不同粉質(zhì)對煤氣化處理的影響分析

陳紅偉

摘? ?要：供給側(cè)改革以來，我國積極推進煤氣化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，然而煤氣化技術(shù)相對滯后，成為影響綠色能源發(fā)展的關(guān)鍵。粉質(zhì)煤氣化由于其能耗低，碳轉(zhuǎn)化率較高，因而適于推廣。本次針對不同粉質(zhì)的煤氣化技術(shù)進行研究，首先對煤氣化反應(yīng)機理與技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進行分析，并對流化床粉煤氣化技術(shù)、氣流床粉煤氣化技術(shù)進行分析，以此為我國煤氣化技術(shù)優(yōu)化提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：煤氣化? 流化床粉煤氣化技術(shù)? 氣流床粉煤氣化技術(shù)

供給側(cè)改革進一步加強產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，淘汰落后產(chǎn)能，加快新能源發(fā)展。我國是煤炭大國，煤炭儲量位于全球前三，而煤炭能源帶來的環(huán)境污染也備受關(guān)注。全球現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，改變傳統(tǒng)煤炭利用方式，通過煤氣化實現(xiàn)煤炭的便捷、高效的利用。煤氣化作為現(xiàn)代煤炭化工產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，無論是以甲醇、合成氨等生產(chǎn)為主的煤化工，還是油品生產(chǎn)的煤液化，都應(yīng)將選擇適宜的煤氣化技術(shù)作為核心技術(shù)。供給側(cè)改革以來，我國積極推進煤氣化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，然而煤氣化技術(shù)相對滯后，成為影響綠色能源發(fā)展的關(guān)鍵。因而，優(yōu)化煤氣化技術(shù)，成為加速我國經(jīng)濟持續(xù)、綠色、穩(wěn)步發(fā)展的保障，也為我國加速“生態(tài)文明”建設(shè)，構(gòu)建“美麗中國”的愿景發(fā)揮重要作用。

1? 煤氣化技術(shù)概述

1.1 煤氣化反應(yīng)機理

煤氣化技術(shù)是標準的溫度與壓力條件下，使煤有機質(zhì)與氣化劑（空氣、蒸汽等）產(chǎn)生化學反應(yīng)，使固體煤轉(zhuǎn)化為粗合成氣，并衍生出焦油、蒸汽等副產(chǎn)品的流程。煤氣化過程較為復雜，分為煤解熱反應(yīng)、燃燒反應(yīng)、水汽反應(yīng)等。按照氣化條件差異，其反應(yīng)水平也存在差異。煤氣化流程主要有四個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：（1）煤熱裂解，當煤處于350℃～800℃的溫度下，會產(chǎn)生急速的裂解過程，同時釋放大量的水、一氧化碳、焦油等，熱裂解的速度與壓力、溫度等因素相關(guān);（2）不完全氧化燃燒，消耗氧而生成熱量，并服務(wù)于氣化反應(yīng)，產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳;（3）炭氣化，為吸熱反應(yīng)，使炭與二氧化碳、水生成合成氣;（4）通過助溶劑調(diào)節(jié)，生成的爐渣粘度。整個炭氣化過程成為煤氣化中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，煤氣化的反應(yīng)速度與碳轉(zhuǎn)化水平都與炭氣化相關(guān)。由于炭的傳熱與傳質(zhì)需要高孔隙率，同時可以提升炭轉(zhuǎn)化水平，加速炭的氣化。

1.2 煤氣化技術(shù)發(fā)展

我國煤氣化技術(shù)引入時間較短，在20世紀30年代中期南京與大連等城市開始使用UCI爐制造合成氨，直至20世紀50年代逐步使用無煙煤作為燃料?，F(xiàn)階段，我國還有很多合成甲醇與氨企業(yè)都將無煙煤、煤炭作為燃料，并用UGI爐制造合成氣，初期煤氣化技術(shù)的推進是通過“引進”為主，并通過消化吸收進行優(yōu)化。直至60年代，我國開始研發(fā)K-T式粉煤的氣化，其實年代逐漸形成K-T式粉煤的氣化設(shè)備，氣化爐每臺產(chǎn)能高達4800m3/h，然而該技術(shù)由炭轉(zhuǎn)化水平低，易腐蝕，排渣困難等問題，沒有被廣泛應(yīng)用。我國1978年的第一屆全國科學會議中，首次提出新型煤氣化爐或者新型煤氣化的研究。并先后進行 Lurgi 爐試驗，水煤加漿氣化等技術(shù)。在第十個五年計劃階段，國家加大對多噴嘴水煤漿加氣技術(shù)與二段式干粉沒加壓技術(shù)的研發(fā)，這幾項技術(shù)在我國已經(jīng)被廣泛使用。

2? 不同粉質(zhì)煤氣化處理工藝影響分析

煤氣化工藝與原材料的形態(tài)有密切相關(guān)性，原材料形態(tài)主要劃分為：煤塊氣化、水煤氣化與粉煤氣化。相比之下煤塊氣化的氣化效率低，原材料要求高;而水煤氣化，對煤種標準較高，都不宜推廣。而粉煤氣化對煤種沒有特殊要求，能耗低，碳轉(zhuǎn)化率較高，因而適于推廣。本次針對不同粉質(zhì)的煤氣化技術(shù)進行研究，為我國煤氣化技術(shù)優(yōu)化提供參考依據(jù)。

2.1 流化床粉煤氣化技術(shù)影響分析

（1）恩德流化床粉煤氣化技術(shù)。朝鮮德恩“七七”公司基于溫克勒煤氣化技術(shù)恩德流化床粉煤氣技術(shù)優(yōu)化改造而創(chuàng)建恩德流化床粉煤氣化技術(shù)。我國撫順恩德機械在朝鮮恩德流化床粉技術(shù)上，考量我國實際情況對該技術(shù)進行優(yōu)化與改進，繼而形成我國具有自創(chuàng)的新型恩德流化床粉煤氣化技術(shù)。這項技術(shù)主要是通過備煤系統(tǒng)進行煤粉的輸送，通過皮帶傳送到下料口，煤粉由于自身重力，在下落到氮氣保護的煤倉。經(jīng)過螺旋供應(yīng)煤粉設(shè)備，把煤粉傳送至氣化爐下方的錐體分布。通過離心風機引入空氣與氧氣，并加壓到0.04MPa ，通過與蒸汽的融合，成為氣化與流化制劑，并通過上層與下層噴口引入汽化爐，最終煤粉在爐內(nèi)氣化。

（2）灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)?；诮?jīng)典流化床工藝研發(fā)的灰熔聚流化床技術(shù)，該技術(shù)的優(yōu)點在于在氣化爐下部安裝中心環(huán)管與射流管，構(gòu)建床層的射流部分，以此得以對灰進行選擇性分解?；胰劬蹥饣哂屑訌姷哪透邷匦?，適于高溫操作，同時對原材料煤種要求范圍擴大，可以為無煙煤與煙煤，主要應(yīng)用于合成氣、燃料氣以及循環(huán)發(fā)電等方面。

2.2 氣流床粉煤氣化技術(shù)影響分析

20世紀50年代氣流床粉技術(shù)逐步興起，成為新型煤氣化技術(shù)，其反應(yīng)機理是通過惰性氣體同煤炭材料和氣化劑，經(jīng)過入口噴流進氣化爐，使原材料、惰性氣體與氣化劑三者融合，燃燒后產(chǎn)生反應(yīng)。我國氣流床粉煤氣化技術(shù)主要包括SE-東方爐技術(shù)、航天粉煤加壓氣化技術(shù)等。

（1）SE-東方爐技術(shù)。SE-東方爐技術(shù)是由我國華東理工大學自主研發(fā)的煤氣化技術(shù)，并結(jié)合中石化技術(shù)研究院的科研成果進行轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)技術(shù)的升級。SE-東方爐技術(shù)的反應(yīng)原理是煤炭材料通過干燥研磨，并符合氣化入爐標準后，輸送至粉煤倉。粉煤基于自身重力作用，下落至煤鎖斗，最終通過氮氣、二氧化碳對其進行加壓處理輸送到料罐。粉煤氣化過程經(jīng)過入料—加壓—出料—泄壓的循環(huán)工藝進行操作，以此完成粉煤從低壓到高壓輸送的過程。高壓系統(tǒng)中二氧化碳、粉煤和純氧與網(wǎng)管的壓力共同噴流入氣化爐，在氣化爐內(nèi)反應(yīng)壓力到4.0MPa，溫度1600℃完成氣化反應(yīng)，產(chǎn)生粗合成氣。溫度在1400℃～1550℃條件下氣狀物與灰渣同時向下滑落，通過激冷水，而后由激冷管導入激冷倉進行快速降溫。粗合成氣通過分布器實現(xiàn)多層橫向激冷清洗，激冷處理后合成氣排出，進入混合器，粗合成氣與水分混合而送入分離器進行氣液固的分化，氣態(tài)中較多灰粉排入液相，并通過分離器進入水洗塔，而后粗合成氣與政法熱水塔的熱循環(huán)與其他工序的冷凝液接觸，實現(xiàn)傳熱與傳質(zhì)，清洗排除氣體中的固態(tài)顆粒。氣化爐尾部灰渣預冷而下降至激冷室尾部送至渣放料罐，并經(jīng)渣放料罐對其加壓→排料→泄壓→排出的循環(huán)流程將灰渣送出系統(tǒng)。

（2）航天粉煤加壓氣化技術(shù)。航天爐氣化技術(shù)又稱 HT-L粉煤氣化技術(shù)，由中國航天科技集團下屬北京航天石化技術(shù)裝備工程公司開發(fā)。HT-L具有對煤種要求低，熱效率高、碳轉(zhuǎn)化率高，氣化爐為水冷壁結(jié)構(gòu)，最高承受 1700℃的高溫等有點。此外，中國擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，關(guān)鍵設(shè)備已經(jīng)全部國產(chǎn)化，投資少，生產(chǎn)成本低。HT-L技術(shù)于2009年通過由石化聯(lián)合會組織的科技鑒定，達到國際領(lǐng)先水平，可廣泛應(yīng)用于化工、電力等行業(yè)。目前HT-L已被多家大型煤化工企業(yè)采用。

3? 結(jié)語

現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)中煤氣化已成為關(guān)鍵性技術(shù)，并隨著我國煤化工業(yè)快速發(fā)展，煤氣化技術(shù)的發(fā)展需要高效率、環(huán)境好的大型企業(yè)，而煤氣化技術(shù)需要進一步考量其環(huán)保性、適用性、操作可行性。在未來煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化將成為改善我國能源不足問題的關(guān)鍵，因而加速煤化工技術(shù)的研發(fā)具有重要價值。

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