现代煤化工项目煤气化技术的研究

RochelleMa

摘 要：作为能源消耗大国，我国的自然资源的基本特点是富煤、贫油、少气，煤炭资源在我国的一次性能源中占有重要地位。我国的煤炭储量位于全球第二，是世界上最大的煤炭开采国和消费国。如何高效、清洁地使用煤炭资源，是我国长期的战略发展目标及方向，也是我国可持续发展政策的主要内容。化学工业是我国国民经济的重要组成部分，煤炭是其主要原料。作为煤化工产业的核心部分，煤气化技术是将煤炭转化成气体化工原料的工艺过程。为此，本文主要对煤气化技术原理、分类及洁净煤气化技术的选择与应用进行了分析与探究。
关键词：煤化工；煤气化技术；原理
能源紧缺与石油价格的持续上涨已影响到我国的政治安全与经济发展，进入21世纪以来，我国进入一个加快发展的黄金时期，工业化和城市化进程加快，因此，能源问题也日益显著。煤化工产业在我国能源的可持续发展中占据着重要的地位，并且是我国未来二十年能源发展的重要方向，这将大量减轻燃煤造成的环境污染，降低我国对于进口石油的依赖程度，所以，煤化工产业在我国面临着新的市场需求和发展机遇。煤化工产业的发展战略是煤化工产业未来发展的最重要组成部分，如何规划煤化工产业发展战略目标，提高煤化工产业生产效率和决策水平，对煤化工产业优化资源配置，提高竞争力具有重要意义。
1 煤气化技术原理及分类
1.1 煤气化技术原理
煤气化是指用煤炭作原料来生产工业燃料气、民用煤气和化工原料气，它是洁净、高效利用煤炭的主要途径之一。其基本原理就是在参与反应的气体的环境中将煤转化为可燃气体、焦油和固体产物。煤气化是一个热化学过程，气化过程中煤经历一系列复杂的物理和化学变化，其变化程度和速率取决于煤种、温度、压力，也受到由气化炉型决定的停留时间、传质传热条件和温度历程的影响。煤气化是一个强吸热反应过程，从气化热力学和动力学角度分析，高温有利于气化反应的进行。气化反应是增体积反应，因此增加压力使平衡向相反的方向进行，但增加压力可以提高气化反应速率，增加气化炉生产能力。此外，减小颗粒粒径，增加气、固停留时间都有利于提高碳转化率和气化反应器的气化能力。
1.2 煤气化技术分类
煤气化技术种类繁多，按照气化炉的类型可分为固定床气化、流化床气化、气流床气化三种：固定床气化技术是起源最早的煤气化技术，块状煤从上部落入气化炉并形成固定床层，空气和水蒸气等气化剂从底部通入并穿过床层，块煤保持固定状态并逐渐燃烧，剩余灰渣在床层中逐渐下移并在气化炉底部排出，目前较为流行的固定床气化技术有常压固定床气化（UGI）、鲁奇（Lurgi）炉加压气化等；流化床技术选用碎煤为原料，通过氮气和蒸汽吹送进入气化炉，氧气或富氧空气从炉体底部高速通入炉内，并使碎煤在炉体内部呈流化状高速湍动，同时发生剧烈气化反应，炉内火焰中心温度约为1200℃，灰渣在高温作用下开始熔融并积聚成球，灰渣球重量逐渐变大最终通过炉底部排出，较成熟的流化床技术有U-GAS气化、灰融聚气化等；气流床技术以粉煤或水煤浆为原料，气化原料与气化剂一起通过喷嘴进入气化炉，气化剂与煤粉或水煤浆高速喷出并充分混合，在气化炉内发生火焰型非催化部分氧化反应，炉内火焰中心温度约为2000℃，灰渣完全融化并在炉底排出，应用较为广泛的主要是Shell气化，GSP气化。
2 洁净煤气化技术的选择与应用
2.1 GE水煤浆加压气化技术
GE水煤浆气化属气流床加压气化技术，其优点是：①原料煤的运输、制浆以及入炉系统比干粉煤加压气化简单，安全可靠，且投资省；②单炉目前国际上最大的GE气化炉投煤量为2 000 t/d，国内已投产的气化炉能力最大为1 000 t/d，设计中的气化炉能力最大为1 600 t/d；③对原料煤适应性较广，气煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、高硫煤及低灰熔点的劣质煤、石油焦等均能用作气化原料。该技术要求原料煤含灰量较低，还原性气氛下的灰熔点低于1 300℃，且灰渣黏温特性要好。GE气化系统不需要外供过热蒸汽及输送气化用原料煤的N2或CO2。气化系统总热效率高达94%～96%，高于壳牌干粉煤气化热效率（91%～93%）和GSP干粉煤气化热效率（88%～92%）。GE气化炉结构简单，为耐火砖衬里，制造方便且造价较低。煤气除尘简单，无需价格昂贵的高温高压飞灰过滤器，投资节省。
2.2 多元料浆加压气化技术
多元料浆加压气化技术为西北化工研究院开发的具有自主知识产权的煤气化技术，属气流床单烧嘴下行制气。典型的多元料浆组成为含煤60%～65%，油料10%～15%，水20%～30%。在制备多元料浆时掺入油类的办法不符合以煤代油改变原料路线的原则。
2.3 GSP干煤粉加压气化技术
GSP干煤粉加压气化技术属于气流床加压气化技术，入炉原料煤为经过干燥、磨细后的干煤粉，干煤粉由气化炉顶部进入，属单烧嘴下行制气。气化炉内有水冷壁内件，目前国外最大的GSP气化炉投煤量为720 t/d褐煤。因采用水激冷流程，投资比壳牌炉省，适用于煤化工生产。正常时要燃烧液化气或其他可燃气体，以便于点火并防止熄火和确保安全生产。
2.4 二段式干煤粉加压气化技术
二段式干煤粉加压气化技术中可气化的煤种包括褐煤、烟煤、贫煤、无烟煤以及高灰分、高灰熔点煤，不产生焦油、酚等。其特点是采用二段气化，缺点是合成气中CH4含量较高，对制合成氨、甲醇、氢气不利。
2.5 鲁奇固定床煤加压气化技術
鲁奇固定床煤加压气化技术亦称为BGL碎煤移动床气化技术，主要用于气化褐煤、不黏结性或弱粘结性的煤，要求原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱黏结适用于生产城市煤气和燃料气。该技术产生的煤气中焦油、碳氢化合物含量约为1%，甲烷含量约为10%。由于焦油分离、含酚污水处理复杂，用以生产人工天然气和城市煤气较为适宜。
2.6 灰熔聚煤气化技术
灰熔聚煤气化技术特点是煤种适应性宽，属流化床气化炉，煤灰不发生熔融，而只是使灰渣熔聚成球状或块状灰渣排出。其优点是可以气化褐煤、低化学活性的烟煤和无烟煤、石油焦，投资比较少，生产成本低；缺点是操作压力偏低，对环境污染、飞灰堆存和综合利用问题有待进一步解决。此技术适合于中小型氮肥厂利用就地或就近的煤炭资源改变原料路线。
3 结束语
综上所述，我国的煤资源比较丰富，煤炭是我国重要的能源之一，必须要对煤炭资源进行合理利用。现代煤化工产业中，洁净煤气化技术得到了广泛应用，本身具有高能源利用率、轻污染等优势，是未来煤化工产业的发展重要领域。根据国际能源工业发展趋势分析，煤的优化利用技术包括煤的燃烧和转化利用技术，能够很好的实现最少的污染物排放，提高煤的利用效率，达到煤的高效、清洁利用的目的。发展洁净煤技术，提高我国煤利用效率的主要途径之一是研制和推广应用煤炭气化技术。
参考文献
[1]张艳，刘成龙，高天明，周凤英，闫强.我国气化用煤煤质评价指标体系构建研究[J]. 中国矿业. 2017（07）
[2]武鹏鹏，杨毅.现代煤化工项目气化技术选择探讨[J]. 化工管理. 2017（11）