不同粉質對煤氣化處理的影響分析

陳紅偉

摘? ?要：供給側改革以來，我國積極推進煤氣化產業的發展，然而煤氣化技術相對滯后，成為影響綠色能源發展的關鍵。粉質煤氣化由于其能耗低，碳轉化率較高，因而適于推廣。本次針對不同粉質的煤氣化技術進行研究，首先對煤氣化反應機理與技術發展現狀進行分析，并對流化床粉煤氣化技術、氣流床粉煤氣化技術進行分析，以此為我國煤氣化技術優化提供參考依據。

關鍵詞：煤氣化? 流化床粉煤氣化技術? 氣流床粉煤氣化技術

供給側改革進一步加強產業結構調整，淘汰落后產能，加快新能源發展。我國是煤炭大國，煤炭儲量位于全球前三，而煤炭能源帶來的環境污染也備受關注。全球現代煤化工產業的快速發展，改變傳統煤炭利用方式，通過煤氣化實現煤炭的便捷、高效的利用。煤氣化作為現代煤炭化工產業的關鍵技術，無論是以甲醇、合成氨等生產為主的煤化工，還是油品生產的煤液化，都應將選擇適宜的煤氣化技術作為核心技術。供給側改革以來，我國積極推進煤氣化產業的發展，然而煤氣化技術相對滯后，成為影響綠色能源發展的關鍵。因而，優化煤氣化技術，成為加速我國經濟持續、綠色、穩步發展的保障，也為我國加速“生態文明”建設，構建“美麗中國”的愿景發揮重要作用。

1? 煤氣化技術概述

1.1 煤氣化反應機理

煤氣化技術是標準的溫度與壓力條件下，使煤有機質與氣化劑（空氣、蒸汽等）產生化學反應，使固體煤轉化為粗合成氣，并衍生出焦油、蒸汽等副產品的流程。煤氣化過程較為復雜，分為煤解熱反應、燃燒反應、水汽反應等。按照氣化條件差異，其反應水平也存在差異。煤氣化流程主要有四個關鍵環節：（1）煤熱裂解，當煤處于350℃～800℃的溫度下，會產生急速的裂解過程，同時釋放大量的水、一氧化碳、焦油等，熱裂解的速度與壓力、溫度等因素相關;（2）不完全氧化燃燒，消耗氧而生成熱量，并服務于氣化反應，產生一氧化碳和二氧化碳;（3）炭氣化，為吸熱反應，使炭與二氧化碳、水生成合成氣;（4）通過助溶劑調節，生成的爐渣粘度。整個炭氣化過程成為煤氣化中的關鍵環節，煤氣化的反應速度與碳轉化水平都與炭氣化相關。由于炭的傳熱與傳質需要高孔隙率，同時可以提升炭轉化水平，加速炭的氣化。

1.2 煤氣化技術發展

我國煤氣化技術引入時間較短，在20世紀30年代中期南京與大連等城市開始使用UCI爐制造合成氨，直至20世紀50年代逐步使用無煙煤作為燃料?，F階段，我國還有很多合成甲醇與氨企業都將無煙煤、煤炭作為燃料，并用UGI爐制造合成氣，初期煤氣化技術的推進是通過“引進”為主，并通過消化吸收進行優化。直至60年代，我國開始研發K-T式粉煤的氣化，其實年代逐漸形成K-T式粉煤的氣化設備，氣化爐每臺產能高達4800m3/h，然而該技術由炭轉化水平低，易腐蝕，排渣困難等問題，沒有被廣泛應用。我國1978年的第一屆全國科學會議中，首次提出新型煤氣化爐或者新型煤氣化的研究。并先后進行 Lurgi 爐試驗，水煤加漿氣化等技術。在第十個五年計劃階段，國家加大對多噴嘴水煤漿加氣技術與二段式干粉沒加壓技術的研發，這幾項技術在我國已經被廣泛使用。

2? 不同粉質煤氣化處理工藝影響分析

煤氣化工藝與原材料的形態有密切相關性，原材料形態主要劃分為：煤塊氣化、水煤氣化與粉煤氣化。相比之下煤塊氣化的氣化效率低，原材料要求高;而水煤氣化，對煤種標準較高，都不宜推廣。而粉煤氣化對煤種沒有特殊要求，能耗低，碳轉化率較高，因而適于推廣。本次針對不同粉質的煤氣化技術進行研究，為我國煤氣化技術優化提供參考依據。

2.1 流化床粉煤氣化技術影響分析

（1）恩德流化床粉煤氣化技術。朝鮮德恩“七七”公司基于溫克勒煤氣化技術恩德流化床粉煤氣技術優化改造而創建恩德流化床粉煤氣化技術。我國撫順恩德機械在朝鮮恩德流化床粉技術上，考量我國實際情況對該技術進行優化與改進，繼而形成我國具有自創的新型恩德流化床粉煤氣化技術。這項技術主要是通過備煤系統進行煤粉的輸送，通過皮帶傳送到下料口，煤粉由于自身重力，在下落到氮氣保護的煤倉。經過螺旋供應煤粉設備，把煤粉傳送至氣化爐下方的錐體分布。通過離心風機引入空氣與氧氣，并加壓到0.04MPa ，通過與蒸汽的融合，成為氣化與流化制劑，并通過上層與下層噴口引入汽化爐，最終煤粉在爐內氣化。

（2）灰熔聚流化床粉煤氣化技術。基于經典流化床工藝研發的灰熔聚流化床技術，該技術的優點在于在氣化爐下部安裝中心環管與射流管，構建床層的射流部分，以此得以對灰進行選擇性分解。灰熔聚氣化具有加強的耐高溫性，適于高溫操作，同時對原材料煤種要求范圍擴大，可以為無煙煤與煙煤，主要應用于合成氣、燃料氣以及循環發電等方面。

2.2 氣流床粉煤氣化技術影響分析

20世紀50年代氣流床粉技術逐步興起，成為新型煤氣化技術，其反應機理是通過惰性氣體同煤炭材料和氣化劑，經過入口噴流進氣化爐，使原材料、惰性氣體與氣化劑三者融合，燃燒后產生反應。我國氣流床粉煤氣化技術主要包括SE-東方爐技術、航天粉煤加壓氣化技術等。

（1）SE-東方爐技術。SE-東方爐技術是由我國華東理工大學自主研發的煤氣化技術，并結合中石化技術研究院的科研成果進行轉化，實現技術的升級。SE-東方爐技術的反應原理是煤炭材料通過干燥研磨，并符合氣化入爐標準后，輸送至粉煤倉。粉煤基于自身重力作用，下落至煤鎖斗，最終通過氮氣、二氧化碳對其進行加壓處理輸送到料罐。粉煤氣化過程經過入料—加壓—出料—泄壓的循環工藝進行操作，以此完成粉煤從低壓到高壓輸送的過程。高壓系統中二氧化碳、粉煤和純氧與網管的壓力共同噴流入氣化爐，在氣化爐內反應壓力到4.0MPa，溫度1600℃完成氣化反應，產生粗合成氣。溫度在1400℃～1550℃條件下氣狀物與灰渣同時向下滑落，通過激冷水，而后由激冷管導入激冷倉進行快速降溫。粗合成氣通過分布器實現多層橫向激冷清洗，激冷處理后合成氣排出，進入混合器，粗合成氣與水分混合而送入分離器進行氣液固的分化，氣態中較多灰粉排入液相，并通過分離器進入水洗塔，而后粗合成氣與政法熱水塔的熱循環與其他工序的冷凝液接觸，實現傳熱與傳質，清洗排除氣體中的固態顆粒。氣化爐尾部灰渣預冷而下降至激冷室尾部送至渣放料罐，并經渣放料罐對其加壓→排料→泄壓→排出的循環流程將灰渣送出系統。

（2）航天粉煤加壓氣化技術。航天爐氣化技術又稱 HT-L粉煤氣化技術，由中國航天科技集團下屬北京航天石化技術裝備工程公司開發。HT-L具有對煤種要求低，熱效率高、碳轉化率高，氣化爐為水冷壁結構，最高承受 1700℃的高溫等有點。此外，中國擁有完全自主知識產權，關鍵設備已經全部國產化，投資少，生產成本低。HT-L技術于2009年通過由石化聯合會組織的科技鑒定，達到國際領先水平，可廣泛應用于化工、電力等行業。目前HT-L已被多家大型煤化工企業采用。

3? 結語

現代煤化工產業中煤氣化已成為關鍵性技術，并隨著我國煤化工業快速發展，煤氣化技術的發展需要高效率、環境好的大型企業，而煤氣化技術需要進一步考量其環保性、適用性、操作可行性。在未來煤炭清潔高效轉化將成為改善我國能源不足問題的關鍵，因而加速煤化工技術的研發具有重要價值。

參考文獻

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