煤粉干法氣化技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展

于 貞

（哈爾濱石油學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院能源工程系，哈爾濱 150027）

1 前言

隨著環(huán)保要求的進(jìn)一步加強(qiáng)，煤炭能源應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入清潔使用階段，研發(fā)增加煤炭附加值的下游產(chǎn)業(yè)鏈成為目前煤炭行業(yè)的重點(diǎn)。煤氣化技術(shù)是增加煤炭附加值的關(guān)鍵技術(shù)，是生產(chǎn)煤基化學(xué)品、煤基液態(tài)燃料、集中聯(lián)合發(fā)電乃至燃料電池、制氫的基礎(chǔ)[1]。由于技術(shù)封鎖，我國在2005年之前一直引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，主要以Shell干煤粉加壓氣化和GSP干煤粉加壓氣化為主。

但是引進(jìn)國外技術(shù)存在自主性差，產(chǎn)物效率低、煤種適應(yīng)性不好等劣勢，因此近十年，我國自主研發(fā)了一系列適應(yīng)我國煤種的氣化爐設(shè)備和配套的工藝流程。其中，最具代表性的工藝有：東方爐干煤粉氣化、HT-LZ 航天爐干煤粉氣化、五環(huán)爐干煤粉氣化等[2]。本文將對該這些工藝的發(fā)展現(xiàn)狀逐一描述。

2 干煤粉加壓氣化法發(fā)展

2.1 SE東方爐煤粉氣化工藝

中石化SE-東方爐是由華東理工大學(xué)、中石化寧波技術(shù)研究院和寧波工程公司在2007年開發(fā)的干煤粉氣化技術(shù)，其中試是千噸級高灰熔點(diǎn)、煤粉氣流床示范裝置以及水冷壁氣流床于2004 年完成，采用激冷流程，第一套裝置依托兗礦集團(tuán)貴州開陽化工1200t/d工程[2]。該工藝煤種范圍寬，特別適用三高煤（高灰分，高灰熔點(diǎn)、高硫），氣化溫度1 400- 1 550℃。設(shè)有磨煤及干燥、煤粉加壓及輸送、氣化、合成氣洗滌和渣及灰水處理等工序，其中干粉煤加壓輸送需要 N2或 CO2作為載氣。設(shè)計(jì)有效氣體 CO+H290%左右，熱效率約 95%， 碳轉(zhuǎn)化率 99%，冷煤效率80%。氣化爐結(jié)構(gòu)采用對置式水冷壁，無耐火磚襯里。點(diǎn)火、開工升溫、投煤功能集一體的單燒嘴技術(shù)。

2.2 HT-LZ 航天爐干煤粉加壓氣化工藝

中航科技集團(tuán)第一研究院開發(fā)的HT-LZ 航天爐干煤粉加壓氣化，2006 年完成安徽臨泉 15 萬噸/年甲醇裝置示范工程設(shè)計(jì)并建設(shè)，采用廢鍋流程，首套裝置于 2008 年 8 月建成調(diào)試。該工藝煤種適應(yīng)性較寬，焦炭、氣煤、煙煤、無煙煤、石油焦等均可作為氣化原料，氣化溫度可在 1 400～1 500℃。干粉煤加壓輸送需要 N2或 CO2。目前國內(nèi)在建的氣化爐規(guī)模最大為 2 000t/d。該技術(shù)綜合采納了 GSP 和GE 成熟的氣化工藝優(yōu)點(diǎn)，氣化爐上端與 GSP 相近，采用單個(gè)組合燒嘴，螺旋水冷壁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較為簡單。下段借鑒 GE 的激冷方法，采用全水激冷，使合成氣增濕飽和，減少干灰量，有利于煤化工下游的氣體凈化等工藝。有效氣體 CO+H2達(dá) 92%左 右，熱效率達(dá)約95%，碳轉(zhuǎn)化率99%，冷煤效率83%。氣化爐結(jié)構(gòu)采用水冷壁，無耐火磚襯里。多燒嘴、合成氣與灰渣逆行、 走廢鍋流程，飽和水吸熱后水汽混合物進(jìn)入中壓汽包分離副產(chǎn)比氣化爐高 1.0～1.4MPa的中壓蒸汽。截至2015年，航天爐干煤粉氣化技術(shù)在中國的應(yīng)用已達(dá)73臺(tái)[2]。但該工藝還存在不足：①氣化爐煤燒嘴與氣化反應(yīng)室匹配不是最佳，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灰水處理工藝要進(jìn)一步完善，水耗大，廢水排放量大。南煤業(yè)化工集團(tuán)公司，2010年1套新型五環(huán)爐煤氣化示范裝置落戶河南煤業(yè)化工集團(tuán)公司下屬洛陽龍創(chuàng)煤化工有限公司，氣化爐采用激冷流程，共有 3臺(tái)爐子建成準(zhǔn)備投產(chǎn)。五環(huán)爐在Shell牌氣化爐基礎(chǔ)上優(yōu)化工藝，氣化爐是干煤粉加壓氣流床氣化技術(shù)，內(nèi)件采用豎管膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，氣化溫度1 350-1 650℃，副產(chǎn)蒸汽，在氣化爐下端設(shè)置四噴嘴旋流，粗合成氣在氣化爐內(nèi)撞擊混合后自下向上流動(dòng)。合成氣與灰渣逆行，渣是以熔融狀態(tài)依靠重力落入渣池，速度低，幾乎無磨損，適用于氣化“三高煤”。是采用水激冷高溫合成氣流程，主要特點(diǎn)為在氣化反應(yīng)室上方出口設(shè)置激冷機(jī)構(gòu)。正常操作時(shí)，通過設(shè)在激冷室筒壁上的2層各8個(gè)均布的氣液兩相噴射霧化水噴嘴噴出的水激冷至750℃左右，實(shí)現(xiàn)對高溫合成氣霧化、冷卻和固灰，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，取代用后續(xù)返回合成氣進(jìn)行激冷的方法，不需要使用循環(huán)氣壓縮機(jī)，降低了工程投資節(jié)約了運(yùn)行費(fèi)用。另外在輸氣管出口設(shè)置了火管式合成氣冷卻器和多管式高效旋風(fēng)除塵器，取代昂貴的水管式鍋爐和高溫高壓飛灰過濾器，對氣體進(jìn)行降溫。

3 展望

隨著中國自主產(chǎn)權(quán)的氣化爐在中國建設(shè)的日益壯大，應(yīng)該不斷總結(jié)進(jìn)口氣化爐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，研究適合我國劣質(zhì)煤種（三高煤，含水多的褐煤等）的新型煤氣化技術(shù)，并設(shè)計(jì)氣化爐投入生產(chǎn)。同時(shí)開發(fā)適合劣質(zhì)煤特性的其他現(xiàn)代化氣化路線，延續(xù)不同煤質(zhì)煤作為化工用煤的生命力。

[1] 許世森，王保民.兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)及工程應(yīng)用[J]化工進(jìn)展，2010（29）：290-294.

[2]汪壽建.現(xiàn)代煤氣化技術(shù)發(fā)展趨勢及應(yīng)用綜述 [J] .化工進(jìn)展，2016（36）:653-664.

[3]徐才福.WHG氣流床粉煤加壓氣化技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用[J].化肥設(shè)計(jì)，2015(53):1-5.