梁曉峰

（陜西榆能化學(xué)材料有限公司生產(chǎn)技術(shù)部，陜西 榆林 719000）

由于我國油氣缺乏，煤炭資源是我國社會經(jīng)濟發(fā)展最為依賴的主要能源之一,在一次能源結(jié)構(gòu)中所占比例較高,對我國社會經(jīng)濟發(fā)展具有重要的影響作用。目前煤炭是發(fā)電廠、煤制油、化肥、烯烴甲醇等能源轉(zhuǎn)化工業(yè)的原料和燃料。目前煤炭在我國的能源占比仍很大，所以未來還有很大的發(fā)展空間[1]。

雖然我國的煤炭資源豐富，但是有很多缺點，如高硫、低熱值、高灰等[2]。煤炭大多數(shù)是直接燃燒利用，煤炭直接燃燒的效率低，且嚴重污染環(huán)境，形成酸雨和溫室效應(yīng)影響全球的環(huán)境與氣候。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，煤炭如何高效綠色利用刻不容緩，與環(huán)境保護指標(biāo)的矛盾也越來越突出[3]。面對嚴峻的環(huán)境問題更進一步發(fā)展清潔綠色煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)，是我國目前重點研究、解決清潔能源的一個重要領(lǐng)域。

經(jīng)過很多年的實踐探索，我國在清潔綠色煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)方面，積累了豐富的操作、管理、運行與制造經(jīng)驗，清潔綠色煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)日趨完善。經(jīng)過長期研究和對核心問題的攻關(guān)，清潔綠色煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域，逐步形成了完整的理論和技術(shù)體系，也制定了國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，我國在煤轉(zhuǎn)換技術(shù)方面取得了自主知識產(chǎn)權(quán)，并達到國際領(lǐng)先水平，得到國際的認可[4]。

1 常見煤氣化工藝技術(shù)比較

煤氣化簡單來說就是以煤炭為原料，在一定溫度和壓力下，以煤和氧氣為介質(zhì)，通過不完全的燃燒過程，將煤中的碳轉(zhuǎn)化成合成氣（主要成分為CO、H2、CH4及副產(chǎn)物CO2、H2O、酸性氣體等）的過程。煤化工的發(fā)展從最初的固定床到現(xiàn)在主流的氣流床。當(dāng)下煤氣化工藝對煤種選擇性廣，壓力等級高、單爐處理量大、效率高、廢棄物少、綠色環(huán)保。目前具有代表性的有Texaco 水煤漿氣化、Shell 氣化、GSP 氣化、CCG 氣化工藝等。

德士古水煤漿氣化是目前比較先進的氣流床加壓氣化技術(shù)之一。其特點是該工藝對煤的適應(yīng)范圍較寬、操作溫度高、碳轉(zhuǎn)化率高、工藝流程簡短、維護費用低。對廢水的處理也簡單，極易達到環(huán)保要求，自動化程度高易于平穩(wěn)生產(chǎn)。

GSP 氣化工藝是屬氣流床反應(yīng)器，粉煤和氧氣、蒸汽通過氣化爐頂部的主燒嘴以并流方式進入氣化爐。在氣化爐反應(yīng)室中進行氣化反應(yīng)。氣化合成氣和液態(tài)熔渣經(jīng)氣化爐反應(yīng)室出口，進入激冷室內(nèi)，經(jīng)激冷室冷卻和除塵后的合成氣送往合成氣洗滌系統(tǒng)，產(chǎn)品氣體潔凈，不含重?zé)N，甲烷含量極低，煤氣中有效氣體（CO+H2）體積分數(shù)達到90%以上。

Shell 粉煤氣化工藝是先進的氣流床煤氣化工藝技術(shù)，對煤種要求廣，該工藝以粉煤和純氧為原料，生產(chǎn)高壓粗煤氣，氣化溫度高達1 300 ℃～1 700 ℃。粗煤氣中有效成分可達90%左右，廢渣灰含碳量低至5%，由于除灰工序使得廢水處理簡單，容易達到環(huán)保要求，投資成本高，檢修要求高。

科林（CCG）氣化爐為氣流床氣化工藝，粉煤與純氧和少量水蒸氣完成氣化反應(yīng)。氣化爐分為反應(yīng)室和激冷室上下兩段。氣化爐產(chǎn)生的合成氣送往濕洗單元進一步加濕、除塵、凈化氣體。渣沉積在激冷室底部，固化成顆粒狀，隨后進入除渣工序。氣化爐和洗滌塔下部的黑水送往渣水處理系統(tǒng)。氣化反應(yīng)生成的反應(yīng)熱還可副產(chǎn)低壓飽和蒸汽，實現(xiàn)能量最大限度的回收利用。科林粉煤加壓氣化是高效環(huán)保的煤氣化工藝技術(shù)，也是煤氣化技術(shù)將來發(fā)展的大趨勢，有很好的發(fā)展前景。

2 科林（CCG）粉煤加壓氣化技術(shù)現(xiàn)狀

德國是現(xiàn)代煤氣化技術(shù)的誕生地，德國科林工業(yè)技術(shù)公司前身是東德燃料工業(yè)研究所，而科林爐是德國科林工業(yè)技術(shù)公司的專利產(chǎn)品。20 世紀70 年代石油危機爆發(fā)時，東德燃料工業(yè)研究所開始研究如何將當(dāng)?shù)刎S富的褐煤資源轉(zhuǎn)化成燃氣作為能源使用。1984年，東德燃料工業(yè)研究所就在黑水泵廠建成了1 套200 MWh 褐煤氣化制燃氣的工業(yè)化裝置，持續(xù)運行了多年。1990 年，東德燃料工業(yè)研究所創(chuàng)立了科林工業(yè)技術(shù)公司，關(guān)于1997 年，形成科林CCG 粉煤加壓煤氣化技術(shù)。過去50 多年里，研發(fā)團隊一直對世界各地近百種原料煤進行了試燒實驗，收集整理出完整的煤種數(shù)據(jù)，建立了世界上最為完善的氣化數(shù)據(jù)庫、氣化用煤理論體系、配煤及配灰方案，在干粉煤氣流床氣化技術(shù)領(lǐng)域擁有獨立完整的知識產(chǎn)權(quán)體系及工業(yè)解決方案。

目前，科林工業(yè)技術(shù)公司在世界知識產(chǎn)權(quán)組織、美國、德國、加拿大、中國等地擁有44 個專利群組、96 項專利，在工藝研發(fā)、設(shè)計、制造及運行方面也積累了大量經(jīng)驗。在裝備和技術(shù)上做了大量的改進與創(chuàng)新，在日投煤量1 500 t 的基礎(chǔ)上，開發(fā)了2 000 t/d、3 000 t/d、5 000 t/d 爐型滿足了煤化工產(chǎn)業(yè)大型化發(fā)展的需要。

3 科林（CCG）粉煤加壓氣化技術(shù)及其工藝流程

3.1 科林（CCG）粉煤加壓氣化工藝流程（見圖1）

圖1 科林（CCG）氣化工藝總流程圖

原煤經(jīng)磨煤機研磨的煤粉經(jīng)惰性氣體加壓輸送至3 個工藝煤粉燒嘴噴入氣化爐的煤粉與氧氣、蒸汽在高溫高壓條件下發(fā)生部分氧化反應(yīng)，產(chǎn)生以一氧化碳和氫氣為主的粗合成氣。產(chǎn)生的粗合成氣和液態(tài)渣進入氣化爐激冷室，粗合成氣被冷卻后在激冷室中進行洗滌和冷卻。將含塵量降至＜1 mg/m3，合成氣送變換工段。洗滌塔排出的黑水，經(jīng)減壓后送入渣水處理系統(tǒng)。液態(tài)渣在激冷室沉積后，進入渣鎖斗間歇式的排入渣池。激冷室底部的含渣水通過液位調(diào)節(jié)閥減壓后連續(xù)排放至高壓閃蒸塔，未完全反應(yīng)的碳顆粒懸浮在渣水中，隨同渣水一起到渣水處理系統(tǒng)作進一步處理。

由于冷卻水的冷卻和熱量傳遞，在反應(yīng)室水冷壁內(nèi)壁形成固態(tài)渣保護層，液態(tài)渣沿著渣保護層向下流動，熱的合成氣不與水冷壁直接接觸，氣化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量間接傳遞給冷卻水，氣化反應(yīng)產(chǎn)生的一部分熱量通過氣化爐冷卻水系統(tǒng)帶走。經(jīng)水冷壁換熱的水進入廢熱鍋爐中產(chǎn)生低壓蒸汽，通過管網(wǎng)送出回用。

3.2 科林（CCG）粉煤加壓氣化技術(shù)特點

科林不斷優(yōu)化改進CCG 氣化技術(shù)。在工藝包設(shè)計上優(yōu)化改進以提高技術(shù)的先進性、運行的穩(wěn)定性、可靠性和安全性，減少裝置投資和維護費用實際生產(chǎn)操作，煤氣化工藝指標(biāo)達到預(yù)期目標(biāo)，裝置運行比較穩(wěn)定?？屏指煞勖簹饣に囋诖水愜娡黄?，意味著科林爐在經(jīng)濟性、煤種適應(yīng)性以及節(jié)能環(huán)保方面的優(yōu)勢得到榆林地區(qū)煤化工企業(yè)的高度認可。其主要特點如下：

一是對煤種要求低適應(yīng)性強，裝置建造成本低?？屏諧CG 干粉煤氣化技術(shù)適用于各種煙煤、無煙煤、褐煤及石油焦等原料的潔凈氣化，包括高灰分、高硫分、高灰熔點的劣質(zhì)煤種，對煤的熱穩(wěn)定性、機械強度、成漿性、黏結(jié)性、結(jié)焦性等沒有特定要求，可選擇范圍廣，有效降低原料成本。

二是3+1 煤粉燒嘴頂置結(jié)構(gòu)，氣化流場分布均勻。3+1 噴嘴頂置結(jié)構(gòu)保證煤粉在氣化爐反應(yīng)空間的均勻分布，實現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)化效率，碳轉(zhuǎn)化率98%～99%，冷煤氣效率81%～83%，合成氣有效氣含量88%～93%。3+1 噴嘴頂置結(jié)構(gòu)提高了氣化爐內(nèi)灰渣返混效果，更好地實現(xiàn)水冷壁(特別是爐拱頂)掛渣，氣化爐允許更高的操作溫度，可使用更高灰熔點的煤作為氣化原料。

三是投資成本低，運行維護簡單?？屏諧CG 粉煤加壓氣化技術(shù)工藝流程簡短，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)備國產(chǎn)化率高，裝置投資建設(shè)成本低。獨特的長明燈燒嘴設(shè)計，可實現(xiàn)高壓投料，氣化爐從冷態(tài)開車時間到滿負荷運行僅需1 h～2 h，熱態(tài)開車可在半小時內(nèi)完成，開車時間縮短，開車放空減少，運行費用降低。

四是安全環(huán)保性高?？屏諧CG 粉煤加壓氣化裝置固體排放物中渣灰比為8:2；粗渣占80%，殘?zhí)剂康陀?%，可作為建筑材料，細灰可直接摻混到鍋爐燃料煤中；廢水排放量小，廢水中不含苯、酚等有毒物質(zhì)；獨特的長明燈燒嘴設(shè)計，保證氣化裝置在正常運行過程中突發(fā)事故停車時的絕對安全。

4 結(jié)論

隨著越來越多的煤化工產(chǎn)業(yè)建成投產(chǎn)，煤化工已成為我國解決能源問題的主力軍，但煤化工裝置能源消耗大，建造投入高，只有裝置能穩(wěn)定安全高效的運行才能保證投產(chǎn)效益，但煤化工制造工藝復(fù)雜，工況介質(zhì)惡劣，對設(shè)備長周期運行受到了極大的考驗，同時受到煤種不能完全滿足設(shè)計要求的限制，導(dǎo)致投產(chǎn)后的很多設(shè)備運行工況偏離原設(shè)計，關(guān)鍵設(shè)備在偏離正常設(shè)計的參數(shù)下運行極易損壞，所以投產(chǎn)后，對設(shè)備運行及工藝操作相互配合摸索經(jīng)驗，并對設(shè)備進行有效的結(jié)構(gòu)改進以適應(yīng)工藝操作顯得尤為重要，往往因為關(guān)鍵設(shè)備故障引起裝置停車處理代價昂貴，僅外圍系統(tǒng)的資源浪費就很龐大，包括水、電及附屬藥劑等，加之頻繁更換關(guān)鍵設(shè)備的備件價格昂貴，給企業(yè)發(fā)展帶來很大阻力?？屏諧CG 氣化技術(shù)具有顯著的優(yōu)點：氣化溫度高、單爐生產(chǎn)能力高、適應(yīng)煤種廣、氧耗低、碳轉(zhuǎn)化率高、運行周期長等。因此，科林CCG 氣化技術(shù)可以在很大程度上擺脫以上缺點，充分利用各地煤炭資源。另外，采用科林CCG 工藝技術(shù)可以大大改善環(huán)境。所以，科林CCG 工藝技術(shù)會應(yīng)用于大型煤化工企業(yè)，并且隨著科林CCG 煤氣化裝置投入運行，自主產(chǎn)權(quán)的研發(fā)和一系列專利可以推進科林CCG 煤氣化技術(shù)在我國的推廣應(yīng)用，進一步推動煤氣化技術(shù)。