對煤氣化配套一氧化碳變換工藝技術(shù)選擇的探析

杜少鵬 張世虎(陜西煤業(yè)化工集團神木天元化工有限公司，陜西 榆林 719319)

對煤氣化配套一氧化碳變換工藝技術(shù)選擇的探析

杜少鵬 張世虎(陜西煤業(yè)化工集團神木天元化工有限公司，陜西 榆林 719319)

在我國能源儲備中，煤炭資源較為豐富，而天然氣資源相對匱乏，為了適應(yīng)和滿足現(xiàn)代社會對能源的多樣化需求，因此，加快煤氣化行業(yè)建設(shè)并優(yōu)化煤氣化工藝技術(shù)勢在必行。本文從目前國內(nèi)具有代表性的幾種煤氣化變換工藝談起，進而分析不同煤氣化工藝生產(chǎn)煤氣的具體特點，最后重點對煤氣化配套一氧化碳變換工藝技術(shù)的選擇進行深入探究，希望能夠為煤氣化行業(yè)選擇和完善變換工藝技術(shù)提供一絲參考。

煤氣化行業(yè)；一氧化碳變換工藝；工藝技術(shù)；工藝選擇

隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，各行各業(yè)對于能源的需求持續(xù)上升，為了有效應(yīng)對我國天然氣能源緊缺的現(xiàn)狀，并實現(xiàn)對煤炭能源的深加工能力，因此，煤氣化行業(yè)逐漸興起。通過煤氣化配套設(shè)備中反應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及一氧化碳變換工藝就可以實現(xiàn)生成粗煤氣，即碳氫混合物，最后經(jīng)過處理加工，就可以滿足社會生產(chǎn)和生活需求的燃氣能源?；诖耍谎趸甲儞Q工藝技術(shù)的選擇十分重要，它對于后續(xù)處理及產(chǎn)品類型或質(zhì)量的影響十分關(guān)鍵。

1 對目前國內(nèi)主要煤氣化工藝的淺要分析

近年來，煤氣化行業(yè)中具有代表性的應(yīng)用工藝分為水煤漿氣化和粉煤氣化兩種，而粉煤氣化根據(jù)其不同的冷卻方式又區(qū)分為廢鍋型和激冷型兩種，在廢鍋型應(yīng)用中極為成熟的工藝當屬Shell粉煤氣化，而激冷型應(yīng)用中比較廣泛和先進的是GSP粉煤氣化和東方爐等粉煤氣化工藝。這些煤氣化工藝能夠生產(chǎn)合成多種品類的產(chǎn)品，而且根據(jù)下游產(chǎn)品需求，能夠?qū)O進行完全或部分轉(zhuǎn)化。上述煤氣化工藝都屬于氣流床氣化流程操作，在煤化企業(yè)的應(yīng)用十分廣泛。另外，前沿的BGL技術(shù)和Lurgi技術(shù)也在持續(xù)完善，因其技術(shù)獨具的優(yōu)勢特征，正逐漸在煤化企業(yè)中規(guī)模化應(yīng)用。

2 對三種獨具代表性煤氣化工藝生產(chǎn)煤氣的特點闡述

首先，水煤漿氣化煤氣的的具體特點為：粗煤氣中CO干基能保持在45%，與HZ基本持平，變換負荷與變換爐的壓力及溫度并不凸顯。此外，水氣在粗煤氣的占有比例較高，能確保持久的穩(wěn)定，進而可以為各類變換反應(yīng)提供支持保障。其缺點是剩余水汽多，因此需要回收的熱量也隨之增高。其次，粉煤氣化煤氣的具體特點為：變換操作壓力較低，煤氣中CO干基能夠達到65%左右，致使變換反應(yīng)動力足，進而反應(yīng)十分強烈，就會引起變換爐出現(xiàn)超溫風險。雖然廢鍋型和激冷型都屬于粉煤氣化工藝，但是二者也具有較大的差異特點。一方面，廢鍋型粗煤氣中水氣比例十分低，因此，在變換反應(yīng)過程中需要不斷攝入蒸汽才能夠滿足轉(zhuǎn)換加工的技術(shù)要求。另一方面，激冷型粗煤氣中的水氣比例值介于水煤漿氣化和廢鍋型氣化之間，因此，當部分轉(zhuǎn)換時能夠自給自足，而在完全轉(zhuǎn)換時也必須要加入水蒸氣才可以確保變換反應(yīng)的進行。

3 對煤氣化配套一氧化碳變換工藝技術(shù)選擇的探究與分析

3.1 水煤漿氣化配套工藝

首先，水煤漿在制氫工藝中，需要變換氣中CO的干基濃度為0.35%左右，這時變換爐要確保兩段中溫并結(jié)合一段低溫進行處理。由于制氫對總變換率的要求較高，因此要確保持續(xù)的推動力。同時不用額外配備蒸汽裝置；其次，水煤漿制甲醇工藝中，對總變換率的要求只需達到一半即可，而CO含量要確保達到五分之一，這就對于工藝指標的實現(xiàn)具有極大促動；最后，基于水煤漿水氣比例的過高影響，如果不針對妥善處理，極易加劇換熱器的冷卻負荷，而且過多的水汽對于管道及設(shè)備的壓力也會造成影響。因此，可以適當改進技術(shù)操作流程，即在變換前期，要先設(shè)置蒸汽設(shè)備，同時在冷卻分出冷凝液之后在合理預(yù)熱進而發(fā)生變換反應(yīng)。通過調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，前置蒸汽發(fā)生器的優(yōu)勢十分明顯，例如：能夠減小設(shè)備負荷，并控制投資成本，同時可以確保水氣比例的穩(wěn)定性以及達成對煤氣的二次凈化?；谝陨戏治隹梢猿浞直砻?，前置蒸汽發(fā)生器的重要性十分明顯。

3.2 粉煤氣化配套工藝

粉煤氣化工藝中，因為其中的CO濃度過高，需要對其進行控溫處理，控溫技術(shù)的好壞直接會影響CO轉(zhuǎn)換的效率及質(zhì)量。此外，根據(jù)水氣比例的不同，粉煤氣化變換工藝可分為以下三種，即低水氣、中低水氣和高水氣變換工藝。接下來對這三種工藝的優(yōu)缺點進行簡要分析。首先，低水氣工藝的優(yōu)點為：對CO含量控制相對容易且穩(wěn)定，能夠確保裝置的長期運作，同時節(jié)能效果十分明顯，并有效降低了生產(chǎn)成本，此外，可以避免發(fā)生反硫化的反應(yīng)。其不足為：發(fā)生副反應(yīng)的幾率很大，同時對于溫度的要求較高，另外需要介入催化劑的作用；其次，中低水氣變換工藝的優(yōu)點是：無需考慮超溫影響，不會產(chǎn)生讓催化劑失活的現(xiàn)象，而且中低水氣工藝自身具有蒸汽補水，這就大大降低了蒸汽能耗，同時在該工藝中處理過程中，不需要過高的溫度，使補充水來源成本隨之降低，進而有利于企業(yè)節(jié)能的目標實現(xiàn)。而其不足為：影響變換的因素較多，致使操作管理十分復(fù)雜和繁瑣；最后，在高水氣變換工藝中，其主要優(yōu)點為：對于變換爐出口CO含量的降低具有積極作用，同時能夠抑制甲烷副反應(yīng)的產(chǎn)生，此外其熱容量大的優(yōu)點可以有效掌控變換爐的溫度。而其不足為：CO和水氣的含量很大，致使變換反應(yīng)的劇烈程度十分高，不利于反應(yīng)的深入掌控，同時對于催化劑的影響很大，會消耗大量蒸汽的同時從而增加了企業(yè)的投入成本。

總之，隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，社會對于煤化企業(yè)的需求與日俱增。同時煤氣化技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用也在不斷拓展，因此，對于煤氣化配套一氧化碳變換工藝技術(shù)的選擇也在不斷增加。這就需要煤化企業(yè)要科學掌握不同變化工藝技術(shù)的特征以及優(yōu)缺點，并根據(jù)企業(yè)實際情況和下游產(chǎn)品要求的不同，進而選擇適宜、可靠的工藝，最終確保工藝能夠節(jié)能環(huán)保并安全穩(wěn)定運行。

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