焦玉蓉

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司甲醇分公司寧夏銀川市靈武市750411）

淺談四種煤氣化技術(shù)對比

焦玉蓉

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司甲醇分公司寧夏銀川市靈武市750411）

煤氣化是煤化工的重要環(huán)節(jié)，開展煤氣化研究是實現(xiàn)高效利用煤制化工產(chǎn)品的關(guān)鍵。本文介紹了4種煤氣化工藝：殼牌工藝、德士古水煤漿氣化工藝、恩德工藝、灰熔聚流化床氣化工藝，并對不同的工藝進(jìn)行了技術(shù)對比。

煤氣化；殼牌工藝；德士古；恩德工藝；灰熔聚工藝；煤氣爐

1 引言

甲醇是重要的有機化工原料、溶劑和優(yōu)質(zhì)燃料，廣泛用于有機合成、醫(yī)藥、農(nóng)藥、涂料、染料、塑料、汽車和國防等工業(yè)中。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，可加入汽油摻燒。另外，甲醇可以進(jìn)一步合成烯烴，是眾多下游化工產(chǎn)品的原料。

世界甲醇大多數(shù)是經(jīng)過天然氣合成，少數(shù)通過煤、石油等原料合成，在我國煤資源相對天然氣資源豐富，因此發(fā)展煤化工、煤制甲醇具有重要的現(xiàn)實意義。

我國的煤制甲醇裝置很多，規(guī)模從年產(chǎn)幾萬噸到上百萬噸不等。年產(chǎn)幾萬噸到幾十萬噸的煤制甲醇工藝技術(shù)基本實現(xiàn)了國產(chǎn)化，但百萬噸級以上的甲醇裝置主要工藝技術(shù)仍需引進(jìn)。已投產(chǎn)的神華包頭、大唐國際和神華寧煤三個煤制稀烴項目。本文主要針對煤制甲醇技術(shù)展開，主要介紹了四種煤制甲醇合成工藝，簡要分析了目前工業(yè)應(yīng)用的煤制甲醇工藝的特點和差異，便于更好的理解煤制甲醇工藝的流程。

2 殼牌粉煤氣化制取甲醇合成氣

殼牌煤氣化工藝是在高溫高壓下進(jìn)行的，是目前煤氣化工藝中最為先進(jìn)的工藝研究和工藝應(yīng)用。按照進(jìn)料方式，殼牌煤氣化工藝屬于氣流床氣化，主要的工藝過程為煤粉、氧氣及水蒸氣在加壓的條件下并流進(jìn)入氣化爐內(nèi)，在相對短的時間內(nèi)完成升溫、揮發(fā)分的脫除、裂解、燃燒等一系列的反應(yīng)過程。由于氣化爐內(nèi)的溫度比較高，在氧氣充足的條件下，碳、揮發(fā)分及部分反應(yīng)產(chǎn)物主要發(fā)生的是燃燒反應(yīng)，在氧氣含量相對少的情況下，主要發(fā)生的是碳的各種轉(zhuǎn)換反應(yīng)，此時進(jìn)入氣化反應(yīng)階段。最終形成了以氫氣、一氧化碳為主的反應(yīng)氣體離開氣化爐。

殼牌煤氣化工藝的主要優(yōu)勢和特點：①采用干煤粉進(jìn)料，氮氣加壓輸送，煤粉的分散性較好，氣化操作穩(wěn)定性高。另外，對于煤的活性幾乎沒有特殊的要求?？梢詮V泛適用于無煙煤、煙煤、褐煤到石油焦。②氣化爐溫度高，碳的轉(zhuǎn)化率比較高，一般可以達(dá)到99%。③單爐的生產(chǎn)能力比較大。

3 德士古水煤漿氣化制取甲醇合成氣

德士古水煤漿加壓氣化過程屬于氣化床疏相并流反應(yīng)，水煤漿通過噴嘴在高速氧氣氣流的作用下，破碎、霧化后進(jìn)入氣化爐內(nèi)，氧氣和水煤漿在氣化爐高溫耐火磚的高溫輻射下，經(jīng)過一系列的物理、化學(xué)過程（預(yù)熱、水分蒸發(fā)、煤干餾、揮發(fā)物裂解燃燒等）后產(chǎn)生CO、H2、CO2、H2O等氣體，未經(jīng)燃燒的煤和熔渣下向流動，離開反應(yīng)區(qū)域，進(jìn)入位于氣化爐底部的冷卻室進(jìn)行水浴冷卻，熔渣經(jīng)過淬冷、固化后被截流在水中，最終落入渣罐，定期排放。煤氣和水蒸氣進(jìn)入煤氣冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻處理。

GE氣化爐具有一些特殊的優(yōu)點：合成氣中甲烷的含量較低，利于后續(xù)甲醇和氨的合成；設(shè)備結(jié)構(gòu)比較簡單，原料的適用性較強；操作危險性比較?。槐阌谑褂酶邏罕盟偷奶攸c，原則上可以制備壓力比較高的粗煤氣；氣化爐的運行費用比較低并且后續(xù)的除灰系統(tǒng)比較簡單。

另外，目前GE氣化爐存在一些問題，例如：水煤漿氣化時好氧量比較大；一般需要熱備用爐，熱量的損耗量比較大；氣化爐的耐火材料的壽命比較短，一般耐火磚的壽命在1～1.5年左右；工藝使用的燒嘴的壽命短、更換的頻率較大；激冷環(huán)的壽命較短。從上述可以看出，存在問題的主要原因是由于氣化爐的高溫導(dǎo)致。

4 恩德煤粉氣流床氣化制取合成氣

恩德煤粉氣流床工藝是在溫克勒爐的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的，進(jìn)行的改進(jìn)的內(nèi)容如下：保持原有的煤儲運設(shè)施并新增加煤干器，破碎、篩分等設(shè)施，將沒送至氣化裝置區(qū)，氣化用原有的蒸汽。氣化裝置：含加壓煤倉、給煤機、氣化爐、旋風(fēng)分離器和排渣設(shè)施：廢熱回收：含廢鍋和給水加熱器：洗滌除塵系統(tǒng)：由激冷空噴塔、填料洗滌塔、文丘里洗滌器組成：灰水處理循環(huán)系統(tǒng)：灰水池2個及來往清水泵房。

該方法的缺點為氣固接觸差，反應(yīng)溫度低、時間短，導(dǎo)致排渣率高；氣化廢氣含量大，導(dǎo)致凈化負(fù)擔(dān)較高；熱效率差，排渣熱量不能回收，飛灰?guī)С龃罅繜?。但是該方法在常壓下進(jìn)行，具有一定有優(yōu)勢。

5 灰熔聚流化床氣化制合成氣

灰熔聚流化床氣化制合成氣技術(shù)的應(yīng)用是我國自主知識產(chǎn)權(quán)的成果，填補了我國煤氣化技術(shù)國產(chǎn)化的空白，此技術(shù)已然達(dá)到了國際水平為我國煤氣化工業(yè)及氮肥工業(yè)開辟了一條新的原料氣化技術(shù)。它是符合我國國情、值得大力推廣的先進(jìn)而實用的粉煤氣化技術(shù)。

煤粉在氣化爐中受到氣化劑的作用，使得床層中的煤粉可以達(dá)到流化狀態(tài)，使用的氣化劑可以分別為氧氣、水蒸氣、二氧化碳等。在高溫作用下，氣化劑和煤粉充分接觸，發(fā)生一些列煤粉的化學(xué)作用，其中有熱裂解、氧化還原反應(yīng)等，最終實現(xiàn)煤的完全氣化，煤灰在氣化爐內(nèi)中心高溫區(qū)粘聚，形成灰球，借助煤和灰的質(zhì)量差異，使灰球和煤粉分離。灰球靠自重落到爐底灰斗，排出爐外。而隨煤氣帶出的煤粉塵經(jīng)第一級旋風(fēng)除塵分離器分離回收，再返回氣化爐內(nèi)與新加入的煤粉一起進(jìn)行氣化，所形成的粉煤和煤灰混合物在爐內(nèi)不斷循環(huán)，從而提高了煤中碳的轉(zhuǎn)化率。

灰熔聚循環(huán)流化床底部設(shè)計了灰粘聚分離裝置，在爐內(nèi)形成了中心高溫區(qū)，從而使?fàn)t渣在中心高溫區(qū)內(nèi)粘聚成灰球，借助質(zhì)量差異，有選擇地使煤粉與灰球分離，從而降低了灰渣的含碳量。氣化爐結(jié)構(gòu)簡單，容易制造和維修；氣化爐分布板位于低溫區(qū)，床層內(nèi)的物料流化程度高，氣化爐可以穩(wěn)定運行；煤種的適應(yīng)程度較高。

6 結(jié)論

煤氣化制備甲醇是煤質(zhì)烯烴的關(guān)鍵步驟，煤氣化的效率也在一定程度上決定了煤化工應(yīng)用的效率。本文介紹了上述四種煤氣化工藝，不同的工藝存在各自的優(yōu)勢和特點，對于煤種的選擇也有一定的不同和差異。殼牌、德士古、流化床法對于煤種的適應(yīng)程度較高，而恩德煤粉氣流床可以在常壓下進(jìn)行，方便操作。在實際的應(yīng)用過程中，針對煤種的設(shè)備的不同，操作工藝條件不同。不同的煤氣化工藝具有不同的適用性，也存在一些應(yīng)用的問題。

[1]洪鐘樓，程潔.大型煤氣化技術(shù)的研究與發(fā)展[J].化工管理，2015（9）：61.

[2]方夢祥，厲文榜，岑建孟，等.煤催化氣化技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望[J].化工進(jìn)展，2015，34（10）：3656～3664.

[3]趙錦波，王玉慶.煤氣化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].石油化工，2014，43（2）：125～131.

[4]楊利民，謝雯婕.氣流床煤氣化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].中國化工貿(mào)易，2015（30）.

[5]楊彩云.煤氣化工藝技術(shù)分析[J].引文版：工程技術(shù)，2015（45）：239.

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