煤气化的历史非常悠久，甚至早于发电。煤气化是洁净高效利用煤炭的主要途径之一，能够避免煤直接燃烧的污染。煤气化是煤转化技术最主要方面。原料煤中所含的能量80%到83%以合成气的形式被回收，另外14%到16%以蒸汽形式回收，气化后约96%以上的煤能源能够被利用。其基本原理就是在参与反应的气体的环境中将煤转化为可燃气体、焦油和固体产物。
我国的煤气化原料经历了从焦炭、块煤和小粒煤、水煤浆和干粉煤的变化，气化技术也经历了固定床技术、流化床技术、气化床技术的发展，目前我国的煤气化产品主要用作合成气（合成氨及甲醇等）、城市煤气和工业用燃料气，为我国工业的进步和居民生活质量的提高做出了巨大贡献。此外，为生产更加清洁、高热值的气体燃料，新型煤化工技术——煤制天然气也在21世纪成长起来。
（一）层出不穷的煤气化技术
我国的煤气化产业起步于20世纪三四十年代间，在大连、南京引进固定床间歇气化技术（UGI炉）用于合成氨生产。这个煤气化技术是我国化学工业中应用最多、使用时间最长的化工技术，为我国化学工业发展做出了巨大贡献，在本书第一章合成氨工业已有叙述，本章不再重复。但这种UGI炉工艺也有许多缺点，如原料煤有局限性、三废排放量大和气化效率低等。从20世纪五六十年代开始，我国又重新引进和研发了多种气化工艺，从常压气化炉到加压气化炉，从固定床、流化床再到气化床，有些技术倒在了时间的车轮下，有些成功地实现了工业化。
1．固定床气化技术的产业发展
（1）固定床常压气化
常压固定床间歇气化炉在我国是煤气化的主力，中小氮肥厂合成氨产量的50%以上采用的是固定床常压气化。常压固定床连续气化（发生炉）生产低热值燃料气，在我国陶瓷、建材等行业也有一定的市场。我国已将一段常压固定床气化炉列为限制类，但两段炉不受限制。
固定床常压气化最大的优点是投资低，最大的缺点是气化效率低、运行成本高、“三废”排放量大、环境问题较多。
（2）固定床加压气化
1974年，我国云南解放军化肥厂采用第一代Lurgi气化炉制气生产合成氨的工艺投入运行，以褐煤为原料，以氧气-蒸汽为气化剂，在2.2兆帕压力下操作。1987年，山西化肥厂引进4台直径为3.8米的MARK-IV型Lurgi炉，操作压力为3.1兆帕，用于生产合成氨。此后，在我国先后有沈阳煤气厂、兰州煤气厂、哈尔滨煤气厂和义马煤气厂等有30多台气化炉采用加压Lurgi气化技术生产城市煤气，由于引进该气化技术投资较高，且煤气后处理工艺较复杂，所以很难单纯在氮肥行业中推广，部分厂家同时联产甲醇和二甲醚。目前大唐、广汇等企业计划使用数十台Lurgi炉生产天然气或联产甲醇。
2005年云南解放军化肥厂引进并改造了液态排渣Lurgi（即BGL）气化技术取得成功，并建设了3台工业装置。
2．流化床气化技术的产业发展
20世纪50年代我国吉林化肥厂和兰州化肥厂从苏联引进了两套温克勒气化炉，用于生产合成氨和甲醇，但在运行中暴露出两个突出问题：流化床底部设有炉箅，在生产过程中经常会出现炉底局部高温、结渣、偏炉等故障，需经常停炉处理，炉温也不敢提高；其次炉出口气体带出物较多，没有分离并返回炉内重复气化，碳的利用率较低，因而没有达到工业化规模。同一时期我国从苏联引进与Winkler炉相似的ГИΑЛ（国家氮素工业研究所）煤气化炉，用于生产合成氨原料气，后因碳转化率低、飞灰多等原因而停运。
在引进技术的同时，我国也特别重视自主技术的研发。中科院山西煤化所从“六五”开始进行煤灰团聚流化床气化工艺制低热值煤气的开发研究，1985年完成了直径300毫米小型气化炉的运转试验，1990年建成了直径1000毫米气化炉中间试验装置，2001年在陕西城固氮肥厂完成工业性试验并开始应用，2006年建立加压中试装置。直径为2400毫米的0.6兆帕在石家庄金石化肥厂于2008年7月开炉。2009年4月，建于晋煤天溪煤制油项目的6台气化炉投产，用于生产甲醇转制汽油，2010年实现连续运行超过135天。另外，云南文山铝业、山西襄垣七一煤矿等也采用了该技术。此项技术已经成为我国特色气化技术之一。
1994年上海焦化厂从美国引进了8台U-Gas炉（6开2备），生产低热值煤气。该气化装置是世界上第一套U-gas煤气化工业化示范装置，全套装置建成于1995年，但因种种原因现已被拆除。
1996年，抚顺恩德机械有限公司将恩德粉煤气化技术引进我国，这种技术是前朝鲜在温克勒气化技术的基础上改造起来的。国内第一套装置于2001年2月在景德镇市焦化煤气总厂建成产气量1万米3工业示范的恩德炉，以空气和蒸汽为气化剂，生产空气煤气供给炼焦炉燃料气。随后黑龙江黑化集团有限公司、吉林长山化肥集团有限公司、安徽淮化集团有限公司、黑龙江倍丰集团宁安化工公司、吉林北方气体等化工企业的恩德炉煤气化装置相继建成投产。现在已有多套气化炉商业化运行，生产的煤气用于合成氨、甲醇或用作燃料气。
3．气流床气化技术的产业发展
（1）常压煤粉气化
我国于1960年开始进行常压煤粉气化试验，在上海化工研究院建成了一台容积为0.6米3，规模200千克/时的试验炉。在此基础上，于20世纪70年代初在新疆建成一套K-T式干煤粉气化制氨装置，投产后遇到耐火材料腐蚀、碳转化率低、排渣困难等而改烧重油。在20世纪70年代末，西北化工研究院建成一台常压干粉中间试验炉，完成了多个煤种的评价试验，并于1983年在山东黄县建立了一套5000吨/年合成氨的常压干煤粉气化工业化示范装置，取得了煤制合成氨工业试验结果，之后停运。
20世纪80年代初，我国的研究人员开始进行常压间歇流化床粉煤气化工艺的开发。1990年江苏理工大学（原江苏工学院）申请了“流化床粉煤气化方法及其装置”的发明专利，并于1995年获得批准。郑州永泰能源新设备有限公司购置了该专利，并开发了FM1.6型常压间歇流化床气化炉，分别于1998年、1999年应用于郑州和南阳城市煤气站，生产城市煤气。经多次调试、改进，运行基本正常，可以为居民正式供气。这项技术1999年3月通过河南省经贸委组织的新技术鉴定。2000年，在FM1.6型炉的基础上，他们又推出了FM2.5型炉，并设计用于生产合成气。常压间歇流化床气化炉FM1.6-1型和FM1.6-2型，已分别在郑州和南阳煤气公司投入使用。南阳煤气公司煤制气厂已建成4台，与沼气、石油液化气三气掺混向市区居民供气。山东鲁西化工集团鲁西化肥厂建设了一台FM2.5型气化炉，以筛分下来的无烟煤粉为原料生产合成气。
（2）湿法粉煤加压气化（水煤浆法）
1988年，我国引进了第一套德士古（Texaco）水煤浆气化装置，并于1993年在山东鲁南化肥厂（如图17-4、图17-5所示）建成投产，气化能力（以耗煤量计）为400吨/日、气化压力为2.8兆帕。通过德士古水煤浆气化装置的建设、试车、运行，我国积累了丰富的经验，目前德士古水煤浆气化装置在我国有几十套，包括陕西渭河化肥厂、上海焦化厂三联供装置、山东鲁南化肥厂和安徽淮南化肥厂等。鲁南化肥厂用于生产合成氨原料气，采用激冷流程，操作压力为3.0兆帕；淮南化肥厂年产合成氨30万吨，尿素52万吨，气化压力6.5兆帕，采用激冷流程，气化炉3台，目前运行良好；上海焦化厂三联供装置气化压力4.0兆帕，气化炉4台，激冷流程，用于生产甲醇。
图1 鲁南化肥厂引进水煤浆加压气化技术自行设计建设的国家重大
技术攻关示范项目1993年建成投料试车成功
图2 鲁南化肥厂水煤浆气化炉
其实，在我国也进行了水煤浆气化的开发研究，1969年上海化工研究院在浙江衢州化学集团公司建立了第一套水煤浆气化中试装置（0.7吨/时），由于煤浆蒸发器结垢、堵塞和磨损等问题不能解决，未取得试验结果。1979年至1982年，西北化工研究院完成了水煤浆气化模型试验研究，并于1985年建成中试装置，采用废锅流程，规模为1.5吨/时，气化压力2.6兆帕，最终形成了一系列多元料浆气化技术成果，并于2000年在浙江丰登公司完成了首套应用。该技术得到了大力推广，并在众多公司得到了应用，如山东华鲁恒升公司、甘肃华亭中煦煤化工有限责任公司、内蒙古伊泰煤制油有限公司、陕西咸阳化学工业有限公司、山西华鹿煤炭化工有限公司、安徽淮化集团有限公司、宁夏宝塔联合化工有限公司、陕西延长集团兴化节能综合利用项目、陕西府谷等企业都运用了这种技术，项目规模从3万吨/年到60万吨/年不等，多用于生产合成氨与甲醇。
由于德士古技术专利费较高，而国内有自主知识产权的水煤浆气化技术（如图17-6所示）也成功开发，所以有专家预计未来新建水煤浆气化装置会更多采用国内技术。除了多元料浆技术外，我国自主研发的技术在工业上还有更多的成功。
图3 山西省粉煤气化研究中心
“九五”和“十五”期间，在国家科技部的支持下，华东理工大学开发了多喷嘴对置式水煤浆加压气化炉，并在鲁南化肥厂完成了中间试验和工业示范试验。第一套多喷嘴水煤浆加压气化炉2004年在山东华鲁恒升集团建成投产。目前已有多套装置投入工业化运行，如华鲁恒升化工股份有限公司、兖矿国泰、兖矿鲁南化肥厂、江苏灵谷化学公司、江苏索普集团有限公司、新奥集团凤凰化肥有限公司、神华宁夏煤业集团、宁波万华聚氨酯有限公司等，均有该设备上马，最大规模为2000吨/日。另外山西丰喜等地利用清华大学开发的熔渣非熔渣水煤浆进料气化装置也有多套装置投入工业运行。中国航天集团十一所开发的HT-L炉，目前已有750吨/日和1500吨/日两种规格的气化炉，2008年河南濮阳和安徽临泉两台750吨/日气化炉首先开车运行，目前已经有7套装置在运行。随后签署了约二十多家新用户，安徽临泉化工股份有限公司、河南永煤集团濮阳龙宇化工有限责任公司、河南煤化新乡中新化工公司、河南晋开、山东鲁西化工股份有限公司、山东瑞星集团有限公司、双鸭山龙煤航天煤化有限公司均在其中，主要用于生产甲醇和合成氨。
近十余年来，我国引进了一些国外先进的煤气化技术，如壳牌粉煤气化技术和德国GSP干粉气流床煤气化技术，使我国煤制气技术有了较大的发展。
德国GSP干粉气流床煤气化技术是世界上先进的煤气化技术之一，在煤制气方面兼具Texaco和Shell煤气化技术的特点。自2005年年初该技术进入我国以来，在我国已签署了2个技术转让项目，其中宁煤集团的甲醇制烯烃（MTO）装置采用的是 5台（4开1备）GSP 气化炉已经投入运行，神华宁煤400万吨/年煤制油工程24台（20开4备）GSP 气化炉正在建设中。
2006年5月，国内第一套用于合成氨生产的壳牌煤气化装置，在湖北双环科技股份有限公司 “油改煤”工程上首先建成投产，该装置由壳牌公司提供基础设计软件包，中国五环化工工程公司完成工程详细设计。目前，包含柳州和中石化等单位在内的19家单位都与壳牌公司签订合同，23台规格为投煤量930～2800吨/日的气化炉已逐步建成。
（二）煤制天然气—“煤气化”的新热点
天然气是世界三大能源之一，但在我国储量较低。与石油、煤炭相比，天然气更为清洁，因此我国政府提倡大力发展天然气，并规划大幅提高未来10年天然气占一次能源消费比重。近年来，我国天然气消费呈现爆发式增长，保持着两位数的年均增长率。作为清洁能源，天然气将在环保问题日益受重视的新能源时代持续发挥重要作用。根据国际能源署的预测，无论是在现有政策不变或是加大控制温室气态排放的政策刺激下，至2030年，天然气都将成为化石能源中唯一保持需求增长的能源。
我国天然气资源并不丰盛，天然气消费需求呈现快速增长态势，供需缺口逐渐增大。利用丰富的煤炭资源来解决或缓解这一现象成为近年来的一个趋势。将煤转化为合成气或含一定量低碳烃的煤气，经水蒸气变换、净化（脱硫、脱氮）、CO2分离后进行甲烷化反应，产品气的甲烷含量可高达95%以上，完全可以替代现有天然气。
1．波折的起步
我国在煤制天然气的成套技术研发方面刚刚起步。早期有关研究主要集中在水煤气/合成气部分甲烷化制取城市煤气方面。如中科院大连化物所研发的“常压水煤气部分甲烷化生产城市煤气”技术于1990年在上海建设了我国第一座35000米3/日的煤气甲烷化示范装置，而后又在国内建设了十余个工程。国内其他科研院所及企业也相继开发了多种常压部分甲烷化催化剂及工艺，并进行了工业中试或侧线实验。这类技术都以生产城市煤气为目的，后因液化气、天然气等安全、便捷气源的推广应用，以及化肥企业的不景气，这些装置相继停产。
2．我国已核准的天然气项目进展
在“十一五”期间，国家发改委核准了4个煤制天然气项目，总产能151×1016米3/年，分期实施，第一期43×1016米3/年。
（1）大唐克旗40亿米3/年SNG项目
克旗煤制天然气项目（见图17-7）位于内蒙古赤峰市克什克腾旗，已于2009年8月获国家发改委核准，投资313亿元，目前项目已建成，在试运行阶段。首期13亿米3/年天然气投产后供北京使用。
图4 大唐能源
（2）辽宁大唐阜新40亿米3/年SNG项目
阜新煤制天然气项目（见图17-7）位于辽宁省阜新市，已于2010年3月获国家发改委核准，目前项目即将全面开工建设。预计投产后，将为辽宁省省会沈阳及周边各大城市提供40亿米3/年天然气。
（3）汇能鄂尔多斯16亿米3/年SNG项目
汇能集团年产16亿米3/年煤制天然气项目已于2009年12月8日经国家发改委发改能源核准，连同配套建设的液化天然气，等项目，项目总投资将达到170亿元；首期产能为4亿米3/年。2010年4月21日，汇能集团公司年产20亿米3/年煤制天然气项目暨10亿米3/年液化天然气项目正式开工建设。
（4）新疆庆华55亿米3/年SNG项目
新疆庆华55亿米3/年煤制天然气项目进展一直备受瞩目。目前，一期煤制气工程已全部机械竣工，供电、供水、备煤、热电装置区均已投入正常运行，8台气化炉已点火成功，输气管线也已具备输气条件，2013年6月进行联动试车，下半年将正式投产。
此外，国家发改委已经于2013年3月给5个企业发放路条，启动5个煤制天然气项目，总能力为220亿米3/年。这些企业分别是中电投霍城煤制天然气项目，60亿米3/年；山东新汶矿业新疆伊犁煤制气项目，40亿米3/年；国电集团内蒙古兴安盟40亿米3/年；中海油山西大同煤制气项目40亿米3/年；新蒙集团内蒙古鄂尔多斯煤制气项目40亿米3/年；
3．积极推进
我国亟需加快煤制天然气成套技术特别是关键核心技术——高温、高压完全甲烷化催化剂及工艺的国产化进程。科技部非常重视煤制天然气技术的研发及商业化进展，“863”计划中部署“国家煤气化甲烷化关键技术开发与煤制天然气示范工程”重点项目，发展我国自主知识产权的煤制天然气成套技术。
中科院大连化物所开发出具有耐高温水热稳定性的完全甲烷化催化剂，在实验室完成了8000小时寿命实验。2012年10月，由大连化物所设计完成的5000米3/日煤制天然气工业中试装置，在河南义马气化厂气源条件下连续稳定运行超过1000小时，具备了放大设计的基础。
