三種碎煤加壓氣化技術(shù)的對比研究

常鐵諾(中海油大同煤制氣項目組， 山西 大同 037100)

三種碎煤加壓氣化技術(shù)的對比研究

常鐵諾(中海油大同煤制氣項目組， 山西 大同 037100)

本文針對魯奇Mark4、Mark+氣化爐與賽鼎爐三種爐型工藝從工藝過程、煤質(zhì)適用范圍、大型化能力、氣化壓力、消耗及產(chǎn)出五個方面進行了對比，并在應(yīng)用業(yè)績上說明了各技術(shù)的應(yīng)用風(fēng)險。最終結(jié)果表明，三種碎煤加壓氣化技術(shù)種目前尚無工業(yè)應(yīng)用的Mark+在數(shù)據(jù)對比中占據(jù)的優(yōu)勢最大；賽鼎爐與Mark4相比，在項目前期投資和后期生產(chǎn)操作費用上各自互有優(yōu)點。

碎煤氣化；Mark+；Mark4；賽鼎爐；技術(shù)對比

工業(yè)上以煤為原料生產(chǎn)合成氣已有百余年的歷史，根據(jù)氣化爐的結(jié)構(gòu)特點和燃料在氣化爐中進行轉(zhuǎn)化時的運動方式，煤氣化工藝可分為固定床、流化床和氣流床三種類型，其中固定床氣化技術(shù)以其廣泛的煤種適應(yīng)性被各煤化工項目應(yīng)用于煤制天然氣、合成氨、甲醇等行業(yè)之中。固定床氣化分為常壓和加壓工藝兩種，但是由于常壓工藝能耗高、煤質(zhì)要求高、生產(chǎn)強度小、“三廢”排放大等問題逐漸退出發(fā)展的主流，而碎煤加壓氣化工藝開始得到應(yīng)用和發(fā)展。

目前，在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用的碎煤加壓氣化工藝共有三大類：法國液化空氣公司的魯奇爐、中國賽鼎工程公司的賽鼎爐以及英國燃氣公司的BGL爐。本文僅對固態(tài)排渣的魯奇、賽鼎的最新和常用爐型工藝進行對比分析。

1 工藝發(fā)展概述

1.1 魯奇爐

魯奇氣化技術(shù)始于1927年，其第三代氣化技術(shù)自上世紀80年代末被我國引進以來，已經(jīng)有超過三十年的發(fā)展歷史，目前得到廣泛應(yīng)用的是FBDBTMMarK4型氣化爐。近年來，魯奇公司又在Mark4和Mark5型氣化爐運行操作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，開發(fā)了新一代氣化爐——MarK Plus(簡稱Mark+)氣化爐。該氣化爐與Mark4相比，增大了氣化爐直徑和高度，并在Ruhr100中試裝置中進行了大量的實驗。

1.2 賽鼎爐

賽鼎工程有限公司從上世紀70 年代便參與設(shè)計了建設(shè)了天脊集團合成氨裝置、哈爾濱依蘭煤氣工程、義馬煤氣化工程，使得國產(chǎn)的碎煤加壓氣化技術(shù)得以應(yīng)用和發(fā)展。近年來賽鼎公司在原有氣化爐基礎(chǔ)上又成功開發(fā)新一代碎煤加壓氣化爐，提高了操作壓力，并應(yīng)用于新疆慶華煤制天然氣項目以及其他在建的合成氨、甲醇、煤制天然氣等項目中。

2 對比研究

2.1 工藝過程

魯奇和賽鼎兩種碎煤加壓氣化爐的工藝原理基本相同，均為使用5-50mm粒徑的塊煤，通過煤鎖斗入爐后在重力的作用下自上而下移動，氧氣和蒸汽則從爐底部爐篦送入，逆流穿過整個床層，兩者通過接觸發(fā)生反應(yīng)。爐中一般分為五個床層，分別為灰渣層、燃燒層、碳化層和干燥層[1]，反應(yīng)后的爐渣為固態(tài)，通過灰鎖斗外排，粗煤氣經(jīng)水洗、換熱后進入變換單元，煤氣水經(jīng)分離后進入酚氨回收單元。

2.2 煤種適用范圍

對于固態(tài)排渣的魯奇和賽鼎氣化工藝來說，最突出的特點便在于廣泛的煤種適應(yīng)性上，從褐煤、次煙煤、貧煤到無煙煤都可以進行氣化，同時對于一些高水分、高灰分的劣質(zhì)煤也同樣適用，但是對于反應(yīng)活性差和擁有較強黏結(jié)性的煙煤卻不適用。因此，在煤種的適應(yīng)性方面，兩家公司的爐型沒有太大的差別。

2.3 大型化能力

隨著我國對煤化工準入條件的提高以及政策面的指引，煤氣化裝置的大型化勢在必行。目前，具有工業(yè)應(yīng)用的MarK4和賽鼎爐兩種碎煤加壓氣化爐單爐日最大投煤量分別為900噸、950噸，而MarK+氣化爐單爐日最大投煤量可達2400噸。

以年產(chǎn)20億標方天然氣為基礎(chǔ)，各氣化爐的配置如表1所示。

表1

從表1中可以看出，在大型化能力上，魯奇的MarK+氣化爐具有很大的優(yōu)勢。綜合考慮項目用地、設(shè)備國產(chǎn)化率以及工藝包費用，三種技術(shù)投資最低為MarK+，最高為MarK4。

2.4 氣化壓力

較高的氣化壓力不僅可以降低能耗，同時更加可以有效降低焦油產(chǎn)率，增加煤氣產(chǎn)量[2]。目前魯奇MarK+氣化爐設(shè)計操作壓力為6.0MPa，魯奇MarK4氣化爐操作壓力為3.0MPa[1]，賽鼎氣化爐操作壓力為4.0MPa[3]。因此在操作壓力方面三種技術(shù)的先后排列為MarK+、賽鼎、MarK4。

2.5 消耗及產(chǎn)出

為使對比數(shù)據(jù)更加清晰，本文擬用相同煤質(zhì)，即：收到基水分8%，干基灰分19%，干燥無灰基揮發(fā)分39%，干燥無灰基固定碳50%，年產(chǎn)20億標方天然氣的消耗和產(chǎn)出量對三種爐型進行對比。

2.5.1 原料消耗

表2

如表2所示，在原料煤消耗和氧耗方面，魯奇的MarK+氣化爐最優(yōu)，其次為賽鼎爐，最后為MarK4。

2.5.2 公用工程消耗

表3

表3中消耗均為各工藝設(shè)計的計算值。其中萃取劑按市場平均價格計算，其它消耗以京津地區(qū)的煤價和工業(yè)用水、電、汽的基礎(chǔ)價格進行折算。雖然各個地區(qū)的蒸汽價格差別較大，特別是隔墻供汽或自產(chǎn)蒸汽是時價格會有大幅度的回落，但最終得出的魯奇MarK+氣化工藝消耗最低的結(jié)論不會發(fā)生改變。

2.5.3 氣化產(chǎn)出對比

表4

表4中單獨對比氣化粗煤氣中的甲烷含量，賽鼎氣化工藝在甲烷化工段的投資會減少。從副產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量上來分析， MarK4最具優(yōu)勢，MarK+與其相差無幾，而賽鼎爐劣勢最為明顯，不僅在粗酚和液氨的產(chǎn)品規(guī)格上會降低出售價格，并且在含塵焦油的處理方面也會增加生產(chǎn)成本。

3 應(yīng)用業(yè)績

目前，魯奇MarK4氣化爐在世界范圍內(nèi)在運行的共有101臺，其中80臺在南非，14臺在美國，7臺在中國；賽鼎氣化爐數(shù)量達到158臺，其中70臺處于建設(shè)中，64臺正在試車，24臺投入運行。

在工業(yè)運行方面，MarK4與賽鼎爐在線率較高，運行穩(wěn)定可靠，因此存在的應(yīng)用風(fēng)險較低。而MarK+目前尚無工業(yè)應(yīng)用，雖然作為魯奇開發(fā)的新一代氣化技術(shù)，但是相對于MarK4和賽鼎爐而言，其增大的爐徑和爐高在成為優(yōu)點后，也可能增大了應(yīng)用的風(fēng)險。

4 結(jié)論

從上述的各項數(shù)據(jù)對比可以看出，魯奇MarK+氣化爐在三種爐型的中占據(jù)的優(yōu)勢最為明顯，其突出的大型化能力以及更低的項目投資和生產(chǎn)操作費用，今后可能會成為碎煤加壓氣化的主流，但是目前的工業(yè)零應(yīng)用依舊是該技術(shù)的短板。相比而言，MarK4氣化爐與賽鼎氣化爐更為保守，并且兩者優(yōu)劣點都較為明顯，即，從項目投資的角度上考慮，賽鼎爐要優(yōu)于Mark4；從后期生產(chǎn)運營方面考慮，Mark4要優(yōu)于賽鼎爐。

[1]李志紅,喬海星.碎煤加壓氣化爐在中國的發(fā)展[J].煤炭加工與綜合利用,2001，(5):16-19.

[2]楊紅深,谷小虎.壓力對煤氣化反應(yīng)的影響[C].中國煉焦行業(yè)協(xié)會2012年中國焦化行業(yè)科技大會.2012.

[3]張旻.4.0MPa碎煤加壓氣化工藝技術(shù)改進評析及探討[J].廣東化工,2016,43(15):148-149.

Comparative study on the three kinds of crushed coal pressurized gasification technologies CHANG-Tienuo

(CNOOC Datong SNG Project, DATONG 037100)

This paper compares the three kinds of gasification process of Luqi and Sai Ding from the process,the application range of coal quality,the capacity of large scale,consumption and production.Moreover,the application risk of various technologies is illustrated in terms of application performance.The final results show that Mark +,which has no industrial application,has the greatest advantage in data comparison;SaiDing gasifier compared with Mark4,in the project pre-investment and operation costs on each have their respective advantages.

Crushed coal gasification; Mark+; Mark4; SaiDing gasifier; Technical comparison

常鐵諾(1980- )，男，本科，工程師，煤氣化工藝主管，擁有新型渣鎖斗上水工藝專利。