國(guó)內(nèi)應(yīng)用的幾種煤化工技術(shù)的分析比較

孟艷芳，關(guān)建鎖

(新疆國(guó)泰新華礦業(yè)股份有限公司， 新疆 昌吉 831100 )

國(guó)內(nèi)應(yīng)用的幾種煤化工技術(shù)的分析比較

孟艷芳，關(guān)建鎖

(新疆國(guó)泰新華礦業(yè)股份有限公司， 新疆 昌吉 831100 )

對(duì)國(guó)內(nèi)常見(jiàn)幾種比較先進(jìn)的粉煤氣化、水煤漿氣化技術(shù)從不同方面進(jìn)行分析比較，總結(jié)出選擇煤氣化技術(shù)應(yīng)考慮的因素。

Shell粉煤氣化； GE水煤漿氣化 ；天爐粉煤氣化； 清華爐水煤漿氣化

我國(guó)是煤炭大國(guó)，又是農(nóng)業(yè)大國(guó)，制造滿足農(nóng)業(yè)需求的氮肥及煤炭資源的高效利用推動(dòng)了我國(guó)煤氣化技術(shù)的發(fā)展。目前世界上大型煤氣化工藝大致有以下幾種：固定床或移動(dòng)床氣化技術(shù)、流化床技術(shù)技術(shù)、氣流床氣化技術(shù)。其中固定床氣化技術(shù)有魯奇氣化工藝和BGL氣化技術(shù)；流化床技術(shù)主要有U-Gas氣化技術(shù)、灰熔聚氣化技術(shù)；氣流床氣化分為水煤漿氣化技術(shù)和粉煤氣化技術(shù)，其中水煤漿氣化技術(shù)有GE水煤漿氣化、華東理工的多噴嘴氣化技術(shù)、水冷壁水煤漿氣化技術(shù)；粉煤氣化主要有Shell粉煤氣化技術(shù)、GSP氣化技術(shù)、航天爐氣化技術(shù)[1-2]。

但固定床氣化技術(shù)因其單爐生產(chǎn)能力小，生產(chǎn)環(huán)境惡劣，工藝復(fù)雜，污染嚴(yán)重，煤氣處理費(fèi)用高等特點(diǎn)已逐漸被放棄使用，相對(duì)而言氣流床氣化工藝在大型煤炭氣化工藝研究及開(kāi)發(fā)中處于優(yōu)勢(shì)地位，也是目前世界上煤氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。在國(guó)內(nèi)，應(yīng)用最多、技術(shù)比較先進(jìn)的的氣流床煤氣化技術(shù)主要有GE水煤漿氣化、水冷壁水煤漿氣化技術(shù)、Shell粉煤氣化技術(shù)、航天爐氣化技術(shù)，其中GE水煤漿氣化及Shell粉煤氣化技術(shù)屬于國(guó)外引進(jìn)技術(shù)，水冷壁水煤漿氣化技術(shù)及航天爐氣化技術(shù)屬于我國(guó)自主研發(fā)的、具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)[3]。

1 工藝技術(shù)介紹

1.1 粉煤氣化技術(shù)

1.1.1 Shell粉煤氣化技術(shù)工藝簡(jiǎn)介

Shell粉煤氣化技術(shù)是荷蘭謝爾公司多年開(kāi)發(fā)的一種先進(jìn)煤氣化技術(shù)，1993年在荷蘭建成日處理煤量為2000噸的單系列大型氣化裝置，用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工廠的商業(yè)運(yùn)營(yíng)。該種爐型原設(shè)計(jì)是用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的，國(guó)內(nèi)自2001年Shell和中石化在湖南岳陽(yáng)建立第一個(gè)合資煤氣化廠以來(lái)，已引進(jìn)19臺(tái)氣化爐裝置，其目標(biāo)產(chǎn)品有合成氨、甲醇。這種氣化爐采用水冷壁，無(wú)耐火磚襯里。采用廢熱鍋爐冷卻回收煤氣的顯熱，副產(chǎn)蒸汽，可以氣化高灰熔點(diǎn)的煤，但仍需在原料煤中添加石灰石作助熔劑。

Shell氣化爐操作壓力在2.0-4.2MPa，單爐最大投煤量3000t/d，國(guó)內(nèi)引進(jìn)的Shell氣化爐生產(chǎn)能力以單爐投煤量2000～2800 t/d為主，操作壓力4.2 MPa。其工藝路線為：來(lái)自備煤工程的干粉煤由N2或CO2攜帶輸送進(jìn)入氣化爐噴嘴，工藝氧與蒸汽也有噴嘴進(jìn)入，粉煤、氧及蒸汽在氣化爐內(nèi)高溫高壓條件下發(fā)生部分氧化反應(yīng)，氣化溫度為1300～1700℃。4個(gè)噴嘴位于爐子下部同一水平面上，沿圓周均勻布置。爐襯未膜式水冷壁和SiC保護(hù)層。煤氣攜帶部分煤灰沿氣化爐軸線向上運(yùn)動(dòng)，在接近爐頂處通入循環(huán)煤氣激冷，激冷煤氣量約占生成煤氣量的60～70%，煤氣降溫至900℃，熔渣凝固，出氣化爐，再進(jìn)入廢熱鍋爐熱量回收系統(tǒng)。

Shell氣化爐由承壓殼體、內(nèi)件及附屬設(shè)備構(gòu)成，是集動(dòng)、靜設(shè)備于一體，集燃燒、反應(yīng)、換熱、激冷等工藝于一身的復(fù)合設(shè)備，且出氣化爐的氣體帶有大量灰，需要設(shè)置高效灰捕集設(shè)備。

1.1.2 HT-L航天爐粉煤氣化技術(shù)工藝簡(jiǎn)介

HT-L煤氣化工藝是航天十一所在借鑒荷蘭SHELL、德國(guó)GSP、美國(guó)TEXACO煤氣化工藝中先進(jìn)設(shè)計(jì)理念的基礎(chǔ)上，配置自己研發(fā)的盤管式水冷壁氣化爐而形成的一套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、有效實(shí)用的氣流床煤氣化工藝。由北京航天萬(wàn)源煤化工工程技術(shù)有限公司自主開(kāi)發(fā)、具有獨(dú)特創(chuàng)新的新型粉煤加壓氣化技術(shù)。該技術(shù)煤種適應(yīng)性強(qiáng)，2008年該技術(shù)在河南濮陽(yáng)完成了1000t/d氣化爐工業(yè)示范裝置的測(cè)試。

工藝路線為：經(jīng)磨煤系統(tǒng)制備合格的粉煤經(jīng)加壓輸送系統(tǒng)(惰性氣體氮?dú)饣蚨趸?由3條管線輸送至氣化爐，與高壓氧氣、過(guò)熱蒸汽在高溫高壓下進(jìn)行部分氧化反應(yīng)。設(shè)計(jì)氣化溫度1400～1600℃，氣化壓力4.0MPa。生成的粗煤氣、飛灰和熔渣一起在氣化爐下部的激冷室被激冷，熔渣迅速固化，與粗煤氣分離。同時(shí)，煤氣被蒸發(fā)的水蒸汽飽和后出氣化爐，經(jīng)文丘里洗滌器和洗滌塔洗滌后、潤(rùn)濕后去變換單元。

1.2 水煤漿氣化技術(shù)

水煤漿進(jìn)料與干粉進(jìn)料比較，簡(jiǎn)化了干粉煤給料及加壓煤倉(cāng)加料的問(wèn)題，具有安全并容易控制的特點(diǎn)，取消了氣化前的干燥，節(jié)約了能量。而且采用半封閉供煤、濕法磨煤以及氣流床氣化，全過(guò)程污染輕微，無(wú)焦油等污染物，是一種先進(jìn)、可靠的氣化工藝。

1.2 1GE水煤漿氣化技術(shù)工藝簡(jiǎn)介

水煤漿氣化技術(shù)是美國(guó)德士古(Texaco)公司根據(jù)油氣化技術(shù)的思路開(kāi)發(fā)出來(lái)的。它是在煤中加入添加劑、助熔劑和水，磨成水煤漿，加壓后噴入氣化爐，與純氧進(jìn)行燃燒和部分氧化反應(yīng)。氣化溫度1300～1450℃，氣化爐無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件對(duì)于生產(chǎn)合成氣的氣化爐，大多采用激冷流程。

其工藝路線為：原料煤、水、添加劑等物料經(jīng)磨煤機(jī)研磨制成一定濃度的水煤漿后與高壓氧一起經(jīng)過(guò)工藝燒嘴噴入氣化爐內(nèi)，發(fā)生部分氧化還原反應(yīng)。生成的粗煤氣及熔渣通過(guò)向下進(jìn)入下部的激冷室，熔渣固化，氣固分離，激冷后的合成氣由氣化爐激冷室合成氣出口排出，經(jīng)文丘里洗滌器、洗滌塔除塵后送變換工序。

1.2．2 清華爐水冷壁水煤漿氣化技術(shù)工藝簡(jiǎn)介

水煤漿水冷壁清華爐(即第二代清華爐)氣化工藝是清華大學(xué)、北京盈德清大科技有限公司和山西陽(yáng)煤豐喜肥業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司合作開(kāi)發(fā)的工藝技術(shù)，該技術(shù)2011年8月22日在山西陽(yáng)煤豐喜肥業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司一次開(kāi)車成功，并穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行140天。2012年9月3日，該技術(shù)在北京通過(guò)了由中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的科技成果專家鑒定。第二代清華爐一舉打破了國(guó)際煤氣化技術(shù)的傳統(tǒng)模式--水煤漿與耐火磚、水冷壁與干煤粉的兩種技術(shù)組合，開(kāi)創(chuàng)了新的煤氣化技術(shù)路徑，并成功打造出世界水煤漿水冷壁氣化技術(shù)“第一爐”。

第二代清華爐氣化技術(shù)具有水煤漿氣化技術(shù)的全部?jī)?yōu)勢(shì)，克服了水煤漿耐火磚氣化技術(shù)的兩個(gè)缺憾：煤種適應(yīng)窄，難于處理高灰熔點(diǎn)煤；單爐年運(yùn)轉(zhuǎn)率低，為達(dá)到裝置8000h運(yùn)轉(zhuǎn)要求，必須配置備用爐。

第二代清華爐氣化技術(shù)具有水冷壁氣化技術(shù)的全部?jī)?yōu)勢(shì)，克服了干粉水冷壁爐的兩個(gè)缺憾：干煤粉制備、干燥過(guò)程的高能耗和危險(xiǎn)性；氣化系統(tǒng)壓力難于提高，一般只能達(dá)到4.0MPa。

2 四種煤氣化工藝技術(shù)的比較

四種煤氣化工藝技術(shù)的比較見(jiàn)表1。

表1 四種煤氣化工藝技術(shù)

表1(續(xù))

3 煤氣化技術(shù)的比較與選擇

到目前為止，所有的煤氣化技術(shù)均不是萬(wàn)能的，都有其各自獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和不足。所以在工藝技術(shù)選擇上必須慎重考慮，做好調(diào)研，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行權(quán)衡：

(1)煤種適應(yīng)性。各種煤氣化技術(shù)對(duì)原料煤質(zhì)都有一定的要求，沒(méi)有哪一種氣化技術(shù)能對(duì)所有煤種都是最好的，因而，要根據(jù)具體項(xiàng)目建設(shè)的原料煤條件，選擇適宜的煤氣化技術(shù)。

(2)產(chǎn)品要求。不同的產(chǎn)品對(duì)煤氣化有不同的要求，如煤制氣用于合成氨，若粗煤氣中的氮成分就屬于有用成分，那么粉煤氣化就占有一定的優(yōu)勢(shì)；如煤制氣用于合成甲醇、二甲醚、制油，那么氮是惰性組分，粉煤氣化的有效氣體含量高的優(yōu)勢(shì)會(huì)相應(yīng)削弱。

(3)技術(shù)指標(biāo)。包括有效氣含量、氧耗、動(dòng)力消耗與熱效率等項(xiàng)指標(biāo)。

(4)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。投資與運(yùn)行成本。包括前期的投資、建設(shè)周期長(zhǎng)短、投產(chǎn)后“三廢”的治理難度與運(yùn)行后的維護(hù)成本等。

(5)國(guó)產(chǎn)化水平。不僅影響到投資費(fèi)用，還影響到項(xiàng)目建設(shè)的進(jìn)度，應(yīng)選擇國(guó)產(chǎn)化程度高且運(yùn)行穩(wěn)定、可靠的技術(shù)。

總之，在煤氣化工藝選型時(shí)，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際特性，擇優(yōu)選用節(jié)能、環(huán)保、安全、投資省、成本低、效率高的潔凈煤氣化技術(shù)，與國(guó)家相關(guān)政策接軌，符合節(jié)能、環(huán)保要求。

[1] 唐宏青. Shell煤氣化工藝的評(píng)述和改進(jìn)意見(jiàn)[J].煤化工， 2005, 33(06):9-14.

[2] 章榮林. 對(duì)水煤漿加壓氣化工藝技術(shù)的評(píng)述[J].氮肥與甲醇，2006(6)：1-3.

[3] 孫永才，任 山，徐 強(qiáng). 航天爐粉煤氣化裝置試車總結(jié)[J].中氮肥，2010(4):22-23.

(本文文獻(xiàn)格式：孟艷芳 ，關(guān)建鎖.國(guó)內(nèi)應(yīng)用的幾種煤化工技術(shù)的分析比較[J].山東化工，2016，45(04)：88-89，92.)

浙江豐利超微粉碎設(shè)備進(jìn)軍俄羅斯

日前，國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)浙江豐利粉碎設(shè)備有限公司生產(chǎn)的一套QWJ氣流式渦旋微粉機(jī)，經(jīng)專程前來(lái)公司的俄羅斯客商現(xiàn)場(chǎng)試機(jī)、驗(yàn)收合格，發(fā)往俄羅斯。這是豐利公司繼CWM-80型超級(jí)渦流磨銷往俄羅斯的又一種超微粉碎設(shè)備受到俄羅斯客商的青睞,設(shè)備將用于蔬菜、干果、可可殼等食品的超微粉碎深加工。超細(xì)粉碎是近年來(lái)隨著材料工業(yè)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的一門新技術(shù)，目前已在食品行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

作為高檔超微粉碎設(shè)備的首創(chuàng)者，浙江豐利研制成功的國(guó)家專利產(chǎn)品氣流式渦輪微粉機(jī)，集粉碎與氣流分級(jí)雙重功能于一體，粉碎效率高，可自由調(diào)節(jié)產(chǎn)品粒度，分級(jí)效果理想，進(jìn)料量均勻且可調(diào)節(jié)，散熱性能好，適合加工多種物料，對(duì)熱敏性和纖維性物料均能勝任，產(chǎn)品粒度均勻，能粉碎到微米級(jí)和亞微米級(jí)粒度，是當(dāng)前性能好、效率高的節(jié)能理想微粉生產(chǎn)設(shè)備。標(biāo)志著我國(guó)粉碎工業(yè)取得突破性進(jìn)展的CWM-80型超級(jí)渦流磨系國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品、國(guó)家火炬項(xiàng)目，該機(jī)擁有世界上最先進(jìn)的機(jī)理--超聲波粉碎和噴射功能，能產(chǎn)生高頻振動(dòng)，連續(xù)工作，具有同時(shí)進(jìn)行干燥和粉碎的雙重功能。不但粉碎率高，粉體粒度細(xì)，能耗小、噪聲低，還能自動(dòng)調(diào)節(jié)細(xì)度。尤其對(duì)特殊物料和熱敏性物料的粉碎，能加工一般微粉機(jī)難以粉碎的韌性、纖維性、熱敏性和含水較高的潮濕物料的超細(xì)粉碎。

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2015-11-02

孟艷芳(1981—)，女，山西大同人，工程師，主要從事煤化工安全研究。

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1008-021X(2016)04-0088-02