泽玛克熔渣气化技术

   德国泽玛克清洁能源技术有限公司 

上海泽玛克敏达机械设备有限公司（简称泽玛克）成立于2002年6月。公司总部位于上海陆家嘴，是上海市高新技术企业。公司建成之初从事于向国内外用户提供先进的物料破碎、筛分、干燥、成型、输送等技术和设备，继2005年收购德国泽玛克公司及其技术研发团队和知识产权，2010年收购英国煤气公司先进的熔渣气化技术（BGL）之后，公司逐步成为集技术研发、设备供应、技术许可、技术服务为一体的具有较强竞争力的高新技术企业。

泽玛克熔渣气化技术是20世纪50～90年代由英国煤气公司和德国鲁奇公司为生产煤制天然气耗资3.5亿英镑开发出的先进的煤气化技术，研发时间长，数据库丰富，模拟软件完善，技术成套性好。2000年至2007年，该技术在德国黑水泵二次废物利用中心首次实现了商业化运行，证明该技术工业运行成熟可靠，原料适应范围广，气化指标先进。2004年，该技术向中国云南煤化工集团有限公司许可，开始进入中国市场。2010年，泽玛克收购该技术，继承该技术所有的权力和义务，成为该技术的唯一合法拥有者，进行国内外的技术许可业务。

　　一泽玛克熔渣气化技术概述

　　1、工艺流程  

　　本工艺技术主要由气化工段和煤气水分离工段组成。

　　来自储仓中粒度合格的原料块煤（5～50mm），通过皮带输送机输送至气化炉上部煤仓，常压下靠重力加入煤锁，煤锁加压后经过渡仓加入气化炉顶部。进入气化炉的原料自上而下移动，依次经过预热、干燥、干馏、气化及燃烧区，与气化炉下部鼓风口喷入的蒸氧混合物进行燃烧和反应，生成的合成气上行与炉内原料充分换热后离开气化炉。粗煤气进入洗涤冷却器洗涤冷却，再进入废锅换热后出界区，粗煤气温度稳定，从而粗煤气中水汽比稳定，有利于下游装置稳定操作和控制。炉底渣池内液渣经激冷室激冷后成玻璃态碎渣排出。

　　气化工段和粗煤气变换冷却工段产生的含尘煤气水及含油煤气水经煤气水膨胀器后分别进入焦油分离器及油分离器，靠重力分离其中的尘、焦油及中油，之后煤气水进入双介质过滤器除去剩余的尘及油，过滤后的煤气水送出界区。

图/泽玛克熔渣气化炉示意图  

　　2、技术特点  

　　泽玛克熔渣气化炉在结构上有以下特点：采用双煤锁进料，运行稳定可靠；采用过渡仓，保证入炉原料连续稳定；专有的布煤盘设计，保证炉内物料分布均匀，降低粗煤气带尘量；专有的搅拌器技术和设计，允许使用强粘煤或焦煤，拓宽了原料来源范围；气化炉内壁堆焊，内衬耐火砖和气体吹扫，防止夹套内壁侵蚀和腐蚀；鼓风口、渣池及烧嘴设计合理，确保使用寿命；激冷室、渣锁常温水循环，工况条件好，锥阀寿命长；可视烧嘴和排渣系统，安全可靠；控制监测手段多，全自动化生产容易。

　　具体技术指标要求如下：

表/气化煤种主要指标要求  

内容  要求  备注  
 粒度范围  5mm～50mm  块煤，跟据煤质情况可适当调整  
 水份  <40wt%

　　水份低可提高气化效率，降低煤气水产量

灰份  <30wt%  灰份低可提高气化效率  
 灰熔点  无特殊要求  助溶剂的添加量与灰分总量控制  
 粘温特性  无特殊要求

　　无垂直水冷壁挂渣，不要求温度操作窗口

粘度  排渣要求  渣池内液渣粘度控制  
 氯含量  <0.6wt%  对废水处理要求  
 硫含量  <6.0wt%  对酸性气脱除要求  
 钾钠含量  <10.0wt%

　　灰中钾钠含量，对耐火材料和夹套内壁材质要求

机械强度  越高越好  
 热稳定性  越高越好

　　目前泽玛克熔渣气化技术工业生产中使用的煤种TS+6最差只有20%多，不影响正常生产。但该指标低会导致炉上带出物增多，需要增强粗煤气洗涤，强化煤气水分离。含尘焦油返炉，利用焦油的粘结作用将洗涤下来的煤尘带至气化炉高温处反应消耗，而油会被重新蒸馏出来，过程中会发生小部分加氢裂解，重质油产量下降轻质油产量上升，这是降低粗煤气带尘量，处理含尘焦油，提高气化炉负荷，提高油品质量的有效应对措施之一。

表/泽玛克熔渣气化炉典型气体成份  

组分  美国南中心能源（SNG设计）  德国黑水泵（生产数据）  新疆某地（设计）  金新化工（生产数据）  中煤图克（生产数据）  
 H2  28.4  28  24.4  29.5  28  
 CO  54  56  58.3  37  58  
 CH4  6.8  7  7.3  7.82  7  
 CO2  9.1  3  8.6  17  4.5  
 其他烃类  0.6  1  1.0  0.48  0.5  
 不燃物  1.1  5  0.4  8.2  2  
 热值MJ/Nm3  12.8  13  12.7  12.03  13.1  
 气化原料  褐煤  烟煤  长焰煤  褐煤  次烟煤

　　3、技术优势  

　　泽玛克熔渣气化技术为煤制天然气而研发，该技术对煤种适应性广，可直接气化其他气化技术需预处理的煤种，如褐煤、长焰煤等，在年轻煤种上优势明显。随着节能减排、环保要求日趋严格，该技术也将更多的应用于煤制油、甲醇、合成氨、IGCC等项目。

　　对比其他固定床气化技术，泽玛克熔渣气化技术具有如下优点：

　　气化强度高，处理能力大单炉处理能力超过1000吨/天，采用高压大直径炉型，每天处理煤量接近2000吨，可大幅降低大型项目的气化装置的设备台数，节约投资，减小管理维护成本。

　　自动化程度高，操作容易区别于传统的固定床，泽玛克熔渣气化技术设置了较多的测量点与控制点，让运行可测可视，大大降低了对操作员操作经验的依赖。同时气化装置运行可全程投自动，进一步降低了操作员的工作量。合理完善设计的安全联锁系统保证装置操作运行的本质安全。

　　有效气成份高，碳转化率高，煤耗低无烟煤和优质烟煤气化有效气（H2+CO）接近90%，长焰煤气化有效气85%以上，与气流床相当，远高于同类固定床粗煤气指标，同时渣中残炭量低于1%，碳转化率高于99%，因此，单位化工产品煤耗低于同类气化技术。

　　蒸汽耗量低，分解率高，废水量小  泽玛克熔渣气化技术的汽氧比约为0.9～1.0kg/Nm3，远低于鲁奇炉的汽氧比（5～9左右），相同的氧负荷下蒸汽用量大幅减少，且喷入炉内的水蒸气绝大部分参与气化反应，分解率超过90%，因此，煤气水产量只有鲁奇炉的1/5到1/6甚至1/7，大大降低了酚氨回收及废水处理的负荷。较低的蒸汽耗量也降低了锅炉装置投资和燃料煤的消耗，提高了全厂能效。

　　对比其他气流床气化技术，泽玛克熔渣气化具有如下优点：

　　投资省，运行维护成本低  由于其技术特点，气化炉炉体及其附属设备采用常规压力容器钢材，国内就近加工制造，设备投资少，运输、安装成本低，建设周期短，气化岛（单台炉系列）完全建成投用不超过0.9亿人民币；气化负荷调整范围宽，负荷调整迅速，开停车方便，气化炉冷备开车10小时左右粗煤气可并网，热备10分钟左右粗煤气可并网，4小时内可实现计划停炉停车，大大降低了运行成本；复杂设备少，易损件少，维护成本低。

　　煤种选择范围宽，适应性强  可直接气化石油焦、无烟煤、烟煤、次烟煤、褐煤，以及这些煤种的混合原料及型煤，对高灰熔点煤种仅需添加助熔剂或配煤调整粘度；操作过程中气化炉对煤质变化不敏感，可在线快速切换不同原料。得益于气化炉内自平衡煤床及一定容积的渣池，缓冲能力强，操作稳定性好。

　　氧耗低  由于兼具气流床气化和固定床逆流气化原理，大大提高了气化热效率，使气化过程的氧耗较气流床气化大幅度降低，氧耗低于水煤浆气化的1/2，低于粉煤气化的2/3，显著节省了空分等装置的投资和消耗。

　　副产品多，全厂能效高  气化粗煤气中除CO+H2外，还副产CH4、焦油、中油、酚、氨、石脑油等副产品，相同产量CO+H2的煤耗与气流床接近，即副产品并没有多增加煤耗，因此大大节约了煤炭资源和提高了煤炭转化效率，有效切合了煤从燃料往原料转变的现代煤化工理念。

表/气化技术参数表  

气化技术类型  固定床  
 气化技术名称  泽玛克熔渣气化技术  
 煤的粒度范围  5mm～50mm  
 煤的工业分析  水份<40wt%，灰份<30wt%  
 操作条件  操作压力2.5MPa～7.0MPa  
 典型粗煤气组成

CO：37%～65%（v）

H2：24%～30%（v）

CH4：6%～9%（v）

CO2：4%～17%（v）

工艺指标
氧耗

　　比氧耗＜200Nm3/KNm3

（O2/CO+H2+4CH4）

蒸汽消耗  蒸氧比＜1kg/Nm3（H2O/O2）  
 煤气产量

　　比煤耗＜500kg/KNm3

　　（干基/CO+H2+4CH4）

碳转化率  ＞99%  
 适合工业领域

　　适合生产合成氨、甲醇、油品、天然气等

表/泽玛克熔渣气化技术许可项目表  

地点  企业  炉型/单炉能力  运行时间  产品  台数  
 英国西田  Demonstration  300t/d，25bar，1.8m  1974～1983  研发  1  
 英国西田  Demonstration  500t/d，25bar，2.3m  1984～1990  研发  1  
 英国西田  Demonstration  200t/d，70bar，1.2m  1991  研发  1  
 德国  黑水泵  840t/d，30bar，3.6m  2000～2007  甲醇  1  
 中国  云解化  2.3m  2006  鲁奇炉改造、合成氨  1  
 中国  云煤瑞气  30bar，3.6m  2009～至今  甲醇  3+2  
 中国  云煤先锋  45bar，3.6m  2013～至今  甲醇  5+3  
 中国  金新  1200t/d，40bar，3.6m  2011～至今  合成氨  2+1  
 中国  一拖  1000t/d，30bar，3.6m  预计2015  工业燃气  1+1  
 印度  Shriram  30bar，3.6m  预计2015  合成氨  2  
 中国  中煤一期  1000t/d，40bar，3.6m  2013～至今  合成氨  5+2  
 中国  龙煤天泰  1000t/d，40bar，3.6m  预计2015  甲醇  2+1  
 中国  中煤二期  1000t/d，40bar，3.6m  预计2015  合成氨  2+1

　　二运行案例

　　呼伦贝尔金新化工有限公司在内蒙古呼伦贝尔地区建设年产50万吨合成氨80万吨尿素装置，采用泽玛克熔渣气化技术，建设3台气化炉2开1备，设计采用褐煤型煤为气化原料（含水量6.9%wt）。气化装置从2011年9月开始试车，实际采用褐煤块煤为气化原料（含水量约33%wt～35%wt）。截至目前，该项目单炉最长运行时间超过100天，气化装置连续制气接近200天,进入连续稳定运行期。

　　中煤图克鄂尔多斯能源化工有限公司在内蒙古鄂尔多斯地区建设两套年产50万吨合成氨80万吨尿素装置，采用泽玛克熔渣气化技术，建设7台气化炉5开2备，设计采用烟煤为气化原料（含水量8.74%wt）。气化装置从2013年12月31日开始点火试车，实际采用次烟煤为气化原料（含水量约15%wt）。首台气化炉于2013年12月31日一次开车成功，单台气化炉首次运行即超过60天，并多次实现冷备不挖炉开车成功。截至目前，中煤图克多台气化炉最长运行时间已经达到或超过70天。

　　三技术展望

　　目前泽玛克已开发出泽玛克块粉一体炉气化技术。新开发的泽玛克块粉一体炉气化技术是在鼓风口喷入蒸汽氧气的同时，再喷入干煤粉或水煤浆，这样形成气化炉上部投块煤、下部喷粉煤同时进行的气化模式。

　　泽玛克块粉一体炉气化技术在英国西田气化炉上做过多次多个煤种不同煤粉负荷的运行，粉煤喷入运行后：气化炉床层更加稳定；气化炉单炉能力增加；一氧化碳和氢气产量增加，冷煤气效率提高；有效解决粉煤过剩问题。

　　目前泽玛克正在结合英国西田测试报告及数据，进一步完善泽玛克块粉一体炉气化技术，泽玛克期待建设中国国内的第一套块粉一体炉气化技术商业示范装置。

　　此外，针对泽玛克熔渣气化炉内床层中干馏段副产焦油、中油、石脑油等油品的特点，泽玛克开发了高产油气化技术，通过强化干馏过程，最大限度提取煤中的油品，实现煤的分质梯级利用目标，该技术已在黑龙江龙煤天泰煤制芳烃项目上实施，预计2015年投产。

　　（主流煤气化技术及市场情况系列展示至本期结束。）