煤气化技术论文(2)
煤气化技术论文篇二
煤气化技术的分类与选择
【摘 要】煤气化是指以煤炭为原料，在高温条件下与氧气、空气、水蒸气等发生不完全燃烧反应生成可燃气，可燃气可作为城市煤气、工业燃料气和化工原料气等。煤气化技术主要分为固定床、流化床和气流床，各种煤气化技术在煤种、煤气用途和环保方面都各有特点，通过这些特点可以方便地选择适宜的煤气化技术。
【关键词】煤气化 分类 特点 选择
一、前言
中国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一，煤炭储量远远大于石油和天然气的储量，随着近年来我国原油进口量的逐年增加，为保障国家能源安全，加紧煤炭资源的开发利用已经是大势所趋。煤气化是煤炭资源利用的一种基本方法，是指以煤炭为原料，在高温条件下与氧气、空气、水蒸气等发生不完全燃烧反应生成可燃气，可燃气可作为城市煤气、工业燃料气和化工原料气等[1]。
二、煤气化技术的分类
煤气化技术种类繁多，按照气化炉的类型可分为固定床气化、流化床气化、气流床气化三种[2]：固定床气化技术是起源最早的煤气化技术，块状煤从上部落入气化炉并形成固定床层，空气和水蒸气等气化剂从底部通入并穿过床层，块煤保持固定状态并逐渐燃烧，剩余灰渣在床层中逐渐下移并在气化炉底部排出，目前较为流行的固定床气化技术有常压固定床气化(UGI)、鲁奇(Lurgi)炉加压气化等;流化床技术选用碎煤为原料，通过氮气和蒸汽吹送进入气化炉，氧气或富氧空气从炉体底部高速通入炉内，并使碎煤在炉体内部呈流化状高速湍动，同时发生剧烈气化反应，炉内火焰中心温度约为1200℃，灰渣在高温作用下开始熔融并积聚成球，灰渣球重量逐渐变大最终通过炉底部排出，较成熟的流化床技术有U-GAS气化、灰融聚气化等;气流床技术以粉煤或水煤浆为原料，气化原料与气化剂一起通过喷嘴进入气化炉，气化剂与煤粉或水煤浆高速喷出并充分混合，在气化炉内发生火焰型非催化部分氧化反应，炉内火焰中心温度约为2000℃，灰渣完全融化并在炉底排出，应用较为广泛的主要是Shell气化，GSP气化。
三、各煤气化技术的特点
(一)煤气化技术对原料煤的要求
由于煤炭在气化炉中的状态不同，各煤气化技术对原料煤有不同的要求[3]：固定床中的原料煤在床层中的相对位置保持不变，停留时间很长，因此要求原料煤符合以下要求：必须是块煤，有较大粒径，保证原料煤在气化剂作用下依然可以形成稳定床层，并且床层有良好的透气性;原料煤有较好的机械强度和热稳定性，在运输、添加、燃烧过程中依然可以保持较大粒径;有较高的灰熔点，可以在灰渣不熔化的情况下尽量提高炉内温度，增大气化炉的处理能力;有较低的黏结性，避免在固定床层内产生胶质结焦，破坏床层的透气性。能够较好满足要求的煤种有：褐煤、焦炭、无烟煤、不黏煤等。流化床中原料煤以碎煤状态进入气化炉并呈流化状高速湍动，停留时间极短，要求原料煤符合以下要求：有较高的灰熔点，在灰渣不熔化的情况下尽量提高炉内温度，增大气化炉的处理能力;有较低的黏结性，避免大量未完全燃烧的碎煤在流化床中黏结并从炉底排出;反应活性好，可以在极短的停留时间内尽量发生反应。能够较好满足要求的煤种有：褐煤，不黏煤、无烟煤等。气流床中原料煤以粉煤或水煤浆状态进入气化炉，停留时间极短，要求原料煤符合以下要求：水煤浆进料要求煤的成浆性好，灰分低，粉煤进料要求煤炭中水分含量低，避免在粉煤输送过程中发生堵塞;灰熔点尽量低于1300℃，以保证液态排渣操作正常;符合要求的煤种有长焰煤、不黏煤、气煤等。
(二)煤气质量与用途
固定床气化技术中常压固定床气化生产能力小，所产煤气中有效成分(H2、CO)含量很低，但其技术成熟，投资成本较，作为燃料广泛应用于机械加工、炼焦、陶瓷、化工等领域，采用常压固定床水煤气炉所产煤气中有效成分的含量有较大提高，可用作中小化肥厂生产合成氨的原料气;鲁奇炉加压气化技术生产能力大，煤气中有效组含量大，可广泛用来为大中型化肥厂和煤化工厂提供原料气;目前流化床气化技术操作压力较小，因此生产能力较小，但是在采用富氧空气或氧气作为气化剂时所产煤气有效组分含量较高，广泛用作中小化肥厂生产合成氨的原料气，也可以作为燃料气用于机械加工、炼焦、陶瓷、化工等领域;气流床技术要求高，并且投资大，但是操作温度和压力均较大，生产能力较大，且煤气中有效成分较高，广泛应用于大中型化肥、煤化工、煤制油、煤制天然气或IGCC发电等。
(三)各煤气化技术的环保问题
目前环保问题日益受到政府和社会各界的重视，因此环保是影响煤气化技术应用的一个重要因素，各种煤气化技术对周边环境的影响各不相同：固定床气化炉温度较低，不足以将煤炭中含有的大量酚类、焦油等有毒污染物燃烧分解，大量有毒物质在洗涤煤气的循环水中富集，并挥发到大气中，严重污染周边大气和水资源，因此必须配套相应的环保设施才能启动固定床煤气化项目[1];流化床炉内温度较高，煤炭中含有的大量有毒物质被燃烧分解，但是装置内破碎装置粉尘较多，需要专门设置除尘设备，此外粗煤气中的CO部分溶解到洗涤煤气的循环水中并最终挥发到大气中，导致装置周边CO可能超标;气流床和流化床类似，主要面对破碎装置中的粉尘污染和装置周边CO超标。
四、煤气化技术的选择
任何煤气化技术都不是万能的，应充分考虑当地的煤种、煤气用途和环保要求等多方面的因素选择煤气化技术。以东北地区某机械厂新建煤气化装置生产燃料气为例;机械厂周边地区主要供应低黏度褐煤，由于目前采煤自动化程度较高，主要以碎煤供应为主;机械厂燃料气用量较小，热值要求较低，一般低于1500kcal/ Nm3;机械厂原有环保装置处理量较小，应尽量减少煤气化装置污染物排放量，避免配套单独的环保装置增大投资。因此，选用以富氧空气或氧气为气化剂的流化床煤气化技术是比较适宜的选择。
参考文献：
[1]陈启文： 煤化工工艺 化学工业出版社，2009，124-124.
[2]唐宏青： 现代煤化工新技术 化学工业出版社 2009，42-42.
[3]徐振刚 曲思建： 煤化工技术理论与实践 中国石化出版社 2009， 127-128
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