对煤气化技术的研究

张开云

安徽晋煤中能化工股份有限公司   安徽 临泉  236400

摘要：本文首先阐述了国内外煤化工的现状，然后主要分析了三种煤气化工艺，对今后煤气化技术的应用可以提供借鉴和指导。

关键词：煤气化技术；发展；工艺

就我国来看，煤炭资源分布较广泛，而且，这几年的煤化工业的发展也取得了可喜的成绩，随着绿色、安全、环保理念的发展，如何将煤炭转化为更环保、更清洁的气体是一直以来着重研究的问题。越前沿的煤气化工艺越能在环境保护、节能减排方向展现功能，而且有利于提高煤炭的燃烧率，有利于企业的可持续性发展。

一、国内外煤化工现状

从世界范围内各种能源的储备量来看，天然气、石油占比12%，而煤炭占比高达79%，由此不难看出，在能源战略中煤炭利用技术的开发和研究占据了何等重要的位置。世界煤化工的发展经历了漫长的时间，早在二十世纪初，逐渐兴起的煤炭炼焦工业标志着煤炭化工正式进入了发展初期阶段，到了二十世纪中期，有机化学工业一直以煤炭为主要的原材料，随着石油化学工业的逐步兴起，在化工原料的配比中，逐渐强化了天然气和石油的重要性，慢慢降低了煤炭的应用比例，缺乏在实践中的研究、发展和应用，必然会在一定程度上影响世界煤炭化工技术的深入发展和进步。但是到了二十世纪70年代，大幅度攀升的石油价格，对石油化学工业的健康发展产生了不利的影响，与此同时在煤液化、煤气化等方面煤化工都取得了一定的成绩，尤其是到了二十世纪末，石油价格在世界范围内都始终居高不下，并呈现不断上涨的态势，这就为煤化工技术的发展提供了有力的外部环境，人们也逐渐重视煤化工的重要性。就我国而言，传统的UGI炉块煤间歇气化已经无法满足时代发展的需求，其迫切的需要向先进的粉煤加压气化工艺进行转化，同时这种迫切的需要也为新型煤气化技术的创新和发展提供了可能。据不完全统计，正在建设的和已经投产的大型洁净煤气化技术的相关装置就有80余套，其中已投入运行中的煤气化装置占比约一半左右，其中对水煤浆气化技术中的四喷嘴、GE煤气化、多原料浆气化、分级气化等和干煤粉气化技术中的Shell煤气化、GSP两段式干煤粉加压气化、单喷嘴干粉气化技术等的应用比较广泛，并且已经取得了不错的成绩。

二、三种煤气化工分析艺

（1）Shell煤气化工艺

Shell煤气化过程是在高温高压下进行的，Shell煤气化属气流床气化。粉煤、氧气及水蒸汽在加压条件下并流进入气化炉，在极为短暂的时间内，完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程。

Shell气化装置的核心设备是气化炉和废热锅炉。Shell煤气化炉由内筒和外筒两部分组成，包括 膜式水冷壁、环形空间和高压容器外壳。内筒采用水 冷壁结构，仅在向火面有一层薄的耐火材料涂层，其一，为了减少热损失；其二，主要是为了挂渣，充分利用渣层的隔热功能，以渣抗渣，以渣护炉壁，使气化炉 热损失减少到最低，以提高气化炉的可操作性和气化 效率。环形空间位于压力容器外壳和膜式水冷壁之间，即内筒与外筒之间有空隙气层，设计环形空间的目的是为了容纳水、蒸汽的输入、输出管和集气管，同时，环形空间还有利于检查和维修。其内筒仅承受微小压差。气化炉烧嘴是Shell煤气化工艺的关键设备及核心技术之一，与其它气化炉不同的是Shell气化炉采用侧壁烧嘴，根据气化炉能力由4 -8个烧嘴呈中心对称分布。气化炉外壳为压力容器，一般小直径气化炉用钨合金钢制造，其它用低铬钢制造。由于气化炉的特殊设计，保证了Shell 煤气化工艺指标先进可靠。[1]

（2）恩德炉粉煤气化工艺

恩德炉使用的是0-10㎜粉煤，合格煤料送至氮气加压密封的气化炉煤仓。煤通过煤仓底部的3个螺旋加煤机送入气化炉底部的锥体段。该工艺利用流化床气化原理，富氧空气或氧气和过热蒸汽混合作为气化剂和流化剂。混合气分两路从一次喷嘴和二次喷嘴进入气化炉。一次喷嘴设在加煤机下方的气化炉锥体部分，与切线方向 成一定仰角和斜角，使入炉原料煤容易流化。入炉原料煤中大部分较粗颗粒在炉底部锥体附近形 成密相段，呈沸腾状态。在此，气、固两相发生传质和传热并发生燃烧反应和水煤气反应。煤料受热后快速热解产生的焦油、酚和轻油等，在床层高温条件下裂解成小分子。其余入炉细粉和大颗粒因受热而裂解产生的小颗粒由反应气体携带 离开密相段，在气化炉的上部形成稀相区，在此处 与二次喷嘴喷入的二次风进一步发生反应。使细颗粒中的碳继续反应，甲烷和高碳化合物进一步燃烧和裂解。因此，稀相段温度比密相段温度还要高一些。[2]

由于灰渣密度较大，自床层落到气化炉底部，经水内冷的螺旋出渣机排于密闭灰斗，定期排到炉底渣车，再倒入渣仓，经短胶带运输机送到临时储渣场。未经过完全反应的细粉颗粒由煤气带出炉外，经旋风除尘器将其中较粗部分分离出来，较粗颗粒靠自身重力经回流管返回气化炉底部，再次参加气化反应，以提高碳转化率，从而使飞灰中的含碳量降低到20%以下。

出炉煤气温度为900-950℃，其先通过旋风除尘器，再经飞灰沉降室后进入废热钢炉，以回收煤气中的余热产生过热蒸汽。由于先经过除尘器再进废热锅炉，使废热锅炉受热面的磨损程度大为降低，从而延长了废热锅炉的使用寿命。然后进人洗涤冷却塔除尘冷却，再进入温式电除尘器除尘，经煤气排送机加压，然后经捕滴器送入煤气总管。

（3）航天炉粉煤加压气化工艺

航天炉粉煤气化装置主要由磨煤和干燥单元（U1500）、煤加压和输送单元（U1600）、气化及合成气洗涤单元（U1700）、渣与灰水处理（U1800）四个单元组成。

U1500任务是在微负压惰性环境下将原料煤经过干燥、研磨、分离等工序制成合格的粉煤（颗粒尺寸≤ 90μm 占 90%wt；颗粒尺寸≤ 5μm 占 10%Wt；含水量≤ 2%Wt）。U1600主要实现粉煤的贮存、加压和输送，将来自磨煤及干燥单元的合格粉煤，通过氮气、二氧化碳气加压输送至 煤烧嘴。U1700是整套气化装置的核心部分，主要任务是将4.7MPaG的粉煤与5.0MPaG纯氧及少量5.0MPaG 的过热蒸气通过粉煤烧嘴喷入气化炉内，在4.0MPaG和1400 ～ 1700℃高温下进行欠氧燃烧，生成以H2和CO为主的合成气，同时汽包中副产中压饱和蒸汽。产出的合成气经激冷、增湿、除尘后送变换系统。U1800主要完成整套装置的黑 水处理及循环利用，主要由黑水闪蒸、沉降系统及灰水除氧组成。由气化炉及洗涤塔送出的黑水经高压及真空两级闪蒸后送至沉降槽，澄清后的灰水送除氧器除氧，再经高压灰水泵加压后，送至U1700进行循环再利用。[3]

结束语

对煤气化技术的研究，有助于我们深入了解每种工艺的特征和问题，掌握每种工艺的原理和设计方法，对于后期生产装置的改进和优化具有现实意义。

参考文献

[1]吴迎.Shell 煤气化技术[J].化 工 设 计 通 讯,2006,(32):1-3.

[2]董广财.浅谈恩德炉粉煤气化技术[J].煤炭加工与综合利 用,2004(02):39-42.

[3]孙建.航天炉粉煤气化运行总结[J].小氮肥,2016(06):11-13.