我國煤化工氣化工藝與設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)分析

王保安 張國軍

摘 要：煤炭作為我國儲量較為豐富的資源得到了相應(yīng)的重視。因此，煤化工技術(shù)得到了充足的發(fā)展和關(guān)注。現(xiàn)階段，國內(nèi)煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正處于發(fā)展階段，煤化工產(chǎn)品的市場競爭力同樣也逐漸得以提升，而在這一過程中煤化工氣化工藝和設(shè)備也需要越來越完善，才能滿足工業(yè)化發(fā)展的要求。本文將分析主要的煤化工氣化工藝技術(shù)，并對氣化工藝設(shè)備安裝進(jìn)行探討，以供相關(guān)人員參考借鑒。

關(guān)鍵詞：煤化工；氣化工藝；設(shè)備；安裝

一、煤化工含義

煤化工是比較復(fù)雜的過程，它是利用化工技術(shù)來加工煤炭，使煤炭轉(zhuǎn)化為液態(tài)、固態(tài)及氣態(tài)等燃料，再經(jīng)過一次加工，獲得對應(yīng)的煤化工產(chǎn)品，如利用煤炭生產(chǎn)出煤油、天然氣、烯烴和甲醇等。煤化工過程的主要原料是煤炭，常用的煤化工技術(shù)有合成技術(shù)、氣化技術(shù)和空分技術(shù)等；通過煤化工技術(shù)達(dá)到了一煤多化的目的，提高煤炭的有效利用率，是我國能源戰(zhàn)略的重要措施，可促進(jìn)能源可持續(xù)發(fā)展。

由煤化工含義可知，煤制油也是以煤炭為原料，通過化學(xué)加工轉(zhuǎn)化為油品和石油化工產(chǎn)品的過程，煤制油有間接和直接液化兩類。煤制天然氣和煤制油一樣，也分間接和直接兩種方式。間接法是將煤炭氣化后逐步形成合成氣，且經(jīng)過凈化技術(shù)后生成天然氣，該技術(shù)如今在國外應(yīng)用的比較成熟；直接法是煤炭在指定的溫度、壓力條件下直接轉(zhuǎn)化為天然氣的主要成分甲烷。我國雖然已經(jīng)開始研究煤制天然氣技術(shù)，且取得一定成果。但與國外煤制天然氣技術(shù)應(yīng)用廣泛的國家相比，我國仍需繼續(xù)努力，加強(qiáng)研究。

二、煤化工氣化工藝技術(shù)

（一）GE水煤漿加壓氣化技術(shù)

該技術(shù)是流床加壓氣化技術(shù)，且應(yīng)用較為廣泛，主要用來制取烯烴、甲醇以及氨等，還可聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，不僅能提升發(fā)電效率，還能實(shí)現(xiàn)對煤碳資源的清潔利用。和其他技術(shù)相比而言，GE水煤漿加壓氣化技術(shù)，入爐簡單，且操作安全，保證節(jié)約，只需直接將原材料入爐就行。同時(shí)該技術(shù)對原料具有較廣的適應(yīng)性，用于氣化的原料可以是多種煤型，相比Shell干煤粉加壓氣化技術(shù)，對原料煤擁有更加廣泛的適用性。而且使用該技術(shù)，氣化系統(tǒng)的總有效率可高達(dá)96%，比Shell干煤粉加壓氣化技術(shù)和GSP煤粉加壓氣化技術(shù)的總有效率都要高。

（二）德士谷氣化

德士谷氣化工藝所用的原料主要是水煤漿，用純氧作為氧化劑可以有效地提高對原材料水煤漿的利用率，將原材料放入德士谷氣化爐中之后利用高溫和高壓的環(huán)境與原材料發(fā)生氣化反應(yīng)，通過化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)煤炭的二次能源甲醇合成氣，德士谷氣化技術(shù)是當(dāng)前最先進(jìn)的煤氣化工藝之一，和其它工藝相比有著很多優(yōu)勢：第一，德士谷氣化技術(shù)對水煤漿的制作原料要求低，所需要原料范圍廣泛，該技術(shù)可以有效地降低原料上所耗費(fèi)的成本，對煤氣化使用后產(chǎn)生的工業(yè)殘?jiān)M(jìn)行再利用，有效的提高了煤炭資源的利用率。第二，相比其他制作工藝德士谷氣化技術(shù)的操作流程更加簡便，除了對氣化爐的操作外不需要對其它外設(shè)設(shè)備進(jìn)行多余操作，大大簡化了整個(gè)氣化過程的操作流程，工作人員僅僅需要簡單的培訓(xùn)就可以進(jìn)行工作。第三，通過德士谷氣化技術(shù)生產(chǎn)出的煤氣質(zhì)量更好，因?yàn)樵谡麄€(gè)過程中設(shè)備能保證持續(xù)的保溫高壓環(huán)境，生產(chǎn)出來的二次能源有效利用成分高，簡化了后續(xù)的凈化環(huán)節(jié)。

（三）四噴嘴對置式煤氣化技術(shù)

顧名思義，四噴嘴對置式煤氣化技術(shù)就是在氣化爐中有四個(gè)對稱的工藝燒嘴，是我國自主研發(fā)的一種利用氣流床的壓力對原料進(jìn)行計(jì)劃，通過四個(gè)對稱燒嘴進(jìn)行加壓，只是氣化的原料和氧氣發(fā)生反應(yīng)的技術(shù)，該技術(shù)可以高效的對原料中的碳元素進(jìn)行轉(zhuǎn)換，大大節(jié)省了對原材料的消耗，因?yàn)槲覈鴮Υ隧?xiàng)技術(shù)擁有自主產(chǎn)權(quán)所以在各大煤氣化工業(yè)推廣度較高，該技術(shù)在前期的投入成本頗高，不適合小型企業(yè)的引進(jìn)。

（四）魯奇MK+氣化技術(shù)

魯奇氣化爐屬于固定床碎煤加壓氣化爐，誕生于1936年，是目前世界上建廠數(shù)量最多、技術(shù)比較成熟的煤氣化技術(shù)，在運(yùn)行氣化爐達(dá)數(shù)百臺。魯奇氣化爐具有生產(chǎn)能力大、煤種適應(yīng)性廣的特點(diǎn)，可廣泛用于現(xiàn)代煤化工裝置。魯奇碎煤氣化技術(shù)從MK1到MK5及目前的MK+歷經(jīng)三個(gè)階段，從結(jié)構(gòu)、規(guī)模及機(jī)械等方面一直在進(jìn)行不斷的改進(jìn)優(yōu)化，更新?lián)Q代。

魯奇MK+氣化技術(shù)是在MK4和MK5的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的新一代碎煤加壓氣化技術(shù)，該技術(shù)傳承了MK4和MK5的技術(shù)特點(diǎn)。煤氣化過程仍然是自熱式、逆流移動床、固態(tài)排渣的生產(chǎn)工藝。氣化過程需要的熱量靠煤的部分燃燒來供給，適應(yīng)于高灰熔點(diǎn)，高水分的劣質(zhì)煤質(zhì)。MK+氣化爐使用煤的粒度為5-50mm，高于或低于這一范圍均低于5%，氣化設(shè)計(jì)壓力6.0MPa（G），操作壓力為5.1MPa（G），氣化爐直徑與MK4比較從4.12m增加到5.05m，高度從12.5m增加到17m，氣化操作壓力比MK4提高了2MPa（G），氣化爐采用雙煤鎖加煤，單個(gè)煤鎖容積和MK4相同，氣化爐的生產(chǎn)能力是MK4的2倍，干基粗合成氣負(fù)荷最多可達(dá)到120000Nm3/h。

三、煤化工氣化工藝設(shè)備的安裝技術(shù)要點(diǎn)

（一）設(shè)備初步布置

項(xiàng)目裝置生產(chǎn)類別中的主要危險(xiǎn)物料為粉煤，設(shè)備按照工藝流程走向、參考已建裝置進(jìn)行布置，考慮以下工藝要求：（1）重力流原煤及粉煤管道盡量垂直布置；（2）稱重給煤機(jī)及螺旋輸送機(jī)水平布置；（3）大功率設(shè)備（磨煤機(jī)及循環(huán)風(fēng)機(jī)）布置在地面；（4）留足生產(chǎn)操作及設(shè)備檢維修的必要空間。如果項(xiàng)目所在地冬季天氣寒冷，磨機(jī)廠房和熱風(fēng)爐廠房要求半封閉設(shè)計(jì)，磨機(jī)廠房上部為原煤倉和稱重給煤機(jī)車間，要求全封閉設(shè)計(jì)。

（二）安裝施工要點(diǎn)

在安裝施工中必須要結(jié)合煤化工工藝的要求和施工現(xiàn)場的實(shí)際情況得出的制定最終的施工安裝方案，嚴(yán)格按照行業(yè)相關(guān)規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝作業(yè)，切實(shí)保證工程的質(zhì)量效率和安全。在安裝施工時(shí)要按照由內(nèi)到外、由大到小的順序進(jìn)行，同時(shí)遵循預(yù)制、成片吊裝的要求進(jìn)行安裝施工，確保最大限度降低工程建造成本，縮減工程后續(xù)驗(yàn)收的時(shí)間，在此基礎(chǔ)上有效保證設(shè)備的安裝質(zhì)量。煤化工設(shè)備安裝需要注意以下幾點(diǎn)。首先，構(gòu)建的油漆涂刷要在地面進(jìn)行。其次，構(gòu)件安裝要遵循工程安裝設(shè)計(jì)規(guī)范要求。最后，安裝工序完畢后，要對梁柱表面進(jìn)行防火層處理，根據(jù)構(gòu)件大小不同的偏差進(jìn)行規(guī)范矯正。

（三）鋼材檢驗(yàn)

在煤化工氣化工藝中，對工藝設(shè)備所需的鋼材必須經(jīng)過嚴(yán)格的檢驗(yàn)，檢驗(yàn)人員需要對鋼材的質(zhì)量、性能等進(jìn)行詳細(xì)分析。生產(chǎn)所用鋼材必須具備相應(yīng)的質(zhì)量證書，檢驗(yàn)人員需要對證書的真?zhèn)芜M(jìn)行鑒別分析，同時(shí)結(jié)合工程設(shè)計(jì)對鋼材的性能進(jìn)行驗(yàn)證，未通過驗(yàn)證的鋼材不允許進(jìn)入施工現(xiàn)場，鋼材中不符合設(shè)計(jì)安裝要求的可通過后期的補(bǔ)救措施進(jìn)行完善。設(shè)計(jì)安裝所用鋼材標(biāo)準(zhǔn)是表面無裂痕、無疤痕、沒有褶皺，在鋼材的破損厚度沒有超過負(fù)偏差值一半的情況下不需要對鋼材進(jìn)行更換。

（四）偏差矯正

偏差值指工程鋼構(gòu)件尺寸數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)尺寸數(shù)據(jù)之間的差異。常用的矯正方式主要有兩種，熱矯正和冷矯正。冷、熱矯正的最終結(jié)果都要保證鋼材表面的劃痕厚度不能超過0.5mm，不能出現(xiàn)明顯的鋼材破損和凹凸現(xiàn)象。針對氣化設(shè)備的安裝過程中常見鋼梁尺寸偏小等問題，可采取斜對接以及鋼板拼接的方式進(jìn)行實(shí)時(shí)接長，同時(shí)在進(jìn)14mm時(shí)，可采用剪板機(jī)進(jìn)行肋板剪切滿足工程要求。

結(jié)語：煤化工對我國能源發(fā)展有重要作用，既可以生產(chǎn)出清潔環(huán)保的產(chǎn)品滿足工業(yè)需求，又可以制造新能源保證人們生產(chǎn)生活的正常能源供給。隨著科技的發(fā)展和人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，我國的煤氣化技術(shù)還有很大的進(jìn)步空間，生產(chǎn)過程中還有很多問題需要解決，需要我們繼續(xù)加強(qiáng)學(xué)習(xí)理論知識，創(chuàng)新煤化工氣化工藝，找到既能維護(hù)生態(tài)環(huán)境，又能提高經(jīng)濟(jì)效益的兩全其美的工藝方案，以提高現(xiàn)階段的煤化工氣化工藝和設(shè)備的技術(shù)水平，滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]李斌.煤化工產(chǎn)品工藝路線分析[J].山西化工，2018，38（05）：58-59+65.