大型煤氣化技術(shù)淺析

焦海亮（河北省石油化工設(shè)計院有限公司天津分公司，天津　300380）

大型煤氣化技術(shù)淺析

焦海亮
（河北省石油化工設(shè)計院有限公司天津分公司，天津300380）

隨著國家對環(huán)境保護(hù)的日趨重視，發(fā)展以煤氣化技術(shù)為代表的新型清潔能源技術(shù)尤為重要。本文對煤氣化爐型進(jìn)行了介紹，并淺析了國內(nèi)外大型煤氣化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

煤氣化；氣化爐；發(fā)展動態(tài)

1　引言

煤氣化過程是一個熱化學(xué)過程，它是以原煤或煤焦為原料，以氧氣、空氣、蒸氣或氫氣為氣化劑，在高溫高壓作用下，通過部分氧化反應(yīng)將原料煤從固體燃料轉(zhuǎn)化為氣體燃料的過程。我國煤炭資源豐富，但長期以來主要通過燃燒的方式來獲得能量轉(zhuǎn)化，這種方式不僅造成了資源浪費(fèi)，而且還嚴(yán)重污染了環(huán)境。隨著國家對環(huán)境保護(hù)的日趨重視，發(fā)展以煤氣化技術(shù)為代表的新型清潔能源技術(shù)顯得尤為重要。

2　煤氣化爐分類

2.1 固定床氣化爐。在氣化過程中，原料煤由氣化爐頂部加入，氣化劑由氣化爐底部加入，兩者逆流接觸，相對于氣體上升速度而言，原料煤的下降速度較慢，因此稱之為固定氣化床氣化爐。

2.2 流化床氣化爐。在氣化過程中，原料碎煤懸浮分散于垂直上升的氣化劑氣流中并進(jìn)行氣化反應(yīng)。此時碎煤具有流體的某些表觀特征，因此稱為流化床氣化爐。

2.3 氣流床氣化爐。氣流床氣化爐采用并流氣化方式，用具有壓力的氣化劑將粒度很小的煤粉送入氣化爐內(nèi)，也可以將水煤漿泵入氣化爐內(nèi)。使原料煤和氣化劑充分接觸后，在高溫作用下燃燒和氣化反應(yīng)。反應(yīng)后的灰渣，以固態(tài)或液態(tài)形式排出。目前Shell干煤粉氣化爐及Texaco水煤漿氣化爐，就是該種氣化爐應(yīng)用的典范。

3　國內(nèi)外大型煤氣化技術(shù)現(xiàn)狀

對應(yīng)于上述氣化爐的分類，目前在國內(nèi)外已工業(yè)化并廣泛應(yīng)用的煤氣化技術(shù)主要有：Lurgi碎煤氣化、Texaco水煤漿氣化、Shell粉煤氣化、GSP煤氣化、恩德粉煤氣化、多噴嘴對置水煤漿氣化、多元料漿氣化、兩段式干煤粉加壓氣化、航天爐煤氣化等。

3.1 Lurgi碎煤氣化技術(shù)。Lurgi煤氣化技術(shù)是固定床加壓煤氣化技術(shù)的典型代表，由Lurgi公司開發(fā)所得。其主要特點(diǎn)是：原料采用碎煤（5mm～50mm），氣化劑為蒸汽和氧氣，經(jīng)加壓（2MPa～3MPa）氣化得到粗煤氣。該技術(shù)第一代于1936年研制成功，后經(jīng)過不斷的改進(jìn)和發(fā)展引入我國，目前在我國運(yùn)行的有30多臺，分別用于合成氨及煤制氣工藝。

3.2 Texaco水煤漿氣化技術(shù)。Texaco水煤漿氣化技術(shù)是氣流床氣化技術(shù)的典型代表，由Texaco（德士古）公司研發(fā)所得。其主要特點(diǎn)為：原料為水煤漿，采用柱塞隔膜泵輸送，氣化爐采用單噴嘴下噴式進(jìn)料方式，爐壁為耐火磚，粗煤氣采用水激冷流程凈化除塵同時也起到增濕的效果。該技術(shù)成熟可靠，先后在美國、日本、德國建成多套工業(yè)裝置，于1993年首次引入我國。引進(jìn)后不但提高了我國煤氣化技術(shù)水平還帶動了相關(guān)配套技術(shù)的研究和開發(fā)，如工藝燒嘴、耐火材料、相關(guān)儀表、閥門等。

3.3 Shell粉煤氣化技術(shù)。Shell粉煤氣化技術(shù)是目前世界上較為先進(jìn)的第二代煤氣化技術(shù)之一，氣化爐屬于加壓氣流床反應(yīng)器。其主要特點(diǎn)為：采用干煤粉進(jìn)料，氣化溫度高、耗氧低、噴嘴為下噴式多噴嘴對稱布置、煤氣化后工藝采用廢熱鍋爐流程。目前我國已引進(jìn)了多套該技術(shù)氣化裝置，實踐證明該工藝先進(jìn)，氣化爐本身無太大技術(shù)問題。

3.4 GSP煤氣化技術(shù)。GSP煤氣化技術(shù)是一種加壓氣流床氣化技術(shù)，是20世紀(jì)70年代前民主德國GDR燃料研究所開發(fā)并投入商業(yè)化運(yùn)行的大中型粉煤氣化技術(shù)，目前該技術(shù)歸西門子公司所有。其主要特點(diǎn)為：原料適用面廣，適用于包括處理城市廢料等在內(nèi)的各種碳?xì)浠衔铮瑲饣癄t采用頂部干粉加料，反應(yīng)室周圍采用水冷壁結(jié)構(gòu)，燒嘴采用內(nèi)冷式多通道多用途結(jié)構(gòu)設(shè)計使用壽命長。相比于上述三種煤氣化技術(shù)，GSP技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用較少，但是前景十分廣闊。

3.5 恩德粉煤氣化技術(shù)。恩德粉煤氣化技術(shù)是一種流化床氣化技術(shù)，最初由朝鮮恩德“七.七”聯(lián)合企業(yè)引進(jìn)德國溫克勒技術(shù)后改造完善而來。1996年遼寧黎明機(jī)械廠將該技術(shù)引入國內(nèi)后又經(jīng)歷了先進(jìn)的DCS控制系統(tǒng)改造并成功應(yīng)用于國內(nèi)，目前國內(nèi)已有十余套該裝置在運(yùn)行。其主要特點(diǎn)為：主要用于生產(chǎn)工業(yè)和民用煤氣，煤種適用性強(qiáng)，氣化率高，操作彈性大，三廢處理簡單環(huán)境污染小等。

3.6 多噴嘴對置水煤漿氣化技術(shù)。多噴嘴對置水煤漿氣化技術(shù)是由華東理工大學(xué)在吸收Texaco氣化技術(shù)后改善而來，并已成功實現(xiàn)了工業(yè)化。其主要特點(diǎn)為：采用四個工藝燒嘴水平對稱布置于氣化爐中部，采用獨(dú)特的破泡條取代水激冷室上升管，采用靜態(tài)破渣機(jī)破渣效果更為優(yōu)越，反應(yīng)室更大從而使轉(zhuǎn)化率更高。該技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)多個有關(guān)企業(yè)推廣應(yīng)用，目前看來是一項成功的技術(shù)并且已經(jīng)引起了國際氣化領(lǐng)域的關(guān)注。

3.7 多元料漿氣化技術(shù)。多元料漿氣化技術(shù)屬于氣流床加壓氣化技術(shù)，是由西北化工研究院研究開發(fā)所得。該技術(shù)是指對固體或液體含碳物質(zhì)如煤、石油焦、瀝青、油、煤液化殘渣等與流動相水、廢液、廢水等通過添加劑所制備的料漿，增加入爐料漿中的含碳有效反應(yīng)物濃度，與氧氣進(jìn)行部分氧化反應(yīng)生產(chǎn)出合成氣，從而達(dá)到減少原料煤消耗量變廢為寶提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。該技術(shù)與Texaco氣化技術(shù)相比，區(qū)別主要在氣化原料上，目前已在多家企業(yè)的技術(shù)改造上成功應(yīng)用。

3.8 兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)。兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)是由西安熱工研究院開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)。該技術(shù)開發(fā)的初衷是用于IGCC發(fā)電，后來為了適應(yīng)化工行業(yè)的需要進(jìn)行了工藝流程的改進(jìn)。目前該技術(shù)擁有廢熱鍋爐流程和水激冷流程分別用于發(fā)電和化工領(lǐng)域，技術(shù)先進(jìn)靈活。該技術(shù)與Shell煤氣化技術(shù)相近但又不同，主要體現(xiàn)在氧耗量比較低因而與之配套的空分裝置規(guī)模較小。

3.9 航天爐煤氣化技術(shù)。航天爐煤氣化技術(shù)是一種水冷壁式的氣流床粉煤氣化技術(shù)，由我國航天工業(yè)部研發(fā)而成。其設(shè)計理念與國外的GSP煤氣化技術(shù)較為相近，適用于中型煤氣化裝置，在我國已經(jīng)取得了成功應(yīng)用。

結(jié)語

煤氣化技術(shù)雖然眾多，但是由于各地原料煤種以及目標(biāo)產(chǎn)品不盡相同，因此在選擇煤氣化技術(shù)時應(yīng)充分考慮自身的特點(diǎn)以及各種工藝的優(yōu)缺性充分論證，否則一經(jīng)選錯再想改變損失巨大。

[1]王輔臣，于廣鎖，龔欣，等.多噴嘴對置煤氣化技術(shù)的研究與工業(yè)示范[C].第三屆中國國際煤化工及煤轉(zhuǎn)化高新技術(shù)研討會，西安，2006.

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