＊馬琳 盧彥 姜甜甜 郭興建 劉明君

（1.航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司 北京 101111 2.新疆中能萬(wàn)源化工有限公司 新疆 832200）

粉煤氣化的工藝技術(shù)流程表現(xiàn)很復(fù)雜，其中關(guān)鍵包含粉煤材料的熱解轉(zhuǎn)化過(guò)程、揮發(fā)分的燃燒反應(yīng)、焦炭氣化的反應(yīng)等。現(xiàn)階段的化工生產(chǎn)技術(shù)正在逐步致力于獲得全面的整改，客觀上體現(xiàn)了環(huán)保與綠色粉煤氣化工藝的優(yōu)勢(shì)地位。具體針對(duì)粉煤氣化的化工生產(chǎn)形式，在促進(jìn)必要的完善改進(jìn)中，最為根本的工藝優(yōu)化思路應(yīng)當(dāng)落實(shí)在嚴(yán)格限定粉煤氣化全過(guò)程的生態(tài)污染風(fēng)險(xiǎn)，促使形成可循環(huán)利用的粉煤氣化工藝。由此可見(jiàn)，深入推動(dòng)實(shí)現(xiàn)粉煤氣化的現(xiàn)有工藝技術(shù)流程完善具有顯著的必要性。

1.粉煤氣化的基本技術(shù)原理

粉煤氣化的化工原料物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程較為復(fù)雜，粉煤材料的氣化反應(yīng)通常包含粉煤熱解、粉煤干燥、焦炭氣化反應(yīng)與揮發(fā)分的燃燒反應(yīng)等。具體而言，粉煤化工材料的氣化反應(yīng)在整個(gè)運(yùn)行實(shí)施過(guò)程尤為重要，其中非常關(guān)鍵的粉煤氣化實(shí)現(xiàn)前提是采取干燥粉煤原料的處理工藝技術(shù)，確保氣化爐反應(yīng)空間溫度在130℃左右[1]。顆粒狀的粉煤材料主要經(jīng)過(guò)煤粉顆粒的破碎加工過(guò)程，采取氣流床的反應(yīng)裝置設(shè)備來(lái)促進(jìn)形成良好的粉煤氣化實(shí)施效果。

化工企業(yè)目前常用的煤氣化工藝集中體現(xiàn)在粉煤氣化、水煤漿的氣化轉(zhuǎn)化、塊煤氣化的工藝實(shí)現(xiàn)方案，其中粉煤氣化的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案整體上具有相對(duì)好的氣化反應(yīng)效率，并且能夠有力支撐實(shí)現(xiàn)粉煤化工材料完全轉(zhuǎn)化的目標(biāo)。現(xiàn)階段的化工材料轉(zhuǎn)化工藝技術(shù)正在逐步實(shí)現(xiàn)環(huán)保與低能耗的創(chuàng)新轉(zhuǎn)化，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)積極致力于構(gòu)建粉煤氣化的反應(yīng)過(guò)程空間模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精確展現(xiàn)粉煤氣化整個(gè)實(shí)施步驟的良好效果，保證燃燒后的粉煤材料能夠得以徹底的轉(zhuǎn)化[2]。

2.粉煤氣化的常見(jiàn)影響要素

(1)反應(yīng)壓力與溫度

粉煤氣化中的裝置反應(yīng)壓力會(huì)在根本上關(guān)系到氣化反應(yīng)的總體實(shí)施效果，因此決定了粉煤氣化的反應(yīng)容器壓力指標(biāo)應(yīng)當(dāng)?shù)玫綄?shí)時(shí)性的合理控制調(diào)節(jié)。通常來(lái)講，處于氣化狀態(tài)中的粉煤化工材料將會(huì)持續(xù)進(jìn)行反應(yīng)熱量的吸收，因此必須要采取適當(dāng)措施進(jìn)行反應(yīng)裝置的壓力提升來(lái)促使反應(yīng)空間內(nèi)部形成相對(duì)更高的環(huán)境空間溫度，促使粉煤材料的氧化還原反應(yīng)得以順利的進(jìn)行。氣化爐的粉煤反應(yīng)裝置在持續(xù)增加反應(yīng)壓力的情況下，氣化爐的化學(xué)混合物整體濃度將表現(xiàn)為明顯增加的特征，有助于提高合成氣的生成效率。

按照化工生產(chǎn)工藝的現(xiàn)有技術(shù)指標(biāo)規(guī)定，對(duì)于氣化爐的粉煤氣化裝置爐內(nèi)反應(yīng)溫度應(yīng)當(dāng)限定在150℃左右，最高不要超出200℃。在粉煤氣化的整個(gè)反應(yīng)實(shí)施過(guò)程中，主要伴隨著爐內(nèi)熱量的快速耗散與釋放，必須要實(shí)時(shí)測(cè)定一氧化碳與氫氣的氣化反應(yīng)產(chǎn)物濃度。應(yīng)當(dāng)全面考慮到粉煤化工材料在實(shí)現(xiàn)氣化的整個(gè)反應(yīng)階段中，化學(xué)反應(yīng)容器的安全性能是關(guān)鍵影響要素，以此達(dá)到嚴(yán)格防范化學(xué)反應(yīng)事故的目的[3]。

(2)粉煤原料特性

現(xiàn)階段經(jīng)常用到的粉煤化工材料具有多樣化的材料品種及其表現(xiàn)形式，其中最為常用的粉煤材料品種主要包含褐煤、無(wú)煙煤、石油焦、煙煤等。粉煤材料在進(jìn)入氣流床的基礎(chǔ)上，能夠促使形成更加穩(wěn)定可靠的反應(yīng)轉(zhuǎn)化過(guò)程，并且還需要做到合理限定煤粉的含水率指標(biāo)。水冷壁的氣化爐目前已經(jīng)能夠普遍采用粉煤氣化的化學(xué)工業(yè)轉(zhuǎn)化實(shí)施過(guò)程，水冷壁的氣化爐能夠促進(jìn)實(shí)現(xiàn)較為良好的氣化轉(zhuǎn)化效率[4]。

在考慮粉煤材料的各項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)特性過(guò)程中，關(guān)鍵是要視情況來(lái)限定粉煤工業(yè)材料的化學(xué)元素比例含量，盡可能選擇具有較高純凈程度指標(biāo)的粉煤化學(xué)材料。技術(shù)人員通過(guò)測(cè)定粉煤材料的熱值指標(biāo)數(shù)據(jù)，能夠客觀評(píng)估得出粉煤材料的熱值變化程度，實(shí)現(xiàn)了全面控制化工反應(yīng)進(jìn)程的目標(biāo)[5]。對(duì)于氣流床的專(zhuān)用裝置設(shè)備應(yīng)當(dāng)密切重視液態(tài)排渣的具體實(shí)施步驟，確保灰熔點(diǎn)限定于150℃左右，具有較低灰熔點(diǎn)的優(yōu)質(zhì)粉煤材料應(yīng)當(dāng)考慮重點(diǎn)采用。

表1為粉煤原料的元素構(gòu)成特性。

表1 粉煤原料的化學(xué)元素構(gòu)成特性

(3)氣化爐的空間條件

氣化爐構(gòu)成了粉煤氣化的常用反應(yīng)容器，氣化爐的空間環(huán)境條件是否得到合理程度的把控，直接決定了粉煤氣化的整體實(shí)施運(yùn)行效果。在多數(shù)的情況下，采取氣化爐的反應(yīng)專(zhuān)用設(shè)備裝置主要限定在合理程度的氣化反應(yīng)溫度指標(biāo)條件，同時(shí)還要做到靈活實(shí)現(xiàn)反應(yīng)空間爐內(nèi)溫度的調(diào)整。從氣化爐的轉(zhuǎn)化反應(yīng)全面實(shí)施過(guò)程來(lái)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)過(guò)低的爐內(nèi)溫度將會(huì)阻礙粉煤氣化的順利進(jìn)行，并且導(dǎo)致存在過(guò)小的氧煤比。

在涉及氣化燃燒的粉煤材料轉(zhuǎn)化反應(yīng)階段，合理進(jìn)行粉煤氣化的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)要集中體現(xiàn)在控制氧氣通入的濃度指標(biāo)。通入爐內(nèi)的氧氣能夠保持持續(xù)性及充足性，確保針對(duì)氧氣及粉煤材料的體積比例進(jìn)行適當(dāng)程度的優(yōu)化。煤灰在結(jié)渣反應(yīng)的基礎(chǔ)上，要在較短的時(shí)間里快速促進(jìn)實(shí)現(xiàn)還原反應(yīng)。技術(shù)人員目前有必要采取動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的設(shè)備系統(tǒng)，確保做到實(shí)時(shí)測(cè)定粉煤氣化的反應(yīng)進(jìn)程溫度與材料純凈程度。

3.粉煤氣化技術(shù)的應(yīng)用工藝要點(diǎn)

(1)粉煤加壓氣化技術(shù)

近些年以來(lái)，對(duì)于粉煤化工材料采取加壓氣化的實(shí)踐技術(shù)正在全面趨于完善，客觀上體現(xiàn)了粉煤加壓氣化的良好反應(yīng)實(shí)踐效率。采取氣化爐作為輔助實(shí)施碳轉(zhuǎn)化的設(shè)備系統(tǒng)，總體上能夠?qū)崿F(xiàn)99%或者更高的轉(zhuǎn)化碳元素比例[6]。在多數(shù)的情況下，水冷壁組成結(jié)構(gòu)的氣化反應(yīng)裝置系統(tǒng)主要受制于材料物質(zhì)的揮發(fā)分、煤炭顆粒的粒度、含硫量與含水量等多個(gè)層面的技術(shù)指標(biāo)影響。因此，有必要適當(dāng)提升粉煤在氣化階段中的環(huán)境溫度，更好地轉(zhuǎn)化粉煤效率。

(2)余熱回收技術(shù)

進(jìn)行粉煤氣化的過(guò)程將會(huì)形成可以回收利用的余熱資源，必須充分關(guān)注全面回收粉煤的氣化轉(zhuǎn)化過(guò)程余熱?，F(xiàn)階段的回收粉煤氣化過(guò)程余熱資源技術(shù)手段正在逐步實(shí)現(xiàn)合理的整改，集中體現(xiàn)在回收合成氣與粗渣分離過(guò)程的反應(yīng)熱量，以及回收鍋爐設(shè)備的系統(tǒng)余熱資源等。因此，現(xiàn)階段的化工生產(chǎn)企業(yè)必須要嚴(yán)格按照余熱資源的轉(zhuǎn)化利用總體實(shí)施思路，促使形成更高效率的系統(tǒng)設(shè)備余熱資源回收。余熱回收技術(shù)裝置見(jiàn)圖1。

圖1 余熱回收技術(shù)裝置

(3)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)

整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)（IGCC）以煤為原料，能達(dá)到天然氣發(fā)電的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，具備分離和處理二氧化碳的基礎(chǔ)，且發(fā)電效率高，是目前基于我國(guó)以煤為主的能源格局未來(lái)實(shí)現(xiàn)電力凈零碳排放的重要技術(shù)途徑。IGCC是將粉煤氣化技術(shù)和煤氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)高度整體化的潔凈煤發(fā)電技術(shù)，包括了粉煤氣化技術(shù)、煤氣凈化技術(shù)、燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)、余熱鍋爐技術(shù)、蒸汽輪機(jī)技術(shù)等，是化工和發(fā)電領(lǐng)域多工藝、多系統(tǒng)的高度集成。IGCC工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 IGCC發(fā)電裝置

4.粉煤氣化技術(shù)應(yīng)用中的問(wèn)題改進(jìn)對(duì)策

在目前的情況下，粉煤氣化的化工生產(chǎn)技術(shù)仍然需要工藝流程的改進(jìn)。粉煤材料在實(shí)現(xiàn)氣化反應(yīng)的整個(gè)過(guò)程中，通常比較容易受到粉煤材料特性，以及反應(yīng)空間條件等多個(gè)層面相關(guān)要素影響，進(jìn)而決定了粉煤氣化的反應(yīng)實(shí)施過(guò)程將會(huì)存在程度較為顯著的效率改變。現(xiàn)階段的清潔綠色化學(xué)工藝手段正在普遍應(yīng)用于化工生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其是涉及粉煤氣化的重要化學(xué)能源轉(zhuǎn)化反應(yīng)過(guò)程。因此，當(dāng)前階段的化工技術(shù)人員有必要深入探索粉煤氣化中的清潔綠色化工實(shí)踐完善路徑，促使形成更加良好的化工能源回收利用目標(biāo)。

首先是發(fā)展生物質(zhì)氣化技術(shù)。生物質(zhì)氣化技術(shù)作為潔凈有效的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)，在國(guó)家政策的指導(dǎo)下，取得了較大的進(jìn)展，開(kāi)展了許多示范項(xiàng)目，甚至朝著商業(yè)化和應(yīng)用的方向發(fā)展。生物質(zhì)原料由于含水較多，機(jī)械性能較差，需要經(jīng)過(guò)預(yù)處理變成成型燃料，方便輸送。然后聯(lián)合氣化等熱化學(xué)過(guò)程，獲得粗合成氣，除去硫等雜質(zhì)后，若合成氣熱值低則可以作為燃?xì)獍l(fā)電或者熱電聯(lián)產(chǎn)，若熱值高則可以作為化工原料合成甲醇等大宗化學(xué)品。相比于傳統(tǒng)的煤氣化技術(shù)而言，建立在生物化工技術(shù)支撐前提下的化工工程更加能夠達(dá)到優(yōu)良的企業(yè)生產(chǎn)效益，同時(shí)還能杜絕化工生產(chǎn)實(shí)施全過(guò)程中的生態(tài)污染隱患。研究生物質(zhì)的生產(chǎn)工藝及與粉煤氣化技術(shù)的匹配性，深化綠色能源氣化技術(shù)的發(fā)展。

其次是促進(jìn)實(shí)現(xiàn)清潔綠色生產(chǎn)的宗旨。清潔生產(chǎn)的綠色化工技術(shù)宗旨在于降低污染排放、減輕化學(xué)污染物的毒害性、嚴(yán)格控制有害化學(xué)物質(zhì)的處理技術(shù)過(guò)程等?；て髽I(yè)人員對(duì)于清潔生產(chǎn)的工藝實(shí)施方法必須要給予準(zhǔn)確地掌握，旨在全面支撐實(shí)現(xiàn)清潔化工生產(chǎn)的良好綜合效益。具體在粉煤氣化的技術(shù)領(lǐng)域中，化工企業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)致力于深入研發(fā)探索清潔生產(chǎn)的綠色化工技術(shù)，妥善處理并且循環(huán)回收利用粉煤氣化的物質(zhì)能源?；て髽I(yè)對(duì)于排放廢水應(yīng)當(dāng)給予妥善的過(guò)濾處理，嚴(yán)格禁止化工企業(yè)人員進(jìn)行隨意的傾倒化工排放廢水。

最后是循環(huán)利用可回收的粉煤轉(zhuǎn)化資源。企業(yè)技術(shù)人員目前應(yīng)當(dāng)側(cè)重于利用清潔環(huán)保的綠色工藝方法，通過(guò)展開(kāi)全方位的資源回收利用技術(shù)手段來(lái)降低化工原料的浪費(fèi)程度?；すこ痰奈镔|(zhì)資源表現(xiàn)為稀缺的特征，從而決定了化工工程的實(shí)踐資源必須得到更加充分的配置利用。化工企業(yè)人員應(yīng)當(dāng)著眼于開(kāi)發(fā)循環(huán)利用化學(xué)工業(yè)原料的設(shè)備系統(tǒng)，確保對(duì)循環(huán)利用可再生的化學(xué)工業(yè)原料提供必需的物質(zhì)設(shè)備條件。對(duì)于粉煤燃燒廢渣中的可再生物質(zhì)資源應(yīng)當(dāng)進(jìn)行必要的過(guò)濾回收，將其轉(zhuǎn)化成為可再生的化工企業(yè)原料[7]。

5.結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)分析可見(jiàn)，粉煤氣化作為化工生產(chǎn)技術(shù)中的重要組成部分，現(xiàn)階段的粉煤氣化工藝技術(shù)已經(jīng)被廣泛采用于化學(xué)材料的轉(zhuǎn)化反應(yīng)過(guò)程。從總體角度來(lái)講，粉煤氣化的具體影響要素存在較為復(fù)雜的多樣化特征，粉煤氣化的燃料轉(zhuǎn)化反應(yīng)效率主要決定于粉煤材料本身的燃燒特性因素，并且還決定于反應(yīng)裝置的壓力，以及溫度指標(biāo)變化。在此基礎(chǔ)上，合理優(yōu)化及創(chuàng)新改進(jìn)粉煤氣化的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案應(yīng)當(dāng)側(cè)重體現(xiàn)在全面回收氣化反應(yīng)的余熱能源，同時(shí)還必須致力于綠色化工的生產(chǎn)工藝改進(jìn)目標(biāo)，以期獲得充分的體現(xiàn)。