大，GSP稍高。

2.工藝產品方面。GSP氣化工藝產品主要為煤氣，副產物種類和產量都較少，粗煤氣中CO、H2含量較高，達到95%左右，煤氣化程度較高；Luigr碎煤加壓氣化所產出的粗煤氣中，H2、CO2含量較低，為60%左右，且產品除了煤氣之外，還主要副產煤焦油。但煤化工的兩條最主要合成路線——甲醇合成和SNG合成，其合成產品量都是由氫氣的量決定的，而GSP工藝所產生的爐氣中CO的量遠高于H2（CO約為71%，H2約為24%），故大量的CO需經變換反應生成H2，同時產生大量CO2，使得大量碳質被浪費，而Luigr工藝的爐氣中CO約為25%，H2約為40%，CO需要變換的量較少

3.環境影響方面。GSP工藝的廢氣量高于Luigr工藝（GSP工藝約為Luigr工藝的2倍），其原因一方面是由于GSP的耗空氣量較大，空分規模高于Luigr工藝，大量污氣N2被排放；另一方面是大量CO需經變換反應生成CO2，CO2基本直接被排入大氣中。N2和CO2成為GSP工藝廢氣量較高的主要因素。GSP工藝的廢水量低于Luigr工藝，這是由于Luigr工藝會產生焦油，故需要進行油氣水分離階段，導致污水增多。GSP工藝的廢固量高于Luigr工藝，這是由于Luigr工藝中有部分不易氣化的殘炭進入焦油中，成為焦油中的重要組成部分，而GSP工藝則只能將這部分殘炭排入廢渣中，因此導致廢固量增加。

4.整體投資方面。GSP工藝與Luigr工藝相差不大。分析投資組成，二者差距較大的裝置為空分裝置和公用工程。GSP工藝的耗氣量較大，其空分裝置規模較大，GSP工藝空分裝置的投資約為Luigr工藝的2倍。由于Luigr工藝有副產品煤焦油，導致污水處理部分的流程長，故投資費用遠高于GSP工藝，約為GSP工藝的20倍。GSP工藝需處理的廢水量小，環保投資較低。

四、結束語

GSP工藝與Luigr工藝目前都有正式的生產應用，都屬于較為成熟的工藝技術，但我國引進Luigr工藝時間較長，對工藝的消化吸收較好，所有設備基本實現國產。而GSP氣化工藝由于引進的時間較晚，主體設備需要進口。

參考文獻

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