試論煤制甲醇過程中煤氣化技術的應用

劉娟

摘 要：隨著科技水平的不斷提高，我國煤制甲醇技術得到了廣泛應用，并且得到了規模化生產。在煤制甲醇過程中，選擇適當的煤氣化技術至關重要。文章探討煤制甲醇過程中煤氣化技術的應用，首先簡介了煤制甲醇過程中幾種常用的煤氣化技術，然后比較和選擇三大煤制甲醇技術方案，以期為同行提供一些有益的參考。

關鍵詞：煤制甲醇；煤氣化技術；應用

1 甲醇及煤氣化技術概述

我國能源資源現狀是缺油、少氣、富煤。目前，隨著經濟及工業的迅猛發展，人們對石油表現出了更大的需求，直接造成石油價格日益增長。石油具有不可再生性，所以，世界各國均在致力于新能源的尋找，以解決石油不足的問題。在尋找替代能源的過程中，甲醇以其諸多優勢（尤其制作的簡便性）獲得了人們的一致認可[1]。人們可以制定相應的工業程序以實現對甲醇的規模化生產，效果較為理想。基于國家能源安全及發展的考慮，必須重視并做好煤制甲醇工作，發展其二次加工，使其成為一種替代石油的理想燃料，促進我國工業水平的進一步提高。

在煤制甲醇工藝中，煤氣化技術屬于核心技術。目前，國內外較為先進的煤氣化技術包括GSP粉煤加壓氣化技術、SCGP粉煤加壓氣化工藝、Shell干粉煤氣化技術、Texaco水煤漿加壓氣化工藝、Lurgi塊煤加壓氣化工藝、HTW流化床工藝等。上述煤氣化技術各有其優缺點，應綜合各方面考慮，在工業中選用最適合工業化的煤氣化技術。

2 煤制甲醇過程中幾種常用煤氣化技術簡介

2.1 德士古加壓水煤漿氣化技術

德士古加壓水煤漿氣化技術是由美國德士古公司，在重油氣化的基礎上開發成功的第二代煤氣化技術。選用氣化反應活性較高的年輕煙煤，而煙煤中最適宜的是長焰煤、氣煤等。氣化反應溫度為1300-1500℃，壓力控制在4.0Mpa-6.5Mpa，采用激冷流程。

2.2 BGL塊煤熔渣氣化技術

BGL（British Gas-Lurgi英國燃氣-魯齊）碎煤熔渣氣化爐技術是在原第二代、第三代和第四代魯齊固定床加壓氣化爐技術基礎上，由德國Lurgi公司研發設計，選用塊煤作原料，通常要求塊煤具有良好的不黏結性、熱穩定性以及化學活性等。氣化溫度在1400-1600℃，壓力為2.0Mpa-3.0Mpa。

2.3 Shell干粉煤氣化技術

該技術由荷蘭Shell公司研發設計，屬于一種加壓氣流床氣化工藝。氣化溫度范圍為1400℃-1600℃，壓力為3.0Mpa-4.0Mpa。碳轉化率較為理想，控制在99%以上，產品中雜質較少，目標成分（CO+H2）占90%，大幅度降低了煤炭的使用量。

3 基于上述工藝的三大技術方案

以年產量為300萬噸的二甲醚作為文章的研究實例，其主要過程是：煤與氣化劑在一定條件下生成合成氣，再經凈化處理合成甲醇，最后由甲醇制取二甲醚。文章一共提出了如下三種技術方案。

3.1 基于水煤漿氣化工藝的技術方案

德士古加壓水煤漿氣化工藝采用華東理工大學研發設計的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術，以水煤漿為進料、氧氣為氣化劑。它是一項成熟、國產化率高、投資省、長周期穩產高產的工藝技術，但是其燒嘴使用周期短、水煤漿含水量高、對管道及設備的材料選擇要求嚴格。

3.2 基于BGL塊煤熔渣氣化工藝的技術方案

BGL塊煤熔渣氣化工藝以塊煤為原料、氧氣（水蒸氣）為氣化劑，具有裝置投資少、建設周期短、氣化效率高等優勢，但是煤原料利用效果不理想，生產過程中將會生成大量甲烷。因此工業中應用PSA進行甲烷富集，并對其非催化部分進行氧化處理，然后將生成的合成氣集中導入后續的粗合成氣凈化系統[2]。另外，副產品中焦油及酚含量相對較大，且具有一定的處理難度。

3.3 基于Shell干粉煤氣化工藝的技術方案

Shell干粉煤氣化工藝選用干煤粉作原料、純O2作氣化劑，以液態形式排渣。具有可選煤范圍廣、高效率、轉化率高，但是建設周期長、投資高、能耗高。

4 三大技術方案的綜合比選

4.1 原料的適應性

若采用德士古加壓水煤漿氣化技術，關鍵在原料煤的成漿性，因為其將會對水煤漿氣化過程產生決定性的影響。因此應選擇反應活性好、高揮發份、灰熔點低、灰份低、可磨性好的煤，制取理想成漿性的水煤漿。若采用BGL塊煤熔渣氣化工藝，應選用塊煤作為進料，煤的具體粒度應控制在6-50mm之間。若采用Shell粉煤氣化工藝，應選用干粉煤作為進料，含水率控制在2%-5%之間，將灰分控制在10%-30%之間[3]。

4.2 產品的適應性

采用德士古加壓水煤漿氣化激冷工藝制作得到的合成氣，具有較高的汽氣比（1.4：1），因而適合進行氨及甲醇的生產，另外，也能夠用來制作氫、羰基合成氣等，具有較為廣泛的用途。采用BGL塊煤熔渣氣化工藝制作得到的合成氣，其甲烷質量分數相對較高，可達6%，因而適宜制作SNG（合成天然氣）或者IGCC（整體煤氣化聯合循環發電系統）所需要的燃料氣。生成甲醇的過程中，副產品甲烷含量較高，需要對其進行處理。所以，采用該工藝時，需要增設兩大裝置：PSA裝置和非催化部分氧化裝置，經過以上兩大裝置處理之后的合成氣將會被輸送到粗合成凈化系統。由此可知，基于該工藝的整個系統相對復雜，投資偏高。采用Shell粉煤氣化工藝的過程中，應用廢鍋流程，變換環節需要加入大量的水蒸汽，或者是加入多級噴水激冷措施，增添低水汽比變流程。對粗合成氣進行檢驗，測出其CO質量分數較高，達60%-65%，因而對CO變換要求更為嚴格，與此同時，也明顯加重了下游低溫甲醇洗的工作負荷。

4.3 總體投資

投資從項目總投資情況來看，德士古加壓水煤漿氣化技術最低，BGL塊煤熔渣氣化技術其次，Shell粉煤氣化技術最高。Shell粉煤氣化技術理論上不需要備爐，但從近些年氣化爐實際運行情況來看，少量的備爐還是需要的，考慮備用爐將進一步增加投資。

4.4 污水處理

德士古加壓水煤漿氣化技術和Shell粉煤氣化技術均可被歸入到潔凈煤氣化技術，優點較多，不僅氣體有效成分較高，而且三廢排放量較少、易處理、氣化壓力范圍大等特點；BGL塊煤熔渣氣化工藝中廢水量雖然比Lurgi氣化工藝的少，但是排放廢水含有一定量的酚、氨及油，增加了實際處理難度。現階段，還沒有較為成熟的廢水處理工藝，因而難以實現達標排放、回用難度系數較高。若采用BGL氣化工藝，需要使用同類裝置對使用的原料煤予以試燒，準確地估算氣化爐的實際產能、副產品信息（主要包括數量和成分）[5]，同時獲取廢水信息，合理設計污水處理。

5 結束語

文章基于煤制甲醇過程中煤氣化技術的應用展開了系統而深入的分析，并結合實例，提出了三大技術方案，從多方面（原料、產品的適應性、投資及污水處理等）對三大技術方案進行了比選。綜上所述：在德士古加壓水煤漿氣化技術、BGL塊煤熔渣氣化技術和Shell粉煤氣化技術中，Shell粉煤氣化技術與其它氣化技術相比，雖然有一定優勢，但是裝置投資高、經濟性較差；BGL塊煤熔渣氣化工藝需要大量水資源，污水處理難度大、增加了三廢處理成本；德士古加壓水煤漿氣化技術投資最低、經濟效益最好、技術十分成熟，因此更具優勢。

參考文獻

[1]李瓊玖，杜世權，廖宗富，等.煤制油與煤氣化制甲醇技術的比較與選擇[J].中外能源，2009，7：26-29.

[2]任光.煤制甲醇過程中煤氣化技術的選取[J].同煤科技，2010，2：39-40+43.

[3]畢可軍.灰融聚流化床粉煤氣化技術在焦爐氣制甲醇補碳上的應用[J].化工設計通訊，2011，1：69-72.