煤氣化配套一氧化碳變換工藝技術(shù)的選擇

衣煥義（內(nèi)蒙古大唐國(guó)際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025350）

為了彌補(bǔ)我國(guó)天然氣資源的不足，近年來(lái)在煤化工業(yè)的基礎(chǔ)上，大力發(fā)展煤氣化技術(shù)。而在煤氣化配套裝置中，一氧化碳變換裝置通過(guò)變換反應(yīng)調(diào)節(jié)氣化裝置提供粗煤氣（碳?xì)浠旌衔铮?，以滿足實(shí)際生產(chǎn)生活的需要；因此，一氧化碳變換工藝技術(shù)的選擇，關(guān)系到后續(xù)設(shè)備及下游產(chǎn)品的類型。

1 我國(guó)煤氣化工業(yè)概述

就國(guó)內(nèi)而言，煤氣化工藝中應(yīng)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(gòu)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(huán)境下的作用形式；國(guó)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(duì)應(yīng)地，國(guó)外引進(jìn)的GSP粉煤氣化工藝與國(guó)內(nèi)自主開(kāi)發(fā)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(chǎn)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(fù)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(yán)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?yàn)槿绱?，粗煤氣變換反應(yīng)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(dá)到60-70%%以上，所以反應(yīng)變動(dòng)需要較大的推動(dòng)力，反應(yīng)的過(guò)程也十分劇烈。

由此，在廢鍋型工藝中進(jìn)行粉煤氣化容易造成變換爐溫度過(guò)高，生產(chǎn)中的熱處理是不間斷進(jìn)行的，需要一系列的配套生產(chǎn)設(shè)備。同時(shí)，廢鍋型粉煤氣化生成比率較低，所以生產(chǎn)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(shù)的選擇

煤氣化工藝的下游產(chǎn)品種類很多，不同的產(chǎn)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(guò)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(guò)程中，需要將一氧化碳和氫氣的比例調(diào)整到相應(yīng)的化學(xué)方程式比例范圍。

同時(shí)，在一氧化碳變換工藝技術(shù)選擇的過(guò)程中，還需要配合實(shí)際的生產(chǎn)設(shè)備，從實(shí)際入手。

2.1 水煤漿氣化配套變換工藝選擇

我國(guó)煤氣化體系中，利用水煤漿作為原料制造粗煤氣并配套進(jìn)行一氧化碳反應(yīng)，其工藝選擇與目標(biāo)產(chǎn)品有很大的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，水煤漿氣化主要用來(lái)制造氫氣和甲醇，而兩種產(chǎn)品的一氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)、水氣比例都是不同的。

制造氫氣的一氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)在0.45左右，而用于制造甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)是2.0。無(wú)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(guò)量狀態(tài)，氫氣與冷凝后的水溶解性較差，而甲醇也需要一定的水進(jìn)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(dá)到96%以上，相對(duì)應(yīng)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(dòng)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(gè)工藝特點(diǎn)是一氧化碳的濃度較高，因此在反應(yīng)中如何控制溫度就成為一氧化碳變換技術(shù)的核心要素。根據(jù)當(dāng)前我國(guó)對(duì)這一工藝的應(yīng)用，主要通過(guò)粗煤氣中的水氣比例進(jìn)行協(xié)調(diào)。

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(guò)熱回收的方式來(lái)減少水蒸氣的含量，進(jìn)而控制反應(yīng)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(guò)對(duì)粗制煤氣進(jìn)行加熱變換的方式，向反應(yīng)爐中加入大量高溫水蒸氣，水氣比例達(dá)到1.4以上，這樣可以提高一氧化碳的平衡轉(zhuǎn)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(jìn)入變換爐，用來(lái)生產(chǎn)羥基化合物、煤制油等產(chǎn)品?？傮w而言，目標(biāo)產(chǎn)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(jié)語(yǔ)

隨著近年來(lái)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，煤化工產(chǎn)業(yè)在不同程度滿足了社會(huì)生產(chǎn)生活的需求，具有強(qiáng)大的生命力。煤氣化技術(shù)的多樣化態(tài)勢(shì)，也為現(xiàn)代化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了原料，通過(guò)水氣調(diào)節(jié)的方式合成氫碳產(chǎn)物，配套裝置的選擇至關(guān)重要，需要進(jìn)一步研究實(shí)現(xiàn)節(jié)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(shù)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(shù)進(jìn)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(yùn)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(yè),2006,04:7-12.

[5]彭麗娟.焦?fàn)t氣輔助煤氣化制甲醇系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)[D].華南理工大學(xué),2014.