淺析煤氣化技術(shù)選擇依據(jù)

高玲玲

摘 要：長(zhǎng)期以來我國一直處于富煤、缺油、少氣的資源供應(yīng)狀態(tài)，并且如今油和氣的價(jià)格不斷上漲，這就嚴(yán)重制約了我國相關(guān)行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步，在這種情況下如何基于豐富的煤炭資源發(fā)展煤制油、煤氣化技術(shù)，進(jìn)行煤炭的綜合類型就成為我國非常重視的一個(gè)問題。該文簡(jiǎn)單介紹了現(xiàn)在常用的幾種煤氣化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)煤氣化技術(shù)的選擇依據(jù)進(jìn)行了細(xì)致研究，為相關(guān)行業(yè)進(jìn)行煤氣化技術(shù)選擇提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：煤氣化技術(shù) 煤化工 選擇依據(jù)

中圖分類號(hào)：TQ54 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）02（c）-0100-02

中國是世界上公認(rèn)的產(chǎn)煤和用煤大國，中國一年煤的產(chǎn)量在10億 t左右，其中大部分用于電力行業(yè)和私人使用，使用過程較為簡(jiǎn)單，一般為直接燃燒，通過煤化工進(jìn)行產(chǎn)氣的比較少。但是隨著近年來國際油價(jià)不斷攀升，天然氣供應(yīng)欠缺，我國的煤化工產(chǎn)業(yè)亟待發(fā)展。

1 煤氣化技術(shù)概述

煤氣化技術(shù)就是以煤作為原材料，采用各種化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)技術(shù)，在CO加H2合成各種化工產(chǎn)品，從而達(dá)到減少天然氣、石油等稀缺資源消耗的目的，優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代煤氣化技術(shù)中最為活躍的就是氣流床反應(yīng)器。氣流床反應(yīng)器是20世紀(jì)80年代以后隨著潔凈煤氣化工藝的開發(fā)研究而發(fā)展起來的，它以干粉煤或者水泥漿作為反應(yīng)原材料，進(jìn)行單系列的大規(guī)模加壓氣化，從而大大促進(jìn)了合成氣產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化的進(jìn)程，并且氣流床反應(yīng)器生產(chǎn)的合成氣氣化指標(biāo)較好，是現(xiàn)代煤氣化的主流技術(shù)之一。

現(xiàn)代煤氣化過程一般分為3個(gè)步驟層次。第一層：煤合成氣。將干粉煤和水泥漿等原材料經(jīng)過部分氧化方法加工成為CO和H2的合成氣；第二層：合成氣加工；第三層：深加工。煤氣化中的深加工以加工甲醇和烯烴的下游產(chǎn)品為主，產(chǎn)量較大，同時(shí)也是我國目前整個(gè)化工行業(yè)的支柱。

2 煤氣化技術(shù)種類

目前，煤氣化技術(shù)種類有幾十種，該文采用按照煤氣化爐分類的方式對(duì)煤氣化技術(shù)進(jìn)行研究，按照這種分類方式煤氣化技術(shù)主要有3種，分別為固定床氣化工藝、流化床氣化工藝、氣流床氣化工藝。

2.1 固定床煤氣化工藝

固定床氣化爐目前常見的有U.G.I間歇式氣化和魯奇Lurgi連續(xù)式氣化2種。

U.G.I間歇式氣化爐歷史較長(zhǎng)，使用至今已有100多年歷史。U.G.I間歇式氣化以焦炭或者無煙煤為原材料，氣化劑采用水蒸氣或者空氣，在常壓下生產(chǎn)合成氣。雖然該U.G.I間歇式氣化爐已經(jīng)使用了100多年，但是由于其在發(fā)展的100多年來改善較少，仍然沿用很多舊的技術(shù)手段，工藝落后，對(duì)原材料的質(zhì)量要求也很高，產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量都有限，并且對(duì)環(huán)境的污染嚴(yán)重，所以該工藝在如今的時(shí)代背景下已經(jīng)屬于淘汰型工藝，大部分煤氣化企業(yè)都禁止使用該工藝。

魯奇Lurgi連續(xù)式氣化是在U.G.I間歇式氣化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它以U.G.I間歇式氣化的相關(guān)工藝為基礎(chǔ)，由西德魯奇公司于20世紀(jì)40年代開發(fā)出來，目前屬于第一代煤氣化工藝。魯奇Lurgi連續(xù)式氣化爐對(duì)煤氣化原料要求較低，塊狀粘結(jié)性貧瘠煤即可，氣化劑和U.G.I間歇式氣化一樣采用水蒸氣或空氣，在加壓的條件下可以連續(xù)生產(chǎn)煤氣。

2.2 流化床煤氣化工藝

流化床煤氣化工藝是介于固定床煤氣化工藝和氣流床煤氣化工藝之間的一種煤氣化技術(shù)。流化床煤氣化工藝的第一個(gè)生產(chǎn)裝置是在20世紀(jì)20年代德國制造成功的溫克勒煤氣化爐，但是該爐并未取得預(yù)想的效果，因?yàn)槠浯嬖诤芏嗳秉c(diǎn)，比如氣化壓力低、容量小、碳轉(zhuǎn)化率低等。后來人們針對(duì)溫克勒煤氣化爐存在的缺點(diǎn)進(jìn)行了針對(duì)性改善，制造出了現(xiàn)代流化床煤氣化工藝使用的HTW高溫溫克勒煤氣化技術(shù)。

HTW高溫溫克勒煤氣化爐對(duì)原材料要求較低，褐煤、長(zhǎng)焰煤以及其他粘結(jié)性不強(qiáng)、化學(xué)反應(yīng)較為靈活的煤都能作為煤氣化原材料，原材料入爐粒度控制在0～10 mm即可。該煤氣化工藝生產(chǎn)能力較強(qiáng)，其產(chǎn)量是相同規(guī)模、相同氣壓固定床氣化爐的3～4倍，其單臺(tái)耗煤量約為160 t/h。

2.3 氣流床煤氣化工藝

氣流床煤氣化工藝又分為干法氣化和濕法氣化2種。干法干煤粉氣化技術(shù)主要有Shell工藝、GSP技術(shù)。濕法料漿氣化技術(shù)有GE工藝、多元料漿氣化技術(shù)等。

3 煤氣化技術(shù)選擇依據(jù)

現(xiàn)代煤氣化技術(shù)的選擇依據(jù)主要有煤質(zhì)因素、煤氣化技術(shù)指標(biāo)以及下游產(chǎn)品需要3個(gè)因素。

3.1 煤質(zhì)因素

我國煤的儲(chǔ)量豐富、種類齊全，從褐煤到無煙煤都有一定量的儲(chǔ)存，只是儲(chǔ)量有差別。在煤結(jié)構(gòu)的選擇中，煤質(zhì)不同會(huì)直接影響煤氣化技術(shù)的選擇，并且對(duì)于煤氣化過程的工藝配置和產(chǎn)品也有很大影響。煤質(zhì)因素主要包括以下幾點(diǎn)。

（1）水分。水分不同使用的煤氣化爐型也不同。水分含量為8%～10%時(shí)采用固定床煤氣化技術(shù)。采用氣流床和流化床時(shí)要求水分含量小于5%。如果是采用氣流床對(duì)煙煤進(jìn)行氣化，要求原材料含水量小于2%。

（2）灰熔點(diǎn)、灰組成?；胰埸c(diǎn)即灰分熔融時(shí)的溫度，灰組成影響著灰熔點(diǎn)。

（3）成漿性。成漿性對(duì)濕法氣化影響較大，成漿性好，氣化指標(biāo)就好。

（4）發(fā)熱量。發(fā)熱量即煤的熱值。熱值越高，單位煤量產(chǎn)出的氣量就越大。

以上4個(gè)為影響煤質(zhì)的主要因素，在進(jìn)行煤氣化技術(shù)選擇時(shí)需要充分考慮這4點(diǎn)因素。

3.2 煤氣化技術(shù)指標(biāo)

煤氣化指標(biāo)主要包括以下幾點(diǎn)，進(jìn)行煤氣化技術(shù)選擇時(shí)應(yīng)充分考慮這些因素。

（1）產(chǎn)氣率。產(chǎn)氣率是單位重量的原料產(chǎn)生的氣體體積與原料重量的比，一般表示為m3/kg。產(chǎn)氣率是進(jìn)行煤氣化技術(shù)選擇時(shí)首先需要考慮的問題，它關(guān)系到投資方的效益問題，因此在進(jìn)行技術(shù)選擇時(shí)必須將各種煤氣化技術(shù)的產(chǎn)氣率進(jìn)行比較分析。

（2）技術(shù)成熟與可靠性。進(jìn)行煤氣化產(chǎn)業(yè)化時(shí)必須選擇技術(shù)成熟、可靠性高的技術(shù)。氣流床濕法氣化法在我國已有20多年的應(yīng)用歷史，技術(shù)較為成熟，可靠性高。氣流床干法氣化法在我國使用較少，但是正在積累使用經(jīng)驗(yàn)，相比其他技術(shù)可靠性較高。

（3）消耗與成本。消耗與成本是指生產(chǎn)1m3（CO+H2）時(shí)使用的原材料、氣化劑和電的量。

（4）三廢排放及處理。煤氣化過程可能產(chǎn)生廢氣、廢水、廢渣，先進(jìn)的煤氣化工藝產(chǎn)生的“三廢”較少，處理方便，所以選擇煤氣化技術(shù)時(shí)要考慮到三廢排放與處理。

（5）投資。企業(yè)在選擇煤氣化技術(shù)時(shí)還要充分考慮自身經(jīng)濟(jì)實(shí)力，根據(jù)具體實(shí)際情況選擇合理的方法。比如同等規(guī)模的氣化系統(tǒng)，采用Shell法、GSP法、多原料法的投資比例為1.8∶1.2∶1。

3.3 下游產(chǎn)品需要

在化工生產(chǎn)中選擇煤氣化技術(shù)時(shí)還要考慮煤氣化下游產(chǎn)品的需要，根據(jù)下游產(chǎn)品的用途，比如是用于生產(chǎn)甲醇、合成氨，還是用于發(fā)電、生產(chǎn)燃料氣等來確定采用何種工藝技術(shù)。圖1列出了各工藝強(qiáng)調(diào)的合成氣質(zhì)量指標(biāo)。

4 結(jié)語

通過上述對(duì)煤氣化選擇依據(jù)的研究分析可以得出如下結(jié)論。

（1）當(dāng)原材料為褐煤時(shí)，可以選用Lurgi爐或者干煤粉氣化技術(shù)。

（2）原料煤為煙煤或者其他成漿性適中、變質(zhì)性較高時(shí)，可以選用濕法氣化技術(shù)。

（3）下游產(chǎn)品為還原氣或者原料氣時(shí)，可以選用干煤粉氣化或者Lurgi爐。

（4）下游產(chǎn)品為合成氨、合成油或者甲醇時(shí)，可以選用濕法氣化技術(shù)。

該文從理論出發(fā)，對(duì)煤氣化技術(shù)的選擇依據(jù)進(jìn)行了分析，在實(shí)際應(yīng)用中各企業(yè)可根據(jù)這些因素對(duì)各種煤氣化技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，選擇節(jié)能無污染，成本較低、投資少效益高的技術(shù)方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 賀百廷.煤氣化技術(shù)的進(jìn)展與選擇分析[J].煤化工，2013，41（2）：8-11.

[2] 唐宏青.煤氣化技術(shù)發(fā)展動(dòng)向[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2013（5）：1-5.