對煤氣化配套一氧化碳變換工藝技術選擇的探析

杜少鵬 張世虎(陜西煤業化工集團神木天元化工有限公司，陜西 榆林 719319)

對煤氣化配套一氧化碳變換工藝技術選擇的探析

杜少鵬 張世虎(陜西煤業化工集團神木天元化工有限公司，陜西 榆林 719319)

在我國能源儲備中，煤炭資源較為豐富，而天然氣資源相對匱乏，為了適應和滿足現代社會對能源的多樣化需求，因此，加快煤氣化行業建設并優化煤氣化工藝技術勢在必行。本文從目前國內具有代表性的幾種煤氣化變換工藝談起，進而分析不同煤氣化工藝生產煤氣的具體特點，最后重點對煤氣化配套一氧化碳變換工藝技術的選擇進行深入探究，希望能夠為煤氣化行業選擇和完善變換工藝技術提供一絲參考。

煤氣化行業；一氧化碳變換工藝；工藝技術；工藝選擇

隨著社會經濟的迅速發展，各行各業對于能源的需求持續上升，為了有效應對我國天然氣能源緊缺的現狀，并實現對煤炭能源的深加工能力，因此，煤氣化行業逐漸興起。通過煤氣化配套設備中反應調節系統以及一氧化碳變換工藝就可以實現生成粗煤氣，即碳氫混合物，最后經過處理加工，就可以滿足社會生產和生活需求的燃氣能源?；诖?，一氧化碳變換工藝技術的選擇十分重要，它對于后續處理及產品類型或質量的影響十分關鍵。

1 對目前國內主要煤氣化工藝的淺要分析

近年來，煤氣化行業中具有代表性的應用工藝分為水煤漿氣化和粉煤氣化兩種，而粉煤氣化根據其不同的冷卻方式又區分為廢鍋型和激冷型兩種，在廢鍋型應用中極為成熟的工藝當屬Shell粉煤氣化，而激冷型應用中比較廣泛和先進的是GSP粉煤氣化和東方爐等粉煤氣化工藝。這些煤氣化工藝能夠生產合成多種品類的產品，而且根據下游產品需求，能夠對CO進行完全或部分轉化。上述煤氣化工藝都屬于氣流床氣化流程操作，在煤化企業的應用十分廣泛。另外，前沿的BGL技術和Lurgi技術也在持續完善，因其技術獨具的優勢特征，正逐漸在煤化企業中規?；瘧?。

2 對三種獨具代表性煤氣化工藝生產煤氣的特點闡述

首先，水煤漿氣化煤氣的的具體特點為：粗煤氣中CO干基能保持在45%，與HZ基本持平，變換負荷與變換爐的壓力及溫度并不凸顯。此外，水氣在粗煤氣的占有比例較高，能確保持久的穩定，進而可以為各類變換反應提供支持保障。其缺點是剩余水汽多，因此需要回收的熱量也隨之增高。其次，粉煤氣化煤氣的具體特點為：變換操作壓力較低，煤氣中CO干基能夠達到65%左右，致使變換反應動力足，進而反應十分強烈，就會引起變換爐出現超溫風險。雖然廢鍋型和激冷型都屬于粉煤氣化工藝，但是二者也具有較大的差異特點。一方面，廢鍋型粗煤氣中水氣比例十分低，因此，在變換反應過程中需要不斷攝入蒸汽才能夠滿足轉換加工的技術要求。另一方面，激冷型粗煤氣中的水氣比例值介于水煤漿氣化和廢鍋型氣化之間，因此，當部分轉換時能夠自給自足，而在完全轉換時也必須要加入水蒸氣才可以確保變換反應的進行。

3 對煤氣化配套一氧化碳變換工藝技術選擇的探究與分析

3.1 水煤漿氣化配套工藝

首先，水煤漿在制氫工藝中，需要變換氣中CO的干基濃度為0.35%左右，這時變換爐要確保兩段中溫并結合一段低溫進行處理。由于制氫對總變換率的要求較高，因此要確保持續的推動力。同時不用額外配備蒸汽裝置；其次，水煤漿制甲醇工藝中，對總變換率的要求只需達到一半即可，而CO含量要確保達到五分之一，這就對于工藝指標的實現具有極大促動；最后，基于水煤漿水氣比例的過高影響，如果不針對妥善處理，極易加劇換熱器的冷卻負荷，而且過多的水汽對于管道及設備的壓力也會造成影響。因此，可以適當改進技術操作流程，即在變換前期，要先設置蒸汽設備，同時在冷卻分出冷凝液之后在合理預熱進而發生變換反應。通過調查分析發現，前置蒸汽發生器的優勢十分明顯，例如：能夠減小設備負荷，并控制投資成本，同時可以確保水氣比例的穩定性以及達成對煤氣的二次凈化。基于以上分析可以充分表明，前置蒸汽發生器的重要性十分明顯。

3.2 粉煤氣化配套工藝

粉煤氣化工藝中，因為其中的CO濃度過高，需要對其進行控溫處理，控溫技術的好壞直接會影響CO轉換的效率及質量。此外，根據水氣比例的不同，粉煤氣化變換工藝可分為以下三種，即低水氣、中低水氣和高水氣變換工藝。接下來對這三種工藝的優缺點進行簡要分析。首先，低水氣工藝的優點為：對CO含量控制相對容易且穩定，能夠確保裝置的長期運作，同時節能效果十分明顯，并有效降低了生產成本，此外，可以避免發生反硫化的反應。其不足為：發生副反應的幾率很大，同時對于溫度的要求較高，另外需要介入催化劑的作用；其次，中低水氣變換工藝的優點是：無需考慮超溫影響，不會產生讓催化劑失活的現象，而且中低水氣工藝自身具有蒸汽補水，這就大大降低了蒸汽能耗，同時在該工藝中處理過程中，不需要過高的溫度，使補充水來源成本隨之降低，進而有利于企業節能的目標實現。而其不足為：影響變換的因素較多，致使操作管理十分復雜和繁瑣；最后，在高水氣變換工藝中，其主要優點為：對于變換爐出口CO含量的降低具有積極作用，同時能夠抑制甲烷副反應的產生，此外其熱容量大的優點可以有效掌控變換爐的溫度。而其不足為：CO和水氣的含量很大，致使變換反應的劇烈程度十分高，不利于反應的深入掌控，同時對于催化劑的影響很大，會消耗大量蒸汽的同時從而增加了企業的投入成本。

總之，隨著國家經濟的快速發展，社會對于煤化企業的需求與日俱增。同時煤氣化技術的發展應用也在不斷拓展，因此，對于煤氣化配套一氧化碳變換工藝技術的選擇也在不斷增加。這就需要煤化企業要科學掌握不同變化工藝技術的特征以及優缺點，并根據企業實際情況和下游產品要求的不同，進而選擇適宜、可靠的工藝，最終確保工藝能夠節能環保并安全穩定運行。

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