現(xiàn)代煤化工項目煤氣化技術(shù)的研究

蔣傳甲　趙新亮

摘 要：作為能源消耗大國，我國的自然資源的基本特點是富煤、貧油、少氣，煤炭資源在我國的一次性能源中占有重要地位。我國的煤炭儲量位于全球第二，是世界上最大的煤炭開采國和消費國。如何高效、清潔地使用煤炭資源，是我國長期的戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)及方向，也是我國可持續(xù)發(fā)展政策的主要內(nèi)容。化學(xué)工業(yè)是我國國民經(jīng)濟的重要組成部分，煤炭是其主要原料。作為煤化工產(chǎn)業(yè)的核心部分，煤氣化技術(shù)是將煤炭轉(zhuǎn)化成氣體化工原料的工藝過程。為此，本文主要對煤氣化技術(shù)原理、分類及潔凈煤氣化技術(shù)的選擇與應(yīng)用進行了分析與探究。

關(guān)鍵詞：煤化工；煤氣化技術(shù)；原理

能源緊缺與石油價格的持續(xù)上漲已影響到我國的政治安全與經(jīng)濟發(fā)展，進入21世紀(jì)以來，我國進入一個加快發(fā)展的黃金時期，工業(yè)化和城市化進程加快，因此，能源問題也日益顯著。煤化工產(chǎn)業(yè)在我國能源的可持續(xù)發(fā)展中占據(jù)著重要的地位，并且是我國未來二十年能源發(fā)展的重要方向，這將大量減輕燃煤造成的環(huán)境污染，降低我國對于進口石油的依賴程度，所以，煤化工產(chǎn)業(yè)在我國面臨著新的市場需求和發(fā)展機遇。煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略是煤化工產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的最重要組成部分，如何規(guī)劃煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，提高煤化工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)效率和決策水平，對煤化工產(chǎn)業(yè)優(yōu)化資源配置，提高競爭力具有重要意義。

1 煤氣化技術(shù)原理及分類

1.1 煤氣化技術(shù)原理

煤氣化是指用煤炭作原料來生產(chǎn)工業(yè)燃料氣、民用煤氣和化工原料氣，它是潔凈、高效利用煤炭的主要途徑之一。其基本原理就是在參與反應(yīng)的氣體的環(huán)境中將煤轉(zhuǎn)化為可燃氣體、焦油和固體產(chǎn)物。煤氣化是一個熱化學(xué)過程，氣化過程中煤經(jīng)歷一系列復(fù)雜的物理和化學(xué)變化，其變化程度和速率取決于煤種、溫度、壓力，也受到由氣化爐型決定的停留時間、傳質(zhì)傳熱條件和溫度歷程的影響。煤氣化是一個強吸熱反應(yīng)過程，從氣化熱力學(xué)和動力學(xué)角度分析，高溫有利于氣化反應(yīng)的進行。氣化反應(yīng)是增體積反應(yīng)，因此增加壓力使平衡向相反的方向進行，但增加壓力可以提高氣化反應(yīng)速率，增加氣化爐生產(chǎn)能力。此外，減小顆粒粒徑，增加氣、固停留時間都有利于提高碳轉(zhuǎn)化率和氣化反應(yīng)器的氣化能力。

1.2 煤氣化技術(shù)分類

煤氣化技術(shù)種類繁多，按照氣化爐的類型可分為固定床氣化、流化床氣化、氣流床氣化三種：固定床氣化技術(shù)是起源最早的煤氣化技術(shù)，塊狀煤從上部落入氣化爐并形成固定床層，空氣和水蒸氣等氣化劑從底部通入并穿過床層，塊煤保持固定狀態(tài)并逐漸燃燒，剩余灰渣在床層中逐漸下移并在氣化爐底部排出，目前較為流行的固定床氣化技術(shù)有常壓固定床氣化（UGI）、魯奇（Lurgi）爐加壓氣化等；流化床技術(shù)選用碎煤為原料，通過氮氣和蒸汽吹送進入氣化爐，氧氣或富氧空氣從爐體底部高速通入爐內(nèi)，并使碎煤在爐體內(nèi)部呈流化狀高速湍動，同時發(fā)生劇烈氣化反應(yīng)，爐內(nèi)火焰中心溫度約為1200℃，灰渣在高溫作用下開始熔融并積聚成球，灰渣球重量逐漸變大最終通過爐底部排出，較成熟的流化床技術(shù)有U-GAS氣化、灰融聚氣化等；氣流床技術(shù)以粉煤或水煤漿為原料，氣化原料與氣化劑一起通過噴嘴進入氣化爐，氣化劑與煤粉或水煤漿高速噴出并充分混合，在氣化爐內(nèi)發(fā)生火焰型非催化部分氧化反應(yīng)，爐內(nèi)火焰中心溫度約為2000℃，灰渣完全融化并在爐底排出，應(yīng)用較為廣泛的主要是Shell氣化，GSP氣化。

2 潔凈煤氣化技術(shù)的選擇與應(yīng)用

2.1 GE水煤漿加壓氣化技術(shù)

GE水煤漿氣化屬氣流床加壓氣化技術(shù)，其優(yōu)點是：①原料煤的運輸、制漿以及入爐系統(tǒng)比干粉煤加壓氣化簡單，安全可靠，且投資省；②單爐目前國際上最大的GE氣化爐投煤量為2 000 t/d，國內(nèi)已投產(chǎn)的氣化爐能力最大為1 000 t/d，設(shè)計中的氣化爐能力最大為1 600 t/d；③對原料煤適應(yīng)性較廣，氣煤、煙煤、次煙煤、無煙煤、高硫煤及低灰熔點的劣質(zhì)煤、石油焦等均能用作氣化原料。該技術(shù)要求原料煤含灰量較低，還原性氣氛下的灰熔點低于1 300℃，且灰渣黏溫特性要好。GE氣化系統(tǒng)不需要外供過熱蒸汽及輸送氣化用原料煤的N2或CO2。氣化系統(tǒng)總熱效率高達94%～96%，高于殼牌干粉煤氣化熱效率（91%～93%）和GSP干粉煤氣化熱效率（88%～92%）。GE氣化爐結(jié)構(gòu)簡單，為耐火磚襯里，制造方便且造價較低。煤氣除塵簡單，無需價格昂貴的高溫高壓飛灰過濾器，投資節(jié)省。

2.2 多元料漿加壓氣化技術(shù)

多元料漿加壓氣化技術(shù)為西北化工研究院開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)，屬氣流床單燒嘴下行制氣。典型的多元料漿組成為含煤60%～65%，油料10%～15%，水20%～30%。在制備多元料漿時摻入油類的辦法不符合以煤代油改變原料路線的原則。

2.3 GSP干煤粉加壓氣化技術(shù)

GSP干煤粉加壓氣化技術(shù)屬于氣流床加壓氣化技術(shù)，入爐原料煤為經(jīng)過干燥、磨細后的干煤粉，干煤粉由氣化爐頂部進入，屬單燒嘴下行制氣。氣化爐內(nèi)有水冷壁內(nèi)件，目前國外最大的GSP氣化爐投煤量為720 t/d褐煤。因采用水激冷流程，投資比殼牌爐省，適用于煤化工生產(chǎn)。正常時要燃燒液化氣或其他可燃氣體，以便于點火并防止熄火和確保安全生產(chǎn)。

2.4 二段式干煤粉加壓氣化技術(shù)

二段式干煤粉加壓氣化技術(shù)中可氣化的煤種包括褐煤、煙煤、貧煤、無煙煤以及高灰分、高灰熔點煤，不產(chǎn)生焦油、酚等。其特點是采用二段氣化，缺點是合成氣中CH4含量較高，對制合成氨、甲醇、氫氣不利。

2.5 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)亦稱為BGL碎煤移動床氣化技術(shù)，主要用于氣化褐煤、不黏結(jié)性或弱粘結(jié)性的煤，要求原料煤熱穩(wěn)定性高、化學(xué)活性好、灰熔點高、機械強度高、不粘結(jié)性或弱黏結(jié)適用于生產(chǎn)城市煤氣和燃料氣。該技術(shù)產(chǎn)生的煤氣中焦油、碳氫化合物含量約為1%，甲烷含量約為10%。由于焦油分離、含酚污水處理復(fù)雜，用以生產(chǎn)人工天然氣和城市煤氣較為適宜。

2.6 灰熔聚煤氣化技術(shù)

灰熔聚煤氣化技術(shù)特點是煤種適應(yīng)性寬，屬流化床氣化爐，煤灰不發(fā)生熔融，而只是使灰渣熔聚成球狀或塊狀灰渣排出。其優(yōu)點是可以氣化褐煤、低化學(xué)活性的煙煤和無煙煤、石油焦，投資比較少，生產(chǎn)成本低；缺點是操作壓力偏低，對環(huán)境污染、飛灰堆存和綜合利用問題有待進一步解決。此技術(shù)適合于中小型氮肥廠利用就地或就近的煤炭資源改變原料路線。

3 結(jié)束語

綜上所述，我國的煤資源比較豐富，煤炭是我國重要的能源之一，必須要對煤炭資源進行合理利用。現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)中，潔凈煤氣化技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，本身具有高能源利用率、輕污染等優(yōu)勢，是未來煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重要領(lǐng)域。根據(jù)國際能源工業(yè)發(fā)展趨勢分析，煤的優(yōu)化利用技術(shù)包括煤的燃燒和轉(zhuǎn)化利用技術(shù)，能夠很好的實現(xiàn)最少的污染物排放，提高煤的利用效率，達到煤的高效、清潔利用的目的。發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)，提高我國煤利用效率的主要途徑之一是研制和推廣應(yīng)用煤炭氣化技術(shù)。

參考文獻

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