淺談四種煤氣化技術對比

焦玉蓉

（神華寧夏煤業集團有限責任公司甲醇分公司寧夏銀川市靈武市750411）

淺談四種煤氣化技術對比

焦玉蓉

（神華寧夏煤業集團有限責任公司甲醇分公司寧夏銀川市靈武市750411）

煤氣化是煤化工的重要環節，開展煤氣化研究是實現高效利用煤制化工產品的關鍵。本文介紹了4種煤氣化工藝：殼牌工藝、德士古水煤漿氣化工藝、恩德工藝、灰熔聚流化床氣化工藝，并對不同的工藝進行了技術對比。

煤氣化；殼牌工藝；德士古；恩德工藝；灰熔聚工藝；煤氣爐

1 引言

甲醇是重要的有機化工原料、溶劑和優質燃料，廣泛用于有機合成、醫藥、農藥、涂料、染料、塑料、汽車和國防等工業中。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，可加入汽油摻燒。另外，甲醇可以進一步合成烯烴，是眾多下游化工產品的原料。

世界甲醇大多數是經過天然氣合成，少數通過煤、石油等原料合成，在我國煤資源相對天然氣資源豐富，因此發展煤化工、煤制甲醇具有重要的現實意義。

我國的煤制甲醇裝置很多，規模從年產幾萬噸到上百萬噸不等。年產幾萬噸到幾十萬噸的煤制甲醇工藝技術基本實現了國產化，但百萬噸級以上的甲醇裝置主要工藝技術仍需引進。已投產的神華包頭、大唐國際和神華寧煤三個煤制稀烴項目。本文主要針對煤制甲醇技術展開，主要介紹了四種煤制甲醇合成工藝，簡要分析了目前工業應用的煤制甲醇工藝的特點和差異，便于更好的理解煤制甲醇工藝的流程。

2 殼牌粉煤氣化制取甲醇合成氣

殼牌煤氣化工藝是在高溫高壓下進行的，是目前煤氣化工藝中最為先進的工藝研究和工藝應用。按照進料方式，殼牌煤氣化工藝屬于氣流床氣化，主要的工藝過程為煤粉、氧氣及水蒸氣在加壓的條件下并流進入氣化爐內，在相對短的時間內完成升溫、揮發分的脫除、裂解、燃燒等一系列的反應過程。由于氣化爐內的溫度比較高，在氧氣充足的條件下，碳、揮發分及部分反應產物主要發生的是燃燒反應，在氧氣含量相對少的情況下，主要發生的是碳的各種轉換反應，此時進入氣化反應階段。最終形成了以氫氣、一氧化碳為主的反應氣體離開氣化爐。

殼牌煤氣化工藝的主要優勢和特點：①采用干煤粉進料，氮氣加壓輸送，煤粉的分散性較好，氣化操作穩定性高。另外，對于煤的活性幾乎沒有特殊的要求。可以廣泛適用于無煙煤、煙煤、褐煤到石油焦。②氣化爐溫度高，碳的轉化率比較高，一般可以達到99%。③單爐的生產能力比較大。

3 德士古水煤漿氣化制取甲醇合成氣

德士古水煤漿加壓氣化過程屬于氣化床疏相并流反應，水煤漿通過噴嘴在高速氧氣氣流的作用下，破碎、霧化后進入氣化爐內，氧氣和水煤漿在氣化爐高溫耐火磚的高溫輻射下，經過一系列的物理、化學過程（預熱、水分蒸發、煤干餾、揮發物裂解燃燒等）后產生CO、H2、CO2、H2O等氣體，未經燃燒的煤和熔渣下向流動，離開反應區域，進入位于氣化爐底部的冷卻室進行水浴冷卻，熔渣經過淬冷、固化后被截流在水中，最終落入渣罐，定期排放。煤氣和水蒸氣進入煤氣冷卻系統進行冷卻處理。

GE氣化爐具有一些特殊的優點：合成氣中甲烷的含量較低，利于后續甲醇和氨的合成；設備結構比較簡單，原料的適用性較強；操作危險性比較小；便于使用高壓泵送的特點，原則上可以制備壓力比較高的粗煤氣；氣化爐的運行費用比較低并且后續的除灰系統比較簡單。

另外，目前GE氣化爐存在一些問題，例如：水煤漿氣化時好氧量比較大；一般需要熱備用爐，熱量的損耗量比較大；氣化爐的耐火材料的壽命比較短，一般耐火磚的壽命在1～1.5年左右；工藝使用的燒嘴的壽命短、更換的頻率較大；激冷環的壽命較短。從上述可以看出，存在問題的主要原因是由于氣化爐的高溫導致。

4 恩德煤粉氣流床氣化制取合成氣

恩德煤粉氣流床工藝是在溫克勒爐的基礎上進行改進的，進行的改進的內容如下：保持原有的煤儲運設施并新增加煤干器，破碎、篩分等設施，將沒送至氣化裝置區，氣化用原有的蒸汽。氣化裝置：含加壓煤倉、給煤機、氣化爐、旋風分離器和排渣設施：廢熱回收：含廢鍋和給水加熱器：洗滌除塵系統：由激冷空噴塔、填料洗滌塔、文丘里洗滌器組成：灰水處理循環系統：灰水池2個及來往清水泵房。

該方法的缺點為氣固接觸差，反應溫度低、時間短，導致排渣率高；氣化廢氣含量大，導致凈化負擔較高；熱效率差，排渣熱量不能回收，飛灰帶出大量熱。但是該方法在常壓下進行，具有一定有優勢。

5 灰熔聚流化床氣化制合成氣

灰熔聚流化床氣化制合成氣技術的應用是我國自主知識產權的成果，填補了我國煤氣化技術國產化的空白，此技術已然達到了國際水平為我國煤氣化工業及氮肥工業開辟了一條新的原料氣化技術。它是符合我國國情、值得大力推廣的先進而實用的粉煤氣化技術。

煤粉在氣化爐中受到氣化劑的作用，使得床層中的煤粉可以達到流化狀態，使用的氣化劑可以分別為氧氣、水蒸氣、二氧化碳等。在高溫作用下，氣化劑和煤粉充分接觸，發生一些列煤粉的化學作用，其中有熱裂解、氧化還原反應等，最終實現煤的完全氣化，煤灰在氣化爐內中心高溫區粘聚，形成灰球，借助煤和灰的質量差異，使灰球和煤粉分離。灰球靠自重落到爐底灰斗，排出爐外。而隨煤氣帶出的煤粉塵經第一級旋風除塵分離器分離回收，再返回氣化爐內與新加入的煤粉一起進行氣化，所形成的粉煤和煤灰混合物在爐內不斷循環，從而提高了煤中碳的轉化率。

灰熔聚循環流化床底部設計了灰粘聚分離裝置，在爐內形成了中心高溫區，從而使爐渣在中心高溫區內粘聚成灰球，借助質量差異，有選擇地使煤粉與灰球分離，從而降低了灰渣的含碳量。氣化爐結構簡單，容易制造和維修；氣化爐分布板位于低溫區，床層內的物料流化程度高，氣化爐可以穩定運行；煤種的適應程度較高。

6 結論

煤氣化制備甲醇是煤質烯烴的關鍵步驟，煤氣化的效率也在一定程度上決定了煤化工應用的效率。本文介紹了上述四種煤氣化工藝，不同的工藝存在各自的優勢和特點，對于煤種的選擇也有一定的不同和差異。殼牌、德士古、流化床法對于煤種的適應程度較高，而恩德煤粉氣流床可以在常壓下進行，方便操作。在實際的應用過程中，針對煤種的設備的不同，操作工藝條件不同。不同的煤氣化工藝具有不同的適用性，也存在一些應用的問題。

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