煤氣化配套一氧化碳變換工藝技術的選擇

衣煥義（內蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責任公司，內蒙古 赤峰 025350）

為了彌補我國天然氣資源的不足，近年來在煤化工業的基礎上，大力發展煤氣化技術。而在煤氣化配套裝置中，一氧化碳變換裝置通過變換反應調節氣化裝置提供粗煤氣（碳氫混合物），以滿足實際生產生活的需要；因此，一氧化碳變換工藝技術的選擇，關系到后續設備及下游產品的類型。

1 我國煤氣化工業概述

就國內而言，煤氣化工藝中應用較為廣泛的是氣流床，主要由水煤漿氣話和粉煤氣化兩種構成。這其中煤粉氣化工藝又包括廢鍋型和激冷型兩類，是粉煤氣化在高溫環境下的作用形式；國外較為典型的煤氣化工藝是shell粉煤氣化工藝，屬于典型的廢鍋型工藝流程，相對應地，國外引進的GSP粉煤氣化工藝與國內自主開發的“東方爐”都屬于激冷型工藝。

1.1 水煤漿氣化粗煤氣分析

水煤漿氣化的工藝形式多屬于激冷型流程，操作中的壓力要求很高，一般在2.7MPa-8.5MPa之間，在粗煤氣的產出中一氧化碳含量為42%-47%，幾乎與生成的氫氣比例相同，但是一氧化碳的負荷變換并不是很大，所以變換爐的溫度影響也不明顯。

水煤漿氣話粗煤氣中，水汽化較為嚴重，因此一般不需要加入水蒸氣即可滿足各類變化要求；也正因為如此，粗煤氣變換反應之后需要的冷凝液較多。

1.2 粉煤氣化粗煤氣分析

與水煤漿氣化相比，粉煤氣化所需要的壓力較小，一般為3.8MPa，由于水蒸氣比例的大幅度減少，一氧化碳的干基可以達到60-70%%以上，所以反應變動需要較大的推動力，反應的過程也十分劇烈。

由此，在廢鍋型工藝中進行粉煤氣化容易造成變換爐溫度過高，生產中的熱處理是不間斷進行的，需要一系列的配套生產設備。同時，廢鍋型粉煤氣化生成比率較低，所以生產尤其需要加入一定的水蒸氣。

2 煤氣化配套一氧化碳變換工藝技術的選擇

煤氣化工藝的下游產品種類很多，不同的產品所需要的一氧化碳變換程度不同，也就造成了不同的工藝選擇類型。如在制氫氣、合成氨等過程中，要盡量減少一氧化碳的含量，提高氫氣的純度，而在制造甲醇、煤制油、羥基類化合物等過程中，需要將一氧化碳和氫氣的比例調整到相應的化學方程式比例范圍。

同時，在一氧化碳變換工藝技術選擇的過程中，還需要配合實際的生產設備，從實際入手。

2.1 水煤漿氣化配套變換工藝選擇

我國煤氣化體系中，利用水煤漿作為原料制造粗煤氣并配套進行一氧化碳反應，其工藝選擇與目標產品有很大的關系。一般來說，水煤漿氣化主要用來制造氫氣和甲醇，而兩種產品的一氧化碳摩爾分數、水氣比例都是不同的。

制造氫氣的一氧化碳摩爾分數在0.45左右，而用于制造甲醇的摩爾分數是2.0。無論是制造氫氣還是甲醇，水將煤氣化粗煤氣中的水蒸氣比例都是可以不用考慮的，原因在于其水蒸氣本身處于過量狀態，氫氣與冷凝后的水溶解性較差，而甲醇也需要一定的水進行收集。

值得一提的是，利用水煤漿制造氫氣的變換深度很高，工藝總體變換率達到96%以上，相對應地，要求一氧化碳的干基濃縮下降到0.2%-0.5%，這就需要變換爐具有足夠的推動力。

2.2 粉煤氣化配套變換工藝的選擇

粉煤氣化存在廢鍋型和激冷型兩類，整個工藝特點是一氧化碳的濃度較高，因此在反應中如何控制溫度就成為一氧化碳變換技術的核心要素。根據當前我國對這一工藝的應用，主要通過粗煤氣中的水氣比例進行協調。

首先，采用水氣比例較低的變換工藝，要求變換爐的入口維持水氣比例為0.15-0.5左右，可以通過熱回收的方式來減少水蒸氣的含量，進而控制反應深度和床層的溫度。高濃度的一氧化碳逐漸變換，最終可以得到需求的粗煤氣成分比例。

其次，采用水氣比例較高的變換工藝，即先通過對粗制煤氣進行加熱變換的方式，向反應爐中加入大量高溫水蒸氣，水氣比例達到1.4以上，這樣可以提高一氧化碳的平衡轉換率，降低變換爐出口的一氧化碳含量。

除此之外，水氣比例的控制還有其他的階段，如在0.7-1.0左右，可以在不做任何處理的情況下將粗制煤氣進入變換爐，用來生產羥基化合物、煤制油等產品。總體而言，目標產品中的成分比例要求不同，一氧化碳變換工藝的選擇也不同。

3 結語

隨著近年來我國社會經濟的發展，煤化工產業在不同程度滿足了社會生產生活的需求，具有強大的生命力。煤氣化技術的多樣化態勢，也為現代化工產業的發展提供了原料，通過水氣調節的方式合成氫碳產物，配套裝置的選擇至關重要，需要進一步研究實現節能減排、安全可靠的目的。

[1]陳莉.煤氣化配套一氧化碳變換工藝技術的選擇[J].大氮肥,2013,03:150-157.

[2]戎欠欠,董凱.一氧化碳變換工藝技術進展[J].廣東化工,2015,01:50-51.

[3]陳莉.SE-東方爐粉煤氣化制氫配套變換工藝選擇及運行[J].大氮肥,2015,02:134-138.

[4]徐邦浩.Shell粉煤氣化一氧化碳變換工藝的選擇[J].化肥工業,2006,04:7-12.

[5]彭麗娟.焦爐氣輔助煤氣化制甲醇系統概念設計[D].華南理工大學,2014.