現代煤化工項目煤氣化技術運用分析

劉 斌

（烏蘭集團圣華新藥業，內蒙古興安盟 137400）

因為傳統的煤炭應用方式成本高、污染嚴重，所以現代煤化工項目都開始使用煤氣化技術，該項技術可使固體煤炭氣化，生成煤氣，再將煤氣輸送給用戶，氣體在用戶端會被充分利用，煤炭的資源利用率大幅提升，同時充分的利用率可以避免污染產生，可見煤氣化技術具有較高應用價值，值得推廣。但現實情況來看，我國煤氣化技術的推廣情況并不樂觀，如2017年電力、重工業、建筑、化工等煤炭資源的“大戶”行業中，僅有3%使用了煤氣化技術，其余依舊使用傳統方式，在這種情況下就有必要展開相關研究，主要介紹煤氣化技術的功效性、具體運用方式，旨在大范圍推廣煤氣化技術。

1 煤氣化技術的基本原理與常見形式

1.1 基本原理

煤氣化技術是一種先對煤炭進行特殊處理，隨即將煤炭送入反應器內，借助反應器內的溫度與壓力，配合氧化劑用一定的流動方式讓固體的煤炭轉化為氣體，可得粗制水煤氣，再對粗制水煤氣進行脫硫脫碳處理，可得精制一氧化碳氣，精制一氧化碳氣就是煤氣。這整個過程被稱為煤干餾過程，其中主要原理為：①特殊處理過的煤炭在100℃以上的高溫環境下受熱，隨即內部水分向外蒸發；②當環境溫度提升到200℃以上時，煤炭中結合水釋出。煤炭開始朝黏結性煤方向發展；③當問題超過350℃時，黏結性煤朝軟化方向發展，進一步成為黏稠膠質體；④當溫度處于400～500℃時，黏稠膠質體煤炭內的煤氣與焦油會被大量析出，同時該狀態下煤炭會開始熱分解；⑤在溫度處于450～550℃區間時，熱分解作用會使得煤炭的殘留物變稠，然后固化呈半焦狀；⑥當溫度超過550℃，半焦狀煤炭殘留物將繼續分解，產生大量揮發性氣體，氣體的主要成分為氫氣，同時半焦狀煤炭殘留物會不斷收縮，表面有明顯裂紋；⑦當溫度超過800℃時，半焦狀煤炭殘留物將縮小為多孔焦炭，表面有一定硬度。經過以上7個步驟，煤炭就會轉化為氣體，剩余固體物質為煤炭氣化副產品，具有一定的利用價值，而在這個過程中煤炭轉化出來的氣體主要成分為氫氣、甲烷，因此可以作為燃料使用，這就是煤氣化技術的基本原理。

1.2 常見形式

圍繞煤氣化技術的基本原理，研究界通過不斷的研發提出了很多煤氣化技術形式，并且在這些技術形式的優勝劣汰之下，精選出了幾種功效可觀、無可替代的技術形式，其中最為常見的有固定床氣化、流化床氣化、氣流床氣化。

1.2.1 固定床氣化

固定床氣化是最早的煤氣化技術形式，又可以分為Lurgi氣化技術、BGL氣化技術兩類，該項技術主要以煤塊為原料，通過加壓純氧方式進行連續氣化，其技術特點在于加壓氣化方式使得煤氣生產能力大幅增高，且耗氧量降低。該項技術因為研發時間比較早，所以存在很多缺陷，諸如該項技術生產出的煤氣質量較低，同時只能用不黏塊煤塊作為原料，使得煤氣生產成本增高，在商業價值上比較低。固定床氣化的兩項技術分類的具體內容如下。

（1）Lurgi氣化技術，該項技術的核心設備為魯奇爐，整個技術流程大體可以分為4個步驟，分別為氣化、冷凝冷卻、油洗、水洗，運作時需要側重壓力與溫度兩大核心參數，在參數條件合理的情況下可以生產大量煤氣以及灰渣。而Lurgi氣化技術的缺陷在于整個過程中會產生大量廢料，諸如冷凝冷卻步驟就會產生大量含酚廢水，這些廢料在理論上具有一定的利用價值，但目前還沒有找到正確的價值開發方式。

（2）BGL氣化技術，該項技術相比于Lurgi氣化技術更加先進，可以以石油焦、無煙煤、煙煤等煤炭作為原料，具有冷煤氣效率高、碳轉化率高等方面的優勢，其產生的煤氣利用價值高，能滿足工業燃氣需求。同時，BGL氣化技術也會產生廢料，但這些廢料無污染，且性能優異，可以直接應用于其他領域，諸如建筑領域可以用這些廢料填路，總體而言BGL氣化技術更加先進，廢料應用價值高。

1.2.2 流化床氣化

流化床氣化是一種對煤炭進行加溫，促使煤炭處于沸騰狀態，同時施于沸騰狀態煤炭上升氣流，這樣氣流就會帶走煤炭在沸騰過程中產生的煤炭顆粒，最終完成煤氣生產。流化床氣化的技術特點在于煤炭顆粒與氣化劑在空間底部會聚集，并保持流運動狀態，這樣能更好地進行固體排渣，這一特點來源于流化床氣化氣化爐的錐形結構，比較常見的氣化爐為常壓Winkler爐、加壓HTW爐。兩大氣化爐的具體內容如下。

①常壓Winkler爐，該氣化爐主要可以應用于高活性煤炭的煤氣生產中，應用時需要以氧氣、蒸汽作為氧化劑，結合流化床的沸騰作用實現煤炭氣化。②加壓HTW爐，該氣化爐是在常壓Winkler爐開發而出的，因此基本特征與前者無異，但區別在于加壓HTW爐應用中的溫度更高，同時還會給內部空間施加壓力，因此具有更高的生產效率，還可以降低能耗[1]。

1.2.3 氣流床氣化

氣流床氣化是一種利用氣體作為介質，夾帶煤粉使其處于懸空狀態，隨即進行氣化的煤氣化技術。該項技術目前是最為先進的煤氣化技術形式，在國際上得到了廣泛應用，在應用過程中，需要先對煤炭進行特殊處理，使其成為煤粉或者煤漿，隨即利用氣體氣化劑讓煤粉或煤漿產生氣化反應與燃燒反應，這樣就實現了煤炭氣化。氣流床氣化的技術特點在于氣化指標優秀、原料使用范圍廣，在生產過程中其氣化壓力最高，可達8.7MPa，還能借助多個工藝燒嘴讓煤炭氣化轉換率增大，大幅減少廢料量，因此具備極高的利用價值。但氣流床氣化并不是盡善盡美的，應用中存在冷煤氣效率低、原料消耗相對高的缺陷，這些缺陷在理論上雖然可以克服，但實際上還沒有找到很好的方法。

2 煤氣化技術運用要求

2.1 技術選型

雖然不同煤氣化技術形式存在優劣之分，但不代表可以只選擇最先進的技術來進行生產，事實上不同技術形式有自身適用條件，且涉及經濟成本問題，因此企業在煤氣化技術運用之前應當根據生產條件、自身經濟狀況慎重選擇技術形式。技術形式選型規則如下：

（1）根據生產條件，選擇可在現實條件中運作的生產技術，并且注意不同形式技術的分類，選擇其中更加先進的技術種類，諸如固定床氣化中就建議選擇BGL氣化技術。

（2）參照自身經濟條件，選擇最經濟實惠的技術形式，即保障技術能夠在現實生產條件下運作的情況中，企業需要根據自身經濟條件進行進一步選擇，否則可能因為無法承擔技術運維成本而放棄，不但帶來經濟損失，還不利于煤氣生產[2]。

2.2 技術配置

所有煤氣化技術形式都需要使用到相關設備，且設備關系到技術的生產效率，因此在技術應用中企業要根據技術要求做好相關設備配置工作。以氣流床氣化為例，該項技術的核心設備為德士古煤氣化爐，同時因為該項技術的熱化率較低，所以要配置高功率的熱回收系統。另外，考慮到氣流床氣化應用中的高溫熔渣會腐蝕爐壁，因此還要注意氣化爐的材質。

2.3 參數設置

在煤氣化技術運用中設備參數條件非常重要，諸如壓力、溫度等，因此企業應當了解各項技術形式的參數條件，再依照所選技術參數條件做好參數設置。以流化床氣化為例，其中溫度是核心參數，具體要求為：①150℃進行干燥處理；②150～700℃進行熱裂解；③700～1 500℃進行燃燒反應；④800～1 100℃進行還原反應。

3 煤氣化技術運用效果

3.1 案例概況

某煤氣生產企業成立十余年，發展過程非常穩定，因此經濟條件雄厚，并且引進了很多煤炭作為生產原料。以往該企業是直接使用煤炭來完成生產的，但這給企業帶來了較大的經濟壓力，尤其在近三年，該企業發現自身業務范圍內的需求量大幅增長，迫使企業必須提高生產量，而這樣做將使得企業成本再次增長，雖不至于虧本，收益卻會大幅降低，在這種情況下企業積極求變，開始使用煤氣化技術。

3.2 技術運用方法

參照煤氣化技術三大運用要求，該煤氣企業選擇了氣流床氣化，原因在于自身煤氣生產原料種類較多，如果使用其他技術會導致部分原料無法使用，且企業生產條件符合該技術形式要求，同時該企業經濟條件良好，可以承擔氣流床氣化的成本。圍繞氣流床氣化技術的設備配置、參數設置要求，該企業做好了一系列準備，具體內容為如下。

（1）在設備配置方面，該企業選擇了德士古水煤漿氣化爐，同時配置了700MW的熱回收系統，有效彌補了氣化爐熱化率低的缺陷，并且該企業所選氣化爐的材質經檢驗具有良好的耐腐蝕、耐高溫能力。

（2）在參數設置方面，參照氣流床氣化技術要求，該企業進行了參數設置，具體見表1。

表1 氣流床氣化參數

3.3 運用效果

該企業通過氣流床氣化進行了煤氣生產，主要利用氣化劑將煤粉代入氣化爐，隨即借助高溫（實際溫度為1 670℃左右）生產CO、H2、CO2等氣體，集中后可得煤氣。經過生產觀察了解到，氣流床氣化運用雖然會產生高溫熔渣，但熔渣可以被完全排除，因此技術運用負擔不高。同時根據企業技術應用前后的資源消耗情況可以看出，氣流床氣化使得該企業的煤炭資源用量大幅減小，在相同的時間，氣流床氣化的煤炭資源用量占直接應用的70%，說明降低了30%的資源用量，效果可觀、經濟效益良好。

4 結束語

介紹了煤氣化技術的基本原理與常見形式，了解到該項技術形式眾多，且不同形式互有優劣、特點，因此在運用中要遵從實際條件進行選型，并在選型后注重技術設備配置與參數設置工作。結合案例，介紹了煤氣化技術的運用效果，可見該項技術能降低資源用料，因此經濟效益良好。