煤氣化工藝技術(shù)比較及產(chǎn)生廢水水質(zhì)分析

思華英 (中國(guó)神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司，017209)

一、概述

煤氣化是煤和煤焦作為原料，以水蒸氣、氫氣、氧氣（空氣、富氧或純氧）等作氣化劑，在高溫條件下通過化學(xué)反應(yīng)將煤或煤焦中的可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體燃料的一個(gè)熱化學(xué)過程。

煤氣化原理 理想過程 得到氣體，達(dá)到熱平衡（放熱=吸熱）

二、煤氣化爐的基本原理

早在20世紀(jì)50年代國(guó)外就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了煤氣化的工業(yè)化，20世紀(jì)70年代研究、開發(fā)煤氣化的新工藝得到很快的發(fā)展，這全都源自石油和天然氣的供應(yīng)日趨緊張，為此，在不斷地研究中成功地開發(fā)了新一代的煤氣化爐，這種爐體對(duì)煤種適用性廣泛、氣化壓力高、效率高，最優(yōu)勝的特點(diǎn)是污染少。最有代表性的包含：荷蘭的殼牌(shell)爐、美國(guó)的德士古(Texaco)爐和德國(guó)的魯奇(Lurgi)爐……

氣化爐根據(jù)內(nèi)料流形式，氣化技術(shù)大體上有固定床、流化床和氣流床三大類。

依據(jù)煤運(yùn)動(dòng)方式的不同，有多種氣化方式：

三、國(guó)內(nèi)外常用煤氣化爐類型

1、間歇式固定床造氣爐(U.G.I爐)

我國(guó)用的最多的就屬U.G.I爐，它是一種成熟的氣化爐，適用的粒度25 mm～75 mm的無煙煤或焦炭煤種。該爐雖然技術(shù)相對(duì)成熟、可靠并且節(jié)省投資，但是對(duì)煤的質(zhì)量有很高的要求，要使用無煙煤，資源可利用率低，消耗很大動(dòng)力，而且過程連續(xù)不起來，有CO、H2S、粉塵等的釋放會(huì)非常污染環(huán)境，目前已經(jīng)逐步被新爐型替代。

2、富氧連續(xù)氣化爐

我國(guó)對(duì)U.G.I爐的進(jìn)行了改進(jìn)后利用它進(jìn)行富氧-蒸汽連續(xù)上吹合成氨原料氣，現(xiàn)已經(jīng)在福建三明化工廠、河南平頂山化肥廠、開封化肥廠成功運(yùn)行。指標(biāo)對(duì)比見表l。

由表l可知，富氧氣化與空氣氣化相比較煤的粒度降至8mm～25mm，強(qiáng)度提高了50%，煤耗降低了10%，耗氧多了214 m3。

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3、加壓魯奇固定床氣化爐(Lurgi爐)

Lurgi爐是目前世界上應(yīng)用比較廣泛的煤氣爐，正在運(yùn)行的氣化爐能夠達(dá)到數(shù)百臺(tái)。Lurgi爐有很大生產(chǎn)能力，碳的轉(zhuǎn)化率達(dá)到99.9%之高，冷煤氣效率約89%高，因?yàn)闅饣癄t煤氣出口溫度低，對(duì)冷卻煤氣、凈化系統(tǒng)的材料的要求也降低了。產(chǎn)氣量相當(dāng)高，我國(guó)山西的天脊化肥集團(tuán)公司和云南解放軍化肥廠都使用該爐生產(chǎn)合成氣。

同時(shí)也有缺點(diǎn)即煤氣中含甲烷、焦油、酚等物質(zhì)，并且要為了氣化爐配備規(guī)模大處理污水的裝置與分離甲烷的裝置，生產(chǎn)投資巨大。

4、灰熔聚流化床氣化爐

流化床氣化技術(shù)氣相固相之間強(qiáng)烈擾動(dòng)，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件好，加強(qiáng)了傳熱過程，氣化強(qiáng)度相對(duì)比較大。它是普通流化床發(fā)展而來，原理是從爐底通入部分氧氣，在爐的中心射流區(qū)使煤灰形成局部高溫，溫度達(dá)到T2左右，煤灰相互黏結(jié)團(tuán)聚，因重度差異碳粒和灰球可以得到有效分離，煤渣碳含量較少。

缺陷是：爐內(nèi)必須有一定的含碳量，否則流化狀態(tài)下分離開渣、料層的很困難，熱量損耗大，灰渣、飛灰的含碳量太高。

5、恩德爐

恩德粉煤氣化爐適用褐煤、長(zhǎng)焰煤、不黏或弱黏結(jié)煤等煤種。該爐主要技術(shù)特點(diǎn)是操作可以有較大彈性，節(jié)省投資，煤種的適應(yīng)性較寬，氣化效率、強(qiáng)度都高，凈化系統(tǒng)簡(jiǎn)單、污染少，煤氣中不含焦油和油渣、方便開、停爐。

但其要求煤的活性(950℃時(shí)，＞65%)和灰熔點(diǎn)(T2=1250℃以上)。

6、德士古爐(Texaco爐)

1978年推出了德士古(Texaco)水煤漿氣化爐。其技術(shù)特點(diǎn)容易升高氣化壓力、節(jié)省了能耗，不限制煤的活性，卻要求煤有一定的灰熔點(diǎn)。

該爐氣化合成的氣體有較好的質(zhì)量，較高壓力，先進(jìn)的氣化指標(biāo)。

并且對(duì)煤的質(zhì)量嚴(yán)格限制，煤成漿性較差、較高灰分、灰熔點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)性也較差。

7、多噴嘴水煤漿氣化爐

這是我國(guó)自主開發(fā)的多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐，實(shí)踐表明該爐運(yùn)行性能力良好，并且工藝先進(jìn)

8、殼牌(shell)粉煤氣化爐

1972年開始研究Shell氣化工藝，氣化爐是單系統(tǒng)操作，日處理煤量2000 t。相比其他氣化工藝對(duì)煤的灰熔點(diǎn)適應(yīng)范圍更寬。該爐最大缺點(diǎn)是設(shè)備造價(jià)過高，配套的干燥、磨煤、高壓氮?dú)饧盎貭t激冷用合成氣加壓所需的功耗較大。

9、GSPTM煤氣化爐

GSPTM爐用的是水冷壁的氣化爐，主要結(jié)構(gòu)是單噴嘴下噴式干煤粉加壓氣流床氣化。該爐的優(yōu)點(diǎn)在于擴(kuò)大了煤種范圍，還減少了耐火磚的麻煩，國(guó)內(nèi)已用該爐進(jìn)行試燒高灰分 (25%～32%)、高灰熔點(diǎn)(1610℃)的淮南煤，并且成功了。安徽淮化、江蘇靈谷化工、神華寧夏煤業(yè)等公司都與該氣化技術(shù)簽約并投入使用。

該爐目前還缺乏考驗(yàn)對(duì)于長(zhǎng)期生產(chǎn)運(yùn)行，經(jīng)驗(yàn)證單爐能力弱，運(yùn)行時(shí)間的記錄也較短，日投煤量放大時(shí)，單噴嘴會(huì)容易受限制。

10、多元料漿新型氣化爐(技術(shù))

采用濕法氣流床氣化概念，優(yōu)化混配煤、石油瀝青、石油焦等含碳物質(zhì)和油、水等經(jīng)形成多元料漿，多元料漿和氧氣經(jīng)爐內(nèi)噴嘴混合后氣化。該技術(shù)特點(diǎn)就是原料的適用性廣、技術(shù)成熟可靠、氣化指標(biāo)先進(jìn)、投資費(fèi)用低等。2004年11月采用該技術(shù)建設(shè)的山東華魯恒升30萬t／a合成氨已開車，而且運(yùn)行穩(wěn)定。

四、煤氣化工藝的特點(diǎn)對(duì)比

幾種常用煤氣化爐的主要?dú)饣に囆阅芎椭笜?biāo)比較表。

五、總結(jié)：

對(duì)煤氣化工藝技術(shù)的比較從而選出優(yōu)勝的一種技術(shù)推廣發(fā)展起來，深入了解煤化工廢水處理技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，對(duì)煤化工行業(yè)的發(fā)展有著極其重要的影響，在減少環(huán)境的同時(shí)還能保證煤氣化的產(chǎn)量、質(zhì)量。

在環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的現(xiàn)在，大家越發(fā)重視環(huán)境保護(hù)，那么如何煤化工這種傳統(tǒng)意義中污染高的行業(yè)中如何能夠更少的污染，使污染物可以得到重復(fù)使用，提高資源利用率，把節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境作為標(biāo)志，達(dá)到經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

[1]作者：鄒家慶.工業(yè)廢水處理技術(shù).2003

[2]謝全安，薛麗萍.煤化工安全與環(huán)保，化學(xué)工業(yè)出版社.2011