幾種煤制氣方法的技術(shù)應(yīng)用及工藝比較

喻小彪(神華鄂爾多斯煤制油分公司 017209)

從當(dāng)前的煤制氣技術(shù)發(fā)來看，我國煤制氣技術(shù)目前可分為五大類，并且在實際生產(chǎn)生活中能夠得到有效的實施。而為了使得煤制氣技術(shù)的應(yīng)用效果得到有效地保證，應(yīng)當(dāng)深入了解相關(guān)的煤制氣技術(shù)，因此文章著重對于煤制氣技術(shù)的五大類進行了全面的分析，以下是具體內(nèi)容。

一、當(dāng)前煤制氣技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

由于我國煤炭資源豐富，且開采量巨大，但是油品資源卻尤為短缺。而國內(nèi)傳統(tǒng)的煤制氣技術(shù)十分落后，已經(jīng)不能滿足于現(xiàn)狀。我國的煤炭其化工藝仍然停留在過渡期，對各類粉煤氣化技術(shù)需求極強，目前，世界上已普遍使用現(xiàn)代化的煤制氣方法有德士古煤氣化技術(shù)，其次是殼牌煤氣化技術(shù)，還有噴嘴對置式氣化技術(shù)、魯奇氣化技術(shù)以及灰熔聚煤氣化技術(shù)。這些技術(shù)的成熟運用則是對資源利用率等方面綜合提高的有效保障。

二、幾種煤制氣技術(shù)的工藝比較

1.德士古煤氣化技術(shù)

這種技術(shù)在生產(chǎn)過程中的氣化爐結(jié)果主要是由水煤漿構(gòu)成的單噴嘴下噴式，工藝流程大都為水激冷工藝，某些也采用廢鍋流程。其單爐容量可達到兩千噸，壓力通常為4-6.5M Pa，只有極少數(shù)項目能夠達到8.4M Pa，山東魯南化肥廠是我國最早引進該項技術(shù)的工廠，發(fā)展到目前已有十幾家工廠使用該工藝。而德士技術(shù)歷經(jīng)三十年，已經(jīng)趨于成熟，在我國也有十多年的應(yīng)用歷史，在技術(shù)上有著非常熟練的技巧，在設(shè)備材料商也有著很大的優(yōu)勢，而其主要優(yōu)勢是源自于水煤漿，這樣較為容易的將壓力提升上去。由于水煤漿中含水量達到40%，這樣大大降低了其熱值，從而嚴(yán)格限制了煤的質(zhì)量。

這種技術(shù)的特點主要體現(xiàn)在其生產(chǎn)能力大、可操作溫度高、煤氣質(zhì)量能夠得到保證、含甲烷量較低、無焦油等污染物、處理起來較為簡單，簡便可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)然這種技術(shù)對于煤的品種要求也尤為嚴(yán)格：其要求煤內(nèi)在含水量極低，如若含水量過高則會造成成漿性差的后果；含氧量不得超過百分之十五，因為含氧量高也回造成成漿性差；該技術(shù)對于灰渣的要求也即為苛刻，要求灰渣的粘度低且流動性好。而對于德士古煤氣化技術(shù)來說也有缺點：由于受到氣化溫度的影響，其爐內(nèi)的耐火磚使用壽命得到限制；耐火磚長期遭受沖刷侵蝕，使得生產(chǎn)運行成本大大增加；噴嘴使用周期過短，進而影響了生產(chǎn)的持續(xù)性運行，進而增加了建設(shè)性投資；其次在生產(chǎn)過程中對于管道設(shè)備也有嚴(yán)格的要求，因此增加了一次性投資成本。

圖1 德士古煤氣化技術(shù)

2.殼牌煤氣化技術(shù)

這種技術(shù)中的則通常為干煤粉多噴嘴上行式的氣化爐，基本使用冷爐壁對熱煤氣使用冷煤氣進行回爐激冷，而在冷卻過程中大都使用廢鍋，而其優(yōu)勢在上文已經(jīng)敘述過了。對于殼牌煤氣化技術(shù)來說其功耗大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜操作難度系數(shù)大，不被廣泛使用。對于殼牌技術(shù)來說，其特點是干煤粉多，且耐高溫高壓高氣；產(chǎn)煤質(zhì)量好，其中含有的有效氣體成分較高；且由于高溫高壓可以通過廢熱鍋爐進行冷卻從而將熱能進行有效地回收；且鍋爐內(nèi)部沒有內(nèi)砌耐火磚，這樣就大大減少了維護量。然而對于這種技術(shù)來說也有足夠多的缺點：由于氣化爐和廢熱鍋爐的存在，且其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這就使得加工上的難度大大加大；且其選材難度大、投資高；尤其是加工過程中的過濾器容易堵塞，且運行周期過短；由于控制系統(tǒng)的極其復(fù)雜從而增加了其操作難度。

圖2 殼牌煤氣化技術(shù)

在實踐應(yīng)用中，殼牌煤氣化工藝的技術(shù)特點主要包括：(1)煤種適應(yīng)性廣。Shell氣化爐可以使用從無煙煤、煙煤、褐煤到石油焦等原料，對煤的灰熔點范圍比其他氣化技術(shù)寬，對于較高水分、灰分和含硫量的煤種也同樣適應(yīng)。(2)單系列生產(chǎn)能力大。目前已投人生產(chǎn)運行的單臺氣化爐爐內(nèi)直徑4600mm，氣化壓力4.0M Pa，日投煤量>2000t，日投煤量2500t以上的氣化裝置正在進行工業(yè)化試驗。(3)氣化溫度高。氣化溫度為1450—1600～C，碳轉(zhuǎn)化率可達99%左右，氣體產(chǎn)品潔凈，煤氣中有效成分90%以上，冷煤氣化效率80%一85% ，其余15%熱能被回收作為中壓或高壓蒸汽，總熱效率為98%左右。(4)耗氧量低。該氣化工藝用氧量比水煤漿氣化工藝低15% 一20% ，噸煤氣化耗氧量約為600m3(神府煤)，因而與之配套的空分裝置可相應(yīng)減少投資。(5)運轉(zhuǎn)周期長。氣化爐壁冷卻采用水冷膜壁結(jié)構(gòu)型式，并應(yīng)用掛渣措施保護氣化爐壁，無耐火磚襯里，噴嘴設(shè)計使用壽命為8000h，維護工作量小，氣化爐內(nèi)無轉(zhuǎn)動部件，運轉(zhuǎn)安全可靠。(6)環(huán)境效益好。SCGP從煤粉制備到產(chǎn)生潔凈合成氣的整個生產(chǎn)過程中對污染物都實行了控制，高溫氣化物不產(chǎn)生焦油、酚等凝聚物，高溫排出的熔渣被激冷后成為性質(zhì)穩(wěn)定的玻璃狀顆粒，可作為商品出售。氣化污水中含氰化物少，易于處理。利用高效飛灰過濾器除塵，回收的飛灰可返回氣化爐循環(huán)使用。

3.噴嘴對置式氣化技術(shù)

這項技術(shù)是有我國自主研發(fā)的一項煤制氣技術(shù)，首先在2000年的時候就已試驗成功并建成了兩套日投煤量達到1150噸的氣化爐，其操作過程中的壓力為4.0M Pa，在2005年的10月正式投入使用；其次其在大氮肥國產(chǎn)化工程得到廣泛運用，并且建設(shè)了一套多噴嘴對置式水煤漿裝置，其日投煤量達到了750噸；在國家“十一五”期間也取得了令人矚目的成績，截止到目前，全國已有十三家多噴嘴氣化爐在建或已投入運營。該裝置的引進，帶來了諸多好處，如強化了熱傳遞功能，增加了碳轉(zhuǎn)化率，并且相比較德士古爐來說氣化效果更加明顯。

這種技術(shù)是當(dāng)前我國自主研發(fā)的一種煤制氣技術(shù)。其主要優(yōu)點在于噴嘴多，噴嘴多就增加了撞擊波，從而改變了其流暢結(jié)構(gòu)，加劇了傳質(zhì)傳熱效果，大大提高了碳轉(zhuǎn)化率，并且適當(dāng)?shù)奶岣吡擞行獾某煞帧．?dāng)然這種氣化技術(shù)也有缺點,對于這種技術(shù)來說：耗氧量大，影響了有效氣的成分，對于煤質(zhì)的要求同樣非常苛刻；且上部內(nèi)砌耐火磚容易被侵蝕損壞；由于控制系統(tǒng)的復(fù)雜，造成了對設(shè)備的投資加大使得維護費用也增加了。

4.灰熔聚煤氣化技術(shù)

這種技術(shù)也是我國自主研發(fā)的一種煤制氣技術(shù)，在生產(chǎn)生活中有著積極的作用。其主要長處是可適應(yīng)多種煤種，且操作過程中溫度適宜，對材料沒有嚴(yán)格特殊要求。穩(wěn)定性高，具有持續(xù)可運轉(zhuǎn)的特性；工藝流程簡便無特殊化要求；產(chǎn)品中無焦油等污染物，易處理。但是其也有缺點：工業(yè)規(guī)模較小，凈化系統(tǒng)卻很龐大；氣化爐操作壓力低，生產(chǎn)過程中的煤氣喊有塵埃顆粒等懸浮物，處理起來比較困難。這種技術(shù)可以用于化工合成中，也可應(yīng)用于工業(yè)爐窯燃料氣以及發(fā)電燃料氣的加工生產(chǎn)中。具體工藝體現(xiàn)在流化床氣化，其底部有灰熔聚區(qū)，且對煤粉要求不高。

總結(jié)

通過對煤制氣的種類進行了詳細(xì)的分析，得知在煤化工發(fā)展過程中，作為一項煤化工技術(shù)，煤制氣在工業(yè)生產(chǎn)生活中得到了飛速發(fā)展，在實際生產(chǎn)中也得以重用。

殼牌煤氣化技術(shù)是目前國際上最先進的潔凈煤氣化技術(shù)之一，具有原料利用率高、消耗低、對資源節(jié)約、對環(huán)境友好等顯著優(yōu)點。消化和吸收該技術(shù)對我國發(fā)展新型煤化工和合理利用煤炭資源有重要意義。

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