張振禹

（國電赤峰化工有限公司，內(nèi)蒙古赤峰 024000）

現(xiàn)代煤氣化工藝比選優(yōu)化分析

張振禹

（國電赤峰化工有限公司，內(nèi)蒙古赤峰 024000）

隨著我國社會生產(chǎn)力的不斷提升，生態(tài)環(huán)境的污染形勢也越發(fā)嚴(yán)峻。早期粗獷式的工業(yè)發(fā)展模式，使我國的生態(tài)環(huán)境遭受了嚴(yán)重的破壞，給人民群眾的生產(chǎn)生活產(chǎn)生極大的影響。新形勢下，環(huán)境保護(hù)理念成為了技術(shù)發(fā)展指導(dǎo)思想，清潔、綠色、環(huán)保的化工生產(chǎn)工藝是化工行業(yè)發(fā)展的趨勢。在此背景下，煤氣化工藝也經(jīng)過多次技術(shù)升級與工藝改進(jìn)。

煤氣化工藝；比選；優(yōu)化；分析

1 前言

煤氣化過程中，煤和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量熱量，并借此為氣化反應(yīng)供能。因此，在煤氣化反應(yīng)時(shí)，依靠燃燒部分煤炭獲得熱量并集聚在氣化爐中，同時(shí)通入水蒸氣進(jìn)行分解反應(yīng)，與煤炭發(fā)生不完全氧化反應(yīng)生成氫氣及一氧化碳合成氣體，以達(dá)到煤氣化反應(yīng)目的。

2 煤氣化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)形式

2.1 固定床氣化

固定床氣化的操作溫度為 800～1 000℃，操作壓力從常壓到4MPa。氣化爐內(nèi)氣體流速緩慢，煤粒在固定床氣化過程中基本靜止，停留時(shí)間最長可達(dá)1.5h，對煤種活性、灰熔點(diǎn)及熱穩(wěn)定性要求相對較高。常見的固定床氣化工藝為常壓固定床，爐型較小，氣化能力不高，常用語中小型規(guī)模的合成氨生產(chǎn)。該爐型的氣化主要對褐煤及次煙煤，產(chǎn)生合成氣中含較多甲烷成分。

2.2 流化床氣化

流化床氣化的操作溫度為 800～1 000℃，操作壓力從常壓到2.5MPa。氣化爐內(nèi)氣體流速較快，煤粒在固定床氣化過程中呈懸浮狀態(tài)并與氣流有相對運(yùn)動趨勢，只停留數(shù)分鐘，對煤種活性、灰熔點(diǎn)要求相對較高。其代表工藝有常壓溫克勒爐、HTW、KRW等工藝。

2.3 氣流床氣化

氣 流床氣化的操作溫度為 1 300～1 700℃，操作壓力最高可達(dá)6.5MPa。氣化爐內(nèi)氣體流速極大，煤粒在固定床氣化過程中與氣流呈同向運(yùn)動，停留時(shí)間僅為幾秒鐘，對煤種不高，有很強(qiáng)的適應(yīng)性。氣流床氣化最典型的代表工藝即為殼牌粉煤氣化工藝、德士古水煤漿氣化工藝等，擁有氣化程度高，合成氣產(chǎn)能大等突出優(yōu)點(diǎn)。

3 煤質(zhì)參數(shù)與氣化工藝匹配適應(yīng)性分析

3.1 煤質(zhì)數(shù)據(jù)對煤氣化造成的影響

按照不同煤種的特征性質(zhì)及氣化工藝對煤種的要求，可將其分為四類：第一類以泥炭為代表，其氣化過程中揮發(fā)分最高，可產(chǎn)生大量甲烷氣體，不發(fā)生黏結(jié)；第二類以褐煤為代表，與第一類不同之處在于會產(chǎn)生焦油；第三類以弱黏結(jié)煙煤為代表，氣化是黏結(jié)并產(chǎn)生較多焦油，甲烷含量較少；第四類則以無煙煤為代表，氣化時(shí)不會黏結(jié)也不產(chǎn)生焦油，其產(chǎn)生甲烷也較少。在氣化過程中，煤種不同，產(chǎn)生的組分與合成氣熱值均不相同。

3.2 煤種變質(zhì)程度對煤氣化發(fā)熱值造成的影響

煤種變質(zhì)程度較低，揮發(fā)分較高，則其氣化生成的煤氣發(fā)熱值也相對較高。在同種條件下，不同煤種氣化所產(chǎn)生煤氣的熱值不同，即便是同一種煤種，在不同制取條件下，其產(chǎn)生煤氣的發(fā)熱值也不相同。隨著煤種變質(zhì)程度升高，其含有的揮發(fā)分含量發(fā)生變化，使得煤氣化發(fā)熱值也發(fā)生改變。

3.3 煤種揮發(fā)分對煤氣化產(chǎn)率造成的影響

煤揮發(fā)分含量較高時(shí)，氣化時(shí)消耗有機(jī)物多數(shù)成為了焦油，使得煤氣產(chǎn)率下降。隨著煤種變質(zhì)程度升高，其含有的揮發(fā)分含量降低，有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為焦油的量減少，從而提高了煤氣產(chǎn)率。由此可知，在同一制取條件下，煤氣化產(chǎn)率最高是無煙煤，其余依次為氣煤、褐煤及泥炭。

4 現(xiàn)代氣化工藝市場接受程度適應(yīng)性分析

4.1 殼牌粉煤氣化工藝

殼牌公司在20世紀(jì)70年代，在渣油氣化技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上取得了巨大的成功。在此基礎(chǔ)上，殼牌公司研發(fā)出了一種先進(jìn)的、獨(dú)具特色的潔凈煤氣化技術(shù)。殼牌粉煤氣化工藝對煤種的適應(yīng)性很強(qiáng)，對灰分含量超過30% 的煤種也能很好的歧化，且可以不同煤種之間進(jìn)行摻混。該種工藝的煤氣化利用率極佳，產(chǎn)生的合成氣中有效組分含量高達(dá)90% 以上，碳轉(zhuǎn)化率98%，冷煤氣效率83%，比煤耗0.69，大大減少了煤氣化反應(yīng)的耗煤量。但是該工藝氣化關(guān)鍵設(shè)備結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，投資成本高，所采用的激冷循環(huán)氣壓縮機(jī)也容易產(chǎn)生故障。這些因素導(dǎo)致了該種工藝的制造周期與建設(shè)周期較長，目前并沒有大規(guī)模推廣普及。

4.2 德士古水煤漿氣化工藝分析

德士古公司在20世紀(jì)70年代之前就已經(jīng)掌握了利用天然氣及重油、渣油為原料進(jìn)行合成氣的生產(chǎn)，并以此為基礎(chǔ)研發(fā)出了水煤漿氣化技術(shù)。水煤漿氣化工藝采用除褐煤外的煤種制成的濃度60% 左右的水煤漿作為原料，單噴嘴下噴式并采用水激冷流程。該工藝對煤種有一定的要求，對煤中的灰分含量要求不超過 20%，灰熔點(diǎn)要低于 1 300℃。產(chǎn)生合成器中氫氣與一氧化碳的含量可達(dá)80% 以上，冷煤氣效率76%，碳轉(zhuǎn)化率96%，熱效率可達(dá)85%。該種工藝的氣化爐構(gòu)造簡單，所需投資較低，制造方便，目前在國內(nèi)應(yīng)用相對較為廣泛。

5 結(jié)束語

在對現(xiàn)代煤氣化工藝進(jìn)行比選時(shí)，應(yīng)綜合煤質(zhì)數(shù)據(jù)與煤種分析，聯(lián)合反應(yīng)器參數(shù)與工藝參數(shù)展開系統(tǒng)的對比與評價(jià)。同時(shí)借助計(jì)算機(jī)反應(yīng)過程的建模分析，優(yōu)化比選過程，保證比選的科學(xué)性及合理性，為工業(yè)生產(chǎn)選擇出最能滿足條件的煤氣化工藝。

[1] 汪壽建 .現(xiàn)代煤氣化工藝比選優(yōu)化的探討 [J].化肥設(shè)計(jì)，2016，（01）：1-7.

[2] 聶 松， 孫 坤 . 現(xiàn) 代 煤 氣 化 工 藝 比 選 優(yōu) 化 的 探 討 [J]. 化 工 管 理，2016，（26）：256.

Optimization Analysis of Modern Coal Gasification Process

Zhang Zhen-yu

As China’s social productive forces continue to rise，the ecological environment pollution situation is more severe. The model of early and crude industrial development caused severe damage to our ecological environment and exerted great inf l uence on the people’s production and life.Under the new situation，the concept of environmental protection has become the guiding ideology of technological development.Clean，green and environment-friendly chemical production processes are the development trend of the chemical industry.In this context，the coal gasif i cation process has also been upgraded several times and process improvements.

coal gasif i cation process ；comparison ；optimization ；analysis

TQ546

：A

：1003–6490（2017）07–0028–02

2017–05–15

張振禹（1989—），男，吉林遼源人，助理工程師，主要從事應(yīng)用化工工作。