具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三種煤氣化技術(shù)對(duì)比

王洪營(yíng)，楊悅敬，楊國(guó)棟，顧朝暉

(河南心連心化肥有限公司，河南新鄉(xiāng) 453731)

根據(jù)國(guó)內(nèi)氮肥行業(yè)“十二五”發(fā)展要求，今后將逐步采用以粉煤加壓氣化、新型水煤漿氣化等為代表的先進(jìn)煤氣化技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的采用間歇式固定床煤氣化技術(shù)的合成氨等煤化工企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造，以實(shí)現(xiàn)煤炭的清潔高效利用，提高合成氨等煤化工行業(yè)的能效水平和清潔生產(chǎn)水平。目前國(guó)內(nèi)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)煤氣化技術(shù)，如航天爐技術(shù)、多噴嘴水煤漿氣化技術(shù)、清華爐技術(shù)等，都已建成了一定數(shù)量的工業(yè)化裝置，并有數(shù)十臺(tái)氣化爐投入實(shí)際運(yùn)行，具備全面推廣的條件?，F(xiàn)就國(guó)內(nèi)幾種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氣化技術(shù)的一些特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比與探討。

1 技術(shù)及業(yè)績(jī)簡(jiǎn)介

1.1 多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)

多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)是由華東理工大學(xué)和兗礦集團(tuán)共同開(kāi)發(fā)的新型水煤漿氣化技術(shù)。其特點(diǎn)為:采用水煤漿進(jìn)料方式，四個(gè)對(duì)置式噴嘴進(jìn)料，氣化爐采用耐火磚隔熱形式，出氣化室合成氣體與渣采用冷激流程與渣水處理工藝［1］。

自山東華魯恒升多噴嘴氣化爐于2005年投運(yùn)以來(lái)，兗礦國(guó)泰，兗礦魯南，江蘇靈谷，江蘇索普，新能鳳凰，神華寧煤，寧波萬(wàn)華，以及于2012年1月20日投運(yùn)的安徽華誼，多噴嘴氣化爐已經(jīng)成功在9家企業(yè)22臺(tái)氣化爐投入運(yùn)行。而2008年與美國(guó)Valero企業(yè)簽訂技術(shù)許可合同，更是成功將其技術(shù)成功推廣至國(guó)外。

1.2 航天爐氣化技術(shù)

航天爐氣化技術(shù)是由航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司(原北京航天萬(wàn)源煤化工工程技術(shù)有限公司)開(kāi)發(fā)的新型粉煤氣化技術(shù)。其特點(diǎn)為采用干粉進(jìn)料方式，單個(gè)進(jìn)料噴嘴置于氣化爐頂部，采用盤(pán)管式水冷壁，出氣化室合成氣體與渣采用冷激流程與渣水處理工藝［2］。

自河南濮陽(yáng)龍宇，安徽晉煤中能(臨泉)一期于2008年投運(yùn)以來(lái)，近幾年來(lái)發(fā)展迅速，山東魯西化工，安徽臨泉二期，河南中新化工航天爐裝置現(xiàn)都已投產(chǎn)。而在建的河南晉開(kāi)集團(tuán)120萬(wàn)t合成氨項(xiàng)目則采用4臺(tái)航天爐，一期2臺(tái)即將完工，二期2臺(tái)也已安裝近半。其他已簽項(xiàng)目也都處不同施工或設(shè)計(jì)階段。

1.3 二代清華爐氣化技術(shù)

二代清華爐氣化技術(shù)是由北京盈德清大科技有限責(zé)任公司獨(dú)家經(jīng)營(yíng)的新型煤氣化技術(shù)。其特點(diǎn)為采用水煤漿進(jìn)料方式，單個(gè)進(jìn)料噴嘴置于氣化爐頂部，氣化爐采用新型垂直懸掛式水冷壁，出氣化室合成氣體與渣采用冷激流程與渣水處理工藝。

二代清華爐于2005年投入研發(fā)，工業(yè)裝置于2011年8月在山西豐喜臨猗分公司投入運(yùn)行。其區(qū)別于水煤漿的最大之處為將爐體的耐火磚改為水冷壁。首次投入運(yùn)行便實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行140 d的良好業(yè)績(jī)。

雖然其工業(yè)裝置投入運(yùn)行時(shí)間較晚，但其成功的技術(shù)已經(jīng)吸引不少?gòu)S家與之合作，黑龍江北大荒化肥公司浩良河化肥廠已經(jīng)與之簽訂氣化爐改造協(xié)議，江蘇華昌等與之簽訂了氣化技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議。

2 三種氣化工藝技術(shù)特點(diǎn)及對(duì)比

2.1 原料介質(zhì)進(jìn)料方式對(duì)比

表1 三種氣化工藝對(duì)比

圖1 原普進(jìn)料流程對(duì)比

進(jìn)料流程如圖1所示。單比較進(jìn)料方式:水煤漿進(jìn)料方式具有簡(jiǎn)單，穩(wěn)定等特點(diǎn)，粉煤輸送過(guò)程中消耗的功及能量較多。

同時(shí)采用水煤漿進(jìn)料方式，相較粉煤進(jìn)料更易于提高氣化爐的操作壓力至6.5 MPa或8.7 MPa，可以實(shí)現(xiàn)等壓聯(lián)產(chǎn)甲醇或合成氨，降低后續(xù)壓縮做功。

但水煤漿進(jìn)料方式進(jìn)入氣化爐內(nèi)帶有大量水分，水分的蒸發(fā)與蒸汽的升溫必定要消耗大量的熱量，其氣化效率要低于粉煤氣化，氧氣消耗也要高于粉煤氣化。

干粉進(jìn)料氣化效率高，碳轉(zhuǎn)化率高，有效氣體成分高，但在制煤過(guò)程中需要加熱干燥，氣化過(guò)程中需外加蒸汽。

2.2 多噴嘴與單噴嘴氣化爐內(nèi)流場(chǎng)對(duì)比

多噴嘴與單噴嘴氣化爐內(nèi)流聲如圖2所示。多噴嘴氣化爐氣化室內(nèi)霧化性能要好于單噴嘴氣化爐，初級(jí)霧化的物料再相互撞擊形成二次霧化，增強(qiáng)了霧化效果，提高了物料在爐內(nèi)停留時(shí)間，避免了部分物料從噴嘴口直接運(yùn)動(dòng)到渣口形成短路，增強(qiáng)了氣化爐內(nèi)介質(zhì)的傳質(zhì)傳熱，有利于氣化反應(yīng)的進(jìn)行，煤氣中的有效氣成分高，渣中可燃物含量低［3］。

同時(shí)多個(gè)噴嘴也易于實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的調(diào)整，多噴嘴爐也具有帶壓連投與無(wú)波動(dòng)倒?fàn)t等其他特有技術(shù)。單噴嘴氣化爐控制簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單，投資較少。

圖2 氣化爐內(nèi)流場(chǎng)對(duì)比

2.3 各種襯里形式對(duì)比(見(jiàn)圖3)

采用耐火磚爐爐壁的熱量損失少，但需要定期更換損壞的耐火磚。因?yàn)楦鼡Q筒體磚時(shí)間較長(zhǎng)，一般需要設(shè)置備爐。

圖3 襯里形式對(duì)比

同時(shí)耐火材料也限制了氣化爐溫的提高，對(duì)于高灰熔點(diǎn)的煤，需要添加助熔劑。采用水冷壁形式則有煤種適應(yīng)性強(qiáng)，可以燒高灰熔點(diǎn)煤。同時(shí)長(zhǎng)周期運(yùn)行不用設(shè)置備爐。減少維修費(fèi)用與工作量等優(yōu)點(diǎn)。新型垂直懸掛式水冷壁采用自然循環(huán)設(shè)計(jì)，強(qiáng)制循環(huán)運(yùn)行，安全可靠［4］。

2.4 氣化工藝中各種不同技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

不同氣化工藝的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表2所示。

3 總結(jié)

三種氣化技術(shù)各有其優(yōu)點(diǎn)，用戶及使用業(yè)績(jī)也在不斷增加。單從氣化爐反應(yīng)反面考慮，粉煤氣化具有其優(yōu)勢(shì)，但如果考慮原料介質(zhì)輸送所消耗的功，則其優(yōu)勢(shì)將被抵消掉部分。加之后續(xù)選擇的不同的耐硫高水汽比變換或低水汽比變換工藝，消耗亦不相同。而且各家使用單位所選用煤質(zhì)不同，操作水平不同，即便選用同一種氣化工藝，消耗也不盡相同。外加消耗衡算方式也有所差異，因此很難從根本上說(shuō)那種氣化技術(shù)最具優(yōu)勢(shì)，三者各有技術(shù)側(cè)重點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

沒(méi)有最好的氣化技術(shù)，只有最適合自己企業(yè)的氣化技術(shù)。在企業(yè)選擇氣化技術(shù)時(shí)，一定要根據(jù)自身情況，從產(chǎn)品及規(guī)模、原料煤種，自身資源，環(huán)境保護(hù)，投資等綜合多方面情況考慮，選擇出適合自己的氣化技術(shù)。希望其他即將進(jìn)行原料結(jié)構(gòu)升級(jí)的單位早日找到適合自己的氣化技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有固定床氣化技術(shù)進(jìn)行升級(jí)，一方面降低生產(chǎn)成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力;另一方面節(jié)能減排，為我國(guó)的環(huán)境保護(hù)做貢獻(xiàn)。

表2 不同氣化工藝的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

［1］于廣鎖，龔 欣，劉海峰，等.多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)［J］.現(xiàn)代化工，2004(10):46－49.

［2］孫永才，劉 偉.航天爐粉煤加壓氣化技術(shù)淺析［J］.化肥工業(yè)，2010(01):55－57.

［3］孫銘緒.多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)工程設(shè)計(jì)［J］.化工設(shè)計(jì);2007(05):3－7，37.

［4］王 軍，陸 峰，林彬彬.國(guó)內(nèi)工程應(yīng)用的幾種煤氣化技術(shù)簡(jiǎn)介［C］.2009中國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研討會(huì)會(huì)議論文:59－79.