淺析煤質(zhì)對煤氣化工藝選擇的影響問題

（新疆天業(yè)集團匯合新材料有限公司，石河子市，832200） 李顯輝

能源是整個社會發(fā)展過程中必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)。在全球儲量之中，天然氣、石油、煤屬于其中的重要組成部分。我國的現(xiàn)狀是“缺油、有氣、富煤”?，F(xiàn)階段，石油一直處于高位運行，“氣”主要是為了滿足廣大人民群眾使用，導(dǎo)致工業(yè)指標明顯不足，對比而言，煤化工具有比較優(yōu)勢?，F(xiàn)階段，我國的煤化工呈現(xiàn)出良好的勢頭。怎樣按照市場定位與原料情況對煤化工項目進行合理規(guī)劃，是今后亟需解決的一個重要問題。

1 煤氣化及固體燃料性質(zhì)

1.1 煤氣化

即指煤炭與氣化劑發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，然后將煤轉(zhuǎn)換成化工合成氣（一氧化碳+氫氣）或者可燃性煤氣。而氣化爐是發(fā)生該反應(yīng)的裝置。

1.2 固體燃料的性質(zhì)

具體來說，其主要具有以下幾方面性質(zhì)：結(jié)渣性、黏結(jié)性、反應(yīng)活性、熱穩(wěn)定性等，同時再加上氣化條件的特殊性，決定著氣化工藝的選擇。

2 煤加壓氣化技術(shù)

總體而言，該項技術(shù)在發(fā)展過程中主要包括以下三個不同的時期：一是上世紀七十年代，典型設(shè)備為魯奇煤氣化裝置（LCGP）；二是八十年代后期，典型的設(shè)備是德士古煤氣化裝置（TCGP）；三是九十年代后期，設(shè)備為謝爾煤氣化裝置（SCGP）。

2.1 發(fā)展方向簡要分析

通過研究可知，該項技術(shù)逐漸朝著提高氣化溫度、改善氣化爐運行率和單爐產(chǎn)氣能力、提高合成氣（一氧化碳+氫氣）含量，增加原料適用性和清潔生產(chǎn)的方向發(fā)展。

2.2 三種技術(shù)的氧耗情況

三者的氧耗從高到低如下所示：TCGP技術(shù)>SCGP技術(shù)>LCGP技術(shù)。氧耗量大小主要由氣化原料所決定：TCGP技術(shù)為60%水煤漿進料，高溫氣化過程中，水會轉(zhuǎn)化為蒸汽（溫度比較高），這個時候耗氧就會增加；SCGP技術(shù)的粉煤里面必須輔助上適當?shù)奶砑觿?，且要通過N2進行輸送，也屬于高溫氣化，氧耗量明顯小于TCGP技術(shù)，大約低四分之一；但是，LCGP技術(shù)則主要通過塊煤來進料，氣化過程中的溫度為中等溫度，所以，氧耗量最小。氧耗高低隨著配套空分裝置的規(guī)模而不斷提高。

2.3 三種方法中有效組份含量

煤氣中合成氣（一氧化碳+氫氣）含量從大到小分別是：SCGP技術(shù)>TCGP技術(shù)>LCGP技術(shù)。需要注意的問題是，CO含量大小關(guān)系著變換裝置的投資數(shù)額大小。

對于合成氣指標，對比來說，LCGP技術(shù)遠遠小于TCGP技術(shù)與SCGP技術(shù)，然而，因為前者的熱值相對較高，所以在城市煤氣行業(yè)之中表現(xiàn)出良好的優(yōu)勢。實際上合成氨屬于制氫技術(shù)，所以以有效氫量來分析煤氣中有效組份含量比較準確。就TCGP技術(shù)與SCGP技術(shù)而言，煤氣里面沒有CH4，其有效氫量等同于合成氣量，依次是80與90；就LCGP技術(shù)而言，煤氣里面CH4處于7%～10%范圍之內(nèi)，由于1LCH4等同于4LH2，因此LCGP技術(shù)煤氣中的有效氫量（以某礦的數(shù)據(jù)為例）是：

雖然LCGP技術(shù)的有效氫量比TCGP技術(shù)與SCGP技術(shù)高，然而，它為潛在的，若想把H2制取出來，必須經(jīng)歷一系列的工藝流程：回收CH4餾份、CH4蒸汽轉(zhuǎn)化、變換等。因此可以看出，盡管都屬于煤制氨技術(shù)，LCGP技術(shù)的流程設(shè)置比較繁瑣。為進一步精簡流程、降低成本費用，業(yè)界提出了相應(yīng)的方法：單獨提取、回收粗煤氣的CH4、在煤制氨的同時聯(lián)產(chǎn)CNG或者LNG的技術(shù)措施。

2.4 三種技術(shù)對原料煤的要求

LCGP主要用于氣化褐煤之中，倘若向用該技術(shù)氣化碳化度高、揮發(fā)份低的煤，那么應(yīng)適當降氣化溫度提高，充分兼顧固態(tài)排渣這一個特性，煤的灰熔點必須超過1500℃。

就TCGP裝置來說，單純分析煤的成漿性能是很難奏效的，為提高爐內(nèi)耐火磚的壽限、確保氣化爐液態(tài)排渣的有序推進，一定要兼顧到灰的粘溫與熔融性，所以，煤的灰熔點應(yīng)當保持在1250℃以下，其揮發(fā)應(yīng)當超過百分之二十五。要是灰熔點相對偏高，則應(yīng)施加一定的添加劑與熔劑。

SCGP為干粉加料、液態(tài)排渣爐，其要求的溫度高于TCGP技術(shù)，為滿足“以渣搞渣”的技術(shù)要求，灰渣必須滿足相應(yīng)的粘溫特性要求，當其灰熔點超過一千四百攝氏度的時候，一定要輔助以相應(yīng)的助熔劑。

3 平朔煤氣化的工藝選擇

3.1 某礦井東9#煤數(shù)據(jù)

首先，其灰熔點相對較高，超過一千五百攝氏度，無法選用液態(tài)排渣爐，最好采用LCGP技術(shù)；其次，高揮發(fā)份、高灰、中低熱值、中高硫的氣煤，粘結(jié)性較好，在加壓氣化的條件下，將會影響到其透氣性，LCGP煤氣化過程中必須采取相應(yīng)的攪拌破粘措施。

3.2 魯奇氣化爐簡述

LCGP的原料是塊煤，基本上處于5～50mm范圍之內(nèi)，其氣化劑是蒸汽+氧氣，連續(xù)氣化。氣化溫度保持在800～900℃范圍之內(nèi)，壓力處于2.5～4.0MPa范圍之內(nèi)，固態(tài)排渣，里面殘留著6%的碳，煤氣里面大概包含十分之一的CH4。LCGP技術(shù)比較適合褐煤、長焰煤等。到現(xiàn)在為止，一些煤礦之中引入了該項技術(shù)。

3.3 煤質(zhì)對氣化爐的影響

首先，粒度必須保持在5～50mm以內(nèi)，5mm以下的不應(yīng)超過5%，50mm以上的不應(yīng)超過5%。之所以要確保粒度，旨在充分確保氣體的均勻分布，使床層間界面穩(wěn)定。倘若細粉含量相對較高，其非常容易隨煤氣一起排出，聚集在變換催化劑床層，導(dǎo)致系統(tǒng)阻力有所提高；若大顆粒含量相對較多，床層非常容易產(chǎn)生溝流，氣體走短路，O2上移，將導(dǎo)致氣化爐出口溫度過高，甚至?xí)?dǎo)致安全事故。

其次，灰份。其含量高低對氣化產(chǎn)生一系列的影響。煤制氣其實是把煤的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為粗煤氣（擁有一定的熱值），其轉(zhuǎn)化效率與灰含量呈負相關(guān)性。

具體的生產(chǎn)當中，煤矸石含量具有最突出的影響，就那些大塊的煤矸石而言，即使是增加氣化溫度，同樣不會增加發(fā)氣量，而溫度的提高，一方面會增加氧耗量，另一方面制備的粗煤氣中CO2量將會有所增加，在很大程度上影響到有效氣量。實踐告訴我們，選擇洗塊煤具有最好的綜合經(jīng)濟性能。

再次，熱值。高熱值的煤具有相對較高的轉(zhuǎn)化效率。煤的水分、灰含量高，則具有相對較低的熱值。

上文中基本上從發(fā)氣量的層面探討了灰份的影響，接下來我們將從另一個方面進行分析。單位低熱值的煤具有相對較低的產(chǎn)氣量，要想改善產(chǎn)氣能力，氣化爐的投煤量必須提高，因此，要提高其吞吐能力，即提高加煤、排渣頻率。加壓氣化爐，加煤環(huán)節(jié)與排灰環(huán)節(jié)均涉及到充卸壓操作，均須經(jīng)過某段時間，同時必須錯峰操作。如果所用煤炭的品質(zhì)相對較低，將會影響到氣化爐的產(chǎn)氣量，為確?？偖a(chǎn)氣量滿足要求，需要適當提高氣化爐臺數(shù)。

第四，粘結(jié)性。LCGP氣化褐煤、長焰煤和不粘結(jié)性的煤時，爐內(nèi)結(jié)構(gòu)比較簡易；倘若氣化弱粘結(jié)性煤，那么應(yīng)當在其中配置上攪拌器。

第五，CO2反應(yīng)活性。900℃條件下，對于長焰煤、褐煤，該指標超過98%，而100℃條件下，對于貧瘦煤來說，該指標大約是40%，該礦氣煤在1100℃時該指標數(shù)值大約是75%。因此，該礦氣煤的氣化性能低于低階煤，卻比貧瘦煤高。

4 煤氣化工藝與相關(guān)裝置的聯(lián)系

4.1 空分裝置

當煤質(zhì)相對較差時，耗氧量相對較多，該裝置應(yīng)當大一點。

4.2 煤氣水處理裝置

倘若煤粘結(jié)性相對較高，為避免發(fā)生結(jié)渣，應(yīng)提高氣氧比操作，此時煤氣水量相應(yīng)的會增加，該裝置應(yīng)當大一些。

4.3 變換裝置

如果煤質(zhì)相對較差，應(yīng)將氣化溫度提高，由此煤氣中CO2含量將提高，而CO含量則較低，變換量相應(yīng)的就較少。

4.4 凈化裝置

若煤質(zhì)相對較差，煤氣中的CO2含量將提高，此時應(yīng)提高該裝置的能力。

5 結(jié)束語

綜上所述，煤質(zhì)對氣化爐選擇的影響是多方面的，而煤氣化工藝對前后工序配置的影響同樣非常大。所以，在選用原料煤的過程中，不僅要兼顧到一次性投資，還要考慮到運行費用。

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