蔣傳甲　趙新亮

摘 要：作為能源消耗大國(guó)，我國(guó)的自然資源的基本特點(diǎn)是富煤、貧油、少氣，煤炭資源在我國(guó)的一次性能源中占有重要地位。我國(guó)的煤炭?jī)?chǔ)量位于全球第二，是世界上最大的煤炭開采國(guó)和消費(fèi)國(guó)。如何高效、清潔地使用煤炭資源，是我國(guó)長(zhǎng)期的戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)及方向，也是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展政策的主要內(nèi)容。化學(xué)工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，煤炭是其主要原料。作為煤化工產(chǎn)業(yè)的核心部分，煤氣化技術(shù)是將煤炭轉(zhuǎn)化成氣體化工原料的工藝過(guò)程。為此，本文主要對(duì)煤氣化技術(shù)原理、分類及潔凈煤氣化技術(shù)的選擇與應(yīng)用進(jìn)行了分析與探究。

關(guān)鍵詞：煤化工；煤氣化技術(shù)；原理

能源緊缺與石油價(jià)格的持續(xù)上漲已影響到我國(guó)的政治安全與經(jīng)濟(jì)發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)進(jìn)入一個(gè)加快發(fā)展的黃金時(shí)期，工業(yè)化和城市化進(jìn)程加快，因此，能源問(wèn)題也日益顯著。煤化工產(chǎn)業(yè)在我國(guó)能源的可持續(xù)發(fā)展中占據(jù)著重要的地位，并且是我國(guó)未來(lái)二十年能源發(fā)展的重要方向，這將大量減輕燃煤造成的環(huán)境污染，降低我國(guó)對(duì)于進(jìn)口石油的依賴程度，所以，煤化工產(chǎn)業(yè)在我國(guó)面臨著新的市場(chǎng)需求和發(fā)展機(jī)遇。煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略是煤化工產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的最重要組成部分，如何規(guī)劃煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，提高煤化工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)效率和決策水平，對(duì)煤化工產(chǎn)業(yè)優(yōu)化資源配置，提高競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

1 煤氣化技術(shù)原理及分類

1.1 煤氣化技術(shù)原理

煤氣化是指用煤炭作原料來(lái)生產(chǎn)工業(yè)燃料氣、民用煤氣和化工原料氣，它是潔凈、高效利用煤炭的主要途徑之一。其基本原理就是在參與反應(yīng)的氣體的環(huán)境中將煤轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w、焦油和固體產(chǎn)物。煤氣化是一個(gè)熱化學(xué)過(guò)程，氣化過(guò)程中煤經(jīng)歷一系列復(fù)雜的物理和化學(xué)變化，其變化程度和速率取決于煤種、溫度、壓力，也受到由氣化爐型決定的停留時(shí)間、傳質(zhì)傳熱條件和溫度歷程的影響。煤氣化是一個(gè)強(qiáng)吸熱反應(yīng)過(guò)程，從氣化熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)角度分析，高溫有利于氣化反應(yīng)的進(jìn)行。氣化反應(yīng)是增體積反應(yīng)，因此增加壓力使平衡向相反的方向進(jìn)行，但增加壓力可以提高氣化反應(yīng)速率，增加氣化爐生產(chǎn)能力。此外，減小顆粒粒徑，增加氣、固停留時(shí)間都有利于提高碳轉(zhuǎn)化率和氣化反應(yīng)器的氣化能力。

1.2 煤氣化技術(shù)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：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(guò)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(guò)氮?dú)夂驼羝邓瓦M(jìn)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(dòng)，同時(shí)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(guò)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(guò)噴嘴進(jìn)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。

2 潔凈煤氣化技術(shù)的選擇與應(yīng)用

2.1 GE水煤漿加壓氣化技術(shù)

GE水煤漿氣化屬氣流床加壓氣化技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是：①原料煤的運(yùn)輸、制漿以及入爐系統(tǒng)比干粉煤加壓氣化簡(jiǎn)單，安全可靠，且投資??；②單爐目前國(guó)際上最大的GE氣化爐投煤量為2 000 t/d，國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)的氣化爐能力最大為1 000 t/d，設(shè)計(jì)中的氣化爐能力最大為1 600 t/d；③對(duì)原料煤適應(yīng)性較廣，氣煤、煙煤、次煙煤、無(wú)煙煤、高硫煤及低灰熔點(diǎn)的劣質(zhì)煤、石油焦等均能用作氣化原料。該技術(shù)要求原料煤含灰量較低，還原性氣氛下的灰熔點(diǎn)低于1 300℃，且灰渣黏溫特性要好。GE氣化系統(tǒng)不需要外供過(guò)熱蒸汽及輸送氣化用原料煤的N2或CO2。氣化系統(tǒng)總熱效率高達(dá)94%～96%，高于殼牌干粉煤氣化熱效率（91%～93%）和GSP干粉煤氣化熱效率（88%～92%）。GE氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為耐火磚襯里，制造方便且造價(jià)較低。煤氣除塵簡(jiǎn)單，無(wú)需價(jià)格昂貴的高溫高壓飛灰過(guò)濾器，投資節(jié)省。

2.2 多元料漿加壓氣化技術(shù)

多元料漿加壓氣化技術(shù)為西北化工研究院開發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)，屬氣流床單燒嘴下行制氣。典型的多元料漿組成為含煤60%～65%，油料10%～15%，水20%～30%。在制備多元料漿時(shí)摻入油類的辦法不符合以煤代油改變?cè)下肪€的原則。

2.3 GSP干煤粉加壓氣化技術(shù)

GSP干煤粉加壓氣化技術(shù)屬于氣流床加壓氣化技術(shù)，入爐原料煤為經(jīng)過(guò)干燥、磨細(xì)后的干煤粉，干煤粉由氣化爐頂部進(jìn)入，屬單燒嘴下行制氣。氣化爐內(nèi)有水冷壁內(nèi)件，目前國(guó)外最大的GSP氣化爐投煤量為720 t/d褐煤。因采用水激冷流程，投資比殼牌爐省，適用于煤化工生產(chǎn)。正常時(shí)要燃燒液化氣或其他可燃?xì)怏w，以便于點(diǎn)火并防止熄火和確保安全生產(chǎn)。

2.4 二段式干煤粉加壓氣化技術(shù)

二段式干煤粉加壓氣化技術(shù)中可氣化的煤種包括褐煤、煙煤、貧煤、無(wú)煙煤以及高灰分、高灰熔點(diǎn)煤，不產(chǎn)生焦油、酚等。其特點(diǎn)是采用二段氣化，缺點(diǎn)是合成氣中CH4含量較高，對(duì)制合成氨、甲醇、氫氣不利。

2.5 魯奇固定床煤加壓氣化技術(shù)

魯奇固定床煤加壓氣化技術(shù)亦稱為BGL碎煤移動(dòng)床氣化技術(shù)，主要用于氣化褐煤、不黏結(jié)性或弱粘結(jié)性的煤，要求原料煤熱穩(wěn)定性高、化學(xué)活性好、灰熔點(diǎn)高、機(jī)械強(qiáng)度高、不粘結(jié)性或弱黏結(jié)適用于生產(chǎn)城市煤氣和燃料氣。該技術(shù)產(chǎn)生的煤氣中焦油、碳?xì)浠衔锖考s為1%，甲烷含量約為10%。由于焦油分離、含酚污水處理復(fù)雜，用以生產(chǎn)人工天然氣和城市煤氣較為適宜。

2.6 灰熔聚煤氣化技術(shù)

灰熔聚煤氣化技術(shù)特點(diǎn)是煤種適應(yīng)性寬，屬流化床氣化爐，煤灰不發(fā)生熔融，而只是使灰渣熔聚成球狀或塊狀灰渣排出。其優(yōu)點(diǎn)是可以氣化褐煤、低化學(xué)活性的煙煤和無(wú)煙煤、石油焦，投資比較少，生產(chǎn)成本低；缺點(diǎn)是操作壓力偏低，對(duì)環(huán)境污染、飛灰堆存和綜合利用問(wèn)題有待進(jìn)一步解決。此技術(shù)適合于中小型氮肥廠利用就地或就近的煤炭資源改變?cè)下肪€。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)的煤資源比較豐富，煤炭是我國(guó)重要的能源之一，必須要對(duì)煤炭資源進(jìn)行合理利用?，F(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)中，潔凈煤氣化技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，本身具有高能源利用率、輕污染等優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重要領(lǐng)域。根據(jù)國(guó)際能源工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)分析，煤的優(yōu)化利用技術(shù)包括煤的燃燒和轉(zhuǎn)化利用技術(shù)，能夠很好的實(shí)現(xiàn)最少的污染物排放，提高煤的利用效率，達(dá)到煤的高效、清潔利用的目的。發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)，提高我國(guó)煤利用效率的主要途徑之一是研制和推廣應(yīng)用煤炭氣化技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

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