煤化工氣化工藝與設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)

李曉峰

(陽(yáng)煤化工集團(tuán)，山西 太原 030006)

引 言

能源資源是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本物質(zhì)基礎(chǔ)，人類社會(huì)的生存和發(fā)展也離不開(kāi)能源的幫助。我國(guó)煤炭資源雖然比一些國(guó)家豐富，但煤炭屬于不可再生的能源，大規(guī)模地使用煤炭資源也會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成嚴(yán)重的不良影響。在此發(fā)展背景下，應(yīng)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段，對(duì)現(xiàn)有的資源能源進(jìn)行合理開(kāi)發(fā)和利用，可以最大限度提升煤炭的利用率，應(yīng)用煤化工等技術(shù)手段為人們提供更多的可利用的能源已成為發(fā)展的必然趨勢(shì)和時(shí)代的發(fā)展要求，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展提供有利幫助。除此之外，煤化工氣化工藝的選擇應(yīng)用在一定程度上對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)投入成本起著決定性作用，是企業(yè)維持長(zhǎng)期有效運(yùn)行的重要影響因素，因此，研究煤化工氣化工藝和設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)意義重大[1]。

1 煤化工氣化工藝

1.1 工藝結(jié)構(gòu)

煤化工氣化工藝設(shè)備對(duì)于所用鋼材的質(zhì)量要求非常高，一般工程的工藝設(shè)備需要用到至少2 500 t的鋼材，鋼材消耗非常大且各個(gè)部件之間的組裝工作非常復(fù)雜，組裝難度也很大，尤其是氣化爐的吊裝難度更大。因此在煤化工氣化工藝設(shè)備的組裝現(xiàn)場(chǎng)，組裝進(jìn)行時(shí)通常都需要借助箱型柱，并在不小于30 m的混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行安裝作業(yè)且設(shè)備高度要求必須超過(guò)50 m[2]。

1.2 氣化工藝的特點(diǎn)

氣化工藝系統(tǒng)是煤氣化裝置的核心內(nèi)容，包含了很多輔助的子系統(tǒng)。煤氣化有很多工藝方式，常見(jiàn)的包括移動(dòng)床氣化、流化床氣化和流床氣化三種且都已經(jīng)完成了工業(yè)化的任務(wù)。

1.3 煤化工工藝的步驟

煤化工工藝主要分為3個(gè)工業(yè)化階段：

煤——合成氣——醇醚類(甲醇、DME)；碳氧化合物(醋酸)；烴類(烯烴、柴油、汽油、煤油)；其他(H2、H2/N2)——下游產(chǎn)品。

2 煤化工氣化工藝技術(shù)

2.1 GE水煤漿加壓氣化技術(shù)

GE水煤漿加壓氣化技術(shù)就是流床加壓氣化技術(shù)，在煤化工氣化中的應(yīng)用比較廣泛，主要應(yīng)用于制取烯烴、甲烷以及氨等，同時(shí)還可以聯(lián)合循環(huán)以發(fā)電，其發(fā)電效率較高且實(shí)現(xiàn)了煤炭資源的清潔利用。GE水煤漿加壓氣化技術(shù)操作簡(jiǎn)單，入爐工序簡(jiǎn)單，只需要將原材料直接送入爐內(nèi)即可，操作安全有保障，節(jié)約環(huán)保。GE水煤漿加壓氣化技術(shù)對(duì)原材料的要求較寬松，適應(yīng)性很強(qiáng)，可接受多煤型的氣化原材料，除此之外，GE水煤漿加壓氣化技術(shù)的氣化系統(tǒng)效率很高，最高可達(dá)96%[3]。

2.2 GSP干煤粉加壓氣化技術(shù)

GE水煤漿加壓氣化技術(shù)主要依靠氣流床加壓實(shí)現(xiàn)氣化操作。首先，干煤粉經(jīng)過(guò)干燥和細(xì)磨工序后成為原材料進(jìn)入爐內(nèi)，在爐內(nèi)完成氣化后自頂端進(jìn)入并在氣化爐的內(nèi)部有水冷壁作為內(nèi)件，在單燒嘴下行制氣。現(xiàn)有規(guī)模最大的GSP干煤粉加壓氣化裝置可一次性投入約720 t的褐煤，裝置主要應(yīng)用水進(jìn)行冷流程，投入成本低，有效節(jié)約化工生產(chǎn)資金。

2.3 Shell干煤粉加壓氣化技術(shù)

Shell干煤粉加壓氣化技術(shù)和GSP干煤粉加壓氣化技術(shù)屬于同一技術(shù)類別，但 Shell干煤粉加壓氣化技術(shù)的氣化煤種較多，包含諸如無(wú)煙煤、高灰熔點(diǎn)煤、煙煤等煤種。其入爐工序同樣是干煤粉經(jīng)過(guò)處理后進(jìn)入爐內(nèi)，但和GSP干煤粉加壓氣化技術(shù)不同的是Shell干煤粉加壓氣化技術(shù)的干煤粉入爐是由下部進(jìn)入的。現(xiàn)存的世界上最大的氣化爐處理量是2 000 t/d煤。爐內(nèi)氣化壓力值為3.0 MPa[4]。

2.4 魯奇固定床煤加壓氣化技術(shù)

魯奇固定床煤加壓氣化技術(shù)對(duì)于入爐原料的要求較高，對(duì)原料的熱穩(wěn)定性、化學(xué)活性等都有具體的要求標(biāo)準(zhǔn)，且該項(xiàng)技術(shù)的機(jī)械強(qiáng)度較高。主要應(yīng)用煤型是不粘或較弱粘結(jié)性的原料煤以及氣化褐煤，在城市的生產(chǎn)生常用于我國(guó)的氨肥產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中，其突出特點(diǎn)就是固定床空氣和蒸汽間歇制氣。

2.5 常壓固定床無(wú)煙煤(或焦炭)富氧連續(xù)氣化技術(shù)

常壓固定床無(wú)煙煤(或焦炭)富氧連續(xù)氣化技術(shù)的入爐原料通常采用粒度在8 mm～10 mm的無(wú)煙煤或者焦炭，通過(guò)富氧作為氣化方式進(jìn)行連續(xù)氣化。該氣化技術(shù)對(duì)于入爐原料的利用率較高且氣化設(shè)備的維修力度最小，對(duì)于自然環(huán)境幾乎不產(chǎn)生影響，非常適合無(wú)煙煤地區(qū)的氣化工作。

3 煤化工氣化工藝與設(shè)備的技術(shù)要點(diǎn)分析

3.1 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(chǎng)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(duì)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。

3.2 鋼材檢驗(yàn)

在煤化工氣化工藝中，對(duì)工藝設(shè)備所需的鋼材必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢驗(yàn)，檢驗(yàn)人員需要對(duì)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(shū)，檢驗(yàn)人員需要對(duì)證書(shū)的真?zhèn)芜M(jìn)行鑒別分析，同時(shí)結(jié)合工程設(shè)計(jì)對(duì)鋼材的性能進(jìn)行驗(yàn)證，未通過(guò)驗(yàn)證的鋼材不允許進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，鋼材中不符合設(shè)計(jì)安裝要求的可通過(guò)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(wú)裂痕、無(wú)疤痕、沒(méi)有褶皺，在鋼材的破損厚度沒(méi)有超過(guò)負(fù)偏差值一半的情況下不需要對(duì)鋼材進(jìn)行更換[5]。

3.3 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(guò)0.5 mm，不能出現(xiàn)明顯的鋼材破損和凹凸現(xiàn)象。針對(duì)氣化設(shè)備的安裝過(guò)程中常見(jiàn)鋼梁尺寸偏小等問(wèn)題，可采取斜對(duì)接以及鋼板拼接的方式進(jìn)行實(shí)時(shí)接長(zhǎng)，同時(shí)在進(jìn)行鋼板的拼接時(shí)，鋼構(gòu)件要避開(kāi)節(jié)點(diǎn)且長(zhǎng)度不能超過(guò)2.5 m，當(dāng)鋼構(gòu)件的厚度小于14 mm時(shí)，可采用剪板機(jī)進(jìn)行肋板剪切滿足工程要求。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)研究煤氣化工藝流程、方法以及相關(guān)特征進(jìn)行了詳細(xì)介紹研究，對(duì)各個(gè)施工單位部門(mén)提出了針對(duì)性的意見(jiàn)建議，并對(duì)其應(yīng)具備的專業(yè)技術(shù)、如何確保鋼材質(zhì)量以及如何增強(qiáng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的檢驗(yàn)安裝都提出了具體要求，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，在保障能源戰(zhàn)略安全的大前提下最大限度提高煤氣化效益，滿足人們生產(chǎn)生活對(duì)清潔能源的需求。