煤氣化技術論文(2)
煤氣化技術論文
煤氣化技術論文篇二
煤氣化技術的分類與選擇
【摘 要】煤氣化是指以煤炭為原料，在高溫條件下與氧氣、空氣、水蒸氣等發生不完全燃燒反應生成可燃氣，可燃氣可作為城市煤氣、工業燃料氣和化工原料氣等。煤氣化技術主要分為固定床、流化床和氣流床，各種煤氣化技術在煤種、煤氣用途和環保方面都各有特點，通過這些特點可以方便地選擇適宜的煤氣化技術。
【關鍵詞】煤氣化 分類 特點 選擇
一、前言
中國是世界上煤炭資源最豐富的國家之一，煤炭儲量遠遠大于石油和天然氣的儲量，隨著近年來我國原油進口量的逐年增加，為保障國家能源安全，加緊煤炭資源的開發利用已經是大勢所趨。煤氣化是煤炭資源利用的一種基本方法，是指以煤炭為原料，在高溫條件下與氧氣、空氣、水蒸氣等發生不完全燃燒反應生成可燃氣，可燃氣可作為城市煤氣、工業燃料氣和化工原料氣等[1]。
二、煤氣化技術的分類
煤氣化技術種類繁多，按照氣化爐的類型可分為固定床氣化、流化床氣化、氣流床氣化三種[2]：固定床氣化技術是起源最早的煤氣化技術，塊狀煤從上部落入氣化爐并形成固定床層，空氣和水蒸氣等氣化劑從底部通入并穿過床層，塊煤保持固定狀態并逐漸燃燒，剩余灰渣在床層中逐漸下移并在氣化爐底部排出，目前較為流行的固定床氣化技術有常壓固定床氣化(UGI)、魯奇(Lurgi)爐加壓氣化等;流化床技術選用碎煤為原料，通過氮氣和蒸汽吹送進入氣化爐，氧氣或富氧空氣從爐體底部高速通入爐內，并使碎煤在爐體內部呈流化狀高速湍動，同時發生劇烈氣化反應，爐內火焰中心溫度約為1200℃，灰渣在高溫作用下開始熔融并積聚成球，灰渣球重量逐漸變大最終通過爐底部排出，較成熟的流化床技術有U-GAS氣化、灰融聚氣化等;氣流床技術以粉煤或水煤漿為原料，氣化原料與氣化劑一起通過噴嘴進入氣化爐，氣化劑與煤粉或水煤漿高速噴出并充分混合，在氣化爐內發生火焰型非催化部分氧化反應，爐內火焰中心溫度約為2000℃，灰渣完全融化并在爐底排出，應用較為廣泛的主要是Shell氣化，GSP氣化。
三、各煤氣化技術的特點
(一)煤氣化技術對原料煤的要求
由于煤炭在氣化爐中的狀態不同，各煤氣化技術對原料煤有不同的要求[3]：固定床中的原料煤在床層中的相對位置保持不變，停留時間很長，因此要求原料煤符合以下要求：必須是塊煤，有較大粒徑，保證原料煤在氣化劑作用下依然可以形成穩定床層，并且床層有良好的透氣性;原料煤有較好的機械強度和熱穩定性，在運輸、添加、燃燒過程中依然可以保持較大粒徑;有較高的灰熔點，可以在灰渣不熔化的情況下盡量提高爐內溫度，增大氣化爐的處理能力;有較低的黏結性，避免在固定床層內產生膠質結焦，破壞床層的透氣性。能夠較好滿足要求的煤種有：褐煤、焦炭、無煙煤、不黏煤等。流化床中原料煤以碎煤狀態進入氣化爐并呈流化狀高速湍動，停留時間極短，要求原料煤符合以下要求：有較高的灰熔點，在灰渣不熔化的情況下盡量提高爐內溫度，增大氣化爐的處理能力;有較低的黏結性，避免大量未完全燃燒的碎煤在流化床中黏結并從爐底排出;反應活性好，可以在極短的停留時間內盡量發生反應。能夠較好滿足要求的煤種有：褐煤，不黏煤、無煙煤等。氣流床中原料煤以粉煤或水煤漿狀態進入氣化爐，停留時間極短，要求原料煤符合以下要求：水煤漿進料要求煤的成漿性好，灰分低，粉煤進料要求煤炭中水分含量低，避免在粉煤輸送過程中發生堵塞;灰熔點盡量低于1300℃，以保證液態排渣操作正常;符合要求的煤種有長焰煤、不黏煤、氣煤等。
(二)煤氣質量與用途
固定床氣化技術中常壓固定床氣化生產能力小，所產煤氣中有效成分(H2、CO)含量很低，但其技術成熟，投資成本較，作為燃料廣泛應用于機械加工、煉焦、陶瓷、化工等領域，采用常壓固定床水煤氣爐所產煤氣中有效成分的含量有較大提高，可用作中小化肥廠生產合成氨的原料氣;魯奇爐加壓氣化技術生產能力大，煤氣中有效組含量大，可廣泛用來為大中型化肥廠和煤化工廠提供原料氣;目前流化床氣化技術操作壓力較小，因此生產能力較小，但是在采用富氧空氣或氧氣作為氣化劑時所產煤氣有效組分含量較高，廣泛用作中小化肥廠生產合成氨的原料氣，也可以作為燃料氣用于機械加工、煉焦、陶瓷、化工等領域;氣流床技術要求高，并且投資大，但是操作溫度和壓力均較大，生產能力較大，且煤氣中有效成分較高，廣泛應用于大中型化肥、煤化工、煤制油、煤制天然氣或IGCC發電等。
(三)各煤氣化技術的環保問題
目前環保問題日益受到政府和社會各界的重視，因此環保是影響煤氣化技術應用的一個重要因素，各種煤氣化技術對周邊環境的影響各不相同：固定床氣化爐溫度較低，不足以將煤炭中含有的大量酚類、焦油等有毒污染物燃燒分解，大量有毒物質在洗滌煤氣的循環水中富集，并揮發到大氣中，嚴重污染周邊大氣和水資源，因此必須配套相應的環保設施才能啟動固定床煤氣化項目[1];流化床爐內溫度較高，煤炭中含有的大量有毒物質被燃燒分解，但是裝置內破碎裝置粉塵較多，需要專門設置除塵設備，此外粗煤氣中的CO部分溶解到洗滌煤氣的循環水中并最終揮發到大氣中，導致裝置周邊CO可能超標;氣流床和流化床類似，主要面對破碎裝置中的粉塵污染和裝置周邊CO超標。
四、煤氣化技術的選擇
任何煤氣化技術都不是萬能的，應充分考慮當地的煤種、煤氣用途和環保要求等多方面的因素選擇煤氣化技術。以東北地區某機械廠新建煤氣化裝置生產燃料氣為例;機械廠周邊地區主要供應低黏度褐煤，由于目前采煤自動化程度較高，主要以碎煤供應為主;機械廠燃料氣用量較小，熱值要求較低，一般低于1500kcal/ Nm3;機械廠原有環保裝置處理量較小，應盡量減少煤氣化裝置污染物排放量，避免配套單獨的環保裝置增大投資。因此，選用以富氧空氣或氧氣為氣化劑的流化床煤氣化技術是比較適宜的選擇。
參考文獻：
[1]陳啟文： 煤化工工藝 化學工業出版社，2009，124-124.
[2]唐宏青： 現代煤化工新技術 化學工業出版社 2009，42-42.
[3]徐振剛 曲思建： 煤化工技術理論與實踐 中國石化出版社 2009， 127-128
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