不同粉质对煤气化处理的影响分析
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作者:陈红伟
摘 要：供给侧改革以来，我国积极推进煤气化产业的发展，然而煤气化技术相对滞后，成为影响绿色能源发展的关键。粉质煤气化由于其能耗低，碳转化率较高，因而适于推广。本次针对不同粉质的煤气化技术进行研究，首先对煤气化反应机理与技术发展现状进行分析，并对流化床粉煤气化技术、气流床粉煤气化技术进行分析，以此为我国煤气化技术优化提供参考依据。
关键词：煤气化 流化床粉煤气化技术 气流床粉煤气化技术
供给侧改革进一步加强产业结构调整，淘汰落后产能，加快新能源发展。我国是煤炭大国，煤炭储量位于全球前三，而煤炭能源带来的环境污染也备受关注。全球现代煤化工产业的快速发展，改变传统煤炭利用方式，通过煤气化实现煤炭的便捷、高效的利用。煤气化作为现代煤炭化工产业的关键技术，无论是以甲醇、合成氨等生产为主的煤化工，还是油品生产的煤液化，都应将选择适宜的煤气化技术作为核心技术。供给侧改革以来，我国积极推进煤气化产业的发展，然而煤气化技术相对滞后，成为影响绿色能源发展的关键。因而，优化煤气化技术，成为加速我国经济持续、绿色、稳步发展的保障，也为我国加速“生态文明”建设，构建“美丽中国”的愿景发挥重要作用。
1 煤气化技术概述
1.1 煤气化反应机理
煤气化技术是标准的温度与压力条件下，使煤有机质与气化剂（空气、蒸汽等）产生化学反应，使固体煤转化为粗合成气，并衍生出焦油、蒸汽等副产品的流程。煤气化过程较为复杂，分为煤解热反应、燃烧反应、水汽反应等。按照气化条件差异，其反应水平也存在差异。煤气化流程主要有四个关键环节：（1）煤热裂解，当煤处于350℃～800℃的温度下，会产生急速的裂解过程，同时释放大量的水、一氧化碳、焦油等，热裂解的速度与压力、温度等因素相关;（2）不完全氧化燃烧，消耗氧而生成热量，并服务于气化反应，产生一氧化碳和二氧化碳;（3）炭气化，为吸热反应，使炭与二氧化碳、水生成合成气;（4）通过助溶剂调节，生成的炉渣粘度。整个炭气化过程成为煤气化中的关键环节，煤气化的反应速度与碳转化水平都与炭气化相关。由于炭的传热与传质需要高孔隙率，同时可以提升炭转化水平，加速炭的气化。
1.2 煤气化技术发展
我国煤气化技术引入时间较短，在20世纪30年代中期南京与大连等城市开始使用UCI炉制造合成氨，直至20世纪50年代逐步使用无烟煤作为燃料。现阶段，我国还有很多合成甲醇与氨企业都将无烟煤、煤炭作为燃料，并用UGI炉制造合成气，初期煤气化技术的推进是通过“引进”为主，并通过消化吸收进行优化。直至60年代，我国开始研发K-T式粉煤的气化，其实年代逐渐形成K-T式粉煤的气化设备，气化炉每台产能高达4800m3/h，然而该技术由炭转化水平低，易腐蚀，排渣困难等问题，没有被广泛应用。我国1978年的第一届全国科学会议中，首次提出新型煤气化炉或者新型煤气化的研究。并先后进行 Lurgi 炉试验，水煤加浆气化等技术。在第十个五年计划阶段，国家加大对多喷嘴水煤浆加气技术与二段式干粉没加压技术的研发，这几项技术在我国已经被广泛使用。
2 不同粉质煤气化处理工艺影响分析
煤气化工艺与原材料的形态有密切相关性，原材料形态主要划分为：煤块气化、水煤气化与粉煤气化。相比之下煤块气化的气化效率低，原材料要求高;而水煤气化，对煤种标准较高，都不宜推广。而粉煤气化对煤种没有特殊要求，能耗低，碳转化率较高，因而适于推广。本次针对不同粉质的煤气化技术进行研究，为我国煤气化技术优化提供参考依据。
2.1 流化床粉煤气化技术影响分析
（1）恩德流化床粉煤气化技术。朝鲜德恩“七七”公司基于温克勒煤气化技术恩德流化床粉煤气技术优化改造而创建恩德流化床粉煤气化技术。我国抚顺恩德机械在朝鲜恩德流化床粉技术上，考量我国实际情况对该技术进行优化与改进，继而形成我国具有自创的新型恩德流化床粉煤气化技术。这项技术主要是通过备煤系统进行煤粉的输送，通过皮带传送到下料口，煤粉由于自身重力，在下落到氮气保护的煤仓。经过螺旋供应煤粉设备，把煤粉传送至气化炉下方的锥体分布。通过离心风机引入空气与氧气，并加压到0.04MPa ，通过与蒸汽的融合，成为气化与流化制剂，并通过上层与下层喷口引入汽化炉，最终煤粉在炉内气化。
（2）灰熔聚流化床粉煤气化技术。基于经典流化床工艺研发的灰熔聚流化床技术，该技术的优点在于在气化炉下部安装中心环管与射流管，构建床层的射流部分，以此得以对灰进行选择性分解。灰熔聚气化具有加强的耐高温性，适于高温操作，同时对原材料煤种要求范围扩大，可以为无烟煤与烟煤，主要应用于合成气、燃料气以及循环发电等方面。
2.2 气流床粉煤气化技术影响分析
20世纪50年代气流床粉技术逐步兴起，成为新型煤气化技术，其反应机理是通过惰性气体同煤炭材料和气化剂，经过入口喷流进气化炉，使原材料、惰性气体与气化剂三者融合，燃烧后产生反应。我国气流床粉煤气化技术主要包括SE-东方炉技术、航天粉煤加压气化技术等。
（1）SE-东方炉技术。SE-东方炉技术是由我国华东理工大学自主研发的煤气化技术，并结合中石化技术研究院的科研成果进行转化，实现技术的升级。SE-东方炉技术的反应原理是煤炭材料通过干燥研磨，并符合气化入炉标准后，输送至粉煤仓。粉煤基于自身重力作用，下落至煤锁斗，最终通过氮气、二氧化碳对其进行加压处理输送到料罐。粉煤气化过程经过入料—加压—出料—泄压的循环工艺进行操作，以此完成粉煤从低压到高压输送的过程。高压系统中二氧化碳、粉煤和纯氧与网管的压力共同喷流入气化炉，在气化炉内反应压力到4.0MPa，温度1600℃完成气化反应，产生粗合成气。温度在1400℃～1550℃条件下气状物与灰渣同时向下滑落，通过激冷水，而后由激冷管导入激冷仓进行快速降温。粗合成气通过分布器实现多层横向激冷清洗，激冷处理后合成气排出，进入混合器，粗合成气与水分混合而送入分离器进行气液固的分化，气态中较多灰粉排入液相，并通過分离器进入水洗塔，而后粗合成气与政法热水塔的热循环与其他工序的冷凝液接触，实现传热与传质，清洗排除气体中的固态颗粒。气化炉尾部灰渣预冷而下降至激冷室尾部送至渣放料罐，并经渣放料罐对其加压→排料→泄压→排出的循环流程将灰渣送出系统。
（2）航天粉煤加压气化技术。航天炉气化技术又称 HT-L粉煤气化技术，由中国航天科技集团下属北京航天石化技术装备工程公司开发。HT-L具有对煤种要求低，热效率高、碳转化率高，气化炉为水冷壁结构，最高承受 1700℃的高温等有点。此外，中国拥有完全自主知识产权，关键设备已经全部国产化，投资少，生产成本低。HT-L技术于2009年通过由石化联合会组织的科技鉴定，达到国际领先水平，可广泛应用于化工、电力等行业。目前HT-L已被多家大型煤化工企业采用。
3 结语
现代煤化工产业中煤气化已成为关键性技术，并随着我国煤化工业快速发展，煤气化技术的发展需要高效率、环境好的大型企业，而煤气化技术需要进一步考量其环保性、适用性、操作可行性。在未来煤炭清洁高效转化将成为改善我国能源不足问题的关键，因而加速煤化工技术的研发具有重要价值。
参考文献
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