魯奇氣化工藝特點及影響其運行的主要因素分析

摘 要：魯奇加壓氣化是一項相對成熟的技術。在煤化工造氣領域具有很多優勢，但該項技術具有的缺點也是很明顯的，文章通過介紹魯奇工藝特點，分析了影響魯奇氣化工藝的各種關鍵因素，并針對這些因素的控制來提高魯奇氣化裝置的優點。

關鍵詞：魯奇氣化爐；工藝特點；因素

前言

魯奇加壓氣化工藝是煤和氣化劑逆流接觸的一種加壓移動床煤氣化工藝。由于其適應的煤種廣、氣化強度較大、氣化效率高，技術成熟可靠，廣泛應用于各個煤化工企業。但魯奇氣化工藝也有一定的缺點，如運行周期短，設備維修頻繁等。如何在目前的工藝基礎上對設備和工藝操作進行改進和優化，保證魯奇氣化爐進行長周期運行，已經成為魯奇爐發展面臨的一個重要因素。本文通過某煤化工企業實際生產中經濟運行的實踐，從氣化用煤品質、生產工況控制等方面分析了影響氣化爐穩定運行的因素。

1 魯奇氣化工藝主要特點

1.1 原料煤為塊煤

魯奇爐原料用煤一般采用5～50mm的塊煤，并在煤的反應性、無粘結性、機械強度、灰熔融性等方面要求較高。因此適宜的煤種為褐煤、次煙煤、貧煤和無煙煤，同時由于其工藝特點對一些水分較高（20%～30%）和灰分較高（如30%）的劣質煤也適用。與氣流床工藝相比，魯奇爐采用碎煤為原料，入爐煤的前期處理較為簡單。

1.2 氧耗相對較低

魯奇氣化工藝采用干法排灰，氣化劑采用蒸汽和純氧氣，運行過程中為防止結渣汽氧比較高，這就降低了氧氣的消耗，通常要比氣流床氧節省30%，在空分制氧工藝方面可以節約投資。

1.3 煤氣中CH4含量較高

氣化產生的煤氣中CH4含量較高，可以達到10%左右，因此該工藝適合于生產城市煤氣和代用天然氣（SNG），另外可通過加完轉換工藝可將CH4轉化為CO和H2后也可以用于生產液體燃料，比如甲醇石腦油和柴油。

1.4 粗煤氣中H/CO為2.0，在這種狀況下不經變換或少量變換即可用于F-T合成、甲醇合成、天然氣合成等產品生產的原料氣，對比其他氣化技術減少了氣體成分的變換工序。

1.5 由氣氧比控制汽化爐溫度

該工藝最重要的工藝操作參數為汽氧比，與氣流床強調的氧煤比有一定區別，但目的相同，就是控制一定的氣化爐溫度。汽氧比的確定通常根據煤樣的融化溫度、反應活性、產生的灰渣狀態和煤氣組成質量來調整。

1.6 工藝成熟

氣化工藝相對成熟，已被廣泛應用于各種煤化工生產，其設備國產化率較高、造價較低，在投資上占有較大優勢。

1.7 煤氣水組分復雜

魯奇爐在氣化和煤氣冷卻過程會產生大量的含有重焦油、輕焦油和酚的煤氣水，煤氣水處理的流程復雜，處理費用高，工藝難度大，但在國內已有許多利用萃取技術或汽提加生化處理成功的煤氣水處理工藝的案例。

2 影響魯奇爐穩定運行的因素

2.1 煤的粒度

煤的粒度是和魯奇氣化的布氣相關，煤顆粒太小相應煤的比表面積就會增加，所以魯奇爐規程規定煤的粒度5～50mm的大于95%，小于5mm不能超過5%。根據實際運行的經驗數據，如果小于5mm的大于5%，氣化工況就會惡化且廢鍋堵嚴重，煤氣水分離工號塵含量大、去回收水中懸浮物多等一系列問題。通常我們把粒徑分布定位在：小于8mm的微量；8～13mm小于10%、13～25mm占40%、25～50mm占40%、50～100mm占10%、大于100mm微量；在這種粒度下，氣化工況是相對較好的。因為小顆粒的多了會增加帶出物，大于100mm顆粒多了相應比表面積減小還有可能因煤溜槽的設計造成加煤不暢；由于煤粒度不均，造成氣化工況惡化后一是氣化產氣量降低、灰中殘碳量升高；二是可能會造成氧突破，在生產中會存在很大的安全隱患。

2.2 煤的水分

魯奇氣化爐要求原料煤水分不能太高，煤中的水分高，一會降低煤的熱值，即固定碳相對減少，產氣量降低；二是水分存在會使煤在干餾層因為水的膨脹使煤粉化，影響工況穩定；三是會增加污水的處理量。

2.3 原料煤的灰分和灰熔點

煤中的灰分含量不宜太高，一是加煤、排灰受限制，二是灰分會帶走熱量；灰熔點對氣化的影響是較大的，主要是對氣化的反應溫度影響較大；氣化的反應溫度影響著產氣量和蒸汽的分解率；當原料煤灰分過高時，原料煤中的雜質在燃燒過程中要吸收熱量，灰渣帶走的熱量增加；而且容易結渣，粗煤氣產量減少，大量的灰渣加劇了灰灰鎖爐篦刮刀等設備的磨損，縮短了煤灰鎖上下閥運轉周期，且在反應過程中降低物料行進速度和熱量的傳遞速度，使得氣化反應過程中工藝的穩定性和流暢性受到影響，降低氣化裝置的經濟性。

2.4 原料煤粘結度

魯奇爐要求是弱粘結性的煤，假如用粘結性高的煤，煤粒在燃燒床容易結焦，影響爐篦的運轉甚至堵塞灰鎖、影響氣化爐工況，造成停車等事故。

2.5 原料煤的機械強度

煤的機械強度和熱穩定性主要影響著煤的粒度和氣化反應的程度，因機械強度差會造成在煤的加入過程中粒度發生變化，使得粒度為5～50mm的比率降低，小粒度的煤會造成床層粒度不均，影響整個氣化反應。因此在選煤的時候一定要考慮到煤的機械強度。

2.6 煤的活性

煤的活性好，氣化反應會更劇烈，直接影響爐內的反應和產氣率。熱穩定性差，會使床層阻力增大和氣相帶塵，更會使床層紊亂，出現氣化爐“雙高”現象，這是比較嚴重的，對氣化產能的影響是肯定的，甚至會因為床層紊亂造成氧突破，產生爆炸的可能性。因此在選煤過程中沒得活性要均一穩定。

2.7 灰鎖上閥的壽命

魯奇爐面臨最大的一個問題是灰鎖上閥使用壽命短的問題，該問題直接導致魯奇氣化爐的經濟運行性，大大增加了檢修次數。業內也采取了不少改進措施，取得了相應進展。但相對于其他工藝，閥門處于高溫、頻繁動作、易腐蝕易磨損等惡劣條件，特別是該閥門關閉方式，是角閥的面與閥口的線密封，一旦有灰渣硬顆粒在密封口處，就會導致關不嚴，或拉傷劃痕，壽命還是偏低，不能滿足長周期生產需要。目前有將多晶硅行業上的盤閥移植到分煤鎖斗閥上的案例，主要用一臺盤閥替代上下相連的兩臺原鎖斗球閥，保持間距、法蘭尺寸壓力等級等現場設計狀態不改變，同時將費用控制在兩臺鎖斗球閥相當水平。目前不少粉煤氣化工藝已采用雙面盤閥替代粉煤鎖斗球閥。

3 結束語

發展煤化工、煤制油、煤制烯烴都離不開煤氣化，都要面對煤種和氣化爐的選擇問題，在煤氣化工藝技術方面，魯奇加壓化技術是一項成熟的技術，雖然該項技術具有諸如廢水難處理、檢修頻繁等缺點，但其更適合中國水分含量高的褐煤。近幾年來，魯奇加壓氣化技術在中國正受到越來越多的重視和應用，因此，該技術將在中國煤化工發展的大潮中，具有廣闊的應用前景。

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作者簡介：李旦（1987，4-），學歷：本科，單位：山西潞安煤基合成油有限公司，從事：生產調度管理工作。