【摘 要】煤氣化是指以煤炭為原料，在高溫條件下與氧氣、空氣、水蒸氣等發(fā)生不完全燃燒反應(yīng)生成可燃氣，可燃氣可作為城市煤氣、工業(yè)燃料氣和化工原料氣等。煤氣化技術(shù)主要分為固定床、流化床和氣流床，各種煤氣化技術(shù)在煤種、煤氣用途和環(huán)保方面都各有特點，通過這些特點可以方便地選擇適宜的煤氣化技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】煤氣化 分類 特點 選擇

一、前言

中國是世界上煤炭資源最豐富的國家之一，煤炭儲量遠遠大于石油和天然氣的儲量，隨著近年來我國原油進口量的逐年增加，為保障國家能源安全，加緊煤炭資源的開發(fā)利用已經(jīng)是大勢所趨。煤氣化是煤炭資源利用的一種基本方法，是指以煤炭為原料，在高溫條件下與氧氣、空氣、水蒸氣等發(fā)生不完全燃燒反應(yīng)生成可燃氣，可燃氣可作為城市煤氣、工業(yè)燃料氣和化工原料氣等[1]。

二、煤氣化技術(shù)的分類

煤氣化技術(shù)種類繁多，按照氣化爐的類型可分為固定床氣化、流化床氣化、氣流床氣化三種[2]：固定床氣化技術(shù)是起源最早的煤氣化技術(shù)，塊狀煤從上部落入氣化爐并形成固定床層，空氣和水蒸氣等氣化劑從底部通入并穿過床層，塊煤保持固定狀態(tài)并逐漸燃燒，剩余灰渣在床層中逐漸下移并在氣化爐底部排出，目前較為流行的固定床氣化技術(shù)有常壓固定床氣化（UGI）、魯奇（Lurgi）爐加壓氣化等；流化床技術(shù)選用碎煤為原料，通過氮氣和蒸汽吹送進入氣化爐，氧氣或富氧空氣從爐體底部高速通入爐內(nèi)，并使碎煤在爐體內(nèi)部呈流化狀高速湍動，同時發(fā)生劇烈氣化反應(yīng)，爐內(nèi)火焰中心溫度約為1200℃，灰渣在高溫作用下開始熔融并積聚成球，灰渣球重量逐漸變大最終通過爐底部排出，較成熟的流化床技術(shù)有U-GAS氣化、灰融聚氣化等；氣流床技術(shù)以粉煤或水煤漿為原料，氣化原料與氣化劑一起通過噴嘴進入氣化爐，氣化劑與煤粉或水煤漿高速噴出并充分混合，在氣化爐內(nèi)發(fā)生火焰型非催化部分氧化反應(yīng)，爐內(nèi)火焰中心溫度約為2000℃，灰渣完全融化并在爐底排出，應(yīng)用較為廣泛的主要是Shell氣化，GSP氣化。

三、各煤氣化技術(shù)的特點

（一）煤氣化技術(shù)對原料煤的要求

由于煤炭在氣化爐中的狀態(tài)不同，各煤氣化技術(shù)對原料煤有不同的要求[3]：固定床中的原料煤在床層中的相對位置保持不變，停留時間很長，因此要求原料煤符合以下要求：必須是塊煤，有較大粒徑，保證原料煤在氣化劑作用下依然可以形成穩(wěn)定床層，并且床層有良好的透氣性；原料煤有較好的機械強度和熱穩(wěn)定性，在運輸、添加、燃燒過程中依然可以保持較大粒徑；有較高的灰熔點，可以在灰渣不熔化的情況下盡量提高爐內(nèi)溫度，增大氣化爐的處理能力；有較低的黏結(jié)性，避免在固定床層內(nèi)產(chǎn)生膠質(zhì)結(jié)焦，破壞床層的透氣性。能夠較好滿足要求的煤種有：褐煤、焦炭、無煙煤、不黏煤等。流化床中原料煤以碎煤狀態(tài)進入氣化爐并呈流化狀高速湍動，停留時間極短，要求原料煤符合以下要求：有較高的灰熔點，在灰渣不熔化的情況下盡量提高爐內(nèi)溫度，增大氣化爐的處理能力；有較低的黏結(jié)性，避免大量未完全燃燒的碎煤在流化床中黏結(jié)并從爐底排出；反應(yīng)活性好，可以在極短的停留時間內(nèi)盡量發(fā)生反應(yīng)。能夠較好滿足要求的煤種有：褐煤，不黏煤、無煙煤等。氣流床中原料煤以粉煤或水煤漿狀態(tài)進入氣化爐，停留時間極短，要求原料煤符合以下要求：水煤漿進料要求煤的成漿性好，灰分低，粉煤進料要求煤炭中水分含量低，避免在粉煤輸送過程中發(fā)生堵塞；灰熔點盡量低于1300℃，以保證液態(tài)排渣操作正常；符合要求的煤種有長焰煤、不黏煤、氣煤等。

（二）煤氣質(zhì)量與用途

固定床氣化技術(shù)中常壓固定床氣化生產(chǎn)能力小，所產(chǎn)煤氣中有效成分（H2、CO）含量很低，但其技術(shù)成熟，投資成本較，作為燃料廣泛應(yīng)用于機械加工、煉焦、陶瓷、化工等領(lǐng)域，采用常壓固定床水煤氣爐所產(chǎn)煤氣中有效成分的含量有較大提高，可用作中小化肥廠生產(chǎn)合成氨的原料氣；魯奇爐加壓氣化技術(shù)生產(chǎn)能力大，煤氣中有效組含量大，可廣泛用來為大中型化肥廠和煤化工廠提供原料氣；目前流化床氣化技術(shù)操作壓力較小，因此生產(chǎn)能力較小，但是在采用富氧空氣或氧氣作為氣化劑時所產(chǎn)煤氣有效組分含量較高，廣泛用作中小化肥廠生產(chǎn)合成氨的原料氣，也可以作為燃料氣用于機械加工、煉焦、陶瓷、化工等領(lǐng)域；氣流床技術(shù)要求高，并且投資大，但是操作溫度和壓力均較大，生產(chǎn)能力較大，且煤氣中有效成分較高，廣泛應(yīng)用于大中型化肥、煤化工、煤制油、煤制天然氣或IGCC發(fā)電等。

（三）各煤氣化技術(shù)的環(huán)保問題

目前環(huán)保問題日益受到政府和社會各界的重視，因此環(huán)保是影響煤氣化技術(shù)應(yīng)用的一個重要因素，各種煤氣化技術(shù)對周邊環(huán)境的影響各不相同：固定床氣化爐溫度較低，不足以將煤炭中含有的大量酚類、焦油等有毒污染物燃燒分解，大量有毒物質(zhì)在洗滌煤氣的循環(huán)水中富集，并揮發(fā)到大氣中，嚴重污染周邊大氣和水資源，因此必須配套相應(yīng)的環(huán)保設(shè)施才能啟動固定床煤氣化項目[1]；流化床爐內(nèi)溫度較高，煤炭中含有的大量有毒物質(zhì)被燃燒分解，但是裝置內(nèi)破碎裝置粉塵較多，需要專門設(shè)置除塵設(shè)備，此外粗煤氣中的CO部分溶解到洗滌煤氣的循環(huán)水中并最終揮發(fā)到大氣中，導致裝置周邊CO可能超標；氣流床和流化床類似，主要面對破碎裝置中的粉塵污染和裝置周邊CO超標。

四、煤氣化技術(shù)的選擇

任何煤氣化技術(shù)都不是萬能的，應(yīng)充分考慮當?shù)氐拿悍N、煤氣用途和環(huán)保要求等多方面的因素選擇煤氣化技術(shù)。以東北地區(qū)某機械廠新建煤氣化裝置生產(chǎn)燃料氣為例；機械廠周邊地區(qū)主要供應(yīng)低黏度褐煤，由于目前采煤自動化程度較高，主要以碎煤供應(yīng)為主；機械廠燃料氣用量較小，熱值要求較低，一般低于1500kcal/ Nm3；機械廠原有環(huán)保裝置處理量較小，應(yīng)盡量減少煤氣化裝置污染物排放量，避免配套單獨的環(huán)保裝置增大投資。因此，選用以富氧空氣或氧氣為氣化劑的流化床煤氣化技術(shù)是比較適宜的選擇。

參考文獻：

[1]陳啟文： 煤化工工藝 化學工業(yè)出版社，2009，124-124.

[2]唐宏青： 現(xiàn)代煤化工新技術(shù) 化學工業(yè)出版社 2009，42-42.

[3]徐振剛 曲思建： 煤化工技術(shù)理論與實踐 中國石化出版社 2009， 127-128