現代煤氣化工藝比選優化分析

張振禹

（國電赤峰化工有限公司，內蒙古赤峰 024000）

現代煤氣化工藝比選優化分析

張振禹

（國電赤峰化工有限公司，內蒙古赤峰 024000）

隨著我國社會生產力的不斷提升，生態環境的污染形勢也越發嚴峻。早期粗獷式的工業發展模式，使我國的生態環境遭受了嚴重的破壞，給人民群眾的生產生活產生極大的影響。新形勢下，環境保護理念成為了技術發展指導思想，清潔、綠色、環保的化工生產工藝是化工行業發展的趨勢。在此背景下，煤氣化工藝也經過多次技術升級與工藝改進。

煤氣化工藝；比選；優化；分析

1 前言

煤氣化過程中，煤和氧氣發生化學反應，產生大量熱量，并借此為氣化反應供能。因此，在煤氣化反應時，依靠燃燒部分煤炭獲得熱量并集聚在氣化爐中，同時通入水蒸氣進行分解反應，與煤炭發生不完全氧化反應生成氫氣及一氧化碳合成氣體，以達到煤氣化反應目的。

2 煤氣化反應器結構形式

2.1 固定床氣化

固定床氣化的操作溫度為 800～1 000℃，操作壓力從常壓到4MPa。氣化爐內氣體流速緩慢，煤粒在固定床氣化過程中基本靜止，停留時間最長可達1.5h，對煤種活性、灰熔點及熱穩定性要求相對較高。常見的固定床氣化工藝為常壓固定床，爐型較小，氣化能力不高，常用語中小型規模的合成氨生產。該爐型的氣化主要對褐煤及次煙煤，產生合成氣中含較多甲烷成分。

2.2 流化床氣化

流化床氣化的操作溫度為 800～1 000℃，操作壓力從常壓到2.5MPa。氣化爐內氣體流速較快，煤粒在固定床氣化過程中呈懸浮狀態并與氣流有相對運動趨勢，只停留數分鐘，對煤種活性、灰熔點要求相對較高。其代表工藝有常壓溫克勒爐、HTW、KRW等工藝。

2.3 氣流床氣化

氣 流床氣化的操作溫度為 1 300～1 700℃，操作壓力最高可達6.5MPa。氣化爐內氣體流速極大，煤粒在固定床氣化過程中與氣流呈同向運動，停留時間僅為幾秒鐘，對煤種不高，有很強的適應性。氣流床氣化最典型的代表工藝即為殼牌粉煤氣化工藝、德士古水煤漿氣化工藝等，擁有氣化程度高，合成氣產能大等突出優點。

3 煤質參數與氣化工藝匹配適應性分析

3.1 煤質數據對煤氣化造成的影響

按照不同煤種的特征性質及氣化工藝對煤種的要求，可將其分為四類：第一類以泥炭為代表，其氣化過程中揮發分最高，可產生大量甲烷氣體，不發生黏結；第二類以褐煤為代表，與第一類不同之處在于會產生焦油；第三類以弱黏結煙煤為代表，氣化是黏結并產生較多焦油，甲烷含量較少；第四類則以無煙煤為代表，氣化時不會黏結也不產生焦油，其產生甲烷也較少。在氣化過程中，煤種不同，產生的組分與合成氣熱值均不相同。

3.2 煤種變質程度對煤氣化發熱值造成的影響

煤種變質程度較低，揮發分較高，則其氣化生成的煤氣發熱值也相對較高。在同種條件下，不同煤種氣化所產生煤氣的熱值不同，即便是同一種煤種，在不同制取條件下，其產生煤氣的發熱值也不相同。隨著煤種變質程度升高，其含有的揮發分含量發生變化，使得煤氣化發熱值也發生改變。

3.3 煤種揮發分對煤氣化產率造成的影響

煤揮發分含量較高時，氣化時消耗有機物多數成為了焦油，使得煤氣產率下降。隨著煤種變質程度升高，其含有的揮發分含量降低，有機質轉化為焦油的量減少，從而提高了煤氣產率。由此可知，在同一制取條件下，煤氣化產率最高是無煙煤，其余依次為氣煤、褐煤及泥炭。

4 現代氣化工藝市場接受程度適應性分析

4.1 殼牌粉煤氣化工藝

殼牌公司在20世紀70年代，在渣油氣化技術的開發應用上取得了巨大的成功。在此基礎上，殼牌公司研發出了一種先進的、獨具特色的潔凈煤氣化技術。殼牌粉煤氣化工藝對煤種的適應性很強，對灰分含量超過30% 的煤種也能很好的歧化，且可以不同煤種之間進行摻混。該種工藝的煤氣化利用率極佳，產生的合成氣中有效組分含量高達90% 以上，碳轉化率98%，冷煤氣效率83%，比煤耗0.69，大大減少了煤氣化反應的耗煤量。但是該工藝氣化關鍵設備結構極其復雜，投資成本高，所采用的激冷循環氣壓縮機也容易產生故障。這些因素導致了該種工藝的制造周期與建設周期較長，目前并沒有大規模推廣普及。

4.2 德士古水煤漿氣化工藝分析

德士古公司在20世紀70年代之前就已經掌握了利用天然氣及重油、渣油為原料進行合成氣的生產，并以此為基礎研發出了水煤漿氣化技術。水煤漿氣化工藝采用除褐煤外的煤種制成的濃度60% 左右的水煤漿作為原料，單噴嘴下噴式并采用水激冷流程。該工藝對煤種有一定的要求，對煤中的灰分含量要求不超過 20%，灰熔點要低于 1 300℃。產生合成器中氫氣與一氧化碳的含量可達80% 以上，冷煤氣效率76%，碳轉化率96%，熱效率可達85%。該種工藝的氣化爐構造簡單，所需投資較低，制造方便，目前在國內應用相對較為廣泛。

5 結束語

在對現代煤氣化工藝進行比選時，應綜合煤質數據與煤種分析，聯合反應器參數與工藝參數展開系統的對比與評價。同時借助計算機反應過程的建模分析，優化比選過程，保證比選的科學性及合理性，為工業生產選擇出最能滿足條件的煤氣化工藝。

[1] 汪壽建 .現代煤氣化工藝比選優化的探討 [J].化肥設計，2016，（01）：1-7.

[2] 聶 松， 孫 坤 . 現 代 煤 氣 化 工 藝 比 選 優 化 的 探 討 [J]. 化 工 管 理，2016，（26）：256.

Optimization Analysis of Modern Coal Gasification Process

Zhang Zhen-yu

As China’s social productive forces continue to rise，the ecological environment pollution situation is more severe. The model of early and crude industrial development caused severe damage to our ecological environment and exerted great inf l uence on the people’s production and life.Under the new situation，the concept of environmental protection has become the guiding ideology of technological development.Clean，green and environment-friendly chemical production processes are the development trend of the chemical industry.In this context，the coal gasif i cation process has also been upgraded several times and process improvements.

coal gasif i cation process ；comparison ；optimization ；analysis

TQ546

：A

：1003–6490（2017）07–0028–02

2017–05–15

張振禹（1989—），男，吉林遼源人，助理工程師，主要從事應用化工工作。