試析兩種加壓煤氣化工藝的對比

（新疆天業集團匯合新材料有限公司，石河子市，832200） 鹿 楊

從現在來看，工業上主要通過加壓氣流床煤氣化以及加壓固定床煤氣化這兩種工藝來進行煤制氣。這兩種工藝優勢和弊端都比較顯著，應用時要通過看煤化工產品具體對合成氣成分的要求，然后通過一系列的指標（原料煤的熱穩定性、揮發分、全水含量、氫含量、灰熔融性穩定等）來選擇看哪種煤氣化工藝比較合理。

1 加壓氣流床煤氣化工藝特征分析

1.1 出爐煤氣高溫顯熱利用率

干法和濕法進料是加壓氣流床煤氣化的主要技術，主要特征表現為：首先，粗煤氣中甲烷含量不高，適用于原料氣，同時要求原料煤的熱穩定性比較低，對煤種要求也低。其次，使用該工藝弊端也很明顯，就算選擇價格較高的高壓廢鍋流程，其煤氣的高溫熱焓利用率也只能勉強達到30%。再次，激冷流程投資雖降低，但是CO變換對水蒸氣的實際需求已經遠低于汽氣比R＞1的水蒸氣，其中CO變換的反應熱也僅可以轉化成中壓蒸汽，而最多這部分蒸汽轉為工藝動力，激冷煤氣中對有效能量的利用也不足30%。

通過上述可以看出，水蒸氣冷凝和潛熱被利用不充分，而廢鍋流程和激冷流程都不能很好的解決該問題，出爐煤氣中浪費了較多的高溫顯熱。鑒于此，兩段式氣流床煤氣化工藝應運而生，其既可以使出爐煤氣的帶出顯熱減少，也可以避免用價格不菲的高壓廢鍋，同時也使得煤氣高溫顯熱進入水蒸氣的總量減少，促進了氣流床煤氣化的熱效率。使用兩段式氣流床雖然有這些優勢，但是仍舊避免不了出爐時大于900℃的高溫顯熱，這只能通過利用率為30%的水蒸氣的形式供其它地方使用。

1.2 高溫下1 000m3（CO＋H2）氣體高溫耗氧及耗煤量

氣流床瞬間加熱氣化工藝特點決定，一定要進行高溫氣化，通過高溫氣化，把部分原煤中的化學有效能轉為高溫煤氣顯熱供應，這對原煤和原材料的氧氣都是極大的消耗。1 000m3（CO＋H2）的粗煤氣在出爐1 000℃左右時，其所帶的顯熱和75千克標煤以及120m3純氧反應所放出的熱量相當，大約能夠達到2.2GJ。這些熱量絕大部分都是以蒸汽冷凝潛熱的方式排入大氣中，小部分作為煤企凈化工藝以及工藝動力中的氨精餾和甲醇精餾。

75kg標煤大約會生成150kg的二氧化碳，這對煤氣凈化工序來說是新的負擔，如果把這些二氧化碳脫除，則需要0.6GJ左右的熱量。而120m3/h中壓氧氣需要投資大約55萬左右的制氧設備，而且需要一定的動力和制氧單元的涼水塔蒸發消耗冷卻水分別90kwh、250kg。

1.3 1000m3（CO＋H2）粗煤氣顯熱排出投資、水耗以及能耗分析

通過使用氣流床煤氣化工藝，原料煤是由噴嘴直接噴入爐內高溫地方，原料煤的部分氣化或者是余熱都不能使用煤氣化瞬間反應造成的高溫余熱。在以后的工序凈化時候用到耗熱的地方特別少，對于產品合成更是用不到這些高溫余熱，因此，這些熱量以蒸汽熱量的形式大部分通過冷卻排向大氣中，只有小部分用于其它地方或者是工藝動力。1 000m3（CO＋H2）粗煤氣中約有熱量1.5GJ/h，需要用到的換熱面積、電耗、涼水塔蒸發水耗、循環冷卻水以及涼水塔分別為 20m3、5KWh、≥500kg、36t/h、3.5m3。

另外，和加壓固定窗煤氣化工藝比起來，加壓氣流床煤氣化工藝的很多問題也是比較麻煩，比如對氧氣消耗量較大，備煤輸煤系統比較復雜，要求原料煤高熱值，所需的投資高等，這些問題都需要新技術方案的支持，當前沒有好辦法能夠解決。

2 加壓固定床煤氣化工藝特征分析

2.1 加壓固定床煤氣化工藝優勢和弊端

優勢：①加壓固定床煤氣化中煤氣組分含有較高含量的甲烷和烴，尤其適用于煤制天然氣副產石油烴。②加壓固定床煤氣化對原料煤的水分和熱值沒有太高要求，備煤輸煤系統相對比較簡單，而且投資不需要太多，對于單位熱值煤氣而言，該工藝比氣流床工藝在原料煤的消耗上，特別是氧氣的消耗，要低很多。

弊端：單位煤氣消耗的蒸汽較高，氣化廢水處理需要的成本也高，而且要求原料煤的熱穩定性以及黏度都很高。

2.2 廢水處理成本高以及蒸汽消耗高的原因

加壓固定床氣化的條件是在低于原料煤ST溫度大約100℃，務必把很多水蒸氣加入氣化爐，避免燃燒層灰渣結較大的塊。固定床氣化反應條件溫度較低，而且氣化壓力高，這使得氣化反應蒸汽分解率和平衡常數比較低，所以致使消耗單位煤氣的蒸汽也就高。氣化爐汽氧比為4.5～7，分解率能夠達到35%，沒有被分解的蒸汽、煤熱解生產的水以及原料煤干燥出的水汽令加壓固定床噴淋洗滌器出口煤氣R升至1，其一這對煤氣水的總量增加很多，其二對煤氣水的處理難度也增加不少，因為煤氣來自氣化層，經過干餾層和干燥層會帶出比較復雜的化合物，比如粉塵、鹽類、氨、苯、石油烴、酚等，這些化合物會溶解到煤氣水當中，這無形中使煤氣水的處理難度增加。由此能夠看出，上述就是加壓固定床氣化工藝廢水處理成本比較高的原因，歸根結底，較大量的煤氣水之所以產生是由于蒸汽消耗的多，從這一角度分析，正是由于蒸汽消耗高才使得固定床蒸汽消耗高以及廢水處理成本高。

2.3 氧耗低原因分析

就當前來看，上述兩種加壓煤氣化工藝都不能把熱效率提高。加壓氣流床氣化原料煤用到的備煤貴且復雜，同時由于瞬間加熱的工藝局奠定了其反應余熱利用率不高，不能作為預熱原料煤的熱源。而通過加壓固定床氣化工藝，可以使煤氣化反應余熱等到充分利用，該工藝用到的備煤簡單，并且供煤系統也不復雜，由于其具備氣、固相逆流相向移動的工藝特點，令該工藝單位熱值煤氣的氧耗相比氣流床氣化工藝降低了50%還多。

3 加壓固定床煤氣化工藝趨勢

首先，碎煤加壓固定床液態排渣（BGL）氣化工藝是現在正在工業化開發中用到的工藝，其優勢為消耗蒸汽低，分解率高，可以＞95%。其次，加壓固定床氣化粗煤氣余熱回收蒸汽新工藝正準備進行工業化試驗，氣化爐用到的水蒸氣能夠通過轉化濕粗煤氣中水蒸氣得來。這兩種工藝最顯著的特點就是都可以使煤氣化廢水總量和固定床氣化工藝蒸汽消耗大大降低，以后應用會比較廣泛，特別對煤制天然氣副產石油烴來說，采用加壓固定床煤氣化工藝更是優勢顯著。

4 結束語

綜上所述，考慮到國內的原煤為低階煤，采用加壓固定床煤氣化工藝來進行煤制天然氣，因為對備煤供煤要求簡單，而且氧耗比較低，一方面能夠把原料漲價的壓力進行緩解，另一方面能夠通過該工藝的產品優勢來應對可能出現的不同情況。與此同時，也可以采用新的設備和技術來優化現有工藝和裝備，以促進煤化企業在實現經濟效益的同時也能做到工藝和環保的一同進步。