煤氣化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

朱明娟,李學英

（新疆輕工職業(yè)技術(shù)學院，新疆烏魯木齊830001）

煤氣化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

朱明娟,李學英

（新疆輕工職業(yè)技術(shù)學院，新疆烏魯木齊830001）

本文以國外內(nèi)煤氣化技術(shù)的應用現(xiàn)狀為切入點，并提出具體的煤氣化技術(shù)的的實際應用情況，圍繞人們普遍關(guān)注的煤化工技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點問題展開深入的探討和分析，僅供參考。

煤氣化技術(shù)；產(chǎn)業(yè)發(fā)展；氣流床；發(fā)展趨勢

我國是一個地大物博的國家，相對來講煤炭資源是比較豐富的，再加上近些年來我國社會經(jīng)濟和科學技術(shù)的飛速發(fā)展，在一定程度上促進了我國煤化工行業(yè)的進步，其中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是如何將煤炭轉(zhuǎn)化為清潔高效的合成氣，即CO+H2，也被人們稱之為煤氣化技術(shù)。先進的煤氣化技術(shù)不僅可以極大地降低在燃燒排放過程中對大氣環(huán)境的污染程度，而且也可以在一定程度上提高煤炭的利用效率，其在煤炭直接液化、煤炭間接液化、煤炭化工、燃料電池等方面起到了至關(guān)重要的作用，具有一定的顯示意義。

1 國內(nèi)外煤氣化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

從世界范圍內(nèi)各種能源的儲備量來看，天然氣、石油占比12%，而煤炭占比高達79%，由此不難看出，在能源戰(zhàn)略中煤炭利用技術(shù)的開發(fā)和研究占據(jù)了何等重要的位置。世界煤化工的發(fā)展經(jīng)歷了漫長的時間，早在二十世紀初，逐漸興起的煤炭煉焦工業(yè)標志著煤炭化工正式進入了發(fā)展初期階段，到了二十世紀中期，有機化學工業(yè)一直以煤炭為主要的原材料，隨著石油化學工業(yè)的逐步興起，在化工原料的配比中，逐漸強化了天然氣和石油的重要性，慢慢降低了煤炭的應用比例，缺乏在實踐中的研究、發(fā)展和應用，必然會在一定程度上影響世界煤炭化工技術(shù)的深入發(fā)展和進步。但是到了二十世紀70年代，大幅度攀升的石油價格，對石油化學工業(yè)的健康發(fā)展產(chǎn)生了不利的影響，與此同時在煤液化、煤氣化等方面煤化工都取得了一定的成績，尤其是到了二十世紀末，石油價格在世界范圍內(nèi)都始終居高不下，并呈現(xiàn)不斷上漲的態(tài)勢，這就為煤化工技術(shù)的發(fā)展提供了有力的外部環(huán)境，人們也逐漸重視煤化工的重要性。

就我國而言，傳統(tǒng)的UGI爐塊煤間歇氣化已經(jīng)無法滿足時代發(fā)展的需求，其迫切的需要向先進的粉煤加壓氣化工藝進行轉(zhuǎn)化，同時這種迫切的需要也為新型煤氣化技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展提供了可能。據(jù)不完全統(tǒng)計，正在建設(shè)的和已經(jīng)投產(chǎn)的大型潔凈煤氣化技術(shù)的相關(guān)裝置就有80余套，其中已投入運行中的煤氣化裝置占比約一半左右，其中對水煤漿氣化技術(shù)中的四噴嘴、GE煤氣化、多原料漿氣化、分級氣化等和干煤粉氣化技術(shù)中的Shell煤氣化、GSP兩段式干煤粉加壓氣化、單噴嘴干粉氣化技術(shù)等的應用比較廣泛，并且已經(jīng)取得了不錯的成績。

2 現(xiàn)代煤氣化技術(shù)

通常來講，氣化工藝可以分為固定床（也稱之為移動床）、氣流床和流化床這3種類型。其中最為清潔的而且具有較高的效率的煤氣化類型就是氣流床，這也是為什么氣流床氣化技術(shù)被廣泛的應用于現(xiàn)代大型煤氣化裝置當中的主要原因，而氣流床氣化主要包括兩種：（1）干煤粉進料；（2）水煤漿進料。

2.1 水煤漿加壓氣化

2.1.1 德士古水煤漿加壓氣化工藝（TGP）起初在渣油部分氧化技術(shù)的基礎(chǔ)之上，由美國Texaco研發(fā)了水煤漿氣化技術(shù)，其采用的是水煤漿進料，并確保水煤漿的質(zhì)量分數(shù)控制在60%~65%，在氣流床中進行加壓氣化工藝，在高溫高壓的作用下可以將O2和水煤漿轉(zhuǎn)化成合成氣，液態(tài)排渣。提高氣化壓力，可使裝置的投入得到有效的降低，從而實現(xiàn)降低能耗的目的。就德士古氣化爐單爐而言，其最大投煤量為每天2000t，并且實踐證明這種氣化過程可以在一定程度上有效控制其對環(huán)境的污染程度。

根據(jù)氣化后不同的加工順序及產(chǎn)品的要求，可以將加壓水煤漿氣化分為廢鍋流程、廢鍋激冷聯(lián)合流程和激冷流程這3種工藝流程。通常會采用激冷流程來生成合成氨，這樣可以直接用水激冷氣化爐出來的粗煤氣，粗煤氣被激冷之后其水蒸汽的含量會比較多，可以無需補加蒸汽就可以直接送入變換系統(tǒng)。若產(chǎn)品氣用作燃氣透平循環(huán)聯(lián)合發(fā)電工程，宜使用廢鍋流程，蒸汽透平發(fā)電機組可以有效利用其副產(chǎn)高壓蒸汽。若產(chǎn)品氣用作羥基合成氣并生成甲醛時，需要變換部分粗煤氣，通常會采用半廢鍋流程，即激冷聯(lián)合流程和廢鍋流程的有機結(jié)合，粗煤氣從氣化爐出來之后先經(jīng)輻射廢鍋冷卻，再用水激冷，直至其溫度符合實際需要，而在后續(xù)的部分變換工序中可以對粗煤氣顯熱產(chǎn)生的蒸汽進行充分有效的利用。

2.1.2 多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化這項技術(shù)是在德士古水煤漿加壓氣化法的基礎(chǔ)之上加以創(chuàng)新而得到的最先進的煤氣化技術(shù)之一。在2000年，魯南化肥廠、華東理工大學、中國天辰化學工程公司共同努力和研究，在多噴嘴對置水煤漿氣化爐中取得了一定的成績，并獲得了國家主管部門的肯定和審批，在第二年的2月份就申請了專利授權(quán)。相比于德士古氣化工藝的各項指標而言，新型氣化爐的各項指標不僅均得到了優(yōu)化，而且其靈活穩(wěn)定的操作，逐漸引起了國家科技部門的高度支持和重視。多噴嘴對置式水煤漿氣化爐裝置不僅便于開車，而且操作靈活，可以根據(jù)實際情況和特點來增減投煤負荷，相較于德士古水煤漿氣化而言，這種新型的水煤漿氣化爐裝置可以降低能耗約7%，目前，這項技術(shù)在我國得到了廣泛的推廣和應用。

2.2 干粉煤加壓氣化工藝

2.2.1 殼牌干粉煤加壓氣化工藝（SCGP）Shel氣化爐的外形是立式圓筒形狀的，并將由沸水冷卻管組成的膜式水冷壁安裝在爐膛周圍，將耐熱土層鋪設(shè)在內(nèi)壁上，當氣化時，在水冷壁內(nèi)壁涂層上熔融灰渣會形成液膜，沿著內(nèi)部自行順流而下，針對檢修頻繁和高溫耐火材料損毀情況可以充分利用以渣改渣的防腐措施?？梢詫⑤敵黾瘹夤?、輸入給水管安裝在筒體外殼與水冷壁之間的環(huán)形孔隙內(nèi)，為維修和檢查水冷壁奠定良好的基礎(chǔ)；環(huán)形孔隙內(nèi)充斥著有壓合成氣，且其溫度在250~300℃。

2.2.2 GSP干粉煤加壓氣化在1976年由原民主德國VEB Gaskombiant的黑水泵公司研發(fā)的干粉煤加壓氣化技術(shù)，其進料分為液體進料和干粉煤進料這兩種形式。GSP氣化爐對盤管式水冷壁氣化爐結(jié)構(gòu)進行充分有效的利用，無需嚴格要求氣化粉煤的粒度要求，且具有較高的一次性碳轉(zhuǎn)化率，可高達98%，除此之外，還可以在一定程度上增加水冷壁和噴嘴的使用年限，可以靈活的調(diào)節(jié)負荷，具有較大的操作彈性。但是尚未在國內(nèi)工業(yè)化裝置方面驗證GSP煤氣化技術(shù)的經(jīng)濟性和投資性。

3 煤氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著我國社會經(jīng)濟和科技的飛速發(fā)展，在一定程度上也促進了大型煤氣化技術(shù)的進步，如何提高煤種適應性、煤氣化效率、裝置可靠性、氣化爐單爐生產(chǎn)能力、降低污染物排放量、控制成本投入、新型煤化工技術(shù)集成等內(nèi)容將成為煤氣化技術(shù)未來的主要發(fā)展方向。

3.1 煤氣化過程的能量高效轉(zhuǎn)化與合理回收

要想實現(xiàn)煤氣化整體效率的切實提高，就需要合理回收煤氣化合成氣高溫顯熱。在回收合成氣顯熱方面主要有兩種工藝，一種是廢熱鍋爐、另一種是激冷工藝，前者具有較高的熱量回收率，但是投資和設(shè)備均比較龐大；后者盡管設(shè)備操作便捷、投資費用較低，但是其能量回收效率也會大大降低。

對氣流床氣化技術(shù)進行充分有效的利用，可以提高碳轉(zhuǎn)化率，甚至可以高達99%，事實上，在氣流床煤氣化效率的提高方面僅僅是通過強化煤氣化爐中的傳遞過程和混合過程已經(jīng)難以實現(xiàn)。近些年來，人們在利用高溫合成氣顯熱方面充分利用了化學激冷的方式，如二次噴煤等，通過改進技術(shù)和優(yōu)化工藝，并增加了對煤氣化整體工藝匹配程度進行深入的研究，實現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的。

3.2 提高煤種的適應性問題

一方面應該根據(jù)實際情況和特點來合理選擇配煤技術(shù)，并在規(guī)定時間內(nèi)實現(xiàn)氣化爐的穩(wěn)定進料，并對氣化機理進行深入研究，對氣化爐結(jié)構(gòu)進行適當?shù)母倪M，在一定程度上使多元混配煤種或單一煤種的運用范圍有所擴大，使其可以更加匹配后續(xù)的加工裝置，為氣化裝置穩(wěn)定安全的運行奠定良好的基礎(chǔ)。另一方面開發(fā)諸多的先進技術(shù)，如劣質(zhì)煤預處理提質(zhì)等，可以提高為氣流床氣化技術(shù)所使用到的氣化原料的匹配度。

此外，為了提高煤炭資源的利用率，可以充分利用符合煤氣化技術(shù)，例如，合成氣制天然氣的過程中，對粉煤的充分利用，并有效的結(jié)合氣流床技術(shù)和固定床技術(shù)，可以兼顧煤炭資源利用效率的提高和煤氣化效率、廢水處理等問題的妥善處理。

現(xiàn)如今，對煤炭資源的利用和開發(fā)在一定程度上促進了我國科技進步、經(jīng)濟發(fā)展以及各個領(lǐng)域的企業(yè)發(fā)展壯大，但是其主要的污染物排放嚴重威脅了人們的生存環(huán)境和自然環(huán)境，因此，潔凈煤氣化技術(shù)的發(fā)展勢在必行，這也是堅持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的必然選擇。總結(jié)其發(fā)展趨勢，可以得到以下結(jié)論：

（1）多煤種適應性有待提高，使得任意煤種的氣化都將成為可能；

（2）氣化效率和氣化能力有待提高；

（3）充分利用加壓氣化工藝，盡可能的使壓縮能耗有所降低，使氣化強度有所提高，盡可能的有效控制帶出物的損失程度；

（4）有利于減少環(huán)境問題，降低污染程度，為保護生態(tài)環(huán)境奠定良好基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

總之，我國國情的客觀需要就決定了煤炭氣化技術(shù)必將會迎來廣闊的發(fā)展空間，并且在煤炭氣化技術(shù)的自主知識產(chǎn)權(quán)方面我國應給予大力扶持，兼顧先進技術(shù)的引進和成本的有效控制這兩者之間的關(guān)系，從而在一定程度上增強我國的綜合競爭力。

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Present situation and development trend of coal gasification technology

ZHU Ming-juan,LI Xue-ying
（Xinjiang Light Industry Vocational Technical College,Urumqi 830001，China）

Based on the present situation of the application of coal gasification technology in abroad as the breakthrough point,and put forward specific practical application of coal gasification technology,coal chemical technology and its industry development around people widespread concern about the hot issues of in-depth discussion and analysis,for reference only.

coal gasification technology;industry development;airflow bed;development trend

TQ536

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170554

2017-01-11

朱明娟（1981-），女，漢族，新疆，講師，畢業(yè)于新疆大學,工程碩士，研究方向：化學工藝。