關(guān)于對(duì)E—Gas氣化工藝技術(shù)分析

蘇云翔

摘 要：從E-Gas氣化工藝的工藝流程、工藝特點(diǎn)及優(yōu)劣勢(shì)，對(duì)該工藝技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：E-Gas；兩段式氣化爐；連續(xù)排渣；清潔化

上個(gè)世紀(jì)70年代，由于石油禁運(yùn)，美國(guó)能源部為了利用其豐富的煤炭資源，啟動(dòng)了清潔能源計(jì)劃，扶持各種用煤替代石油的研發(fā)項(xiàng)目。美國(guó)石化巨頭DOW化學(xué)公司也投入這一潮流中。1973年DOW化學(xué)公司制定了以煤替代天然氣能源的計(jì)劃，計(jì)劃基于水煤漿氣化技術(shù)，目標(biāo)是讓煤完全轉(zhuǎn)化生產(chǎn)出合成氣，代替天然氣推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行發(fā)電，在此環(huán)境下，E-Gas氣化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

1 工藝流程

E-Gas氣化裝置主要包括磨煤制漿、水煤漿氣化、高溫余熱回收、合成氣過(guò)濾、渣水處理、合成氣洗滌和合成氣循環(huán)等六部分組成。

來(lái)自輸備煤系統(tǒng)的二級(jí)破碎粒度小于10mm的碎煤，經(jīng)過(guò)計(jì)量之后，進(jìn)入磨煤機(jī)，與一定量的水混合，在磨煤機(jī)中形成粒度分布均勻、濃度約為62%的水煤漿，由煤漿泵輸送至氣化裝置。為了控制煤漿的粘度、提高其穩(wěn)定性，在煤漿中需要加入添加劑。

大部分水煤漿（85%～90%）經(jīng)一段煤漿泵加壓后與空分裝置來(lái)的高壓氧氣一起通過(guò)一段燒嘴進(jìn)入一段氣化爐，少部分水煤漿（10%～15%）通過(guò)二段煤漿泵加壓與高壓合成氣混合進(jìn)入二段氣化爐。水煤漿與氧氣進(jìn)行部分氧化反應(yīng)生成主要成分為CO+H2的粗合成氣。氣化爐中的氣化反應(yīng)主要是水煤漿中的碳與氣化劑中的氧、水蒸汽作用生成二氧化碳和氫氣的反應(yīng)。

離開(kāi)氣化爐一段氣化爐反應(yīng)室的高溫粗合成氣與熔融的灰渣分離，向上進(jìn)入氣化爐二段，與二段進(jìn)入水煤漿混合，再次發(fā)生氣化反應(yīng)，并攜帶部分灰渣一起通過(guò)氣化爐停留段進(jìn)入高溫余熱回收系統(tǒng)，產(chǎn)出超高壓飽和蒸汽，冷卻后的合成氣進(jìn)入焦過(guò)濾器，過(guò)濾掉氣體中夾帶的固體，脫除固體顆粒的合成氣進(jìn)入氯洗塔，與洗滌水進(jìn)行逆流接觸，洗去合成氣中氯離子，除去氯離子的合成氣經(jīng)過(guò)焦油脫除罐除去痕量的焦油后，少部分經(jīng)空冷冷卻后送到循環(huán)合成氣壓縮機(jī)，增壓后作為工藝氣體去到氣化裝置各用點(diǎn)，其余大部分洗滌合成氣送到下游工藝裝置。

氣化爐一段燃燒室中熔融的灰渣向下經(jīng)過(guò)渣口，經(jīng)激冷水降溫后流入氣化爐激冷段，在激冷室內(nèi)冷卻凝固，與水一起經(jīng)過(guò)破渣機(jī)破碎后，進(jìn)入連續(xù)減壓設(shè)施，減壓后的渣水經(jīng)過(guò)碳回收設(shè)施、LAMELLA設(shè)施分離出未轉(zhuǎn)化碳并回用到磨煤制漿系統(tǒng)，渣水中的渣送到渣脫水罐進(jìn)行脫水處理，處理后的渣送出裝置，來(lái)自LAMELLA設(shè)施的澄清水送到渣水槽儲(chǔ)存，經(jīng)過(guò)高壓渣水泵、低壓渣水泵送到氣化裝置回用。

2 工藝特點(diǎn)

氣化裝置采用CB&I公司的E-Gas氣化專利技術(shù)，使用水煤漿加壓氣流床氣化技術(shù)，以水煤漿和純氧為原料，通過(guò)部分氧化反應(yīng)生產(chǎn)以CO+H2為主的合成氣。氣化裝置主要有以下特點(diǎn)：

采用E-Gas水煤漿加壓氣流床氣化技術(shù)，采用兩段式進(jìn)料，一段噴入水煤漿和純氧，二段直噴入水煤漿和高壓合成氣，提高氣化顯熱利用效率；氣化爐采用“M”式結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)合成氣的停留時(shí)間，有利于摧毀合成氣中的焦油；氣化爐二段使用循環(huán)合成氣激冷，用于控制氣化爐二段的溫度，為合成氣中焦油裂解提供條件；使用火管式余熱鍋爐，回收高溫合成氣中的余熱，生產(chǎn)超高壓飽和蒸汽，提高熱量利用效率；合成氣除塵采用干法除塵技術(shù)，使用可反吹的焦過(guò)濾器，用于除去合成氣中的固體顆粒；使用填料洗滌塔除去合成氣中含有的氯離子，維持水系統(tǒng)的氯平衡；采用連續(xù)減壓排渣技術(shù)，提高渣水系統(tǒng)的可靠性，降低渣水操作難度；采用碳回收設(shè)施和LAMELLA設(shè)施，用于回收渣水中未轉(zhuǎn)化碳顆粒，并循環(huán)回磨煤制漿系統(tǒng)，提高碳的轉(zhuǎn)化率；三系列氣化爐共用一套渣水系統(tǒng)，渣水系統(tǒng)不外排渣水，全部回用于氣化裝置。

3 工藝優(yōu)劣勢(shì)

3.1 優(yōu)勢(shì)

3.1.1 高效；簡(jiǎn)單；安全

E-Gas氣化爐是E-Gas氣化工藝的核心設(shè)備，采用兩段設(shè)計(jì)，提高了氣體的熱含量和能效，也提升了氣化爐處理不同類型給料的能力，使之既能處理高反應(yīng)能力的煤給料，也能處理低反應(yīng)能力的石油焦給料。這個(gè)特點(diǎn)通過(guò)優(yōu)化合成氣中的碳?xì)浔壤?，降低了合成氣特殊產(chǎn)品的生產(chǎn)成本和運(yùn)行費(fèi)用。

E-Gas技術(shù)是一項(xiàng)先進(jìn)的濕法給料氣化工藝。由于煤漿給料較為簡(jiǎn)單、可靠和成本低，所以E-Gas技術(shù)使用煤漿而不是干法給料，同時(shí)煤漿濕法給料還能更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)給料速度和氣化爐溫度的控制。由于給料是處于流體狀態(tài)，就消除了由于運(yùn)輸干法給料的易燃燃料所帶來(lái)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。除此之外，比傳統(tǒng)的一段式濕法給料氣化工藝更為節(jié)能。原因是通過(guò)二段式反應(yīng)爐在不額外添加氧氣的條件下將多余的水煤漿予以轉(zhuǎn)換利用，這一措施減小了氧氣的消耗，節(jié)約了成本。

高溫余熱回收系統(tǒng)用于回收粗合成氣從氣化爐中帶出的高溫?zé)幔a(chǎn)生超高壓飽和蒸汽。粗合成氣采用濾芯過(guò)濾，固體顆粒脫除率達(dá)99.9%，脫除的灰、焦循環(huán)回到一段氣化爐再次反應(yīng)，避免了因清除合成氣中的固態(tài)顆粒而使水變黑或混濁。在包括氣化爐、高溫余熱回收和固體顆粒脫除的核心氣化技術(shù)設(shè)備中不會(huì)產(chǎn)生廢水。系統(tǒng)中所產(chǎn)生或收集的大部分水都被回收利用，用于磨煤制漿。這樣就減少了整個(gè)裝置用水量和廢水的形成。

3.1.2 原料靈活

E-Gas氣化技術(shù)是世界上唯一一種能夠從100%煤進(jìn)料切換到100%石油焦給料并進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換或混燒的技術(shù)。原料可以為煙煤、次煙煤及石油焦，清潔的合成氣可用于制造氫氣、化肥、運(yùn)輸燃料、合成天然氣（SNG）、甲醇或IGCC發(fā)電。

3.1.3 安裝燃料氣開(kāi)工燒嘴

E-Gas氣化爐還有一個(gè)專利的永久性安裝的開(kāi)工燒嘴，可以使氣化爐在不開(kāi)車的情況下，維持在高溫備用狀態(tài)，以便隨時(shí)可以投用氣化爐。這無(wú)疑增加了系統(tǒng)的操作彈性，有利于應(yīng)付合成氣的調(diào)峰需求。這個(gè)開(kāi)工燒嘴是永久性安裝在氣化爐里，不需更換。而大多數(shù)氣化爐的開(kāi)工燒嘴需要在開(kāi)停車、檢修時(shí)更換。

3.1.4 排渣可靠，投資低

E-Gas氣化技術(shù)采用連續(xù)減壓排渣設(shè)施，擯棄了其它技術(shù)常用的昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和返修率高的鎖斗。E-Gas技術(shù)的設(shè)施中不采用鎖斗，這一措施顯著降低了氣化框架的高度，與同類裝置相比，高度大約降低了近40m，施工費(fèi)用明顯降低。

3.2 劣勢(shì)

3.2.1 設(shè)備制造難度大

E-Gas氣化爐采用獨(dú)特的十字架結(jié)構(gòu)，制造難度大，同時(shí)也給耐火襯里的安裝增加了難度。氣化爐操作壓力不宜過(guò)高，對(duì)十字交叉段連接部分的強(qiáng)度設(shè)計(jì)更要慎重。

3.2.2 連續(xù)運(yùn)行時(shí)間短

氣化爐的燒嘴、耐火磚都是薄弱環(huán)節(jié)，壽命短，需要經(jīng)常停爐更換。由于一段氣化爐采用臥式布置，燃燒產(chǎn)生的熔融灰渣易在下部爐壁沉積，高溫熔融的灰渣對(duì)爐壁的侵蝕作用非常強(qiáng)烈。一段氣化爐內(nèi)燃燒空間較小，兩端燒嘴射流形成的燃燒火炬，對(duì)臥式爐上側(cè)爐壁的沖刷侵蝕作用比較嚴(yán)重。一段氣化爐生成的高溫高速含顆粒合成氣，經(jīng)過(guò)一段氣化爐與二段氣化爐相交的喉部時(shí)，對(duì)這個(gè)部位的沖刷更為嚴(yán)重。從WABASH RIVER IGCC電站給出的經(jīng)驗(yàn)數(shù)量來(lái)看，E-Gas氣化爐部分熱區(qū)耐火磚替換：1年/次；水煤漿燒嘴替換：16-22周/次；燒嘴的壽命4000h。

3.2.3 與其他水煤漿氣化技術(shù)的通病

磨煤制漿系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備容易磨損，維修費(fèi)用增加；以水煤漿進(jìn)料，管線沖刷磨損，煤漿沉積堵塞管線；氣化爐操作中，水煤漿與氧氣一起進(jìn)入氣化爐，需要嚴(yán)格控制氧-煤比例，防止超溫，損壞設(shè)備等。

4 結(jié)語(yǔ)

從上述看出，E-GAS實(shí)現(xiàn)了投資，能效，運(yùn)行成本的優(yōu)化平衡，尤其是低運(yùn)行成本非常突出，但其仍然是水煤漿氣化技術(shù)，既具備水煤漿氣化爐的優(yōu)點(diǎn)，但也同時(shí)存在水煤漿氣化爐相應(yīng)的缺點(diǎn)和局限。2017年中國(guó)環(huán)境日的主題是“綠水青山就是金山銀山”，廣大人民群眾的環(huán)保觀念與日俱增，符合國(guó)家環(huán)保政策和“十三五”期間國(guó)家對(duì)節(jié)能降耗的要求的E-Gas氣化技術(shù)，憑借其清潔化、安全環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，一定會(huì)在未來(lái)煤化工領(lǐng)域大放異彩。

參考文獻(xiàn)：

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