淺析煤氣化技術選擇依據

高玲玲

摘 要：長期以來我國一直處于富煤、缺油、少氣的資源供應狀態，并且如今油和氣的價格不斷上漲，這就嚴重制約了我國相關行業的發展進步，在這種情況下如何基于豐富的煤炭資源發展煤制油、煤氣化技術，進行煤炭的綜合類型就成為我國非常重視的一個問題。該文簡單介紹了現在常用的幾種煤氣化技術的應用現狀，并對煤氣化技術的選擇依據進行了細致研究，為相關行業進行煤氣化技術選擇提供依據。

關鍵詞：煤氣化技術 煤化工 選擇依據

中圖分類號：TQ54 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）02（c）-0100-02

中國是世界上公認的產煤和用煤大國，中國一年煤的產量在10億 t左右，其中大部分用于電力行業和私人使用，使用過程較為簡單，一般為直接燃燒，通過煤化工進行產氣的比較少。但是隨著近年來國際油價不斷攀升，天然氣供應欠缺，我國的煤化工產業亟待發展。

1 煤氣化技術概述

煤氣化技術就是以煤作為原材料，采用各種化學反應和化學技術，在CO加H2合成各種化工產品，從而達到減少天然氣、石油等稀缺資源消耗的目的，優化我國能源結構。現代煤氣化技術中最為活躍的就是氣流床反應器。氣流床反應器是20世紀80年代以后隨著潔凈煤氣化工藝的開發研究而發展起來的，它以干粉煤或者水泥漿作為反應原材料，進行單系列的大規模加壓氣化，從而大大促進了合成氣產業化、規模化的進程，并且氣流床反應器生產的合成氣氣化指標較好，是現代煤氣化的主流技術之一。

現代煤氣化過程一般分為3個步驟層次。第一層：煤合成氣。將干粉煤和水泥漿等原材料經過部分氧化方法加工成為CO和H2的合成氣；第二層：合成氣加工；第三層：深加工。煤氣化中的深加工以加工甲醇和烯烴的下游產品為主，產量較大，同時也是我國目前整個化工行業的支柱。

2 煤氣化技術種類

目前，煤氣化技術種類有幾十種，該文采用按照煤氣化爐分類的方式對煤氣化技術進行研究，按照這種分類方式煤氣化技術主要有3種，分別為固定床氣化工藝、流化床氣化工藝、氣流床氣化工藝。

2.1 固定床煤氣化工藝

固定床氣化爐目前常見的有U.G.I間歇式氣化和魯奇Lurgi連續式氣化2種。

U.G.I間歇式氣化爐歷史較長，使用至今已有100多年歷史。U.G.I間歇式氣化以焦炭或者無煙煤為原材料，氣化劑采用水蒸氣或者空氣，在常壓下生產合成氣。雖然該U.G.I間歇式氣化爐已經使用了100多年，但是由于其在發展的100多年來改善較少，仍然沿用很多舊的技術手段，工藝落后，對原材料的質量要求也很高，產品質量和數量都有限，并且對環境的污染嚴重，所以該工藝在如今的時代背景下已經屬于淘汰型工藝，大部分煤氣化企業都禁止使用該工藝。

魯奇Lurgi連續式氣化是在U.G.I間歇式氣化的基礎上發展起來的，它以U.G.I間歇式氣化的相關工藝為基礎，由西德魯奇公司于20世紀40年代開發出來，目前屬于第一代煤氣化工藝。魯奇Lurgi連續式氣化爐對煤氣化原料要求較低，塊狀粘結性貧瘠煤即可，氣化劑和U.G.I間歇式氣化一樣采用水蒸氣或空氣，在加壓的條件下可以連續生產煤氣。

2.2 流化床煤氣化工藝

流化床煤氣化工藝是介于固定床煤氣化工藝和氣流床煤氣化工藝之間的一種煤氣化技術。流化床煤氣化工藝的第一個生產裝置是在20世紀20年代德國制造成功的溫克勒煤氣化爐，但是該爐并未取得預想的效果，因為其存在很多缺點，比如氣化壓力低、容量小、碳轉化率低等。后來人們針對溫克勒煤氣化爐存在的缺點進行了針對性改善，制造出了現代流化床煤氣化工藝使用的HTW高溫溫克勒煤氣化技術。

HTW高溫溫克勒煤氣化爐對原材料要求較低，褐煤、長焰煤以及其他粘結性不強、化學反應較為靈活的煤都能作為煤氣化原材料，原材料入爐粒度控制在0～10 mm即可。該煤氣化工藝生產能力較強，其產量是相同規模、相同氣壓固定床氣化爐的3～4倍，其單臺耗煤量約為160 t/h。

2.3 氣流床煤氣化工藝

氣流床煤氣化工藝又分為干法氣化和濕法氣化2種。干法干煤粉氣化技術主要有Shell工藝、GSP技術。濕法料漿氣化技術有GE工藝、多元料漿氣化技術等。

3 煤氣化技術選擇依據

現代煤氣化技術的選擇依據主要有煤質因素、煤氣化技術指標以及下游產品需要3個因素。

3.1 煤質因素

我國煤的儲量豐富、種類齊全，從褐煤到無煙煤都有一定量的儲存，只是儲量有差別。在煤結構的選擇中，煤質不同會直接影響煤氣化技術的選擇，并且對于煤氣化過程的工藝配置和產品也有很大影響。煤質因素主要包括以下幾點。

（1）水分。水分不同使用的煤氣化爐型也不同。水分含量為8%～10%時采用固定床煤氣化技術。采用氣流床和流化床時要求水分含量小于5%。如果是采用氣流床對煙煤進行氣化，要求原材料含水量小于2%。

（2）灰熔點、灰組成。灰熔點即灰分熔融時的溫度，灰組成影響著灰熔點。

（3）成漿性。成漿性對濕法氣化影響較大，成漿性好，氣化指標就好。

（4）發熱量。發熱量即煤的熱值。熱值越高，單位煤量產出的氣量就越大。

以上4個為影響煤質的主要因素，在進行煤氣化技術選擇時需要充分考慮這4點因素。

3.2 煤氣化技術指標

煤氣化指標主要包括以下幾點，進行煤氣化技術選擇時應充分考慮這些因素。

（1）產氣率。產氣率是單位重量的原料產生的氣體體積與原料重量的比，一般表示為m3/kg。產氣率是進行煤氣化技術選擇時首先需要考慮的問題，它關系到投資方的效益問題，因此在進行技術選擇時必須將各種煤氣化技術的產氣率進行比較分析。

（2）技術成熟與可靠性。進行煤氣化產業化時必須選擇技術成熟、可靠性高的技術。氣流床濕法氣化法在我國已有20多年的應用歷史，技術較為成熟，可靠性高。氣流床干法氣化法在我國使用較少，但是正在積累使用經驗，相比其他技術可靠性較高。

（3）消耗與成本。消耗與成本是指生產1m3（CO+H2）時使用的原材料、氣化劑和電的量。

（4）三廢排放及處理。煤氣化過程可能產生廢氣、廢水、廢渣，先進的煤氣化工藝產生的“三廢”較少，處理方便，所以選擇煤氣化技術時要考慮到三廢排放與處理。

（5）投資。企業在選擇煤氣化技術時還要充分考慮自身經濟實力，根據具體實際情況選擇合理的方法。比如同等規模的氣化系統，采用Shell法、GSP法、多原料法的投資比例為1.8∶1.2∶1。

3.3 下游產品需要

在化工生產中選擇煤氣化技術時還要考慮煤氣化下游產品的需要，根據下游產品的用途，比如是用于生產甲醇、合成氨，還是用于發電、生產燃料氣等來確定采用何種工藝技術。圖1列出了各工藝強調的合成氣質量指標。

4 結語

通過上述對煤氣化選擇依據的研究分析可以得出如下結論。

（1）當原材料為褐煤時，可以選用Lurgi爐或者干煤粉氣化技術。

（2）原料煤為煙煤或者其他成漿性適中、變質性較高時，可以選用濕法氣化技術。

（3）下游產品為還原氣或者原料氣時，可以選用干煤粉氣化或者Lurgi爐。

（4）下游產品為合成氨、合成油或者甲醇時，可以選用濕法氣化技術。

該文從理論出發，對煤氣化技術的選擇依據進行了分析，在實際應用中各企業可根據這些因素對各種煤氣化技術進行評價分析，選擇節能無污染，成本較低、投資少效益高的技術方法。

參考文獻

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