試論煤制甲醇過程中煤氣化技術(shù)的應(yīng)用

劉娟

摘 要：隨著科技水平的不斷提高，我國煤制甲醇技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，并且得到了規(guī)?；a(chǎn)。在煤制甲醇過程中，選擇適當(dāng)?shù)拿簹饣夹g(shù)至關(guān)重要。文章探討煤制甲醇過程中煤氣化技術(shù)的應(yīng)用，首先簡(jiǎn)介了煤制甲醇過程中幾種常用的煤氣化技術(shù)，然后比較和選擇三大煤制甲醇技術(shù)方案，以期為同行提供一些有益的參考。

關(guān)鍵詞：煤制甲醇；煤氣化技術(shù)；應(yīng)用

1 甲醇及煤氣化技術(shù)概述

我國能源資源現(xiàn)狀是缺油、少氣、富煤。目前，隨著經(jīng)濟(jì)及工業(yè)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)石油表現(xiàn)出了更大的需求，直接造成石油價(jià)格日益增長(zhǎng)。石油具有不可再生性，所以，世界各國均在致力于新能源的尋找，以解決石油不足的問題。在尋找替代能源的過程中，甲醇以其諸多優(yōu)勢(shì)（尤其制作的簡(jiǎn)便性）獲得了人們的一致認(rèn)可[1]。人們可以制定相應(yīng)的工業(yè)程序以實(shí)現(xiàn)對(duì)甲醇的規(guī)?；a(chǎn)，效果較為理想?；趪夷茉窗踩鞍l(fā)展的考慮，必須重視并做好煤制甲醇工作，發(fā)展其二次加工，使其成為一種替代石油的理想燃料，促進(jìn)我國工業(yè)水平的進(jìn)一步提高。

在煤制甲醇工藝中，煤氣化技術(shù)屬于核心技術(shù)。目前，國內(nèi)外較為先進(jìn)的煤氣化技術(shù)包括GSP粉煤加壓氣化技術(shù)、SCGP粉煤加壓氣化工藝、Shell干粉煤氣化技術(shù)、Texaco水煤漿加壓氣化工藝、Lurgi塊煤加壓氣化工藝、HTW流化床工藝等。上述煤氣化技術(shù)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)綜合各方面考慮，在工業(yè)中選用最適合工業(yè)化的煤氣化技術(shù)。

2 煤制甲醇過程中幾種常用煤氣化技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1 德士古加壓水煤漿氣化技術(shù)

德士古加壓水煤漿氣化技術(shù)是由美國德士古公司，在重油氣化的基礎(chǔ)上開發(fā)成功的第二代煤氣化技術(shù)。選用氣化反應(yīng)活性較高的年輕煙煤，而煙煤中最適宜的是長(zhǎng)焰煤、氣煤等。氣化反應(yīng)溫度為1300-1500℃，壓力控制在4.0Mpa-6.5Mpa，采用激冷流程。

2.2 BGL塊煤熔渣氣化技術(shù)

BGL（British Gas-Lurgi英國燃?xì)?魯齊）碎煤熔渣氣化爐技術(shù)是在原第二代、第三代和第四代魯齊固定床加壓氣化爐技術(shù)基礎(chǔ)上，由德國Lurgi公司研發(fā)設(shè)計(jì)，選用塊煤作原料，通常要求塊煤具有良好的不黏結(jié)性、熱穩(wěn)定性以及化學(xué)活性等。氣化溫度在1400-1600℃，壓力為2.0Mpa-3.0Mpa。

2.3 Shell干粉煤氣化技術(shù)

該技術(shù)由荷蘭Shell公司研發(fā)設(shè)計(jì)，屬于一種加壓氣流床氣化工藝。氣化溫度范圍為1400℃-1600℃，壓力為3.0Mpa-4.0Mpa。碳轉(zhuǎn)化率較為理想，控制在99%以上，產(chǎn)品中雜質(zhì)較少，目標(biāo)成分（CO+H2）占90%，大幅度降低了煤炭的使用量。

3 基于上述工藝的三大技術(shù)方案

以年產(chǎn)量為300萬噸的二甲醚作為文章的研究實(shí)例，其主要過程是：煤與氣化劑在一定條件下生成合成氣，再經(jīng)凈化處理合成甲醇，最后由甲醇制取二甲醚。文章一共提出了如下三種技術(shù)方案。

3.1 基于水煤漿氣化工藝的技術(shù)方案

德士古加壓水煤漿氣化工藝采用華東理工大學(xué)研發(fā)設(shè)計(jì)的多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)，以水煤漿為進(jìn)料、氧氣為氣化劑。它是一項(xiàng)成熟、國產(chǎn)化率高、投資省、長(zhǎng)周期穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的工藝技術(shù)，但是其燒嘴使用周期短、水煤漿含水量高、對(duì)管道及設(shè)備的材料選擇要求嚴(yán)格。

3.2 基于BGL塊煤熔渣氣化工藝的技術(shù)方案

BGL塊煤熔渣氣化工藝以塊煤為原料、氧氣（水蒸氣）為氣化劑，具有裝置投資少、建設(shè)周期短、氣化效率高等優(yōu)勢(shì)，但是煤原料利用效果不理想，生產(chǎn)過程中將會(huì)生成大量甲烷。因此工業(yè)中應(yīng)用PSA進(jìn)行甲烷富集，并對(duì)其非催化部分進(jìn)行氧化處理，然后將生成的合成氣集中導(dǎo)入后續(xù)的粗合成氣凈化系統(tǒng)[2]。另外，副產(chǎn)品中焦油及酚含量相對(duì)較大，且具有一定的處理難度。

3.3 基于Shell干粉煤氣化工藝的技術(shù)方案

Shell干粉煤氣化工藝選用干煤粉作原料、純O2作氣化劑，以液態(tài)形式排渣。具有可選煤范圍廣、高效率、轉(zhuǎn)化率高，但是建設(shè)周期長(zhǎng)、投資高、能耗高。

4 三大技術(shù)方案的綜合比選

4.1 原料的適應(yīng)性

若采用德士古加壓水煤漿氣化技術(shù)，關(guān)鍵在原料煤的成漿性，因?yàn)槠鋵?huì)對(duì)水煤漿氣化過程產(chǎn)生決定性的影響。因此應(yīng)選擇反應(yīng)活性好、高揮發(fā)份、灰熔點(diǎn)低、灰份低、可磨性好的煤，制取理想成漿性的水煤漿。若采用BGL塊煤熔渣氣化工藝，應(yīng)選用塊煤作為進(jìn)料，煤的具體粒度應(yīng)控制在6-50mm之間。若采用Shell粉煤氣化工藝，應(yīng)選用干粉煤作為進(jìn)料，含水率控制在2%-5%之間，將灰分控制在10%-30%之間[3]。

4.2 產(chǎn)品的適應(yīng)性

采用德士古加壓水煤漿氣化激冷工藝制作得到的合成氣，具有較高的汽氣比（1.4：1），因而適合進(jìn)行氨及甲醇的生產(chǎn)，另外，也能夠用來制作氫、羰基合成氣等，具有較為廣泛的用途。采用BGL塊煤熔渣氣化工藝制作得到的合成氣，其甲烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高，可達(dá)6%，因而適宜制作SNG（合成天然氣）或者IGCC（整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)）所需要的燃料氣。生成甲醇的過程中，副產(chǎn)品甲烷含量較高，需要對(duì)其進(jìn)行處理。所以，采用該工藝時(shí)，需要增設(shè)兩大裝置：PSA裝置和非催化部分氧化裝置，經(jīng)過以上兩大裝置處理之后的合成氣將會(huì)被輸送到粗合成凈化系統(tǒng)。由此可知，基于該工藝的整個(gè)系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，投資偏高。采用Shell粉煤氣化工藝的過程中，應(yīng)用廢鍋流程，變換環(huán)節(jié)需要加入大量的水蒸汽，或者是加入多級(jí)噴水激冷措施，增添低水汽比變流程。對(duì)粗合成氣進(jìn)行檢驗(yàn)，測(cè)出其CO質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，達(dá)60%-65%，因而對(duì)CO變換要求更為嚴(yán)格，與此同時(shí)，也明顯加重了下游低溫甲醇洗的工作負(fù)荷。

4.3 總體投資

投資從項(xiàng)目總投資情況來看，德士古加壓水煤漿氣化技術(shù)最低，BGL塊煤熔渣氣化技術(shù)其次，Shell粉煤氣化技術(shù)最高。Shell粉煤氣化技術(shù)理論上不需要備爐，但從近些年氣化爐實(shí)際運(yùn)行情況來看，少量的備爐還是需要的，考慮備用爐將進(jìn)一步增加投資。

4.4 污水處理

德士古加壓水煤漿氣化技術(shù)和Shell粉煤氣化技術(shù)均可被歸入到潔凈煤氣化技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)較多，不僅氣體有效成分較高，而且三廢排放量較少、易處理、氣化壓力范圍大等特點(diǎn)；BGL塊煤熔渣氣化工藝中廢水量雖然比Lurgi氣化工藝的少，但是排放廢水含有一定量的酚、氨及油，增加了實(shí)際處理難度?，F(xiàn)階段，還沒有較為成熟的廢水處理工藝，因而難以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放、回用難度系數(shù)較高。若采用BGL氣化工藝，需要使用同類裝置對(duì)使用的原料煤予以試燒，準(zhǔn)確地估算氣化爐的實(shí)際產(chǎn)能、副產(chǎn)品信息（主要包括數(shù)量和成分）[5]，同時(shí)獲取廢水信息，合理設(shè)計(jì)污水處理。

5 結(jié)束語

文章基于煤制甲醇過程中煤氣化技術(shù)的應(yīng)用展開了系統(tǒng)而深入的分析，并結(jié)合實(shí)例，提出了三大技術(shù)方案，從多方面（原料、產(chǎn)品的適應(yīng)性、投資及污水處理等）對(duì)三大技術(shù)方案進(jìn)行了比選。綜上所述：在德士古加壓水煤漿氣化技術(shù)、BGL塊煤熔渣氣化技術(shù)和Shell粉煤氣化技術(shù)中，Shell粉煤氣化技術(shù)與其它氣化技術(shù)相比，雖然有一定優(yōu)勢(shì)，但是裝置投資高、經(jīng)濟(jì)性較差；BGL塊煤熔渣氣化工藝需要大量水資源，污水處理難度大、增加了三廢處理成本；德士古加壓水煤漿氣化技術(shù)投資最低、經(jīng)濟(jì)效益最好、技術(shù)十分成熟，因此更具優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]李瓊玖，杜世權(quán)，廖宗富，等.煤制油與煤氣化制甲醇技術(shù)的比較與選擇[J].中外能源，2009，7：26-29.

[2]任光.煤制甲醇過程中煤氣化技術(shù)的選取[J].同煤科技，2010，2：39-40+43.

[3]畢可軍.灰融聚流化床粉煤氣化技術(shù)在焦?fàn)t氣制甲醇補(bǔ)碳上的應(yīng)用[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2011，1：69-72.