我國煤氣化技術裝備現(xiàn)狀及其應用研究

郭知淵

(同煤廣發(fā)化學工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

引 言

近些年來，現(xiàn)代煤化工在我國得到迅速發(fā)展。而在現(xiàn)代煤化工中，煤氣化技術是其基礎和核心技術。簡單來講，煤氣化技術就是把經(jīng)過適當處理的煤送入反應器，通過一系列反應及處理，得到精制一氧化碳氣的過程。據(jù)經(jīng)驗和研究發(fā)現(xiàn)，煤氣化技術裝備的先進性及質量好壞，決定煤氣化工業(yè)生產效率的高低。因此，現(xiàn)階段越來越多的國家開始關注煤氣化技術設備的研發(fā)。

1 我國煤氣化技術裝備的研發(fā)與選用

根據(jù)我國近年來煤氣化技術的經(jīng)驗及研究顯示，我國煤氣化方式和設備選用方式如下。首先，煤質不同，其選用的氣化方式及設備不同。即煤質的含碳量、水分等對煤氣化技術的選擇至關重要，煤氣化技術設備和煤質分析需匹配。具體的包括以下幾點。第一，灰分、含水量較高的褐煤選擇加壓氣化的固定床魯奇爐就較好，而采用氣流床氣化則會使氣化下渣口容易堵塞導致停產；其次，甲烷含量較少的水煤漿選擇固定床氣化技術較好，可以減少后系統(tǒng)的甲烷工藝及投資；再者，硫含量較高的高硫煤采用固定床魯奇爐氣化較好，且需通過鎳基焊條對氣化爐內壁滿焊，以降低硫對設備腐蝕；此外，灰熔點高于1 500 ℃的煤采用氣流床水煤漿氣化及水煤漿氣化爐等，會導致影響氣化爐使用壽命，并增加設備投資等。

其次，目標產品不同，其選用的氣化方式及設備也不同。如果目標產品只是甲醇，可選擇高溫高壓水煤漿氣化，也可選擇粉煤氣化。其中，水煤漿氣化適應的煤質廣泛，可以氣化灰熔點、硫等較低煤，且已經(jīng)國產化，有專業(yè)團隊提供設計、制造、生產一條線服務。粉煤氣化是干料、純氧、蒸汽進料，碳轉化率高達98%左右，相比較而言，其比水煤漿氣化1 t煤多產25 kg甲醇，但是干煤粉需要N2或者CO2輸送，粉煤氣化合成氣里面的惰性氣體高于水煤漿氣化3倍，其純度不高，且粉煤氣化設備復雜，專利費高，還未能國產化，運行維護經(jīng)驗也較為缺乏。然而，雖然現(xiàn)階段我國煤氣化技術已得到了很大的進步，煤氣化工藝、設備及方式很多，但是由于各地域煤質或者目標產品的不同，其煤氣化技術及設備也不盡相同，因此一些煤質或者目標產品還未完全研發(fā)出更為適合的煤氣化技術。以煤炭大省的山西為例，無煙煤是主要煤種，企業(yè)正在開發(fā)適合無煙煤特性的其他現(xiàn)代氣化路線，開拓無煙煤潔凈利用新途徑，以延續(xù)無煙煤作為優(yōu)質化工用煤的生命力，如晉煤集團積極開展“晉城高硫無煙塊煤適應常壓固定床氣化技術研究及工業(yè)試驗”等。

2 我國煤氣化技術裝備的應用現(xiàn)狀

目前我國已成為世界上應用煤氣化技術裝備種類最多的國家。通過多年對煤氣化裝備的研發(fā)，現(xiàn)階段我國應用的(包括正在中試的)煤氣化技術及其對比如第50頁表1所示[1]。

目前，在國家對現(xiàn)代煤化工中能效、環(huán)保指標等要求越高的情況下，氣流床技術代表著煤氣化技術發(fā)展到了一個新的高度。由表1可知，以氣流床為主要工藝的殼牌、GE(德士古)、GSP等煤氣化技術煤種適應性較廣、碳利用率較高，而對環(huán)境影響相對較小，因此被廣泛應用。對其裝備國產化進度而言，其中，殼牌公司一直致力于裝備國產化，其廢鍋技術已實現(xiàn)國產化；GE半輻射廢鍋，由于設計和制造難度較大，還未國產化；GSP技術設備也已完全實現(xiàn)了國產化，且投資較少。

表1 目前我國幾種煤氣化爐型技術的主要參數(shù)對比

3 國外煤氣化技術裝備在我國的應用

3.1 我國應用國外煤氣化技術匯總

據(jù)研究和介紹顯示，目前全世界的煤氣化技術裝備多達幾十種，主要有流化床、水煤漿氣流床、粉煤氣流床等幾種類型。我國經(jīng)過三十多年對國外煤氣化技術裝備的引進和發(fā)展，應用較多的8種國外氣化技術裝備具體如表2所示[2]。

表2 在我國應用的國外煤氣化技術情況

3.2 應用于我國的幾點典型煤氣化技術裝備介紹

1) 殼牌粉煤氣化技術。殼牌粉煤氣化技術最為廣泛，其主要原理是將煤粉碎研磨成干煤粉，噴入氣化爐進行燃燒制得合成氣。此技術裝備具有操作十分安全，無需在氣化爐內蒸發(fā)水分，碳轉化率高達99%，氣化爐檢修周期較長，煤氣中CO+H2達90%，氣化過程無廢氣排放、融渣等廢物，對環(huán)境影響較小等特點。

2) GE煤氣化技術。GE煤氣化技術是目前發(fā)展較快的第二代煤氣化技術，其主要原理是一定條件下得到的非牛頓形流體，與氧在加壓及高溫下不完全燃燒制得合成氣。此技術裝備具有煤種適應較廣，合成氣質量好，關鍵設備氣化爐結構簡單，碳轉化率高，單爐產氣能力大，“三廢”排放少等特點。

3) U-Gas氣化技術。與其他技術相比，U-Gas氣化技術具有較大的燃料靈活性，可應用于各種類型的煤炭和煤炭/生物質混合物。此技術是利用流化床原理，讓原料和氣化劑起反應，從而生產合成氣。U-Gas氣化技術準備小規(guī)模也能高效操作，造裝置很快，投資成本較低。因此，我國在研發(fā)褐煤的煤氣化技術裝備時，可以借鑒此技術的優(yōu)勢。

4) 科林CCG粉煤氣化技術?？屏址勖簹饣夹g核心設備為兩臺科林CCG粉煤氣化爐，當今國際主流最先進粉煤氣化技術的代表。其工藝設備可以把褐煤、煙煤等原料轉化為清潔的、高附加值的有效氣，在經(jīng)濟性、可靠性和可操作性方面，都具有很強的競爭力。同時，科林CCG粉煤氣化技術在三廢處理方面安全環(huán)保，實現(xiàn)了能源的清潔及高效利用。

4 我國煤氣化技術裝備的發(fā)展趨勢及研發(fā)建議

4.1 我國煤氣化技術裝備的發(fā)展趨勢

隨著大型煤氣化技術的不斷開發(fā)，及由于環(huán)境惡化、資源枯竭帶來的生態(tài)壓力，國家對現(xiàn)代煤化工工程項目要求越來越嚴格。為此，今后使用煤氣化技術及其設備必須考慮經(jīng)濟性、可靠性和可操作性方面，也必須考慮設備大型化和智能化，同時，還必須考慮綠色工藝，降低污染物的排放，以降低生態(tài)壓力。因此，形成集約型、環(huán)保型和新型煤化工技術及其設備，如高壓、大容量的氣流床氣化技術及設備，是未來我國煤氣化技術裝備的發(fā)展趨勢與發(fā)展方向。

4.2 我國煤氣化技術裝備的研發(fā)建議

根據(jù)我國煤氣化技術的發(fā)展趨勢，我國相關技術人員在研發(fā)煤氣化技術及其設備時，要考慮如下幾點建議。

1) 單項技術提高能效。如對原料中的氧氣、煤炭、水進行科學的比例分配，通過對增加原材料水煤漿地濃度提高煤氣化的成效等。

2) 擴大煤種的適應性。目前我國自身研發(fā)的煤氣化技術裝備對原材料的要求較高，不同煤質及目標產品所用的煤氣化技術不同，且我國無煙煤的現(xiàn)代煤氣化技術的研發(fā)還未完全成熟，因此，今后的研究需時刻關注相關的科學技術的發(fā)展，對氣化爐結構進行改造，以擴大煤種適應性，從而降低煤氣化技術的成本花費。

3) 研發(fā)煤氣化凈化技術。為了響應國家的可

持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，要應用最新的技術跟設備降低在煤氣化過程中產生的污染，同時，實現(xiàn)廢水的循環(huán)利用，不浪費任何資源。

4) 煤氣化裝置的可靠技術。煤氣化裝置是煤氣化最核心的設備，通過應用新型的科學技術，對整個裝置的工藝進行改善，針對煤氣化裝置的關鍵設備質量進行嚴格的檢查，增加煤氣化裝置的可靠性。

5) 發(fā)展大型化和智能化。煤氣化產業(yè)的大型化和智能化已經(jīng)成為必然趨勢，通過現(xiàn)代信息技術的應用，研發(fā)出大型智能化的煤氣裝置，以有效提高煤氣化的效率及安全性。