現(xiàn)代煤氣化工藝比選優(yōu)化的探討

汪壽建

(中國化學工程股份有限公司，北京　100007)

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現(xiàn)代煤氣化工藝比選優(yōu)化的探討

汪壽建

(中國化學工程股份有限公司，北京100007)

摘要：煤氣化工藝比選優(yōu)化工作一定要慎重結(jié)合煤質(zhì)分析及試燒數(shù)據(jù)進行對標和匹配，結(jié)合反應器結(jié)構(gòu)的選擇和工藝參數(shù)的要求，同時借助化學反應及熱力學基本定律等所提供的計算模型進行定量分析，在此基礎上優(yōu)選出適合當?shù)孛悍N的氣化工藝。本文對煤氣化工藝比選優(yōu)化的要素進行了描述，就如何獲取和評價這些要素提出了比選的思路和步驟。

關鍵詞：煤氣化工藝；比選；優(yōu)化

煤氣化是現(xiàn)代煤化工裝置中的核心工序，把握現(xiàn)代煤氣化技術的發(fā)展趨勢，選擇適宜的原料煤將會直接影響到現(xiàn)代煤化工項目的能效、環(huán)保、安全、投資和效益。因此優(yōu)選煤氣化工藝，真正做到綠色安全環(huán)保，是確定現(xiàn)代煤化工健康發(fā)展的重要基礎?，F(xiàn)代煤氣化發(fā)展的趨勢和方向應符合我國煤種多、成分復雜的特點。要始終追求那種煤轉(zhuǎn)化率高、氣化效率高、有效產(chǎn)率高、節(jié)能消耗低、成本造價低、綠色環(huán)保優(yōu)的氣化發(fā)展趨勢，并能適應我國各種原料煤和市場所需要的煤化工產(chǎn)品，這恐怕就是現(xiàn)代煤氣化工藝優(yōu)化比選的重要性和我們不懈努力的方向。

煤氣化工藝比選的關鍵是要將該氣化工藝與所用煤炭參數(shù)進行合理匹配，通過比選確定的氣化工藝能使煤炭在該工藝狀態(tài)下正確氣化并達到最佳狀態(tài)。各種煤氣化工藝適用的原料煤種是各不相同的，應以當?shù)孛禾抠Y源為依托，這是現(xiàn)代煤化工政策所確定的煤氣化轉(zhuǎn)化的基礎和前提。當?shù)赜惺裁疵悍N，適合選取什么樣的氣化爐型，要因地而宜，因煤而宜，因產(chǎn)品而宜。煤氣化工藝技術一旦選定，現(xiàn)代煤化工工藝路線就已確定，很難再改變。所以煤氣化技術比選是核心，是決定煤化工裝置能否能長周期、穩(wěn)運行、滿負荷、優(yōu)操作、低成本的關鍵所在，是煤化工企業(yè)發(fā)展的重中之重。 煤氣化優(yōu)化比選應遵循的基本原則有：①煤炭轉(zhuǎn)化率高；②合成氣效率高；③有效氣產(chǎn)率高；④節(jié)能降耗穩(wěn)定；⑤投資成本低廉；⑥綠色環(huán)保安全。

1煤氣化反應原理和反應器結(jié)構(gòu)形式

1.1煤氣化反應原理

煤在氣化過程中可以做到不需要外部供熱，利用煤和氧的自身化學反應放出熱量來獲得氣化反應所需要的溫度和熱量，即燃燒一部分所用煤炭燃料，將熱量積累到燃料層氣化爐內(nèi)，再通入一定量的水蒸氣發(fā)生蒸汽分解反應，并與碳的部分氧化反應制取一氧化碳和氫氣，即所謂的合成氣。一種內(nèi)熱式煤氣化反應器的水蒸氣制備示意見圖1。

圖1　內(nèi)熱式煤的水蒸氣制備示意

內(nèi)熱式煤的燃燒和制氣過程原理如下列化學反應式所示。

燃燒放熱升溫過程：

制氣吸熱降溫過程：

上述這一過程可以用純氧直接連續(xù)反應，也可用空氣間歇交替進行反應。氣化介質(zhì)可以是富氧、純氧、水蒸氣、氫氣等，不同的氣化劑反應得到的煤氣組成是不同的?？煞譃榭諝饷簹狻⒒旌厦簹?、水煤氣，以及將空氣煤氣和水煤氣按照一定比例進行混合得到的半水煤氣。

空氣煤氣是以空氣作為氣化劑生產(chǎn)的煤氣，含有60%的氮氣及一定量的CO、少量的CO2和H2，空氣煤氣的熱值較低，可作為煤氣發(fā)動機燃料和化工原料。水煤氣是以水蒸氣作為氣化劑生產(chǎn)的煤氣，其中H2和CO含量可達85%以上，可用作化工原料；半水煤氣是以水蒸氣為主，加適量的空氣或富氧作為氣化劑生產(chǎn)的煤氣，用作合成氨的原料，其中(H2+CO)/N2=3?；旌厦簹馐且钥諝夂瓦m量的水蒸氣混合物作為氣化劑生產(chǎn)的煤氣。這種煤氣可作為工業(yè)燃料，加氫氣化是以煤和氫氣作為氣化劑，在溫度800~1 000 ℃ ，壓力1~10 MPa 條件下反應生產(chǎn)甲烷的過程。但煤與氫氣的反應中僅部分碳轉(zhuǎn)化為甲烷，此時可加水蒸氣、氧氣與未反應的碳進行氣化反應，生產(chǎn)H2、CO、和CO2。

1.2反應器結(jié)構(gòu)形式1.2.1固定床氣化

當反應器采用固定床結(jié)構(gòu)時，氣化爐內(nèi)氣體流速較慢，煤粒靜止，停留時間約為1~1.5 h，煤種特點包括：高活性、高灰熔點、高熱穩(wěn)定。氣化爐主要工藝參數(shù)包括：操作溫度為800~1 000 ℃，操作壓力為常壓~4 MPa，粒度為3~30 mm。 比較典型的固定床工藝有常壓固定床。我國傳統(tǒng)煤化工中常采用無煙煤和焦碳為原料。爐型小，氣化能力低，國內(nèi)有近萬臺用于中小型合成氨尿素廠。上世紀我國引進德國魯奇公司的LURGI爐，該爐型主要針對褐煤進行氣化，生成的合成氣所含甲烷較高，可作為城市煤氣。該爐型主要使用褐煤或次煙煤，氣化能力較大，蒸汽/氧比低，液態(tài)排渣，污水處理難度大，國內(nèi)外均有工業(yè)生產(chǎn)裝置。

1.2.2流化床氣化

當反應器采用流化床結(jié)構(gòu)時，氣化爐內(nèi)氣體流速較大，煤粒懸浮于氣流中作相對運動，呈沸騰狀,有明顯床層界限，停留時間數(shù)分鐘，煤種特點包括：高活性、高灰熔點。氣化爐主要工藝參數(shù)包括：操作溫度為800~1 000 ℃，操作壓力為常壓~2.5 MPa，粒度為1~5 mm。比較典型的工藝有：①常壓溫克勒爐，1926年工業(yè)化，螺旋給煤，爐篦布風，煤氣帶出物多，氣化強度比固定床大得多；②高溫溫克勒(HTW)：操作壓力為0.9~2.5 MPa，螺旋給煤、噴嘴布風、輻射廢鍋、兩級收塵返灰，氣化強度增加；③西屋氣化爐(KRW)：操作壓力為1.6 MPa，噴嘴給煤布風，灰熔聚原理。

1.2.3氣流床氣化

當反應器采用氣流床結(jié)構(gòu)時，氣化爐內(nèi)氣體流速最大，煤粒與氣流同向運動,在爐內(nèi)停留數(shù)秒鐘，煤種適應性寬，氣化爐主要工藝參數(shù)包括： 操作溫度為1 300~1 700 ℃，操作壓力為1~6.5 MPa，粒度<0.1 mm。比較典型的工藝有：①殼牌干煤粉加壓氣化爐以及一批干煤粉加壓氣化爐等。殼牌爐1994年工業(yè)化，采用加壓干煤粉氣化工藝，氮氣或二氧化碳輸送，多噴嘴，氣化強度高，單爐產(chǎn)能大，膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，合成氣熱量回收采用廢鍋流程，也開發(fā)了激冷流程，廢鍋流程較適合發(fā)電，而激冷流程較適合化工原料；②GE水煤漿加壓氣化爐以及一批濕法水煤漿加壓氣化爐。GE爐1983年工業(yè)化，制備水煤漿進料，單噴嘴，氣化強度高、單爐產(chǎn)能較大，耐火磚內(nèi)襯，需備爐；③DESTEC(DOW)水煤漿氣化爐：1982年工業(yè)化，兩段水煤漿進料，多噴嘴，氣化強度高、單爐產(chǎn)能較大，耐火磚內(nèi)襯。濕法氣化爐一般需要設計備爐。

2煤氣化工藝比選評價的要素分析

如何正確評價并選用一個煤氣化工藝是非常重要的技巧活。煤種適應性分析是其中一個特別重要的因素，由它可以初步判斷該煤種適應何種氣化工藝。煤質(zhì)數(shù)據(jù)可通過實驗室和試燒后獲取。煤氣化工藝選擇評價要素及內(nèi)容見表1。

表1　煤氣化工藝選擇評價要素及內(nèi)容

3煤質(zhì)參數(shù)與氣化工藝匹配適應性分析

3.1煤質(zhì)數(shù)據(jù)對煤氣化的影響

根據(jù)煤種的特點和性質(zhì)，以及氣化對煤種的要求，大致分為4類。第1類氣化時不黏結(jié)，揮發(fā)分最高，能產(chǎn)生大量甲烷，以泥煤炭為代表；第2類氣化時不黏結(jié)，揮發(fā)分高、但產(chǎn)生焦油和較高甲烷，以褐煤為代表；第3類氣化時黏結(jié)并產(chǎn)生焦油，甲烷含量較低以弱(不)黏結(jié)煙煤為代表；第4類氣化時不黏結(jié)不產(chǎn)生焦油，甲烷含量最低，以無煙煤貧煤為代表。在各種相同的操作條件下，不同煤種所產(chǎn)煤氣的發(fā)熱值不同，組成也不同。如年輕褐煤氣化時，所制的煤氣甲烷含量就高，發(fā)熱值也比其他煤種要高。煤質(zhì)要素對煤氣化的影響見表2。本文僅選取幾項要素對煤氣化影響進行分析。

表2　煤質(zhì)要素對氣化效率能耗的影響

3.2煤種變質(zhì)程度對煤氣發(fā)熱值和組分的影響

一般而言，煤種變質(zhì)程度低，煤揮發(fā)分高，產(chǎn)生的煤氣發(fā)熱值就高。煤氣發(fā)熱值是指標準狀態(tài)下，1 m3煤氣在完全燃燒時放出的熱量，如燃燒產(chǎn)物中的水分以液態(tài)形式存在時稱高發(fā)熱值，以氣態(tài)形式存在時稱低發(fā)熱值。在各種相同的操作條件下，不同煤種所產(chǎn)煤氣的發(fā)熱值是不同的，組成也不同。如年輕褐煤氣化時，所產(chǎn)生的煤氣甲烷含量高，煤氣發(fā)熱值也就自然比其他煤種要高。褐煤的變質(zhì)程度低，揮發(fā)分高，因此褐煤低溫氣化后甲烷含量會升高。如果將年輕煤的氣化溫度降低，也就會多產(chǎn)甲烷，提高煤氣的熱值。

同一種煤，提高壓力制取的煤氣發(fā)熱值高。同一操作壓力下，煤氣發(fā)熱值由高到低的順序是褐煤、氣煤、無煙煤。這是因為隨著變質(zhì)程度提高，煤的揮發(fā)分逐漸降低。如褐煤揮發(fā)分產(chǎn)率為37%~65%;變質(zhì)到煙煤時，揮發(fā)分產(chǎn)率為10%~55%;變質(zhì)到無煙煤時，揮發(fā)分產(chǎn)率為3%~10%。

3.3煤種揮發(fā)分對煤氣產(chǎn)率的影響

煤揮發(fā)分高，轉(zhuǎn)變?yōu)榻褂偷挠袡C物質(zhì)消耗就多，故煤氣產(chǎn)率自然會降下來。如氣化泥煤時，煤中有20%的碳被消耗在生成的焦油上。氣化無煙煤時，這種消耗就較少。同一操作條件下，煤氣產(chǎn)率由低到高的順序是泥煤、褐煤、氣煤、無煙煤。這是因為隨著煤的揮發(fā)分逐漸降低，轉(zhuǎn)變?yōu)榻褂偷挠袡C質(zhì)減少，產(chǎn)率自然就提高。隨著煤種揮發(fā)分的增加，煤氣中的二氧化碳增加。當用干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf表示時，泥煤70%；褐煤41%~67%；煙煤10%~50%(其中長焰煤大于42%、氣煤44%~35%、肥煤35%~26%、焦煤26%~18%、瘦煤18%~12%、貧煤小于17%)；無煙煤2%~10%。煤氣化在選擇揮發(fā)分煤種時，應考慮煤氣化的用途，如作為燃料，可考慮用揮發(fā)分高的煤種，如作為化工原料應考慮用揮發(fā)分低的煤種。此外還要充分考慮煤焦油的處理循環(huán)利用和生產(chǎn)裝置的正常運行。

3.4水分含量對氣化的影響

煤中水分有3種形式，外水、內(nèi)水和結(jié)晶水。外水是在開采等過程中潤濕煤外表面以及大毛細孔而形成的，失去外水為風干煤；內(nèi)水是吸附或凝聚在煤內(nèi)部較小毛細孔中的水分，失去內(nèi)水為絕對干燥煤；結(jié)晶水在煤中以CaSO4·2H2O，Al2O3·2SiO2·2H2O構(gòu)成，通常要200 ℃以上才能析出。泥煤12%~15%、褐煤5%~24.5%、長焰煤0.9%~8.7%、貧煤0~0.6%、無煙煤1%~4%。總之水分消耗越高，越不利于氣化反應。常壓氣化對爐溫要求高，如水分過高，未干燥好就直接入氣化爐，會影響干餾段的正常進行，進而影響氣化溫度降低，使得甲烷生成反應、二氧化碳和水蒸氣還原反應速度減慢，影響氣化效率，降低氣化產(chǎn)率。加壓氣化對爐溫要求稍低，能提供較高的干燥層，適量高水分對加壓有利，能使氣化速度加快，生成煤氣質(zhì)量也好。不同爐型對水分要求也不同，如干法對水分要小于2%。

3.5灰分含量對氣化的影響

將一定量的煤在800 ℃條件下完全燃燒，殘余物即灰分，表明煤中礦物質(zhì)含量的大小。常見的有硅、鋁、鐵、鎂、鉀、鈣、硫、磷等以碳酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽和硫化物形式存在?？傊曳衷礁撸黜椣闹笜司黾?，能耗也高，運輸費用也高。

煤氣化時，如灰分高，灰覆蓋在碳表面，氣化劑和碳表面接觸面積減少，降低了氣化效率，同時灰含量增加，不可避免增加了爐渣的排出量，隨爐渣排出的碳損耗也會增加，氧氣消耗、水蒸氣消耗和煤的消耗均會增加，而凈煤氣產(chǎn)率會下降。加壓氣化用煤種中灰分可達55%,而不會影響生產(chǎn)。但低灰分的煤種有利于煤氣化，通常液態(tài)排渣的氣化爐碳含量在2%以下，加壓氣化爐排渣的碳含量在5%以下，常壓氣化爐排渣的碳含量在10%~15%左右。

3.6煤質(zhì)顆粒度對氣化的影響

煤中的粒度在氣化過程中非常重要，由于粒度不同，將直接影響到氣化爐的運行負荷、煤氣、焦油的產(chǎn)率及各項消化指標。通常不同的爐型、煤種、操作條件，對煤的粒度要求也不同。粒度大小與煤的比表面積有關，粒度越小，比表面積就越大。煤有許多內(nèi)孔，所以煤的比表面積與煤的氣孔有關。粒度小，煤比表面積大，氣固接觸充分，有利于反應進行，但阻力也增加了，動力消耗就大。不同的氣化反應床對煤的粒度要求是完全不同的，固定移動床要求煤粒在6~50 mm,粒度小有利于氣化反應，但會增加阻力，增加帶出物損失，加壓固定床要求褐煤6~40 mm,煙煤5~25 mm,焦炭和無煙煤5~20 mm。流化床要求煤粒在3~5 mm，粒徑基本一致，以免被氣流帶出。氣流床要求煤粒(干粉)在0.1 mm,70%~90%的煤粉小于200目。

4氣化工藝市場接受程度適應性分析

本文通過對7種煤氣化工藝市場份額進行統(tǒng)計(見表3)，判斷該工藝受市場接受的程度，以此表明技術的成熟度。本表給出了7種煤氣化工藝近年來主要的用戶數(shù)、累計日氣化煤能力、備煤能力和所占比例以及在這幾種煤氣化能力中各種氣化工藝所占的比例數(shù)，由此初步判斷該種氣化工藝在煤氣化市場中所受應用的程度。

下面對7種有代表性的氣化工藝進行簡述。

表3　7種氣化工藝日氣化煤炭量及份額

4.1SHELL干煤粉加壓氣化

SHELL氣化工藝于1972年研究。1993年在荷蘭推出，用于燃氣發(fā)電，投煤量2 000 t/d，屬氣流床加壓氣化技術。由原料煤運輸、煤粉制備、氣化、除塵和余熱回收等組成，干粉煤輸送需要N2或CO2, 目前國內(nèi)已投產(chǎn)的氣化爐能力最大為3 000 t/d。對原料煤適應性寬，原料煤含灰量在30%也能氣化，灰熔點可高達1 400~1 500 ℃。有效氣體CO+H2達90%左右，熱效率高達約90%，碳轉(zhuǎn)化率98%，冷煤效率83%，比煤耗0.69，比氧耗330。主要特點包括：干煤粉進料、多噴嘴、水冷壁內(nèi)襯，氣化的煤氣上行進入廢鍋進行冷卻，冷卻后的煤氣經(jīng)除塵，其中一部分合成氣循環(huán)激冷熱煤。其不足之處在于：①設備造價高、投資高的主要因素是采用廢鍋流程、高溫高壓陶瓷過濾器以及激冷循環(huán)氣壓縮機；②激冷用循環(huán)合成氣消耗一定的循環(huán)功耗，增加運行成本,壓縮機易出故障；③氣化關鍵設備結(jié)構(gòu)復雜，制造周期長、項目建設周期長。目前有22個用戶，28臺爐子，共氣化煤炭63 400 t/d。

4.2GSP干煤粉加壓氣化

GSP氣化工藝于1975年由前民主德國GDR燃料研究所開發(fā)。1984年在德國建成第1套130MW的商業(yè)裝置，用于生產(chǎn)甲醇和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，投煤量720 t/d，屬氣流床加壓氣化技術。該技術幾經(jīng)周折后被德國西門子收購，目前國內(nèi)已建成的氣化爐能力最大為2 000 t/d。與殼牌爐的區(qū)別：1個聯(lián)合噴嘴、合成氣下行、噴水激冷降溫、水冷壁為水進水出，熱水在廢鍋內(nèi)與鍋爐給水換熱副產(chǎn)低壓蒸汽;而殼牌為飽和水進，吸熱后水汽混合物進入中壓汽包分離,副產(chǎn)比氣化爐高1.0~1.4 MPa的中壓蒸汽。氣化溫度1 400 ℃，采用激冷流程。有效氣體CO+H2達90%左右，甲烷含量低，氣化爐結(jié)構(gòu)采用水冷壁結(jié)構(gòu)，維修簡單等。其不足之處在于：①是采用單個聯(lián)合噴嘴，熱負荷大，單臺運行時間不長，渣口磨損大，需要經(jīng)常維修；②合成氣中含灰量大，增加下游脫除負荷；③水耗量較大；④碳轉(zhuǎn)化率低，灰中殘?zhí)剂扛哌_30%。煤燒嘴與氣化爐反應室匹配難度大，導致氣化爐膜式水冷壁燒損較嚴重。目前最大投煤量2 000 t/d，共有48臺爐子，氣化煤70 000 t/d,備用氣化煤量18 000 t/d。

4.3HT-L干粉煤加壓氣化(航天爐)

HT-LZ是由中航科技集團開發(fā)，2006年用于安徽臨泉15萬t/a甲醇裝置，采用廢鍋流程，于2008年8月建成投料。氣化溫度在1 400~1 500 ℃。目前設計投產(chǎn)的氣化爐能力最大為2 000 t/d。主要特點：該技術結(jié)合了GSP和GE兩種成熟工藝的優(yōu)點，氣化爐上端與GSP相近，采用單個組合燒嘴，螺旋水冷壁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單。下段借鑒GE的激冷方法，采用全水激冷，使合成氣增濕飽和。有效氣體CO+H2達92%左右，熱效率達95%，碳轉(zhuǎn)化率99%，冷煤效率83%，比氧耗360。氣化爐結(jié)構(gòu)采用水冷壁，無耐火磚襯里，維修簡單等。多燒嘴、合成氣上行，走廢鍋流程，飽和水進，吸熱后水汽混合物進入中壓汽包分離，副產(chǎn)比氣化爐高1.0~1.4 MPa的中壓蒸汽。其不足之處在于：①氣化爐煤燒嘴與氣化反應室匹配不佳，膜式壁易燒壞，渣口易磨損，噴水環(huán)易燒壞，下降管易堵塞；②灰水處理工藝水耗大，廢水排放量較大。國內(nèi)生產(chǎn)較多的是750 t/d和1 500 t/d, 共計73臺氣化爐，氣化煤量為89 250 t/d。

4.4GE(德士古)水煤漿加壓氣化

GE前身是德士古水煤漿氣化，于1978年推出，屬氣流床加壓氣化，其中輸送水煤漿入爐系統(tǒng)比干粉煤輸送系統(tǒng)要簡單安全。氣化單爐生產(chǎn)能力最大為2 000 t/d。對原料煤中含灰量和灰熔點有一定的要求，特別是灰熔點要低于1 300 ℃。主要特點：水煤漿進料、單噴嘴下噴式，采用水激冷流程。該工藝有效氣體CO+H2高達80%左右，熱效率高達85%，碳轉(zhuǎn)化率96%，冷煤效率76%，比氧耗410。氣化爐結(jié)構(gòu)簡單，耐火磚襯里，制造方便、造價低。煤氣除塵簡單，采用激冷流程，單燒嘴，需要備爐。其不足之處在于：①水煤漿中含有約40%的水，增加氧耗；②對原料煤的使用較嚴，如成漿性差的煤、內(nèi)水高、灰分高、灰熔點高的煤不宜使用；③比氧耗在氣流床工藝中最高；④采用熱爐壁，耐火磚造價高，壽命短；⑤燒嘴三相流，磨損大，壽命短，需要用備爐。目前國內(nèi)氣化爐約 159/118/臺(套)，備用爐約51/38臺(套)，氣化煤量約130 200/86 700 t/d，備用能力為62 940/44 940 t/d。

4.5四噴嘴對置式水煤漿加壓氣化

四噴嘴對置式水煤漿加壓氣化是由華東理工大學等開發(fā)。1996年開發(fā)新型水煤漿氣化爐和關鍵部件，2000年推出工藝包并完成基礎工作研究，屬氣流床加壓氣化技術，2005年山東華魯恒升化工股份有限公司750 t/d，6.5 MPa投產(chǎn)運行。目前國內(nèi)已投產(chǎn)的氣化爐能力最大為3 000 t/d。 有效氣體CO+H2高達84.9%，熱效率高達85%，碳轉(zhuǎn)化率98.8%，冷煤效率76%，比氧耗309，比煤耗535。氣化爐為耐火磚襯里，造價低。采用激冷流程，煤氣除塵簡單，四(多)噴嘴，有備爐。與GE爐區(qū)別：①多噴嘴對置式氣流床反應器處理負荷大，消除短路；多噴嘴對置式實現(xiàn)氣化區(qū)流場結(jié)構(gòu)多元化和模型，霧化加撞擊混合效果好，平推流長氣化反應進行完全；②氣化工藝后續(xù)關鍵部分也有較大改進，噴淋床與鼓泡床組合，分級凈化，直接換熱式含渣水處理、預膜式長壽命高效噴嘴等；③對激冷室也進行了創(chuàng)新，避免渣堵塞氣流通道。其中不足之處在于，GE存在的問題幾乎都有，個別地方有改進和完善，但仍有合成氣體帶水較嚴重、阻力降大、激冷罐液位不易控制等問題。目前國內(nèi)共使用氣化約105/71臺，氣化煤量約132 750/78 150 t/d,備用爐能力約35/26臺，氣化煤量58 600/39 900 t/d 。

4.6多元料漿氣化(MCSG)

多元料漿氣化工藝是由西北化工研究院開發(fā)的技術，1967年開始研究并建立中試裝置，1999年實現(xiàn)工業(yè)化應用，屬氣流床加壓氣化技術，目前國內(nèi)已投產(chǎn)的氣化爐能力最大為2 000 t/d。料漿濃度在60%~68.5%,有效氣體CO+H2高達83.4%，熱效率高達85%，碳轉(zhuǎn)化率98%，冷煤效率73%，比氧耗362，比煤耗575。氣化爐為耐火磚襯里，造價低。采用激冷流程，有備爐。與GE爐區(qū)別：①煤液化殘渣、生物質(zhì)、紙漿廢液和有機廢水等原料適應范圍廣，既可液態(tài)也可固態(tài)排渣，不會形成對耐火材料腐蝕；②氣化劑可選用空氣、富氧和純氧；③氣化爐分為熱壁爐和冷壁爐2種，可供選擇，激冷室由下降管、上升管和溢流式激冷結(jié)構(gòu)組成；④噴嘴采用多通道結(jié)構(gòu)，霧化效果與氣化爐結(jié)構(gòu)匹配；⑤氣化工藝后續(xù)關鍵部分也有較大改進。目前國內(nèi)使用57臺爐子，氣化煤量42 900 t/d,21臺備用爐，氣化能力19 500 t/d。

4.7碎煤移動床加壓氣化

碎煤移動床加壓氣化工藝是在引進德國魯奇公司技術的基礎上，由賽鼎工程有限公司完善。在對山西天脊合成氨裝置消化吸收的基礎上有創(chuàng)新的技術，其后在河南義馬煤氣廠的二期和潞安合成油廠用于生產(chǎn)城市煤氣。該工藝尤適用于褐煤氣化制甲烷氣。目前氣化爐直徑3 500 mm，日投煤量750 t/d。 原料約70%~80%，小粒煤6.35~50 mm間歇加入氣化爐，約20%~30%煤粉作為鍋爐燃料。蒸汽和氧氣由爐底部通過爐篦均勻分布進入燃料層?；以鼊t通過爐篦均勻恒定地間歇固態(tài)排出。為防爐篦結(jié)渣，操作時加入過量蒸汽。氣化溫度900~1 050 ℃。固定床加壓連續(xù)氣化，粗煤氣中CO+H249%~52%，CH412%~14%，氧耗209 m3/t煤 、蒸汽耗0.895 t/t煤，產(chǎn)油率2.34%，單爐產(chǎn)粗煤氣40 000 m3/h，產(chǎn)廢水37 t/h，粗煤氣產(chǎn)率962 m3/t煤。其不足之處在于：①氣化廢水量大及酚氨處理難度大，環(huán)保污染嚴重；②大規(guī)模使用，粉煤難以消化，采用雙氣化工藝導致裝置復雜；③焦油處理存在一定難度，不同步處理效益難以發(fā)揮；④氣化爐能力小、裝置占地多、工程全、投資不一定節(jié)省。目前國內(nèi)使用 112臺爐子，氣化煤量72 800 t/d,18臺備用爐，氣化能力11 700 t/d。

4.87種煤氣化工藝應用分析

對于上述7種煤氣化工藝應用于甲醇、制氫、合成氨、油品等領域進行了分析，7種氣化工藝生產(chǎn)甲醇的數(shù)量及份額見表4，7種氣化工藝生產(chǎn)氫氣的數(shù)量及份額見表5，7種氣化工藝生產(chǎn)油品的數(shù)量及份額見表6，7種氣化工藝生產(chǎn)合成氨的數(shù)量及份額見表7。

表4　7種氣化工藝生產(chǎn)甲醇的數(shù)量及份額

表5　7種氣化工藝生產(chǎn)氫氣的數(shù)量及份額

表6　7種氣化工藝生產(chǎn)油品的數(shù)量及份額

續(xù)表

表7　7種氣化工藝生產(chǎn)合成氨的數(shù)量及份額

4.9干法和濕法工藝對比

通常情況下，根據(jù)煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)、煤質(zhì)試燒數(shù)據(jù)、產(chǎn)品原料、煤氣化的工藝要求等要素，可以初步判斷那些煤種適用于哪種氣化工藝。有些煤既適用于干法，也適用于濕法，有些煤種更適合濕法，以此來確定煤氣化的工藝路線和全流程配置。一種好的氣化工藝(相對而言)對煤種的適用范圍應是越寬越好。干濕法氣化主要參數(shù)見表8。

表8　干濕法氣化主要設計參數(shù)

續(xù)表

5結(jié)語

綜上所述，本文通過對煤氣化工藝比選優(yōu)化要素進行了描述，以此表達煤氣化工藝比選優(yōu)化的重要性，并嘗試提出一些比選的方法。現(xiàn)代煤氣化工藝一定要結(jié)合煤質(zhì)數(shù)據(jù)、試燒結(jié)果、反應器結(jié)構(gòu)和煤氣化工藝及后續(xù)全系統(tǒng)工藝流程進行投資、環(huán)保、能效和經(jīng)濟效益匹配優(yōu)化比選。

煤化工市場會始終追求那些“煤炭轉(zhuǎn)化率高、合氣化效率高、有效氣產(chǎn)率高、節(jié)能降耗穩(wěn)定、投資成本低廉、綠色環(huán)保安全”的先進煤氣化工藝技術和國產(chǎn)化設備，并作為一種煤氣化發(fā)展的方向和趨勢。我們要統(tǒng)籌兼顧煤氣化優(yōu)化比選的各種要素，把引進國外先進的煤氣化技術理念與具有自主知識產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)代煤氣化工藝有機結(jié)合起來，為現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展打下堅實基礎。

參考文獻：

[1] 賀百廷.煤氣化技術的進展與選擇分析[J].煤化工，2013(2)：8-11.

[2] 石曉曉.殼牌煤氣化裝置關鍵設備安裝技術[J].化肥設計，2013,51(1)：43-45.

[3] 汪壽建.國內(nèi)外新型煤化工及煤氣化技術發(fā)展動態(tài)分析[J].化肥設計，2011(1)：1-5.

[4] 陳仲波.煤氣化技術的工藝技術對比與選擇[J].化學工程與裝備，2011(4)：107-109.

A Study on Comparison, Selection and Optimization of Modern Coal Gasification Processes

WANG Shou-jian

(ChinaNationalChemicalEngineeringCo.,Ltd.,Beijing100007China)

Abstract：The comparison, selection and optimization work of coal gasification processes must be cautiously combined with coal quality analysis and trial firing data for benchmarking and matching, together with selection of gasifier structure types and process parameters, in the meantime, quantitative analysis shall be done with the calculation model from the chemical reactions and thermodynamic fundamental laws etc., on these basis, a gasification process is selected out for specific local coal. This paper depicts the factors for comparison, selection and optimization of coal gasification processes and presents the ideas and steps for how to obtain and assess these factors.

Keywords：coal gasification process; comparison and selection; optimization

收稿日期：2015-11-12

作者簡介：汪壽建(1956年-)，男，江蘇無錫人，教授級高級工程師，中國化學工程股份有限公司總工程師，長期從事化工、煤化工工程設計、開發(fā)及技術管理工作。

中圖分類號：TQ 546

文獻標識碼：A

文章編號：1004-8901(2016)01-0001-07

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.01.001 10.3969/j.issn.1004-8901.2016.01.001