煤氣化工藝技術比較及產生廢水水質分析

思華英 (中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司，017209)

一、概述

煤氣化是煤和煤焦作為原料，以水蒸氣、氫氣、氧氣（空氣、富氧或純氧）等作氣化劑，在高溫條件下通過化學反應將煤或煤焦中的可燃部分轉化為氣體燃料的一個熱化學過程。

煤氣化原理 理想過程 得到氣體，達到熱平衡（放熱=吸熱）

二、煤氣化爐的基本原理

早在20世紀50年代國外就已經實現了煤氣化的工業化，20世紀70年代研究、開發煤氣化的新工藝得到很快的發展，這全都源自石油和天然氣的供應日趨緊張，為此，在不斷地研究中成功地開發了新一代的煤氣化爐，這種爐體對煤種適用性廣泛、氣化壓力高、效率高，最優勝的特點是污染少。最有代表性的包含：荷蘭的殼牌(shell)爐、美國的德士古(Texaco)爐和德國的魯奇(Lurgi)爐……

氣化爐根據內料流形式，氣化技術大體上有固定床、流化床和氣流床三大類。

依據煤運動方式的不同，有多種氣化方式：

三、國內外常用煤氣化爐類型

1、間歇式固定床造氣爐(U.G.I爐)

我國用的最多的就屬U.G.I爐，它是一種成熟的氣化爐，適用的粒度25 mm～75 mm的無煙煤或焦炭煤種。該爐雖然技術相對成熟、可靠并且節省投資，但是對煤的質量有很高的要求，要使用無煙煤，資源可利用率低，消耗很大動力，而且過程連續不起來，有CO、H2S、粉塵等的釋放會非常污染環境，目前已經逐步被新爐型替代。

2、富氧連續氣化爐

我國對U.G.I爐的進行了改進后利用它進行富氧-蒸汽連續上吹合成氨原料氣，現已經在福建三明化工廠、河南平頂山化肥廠、開封化肥廠成功運行。指標對比見表l。

由表l可知，富氧氣化與空氣氣化相比較煤的粒度降至8mm～25mm，強度提高了50%，煤耗降低了10%，耗氧多了214 m3。

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3、加壓魯奇固定床氣化爐(Lurgi爐)

Lurgi爐是目前世界上應用比較廣泛的煤氣爐，正在運行的氣化爐能夠達到數百臺。Lurgi爐有很大生產能力，碳的轉化率達到99.9%之高，冷煤氣效率約89%高，因為氣化爐煤氣出口溫度低，對冷卻煤氣、凈化系統的材料的要求也降低了。產氣量相當高，我國山西的天脊化肥集團公司和云南解放軍化肥廠都使用該爐生產合成氣。

同時也有缺點即煤氣中含甲烷、焦油、酚等物質，并且要為了氣化爐配備規模大處理污水的裝置與分離甲烷的裝置，生產投資巨大。

4、灰熔聚流化床氣化爐

流化床氣化技術氣相固相之間強烈擾動，反應動力學條件好，加強了傳熱過程，氣化強度相對比較大。它是普通流化床發展而來，原理是從爐底通入部分氧氣，在爐的中心射流區使煤灰形成局部高溫，溫度達到T2左右，煤灰相互黏結團聚，因重度差異碳粒和灰球可以得到有效分離，煤渣碳含量較少。

缺陷是：爐內必須有一定的含碳量，否則流化狀態下分離開渣、料層的很困難，熱量損耗大，灰渣、飛灰的含碳量太高。

5、恩德爐

恩德粉煤氣化爐適用褐煤、長焰煤、不黏或弱黏結煤等煤種。該爐主要技術特點是操作可以有較大彈性，節省投資，煤種的適應性較寬，氣化效率、強度都高，凈化系統簡單、污染少，煤氣中不含焦油和油渣、方便開、停爐。

但其要求煤的活性(950℃時，＞65%)和灰熔點(T2=1250℃以上)。

6、德士古爐(Texaco爐)

1978年推出了德士古(Texaco)水煤漿氣化爐。其技術特點容易升高氣化壓力、節省了能耗，不限制煤的活性，卻要求煤有一定的灰熔點。

該爐氣化合成的氣體有較好的質量，較高壓力，先進的氣化指標。

并且對煤的質量嚴格限制，煤成漿性較差、較高灰分、灰熔點，經濟性也較差。

7、多噴嘴水煤漿氣化爐

這是我國自主開發的多噴嘴對置式水煤漿氣化爐，實踐表明該爐運行性能力良好，并且工藝先進

8、殼牌(shell)粉煤氣化爐

1972年開始研究Shell氣化工藝，氣化爐是單系統操作，日處理煤量2000 t。相比其他氣化工藝對煤的灰熔點適應范圍更寬。該爐最大缺點是設備造價過高，配套的干燥、磨煤、高壓氮氣及回爐激冷用合成氣加壓所需的功耗較大。

9、GSPTM煤氣化爐

GSPTM爐用的是水冷壁的氣化爐，主要結構是單噴嘴下噴式干煤粉加壓氣流床氣化。該爐的優點在于擴大了煤種范圍，還減少了耐火磚的麻煩，國內已用該爐進行試燒高灰分 (25%～32%)、高灰熔點(1610℃)的淮南煤，并且成功了。安徽淮化、江蘇靈谷化工、神華寧夏煤業等公司都與該氣化技術簽約并投入使用。

該爐目前還缺乏考驗對于長期生產運行，經驗證單爐能力弱，運行時間的記錄也較短，日投煤量放大時，單噴嘴會容易受限制。

10、多元料漿新型氣化爐(技術)

采用濕法氣流床氣化概念，優化混配煤、石油瀝青、石油焦等含碳物質和油、水等經形成多元料漿，多元料漿和氧氣經爐內噴嘴混合后氣化。該技術特點就是原料的適用性廣、技術成熟可靠、氣化指標先進、投資費用低等。2004年11月采用該技術建設的山東華魯恒升30萬t／a合成氨已開車，而且運行穩定。

四、煤氣化工藝的特點對比

幾種常用煤氣化爐的主要氣化工藝性能和指標比較表。

五、總結：

對煤氣化工藝技術的比較從而選出優勝的一種技術推廣發展起來，深入了解煤化工廢水處理技術的相關知識，對煤化工行業的發展有著極其重要的影響，在減少環境的同時還能保證煤氣化的產量、質量。

在環境污染日趨嚴重的現在，大家越發重視環境保護，那么如何煤化工這種傳統意義中污染高的行業中如何能夠更少的污染，使污染物可以得到重復使用，提高資源利用率，把節約資源、保護環境作為標志，達到經濟的可持續發展。

[1]作者：鄒家慶.工業廢水處理技術.2003

[2]謝全安，薛麗萍.煤化工安全與環保，化學工業出版社.2011