國(guó)內(nèi)主要固定床煤氣化技術(shù)簡(jiǎn)介

劉 琰

(河南能源化工集團(tuán)鶴壁煤化工有限公司，河南 鶴壁 458000)

固定床氣化技術(shù)也稱移動(dòng)床氣化技術(shù)，是世界上最早開發(fā)和應(yīng)用的氣化技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，常壓固定床煤氣化技術(shù)已即將淘汰，原使用常壓固定床氣化爐的廠家面臨著改造升級(jí)。隨著連續(xù)固定床氣化技術(shù)、加壓固定床氣化技術(shù)的發(fā)展，固定床氣化技術(shù)在煤種適應(yīng)性、氣化爐單爐生產(chǎn)能力、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益也有了長(zhǎng)足發(fā)展[1-2]。

1 賽鼎爐碎煤加壓干排渣氣化技術(shù)

1.1 技術(shù)背景

賽鼎爐碎煤加壓干排渣氣化技術(shù)由賽鼎工程有限公司開發(fā)，廣泛應(yīng)用于煤制油、煤制天然氣、合成氨、合成化學(xué)品、煤基新材料等不同的領(lǐng)域，目前在建和投入運(yùn)行的賽鼎爐有165臺(tái)。

1.2 工藝流程

該技術(shù)采用賽鼎工程有限公司研制的帶夾套的碎煤加壓干法排灰氣化爐，每臺(tái)氣化爐有一臺(tái)/兩臺(tái)煤鎖、一臺(tái)灰鎖、一臺(tái)洗滌冷卻器和一臺(tái)廢熱鍋爐與之配套。裝置運(yùn)行時(shí)，煤經(jīng)由自動(dòng)操作的煤鎖加入氣化爐。氣化劑由蒸汽、氧氣或蒸汽、氧氣和二氧化碳經(jīng)氣化劑混合管混合，混合物經(jīng)安裝在氣化爐下部的旋轉(zhuǎn)爐篦噴入，在燃燒區(qū)燃燒一部分，為吸熱的氣化反應(yīng)提供所需的熱量。在氣化爐的上段，剛加進(jìn)來的煤向下移動(dòng)，與向上流動(dòng)的氣流逆流接觸。在此過程中，煤經(jīng)過干燥、干餾和氣化后，只有灰殘留下來，灰由氣化爐中經(jīng)旋轉(zhuǎn)爐篦排入灰鎖再經(jīng)灰斗排至水力排渣系統(tǒng)。產(chǎn)生的粗煤氣采用廢鍋流程，利用廢鍋回收粗煤氣余熱副產(chǎn)次高壓蒸汽供氣化使用，從而減少了外供次高壓蒸汽的需求[3]。

1.3 技術(shù)特點(diǎn)

賽鼎爐碎煤加壓氣化采用固態(tài)排渣，煤與氣化劑逆向運(yùn)動(dòng)，技術(shù)成熟、先進(jìn)、可靠。

(1)煤種適應(yīng)性強(qiáng)，幾乎可以氣化所有煤種，尤其是可以高水分、高灰分、高灰熔點(diǎn)的劣質(zhì)煤作原料，且不受成漿性的制約，可以實(shí)現(xiàn)煤炭的就地轉(zhuǎn)化。

(2)煤氣中甲烷含量高(10%左右)，特別適合于做為燃?xì)猓?/p>

(3)碎煤加壓氣化是集煤干餾和半焦氣化于一體的氣化工藝，可以回收煤中部分有機(jī)物，獲得部分石油化工的替代產(chǎn)品。

(4)碎煤加壓氣化技術(shù)成熟，操作簡(jiǎn)單，投資最低，同時(shí)也是所有大型煤氣化工藝中氧耗量最低，空分投資最省、操作費(fèi)用最低的工藝。

2 澤瑪克熔渣氣化技術(shù)

2.1 技術(shù)背景

澤瑪克熔渣氣化技術(shù)由英國(guó)煤氣公司和德國(guó)魯奇公司為生產(chǎn)煤制燃?xì)舛_發(fā)。2010年，該技術(shù)被上海澤瑪克敏達(dá)機(jī)械設(shè)備有限公司收購(gòu)，目前已開發(fā)出澤瑪克塊粉一體氣化技術(shù)、澤瑪克高產(chǎn)油干餾氣化一體技術(shù)和澤瑪克廢物/生物質(zhì)氣化技術(shù)。

2.2 工藝流程

該技術(shù)工藝流程由氣化工段和煤氣水分離工段組成。原料塊煤通過皮帶輸送機(jī)輸送至氣化爐上部煤倉(cāng)，常壓下靠重力加入煤鎖，煤鎖加壓后經(jīng)過渡倉(cāng)加入氣化爐頂部，與氣化爐下部鼓風(fēng)口噴入的蒸氧混合物進(jìn)行燃燒和反應(yīng)，生成的合成氣上行與爐內(nèi)原料充分換熱后離開氣化爐。粗煤氣進(jìn)入洗滌冷卻器洗滌冷卻，再進(jìn)入廢鍋換熱后出界區(qū)。爐底渣池內(nèi)液渣經(jīng)激冷室激冷后成玻璃態(tài)碎渣排出。

2.3 技術(shù)特點(diǎn)

對(duì)比其他固定床氣化技術(shù)，澤瑪克熔渣氣化技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)煤種選擇范圍寬，適應(yīng)性強(qiáng)?？芍苯託饣徒埂o煙煤、煙煤、次煙煤、褐煤，以及這些煤種的混合原料及型煤，對(duì)高灰熔點(diǎn)煤種僅需添加助熔劑或配煤調(diào)整粘度;操作過程中氣化爐對(duì)煤質(zhì)變化不敏感，可在線快速切換不同原料。得益于氣化爐內(nèi)自平衡煤床及一定容積的渣池，緩沖能力強(qiáng)，操作穩(wěn)定性好。

(2)該技術(shù)兼具氣流床氣化和固定床逆流氣化原理，大大提高了氣化熱效率，使氣化過程的氧氣、蒸汽消耗較氣流床氣化大幅度降低。有效氣(H2+CO)達(dá)85%以上，高于同類固定床粗煤氣指標(biāo)，碳轉(zhuǎn)化率高于99%。該技術(shù)蒸汽用量少，且水蒸氣分解率超過90%。因此煤氣水產(chǎn)量低，大大降低了酚氨回收及廢水處理的負(fù)荷。

(3)氣化粗煤氣中除CO+H2外，還副產(chǎn)CH4、焦油、中油、酚、氨、石腦油等副產(chǎn)品，相同產(chǎn)量CO+H2的煤耗與氣流床接近，即副產(chǎn)品并沒有多增加煤耗，因此大大節(jié)約了煤炭資源和提高了煤炭轉(zhuǎn)化效率，有效切合了煤從燃料往原料轉(zhuǎn)變的現(xiàn)代煤化工理念。

(4)該技術(shù)氣化爐爐體及其附屬設(shè)備采用常規(guī)壓力容器鋼材，國(guó)內(nèi)就近加工制造，設(shè)備投資少，運(yùn)輸、安裝成本低，建設(shè)周期短。

3 T-G移動(dòng)床純氧連續(xù)氣化技術(shù)

3.1 技術(shù)背景

移動(dòng)床純氧連續(xù)氣化技術(shù)(簡(jiǎn)稱“T-G爐”)由昊華駿化集團(tuán)公司開發(fā)，該技術(shù)借鑒了常壓間歇固定床氣化技術(shù)、移動(dòng)床和氣流床的氣化技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，可采用無煙煤、煙煤、型煤、焦炭、蘭炭為氣化原料。具有低投資、高效率、流程簡(jiǎn)單、超低灰渣殘?zhí)记覠o三廢排放的特點(diǎn)。目前累計(jì)許可簽約40余臺(tái)套，已投入運(yùn)營(yíng)33臺(tái)套。

3.2 工藝流程

原料煤通過煤鎖從氣化爐的上段進(jìn)入，與氣化劑純氧和水蒸氣(或CO2)逆向接觸;在氣化爐的上部和下部分別副產(chǎn)低壓和中壓蒸汽，粗煤氣從氣化爐上部引出，依次通過旋風(fēng)除塵器、顯熱回收裝置、煤氣洗滌裝置。氣化廢水利用水相變?cè)恚浞掷迷鞖庋h(huán)水的低位熱能，使造氣循環(huán)水中的VOCs與水實(shí)現(xiàn)氣液分離并有組織回收，同時(shí)分離出超低硬度的清潔水，可用于制備氨水或其它有超低硬度要求的工藝水。

3.3 技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

(1)采用蒸汽與純氧混合作為氣化劑由氣化爐下部通入爐內(nèi)，與原料煤逆流接觸連續(xù)制氣，取消間歇式氣化技術(shù)繁復(fù)的上下吹風(fēng)過程。并將常壓氣化改為低壓氣化，取消原氣化系統(tǒng)出口用于加壓的羅茨風(fēng)機(jī)，直接作為工業(yè)燃?xì)夤?yīng)或送入壓縮機(jī)進(jìn)一步提壓。

(2)高氣化溫度至軟化溫度(ST)和半球溫度(HT)之間，提高氣化反應(yīng)速度，進(jìn)而提高蒸汽分解率及冷煤氣效率。強(qiáng)制均勻排渣，既可以保證渣塊及時(shí)排出，還有利于氣化劑的均勻分布和預(yù)熱。

(3)優(yōu)化氣化爐高徑比，延長(zhǎng)氣化劑和原料煤的反應(yīng)停留時(shí)間，從而提高碳轉(zhuǎn)化率和冷煤氣效率。采用雙段水冷壁結(jié)構(gòu)，分別副產(chǎn)低壓和中壓蒸汽。

4 低壓純氧連續(xù)氣化技術(shù)

4.1 技術(shù)背景

固定床純氧連續(xù)氣化技術(shù)由昌昱實(shí)業(yè)有限公司開發(fā)，此技術(shù)是以蘭碳、小粒焦、小塊煤或型煤為原料，利用所配套的純氧連續(xù)氣化爐，在高溫條件下連續(xù)與純氧和水蒸汽(或CO2)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)制取煤氣。目前已在四十多家企業(yè)得到了應(yīng)用。

4.2 工藝流程

原料煤自動(dòng)加煤機(jī)加入爐中。純氧和氣化劑經(jīng)計(jì)量后按比例從底部進(jìn)入造氣爐，與原料煤進(jìn)行氧化還原反應(yīng)連續(xù)生產(chǎn)水煤氣，水煤氣自爐頂排出，經(jīng)過高效除塵器進(jìn)行除塵。根據(jù)水煤氣熱量回收方式不同可以分為直冷流程和間冷流程。

4.3 技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

(1)原料可選用小粒煤、氣化焦、焦碳、蘭碳、型煤等，煤種適應(yīng)性廣。單向氣化，無煤氣倒流串氣，流程簡(jiǎn)單。

(2)采用低壓純氧連續(xù)氣化工藝，其反應(yīng)溫度高(1150～1350 ℃)，煤中含的揮發(fā)成分會(huì)全部分解，所生產(chǎn)的水煤氣中不含有酚類物質(zhì)。從而解決了現(xiàn)有水煤氣中含有酚類物質(zhì)不利于環(huán)保的難題。

(3)該技術(shù)氣化劑為純氧和水蒸汽，不含氮?dú)?。因此，在生產(chǎn)過程中不會(huì)產(chǎn)生氰化物。所以，利用本技術(shù)生產(chǎn)的水煤氣中不含有氰化物。燃?xì)馀欧艧煔庵蠳Ox低。

(4)原料利用率高：碳轉(zhuǎn)化率大于99%，蒸汽分解率高大于70%。有效氣成分高82%～85%。

此外，昌昱實(shí)業(yè)有限公司在該技術(shù)的基礎(chǔ)上，吸取了傳統(tǒng)固定床加壓氣化爐的特點(diǎn)進(jìn)一步發(fā)展出了加壓純氧連續(xù)氣化技術(shù)。

5 GAG爐熔渣氣化技術(shù)

5.1 技術(shù)背景

GAG爐熔渣氣化技術(shù)由昌昱實(shí)業(yè)有限公司開發(fā)，該技術(shù)是將固定床純氧氣化技術(shù)與液態(tài)排渣技術(shù)進(jìn)行結(jié)合。目前已在貴州開磷息烽合成氨項(xiàng)目進(jìn)行工業(yè)化試驗(yàn)。

5.2 工藝流程

原料煤自爐頂加入，依次經(jīng)干燥區(qū)、干餾區(qū)、汽化區(qū)、燃燒區(qū)，經(jīng)加熱干燥、釋放揮發(fā)份、氣化反應(yīng)等產(chǎn)生煤氣。煤中灰份在助熔劑作用下形成自由流動(dòng)的液態(tài)熔渣進(jìn)入渣池間歇排出。氣化爐出來的煤氣自爐頂排出，經(jīng)過旋風(fēng)分離器進(jìn)行除塵后進(jìn)入廢鍋回收熱量，出廢鍋后的煤氣送至洗氣塔，冷卻并洗滌其中夾帶的塵埃和焦油后進(jìn)入煤氣總管[4]。

5.3 技術(shù)特點(diǎn)

(1)氣化效率高，碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)到99%，煤氣有效成分可達(dá)到92%以上，蒸汽分解率大于95%，裝置廢水處理量少。

(2)相比現(xiàn)有間歇?dú)饣夹g(shù)操作彈性大，原料適應(yīng)性廣，無煙煤、焦炭、煙煤、褐煤、由粉煤制成的型煤都可以用來制氣。

(3)自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)操作易于控制，所用操作人員少。

6 晉煤集團(tuán)無煙塊煤氣化技術(shù)

6.1 技術(shù)背景

隨著現(xiàn)代新型煤氣化技術(shù)的推廣應(yīng)用和日趨嚴(yán)格的環(huán)保要求，使傳統(tǒng)以無煙塊煤為優(yōu)質(zhì)原料的UGI技術(shù)面臨淘汰，晉煤集團(tuán)根據(jù)塊煤特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有塊煤氣化技術(shù)，分別與其他公司合作開發(fā)了適應(yīng)塊煤氣化技術(shù)的晉航爐(JM-H)、晉城爐(JM-S)和晉煤爐(JM-L)，以實(shí)現(xiàn)塊煤氣化技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)[5]，目前三個(gè)塊煤氣化項(xiàng)目均處于示范項(xiàng)目建設(shè)階段。

6.2 晉航爐(JM-H)

晉航爐(JM-H)是由晉煤集團(tuán)和西安航天源動(dòng)力工程有限公司合作共同研發(fā)的針對(duì)高灰熔點(diǎn)的晉城無煙煤原料的碎煤加壓熔渣氣化技術(shù)。

原料煤由氣化爐頂部煤斗進(jìn)入爐體與爐體下部噴入的純氧和蒸汽發(fā)生氣化反應(yīng)，生成的粗煤氣從爐中部引出，經(jīng)洗滌冷卻后進(jìn)入廢鍋副產(chǎn)蒸汽。爐底的液態(tài)熔渣急冷后通過渣鎖排出。

該技術(shù)融合了熔渣氣化和移動(dòng)床加壓氣化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，通過底部噴入助熔劑及改變爐底結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高灰熔點(diǎn)煤的液態(tài)排渣，具有氣化強(qiáng)度高、氧耗低、廢水少、生產(chǎn)的煤氣有效氣含量高、惰性氣體甲烷含量低、煤種灰熔點(diǎn)范圍寬、投資省、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)。

6.3 晉城爐(JM-S)

晉城爐(MS)主要是根據(jù)無煙塊煤在魯奇爐上的氣化特點(diǎn)，進(jìn)行的流程優(yōu)化并級(jí)。塊煤通過鎖斗加入氣化爐，以純氧、蒸汽為氣化劑，在40 MPa壓力下氣化，煤氣經(jīng)除塵送入廢熱鍋爐回收熱量后洗滌送入變換裝置?；彝ㄟ^爐蓖、灰鎖斗排出爐外。

6.4 晉煤爐(JM-L)

原料煤由氣化爐頂部煤斗進(jìn)入爐體與爐體下部噴入的純氧和蒸汽發(fā)生氣化反應(yīng)，生成的粗煤氣從爐頂部引出，經(jīng)洗滌冷卻降溫送出界區(qū)。爐底的液態(tài)熔渣急冷后通過渣鎖排出。與晉航爐(JM-H)相比其氣化壓力高，氣化出口壓力6.32 MPa。另外氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，可提高換熱效率，增加蒸汽產(chǎn)量。

7 結(jié) 語(yǔ)

隨著技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)固定床煤氣化技術(shù)的發(fā)展也呈現(xiàn)較好的勢(shì)頭，出現(xiàn)了多種新的技術(shù)而且并逐步得到推廣應(yīng)用，其能耗方面、環(huán)保方面固定床的表現(xiàn)并不比氣流床煤氣化技術(shù)要差。而且固定床煤氣化技術(shù)與氣流床煤氣化技術(shù)在項(xiàng)目投資、建設(shè)周期、維護(hù)成本和工作難度上有著較大的優(yōu)勢(shì)。而且隨著常壓固定床氣化技術(shù)的淘汰，新型固定床煤氣化技術(shù)仍有較大的發(fā)展空間。