劉 斌

（烏蘭集團(tuán)圣華新藥業(yè)，內(nèi)蒙古興安盟 137400）

因為傳統(tǒng)的煤炭應(yīng)用方式成本高、污染嚴(yán)重，所以現(xiàn)代煤化工項目都開始使用煤氣化技術(shù)，該項技術(shù)可使固體煤炭氣化，生成煤氣，再將煤氣輸送給用戶，氣體在用戶端會被充分利用，煤炭的資源利用率大幅提升，同時充分的利用率可以避免污染產(chǎn)生，可見煤氣化技術(shù)具有較高應(yīng)用價值，值得推廣。但現(xiàn)實情況來看，我國煤氣化技術(shù)的推廣情況并不樂觀，如2017年電力、重工業(yè)、建筑、化工等煤炭資源的“大戶”行業(yè)中，僅有3%使用了煤氣化技術(shù)，其余依舊使用傳統(tǒng)方式，在這種情況下就有必要展開相關(guān)研究，主要介紹煤氣化技術(shù)的功效性、具體運用方式，旨在大范圍推廣煤氣化技術(shù)。

1 煤氣化技術(shù)的基本原理與常見形式

1.1 基本原理

煤氣化技術(shù)是一種先對煤炭進(jìn)行特殊處理，隨即將煤炭送入反應(yīng)器內(nèi)，借助反應(yīng)器內(nèi)的溫度與壓力，配合氧化劑用一定的流動方式讓固體的煤炭轉(zhuǎn)化為氣體，可得粗制水煤氣，再對粗制水煤氣進(jìn)行脫硫脫碳處理，可得精制一氧化碳?xì)?，精制一氧化碳?xì)饩褪敲簹?。這整個過程被稱為煤干餾過程，其中主要原理為：①特殊處理過的煤炭在100℃以上的高溫環(huán)境下受熱，隨即內(nèi)部水分向外蒸發(fā)；②當(dāng)環(huán)境溫度提升到200℃以上時，煤炭中結(jié)合水釋出。煤炭開始朝黏結(jié)性煤方向發(fā)展；③當(dāng)問題超過350℃時，黏結(jié)性煤朝軟化方向發(fā)展，進(jìn)一步成為黏稠膠質(zhì)體；④當(dāng)溫度處于400～500℃時，黏稠膠質(zhì)體煤炭內(nèi)的煤氣與焦油會被大量析出，同時該狀態(tài)下煤炭會開始熱分解；⑤在溫度處于450～550℃區(qū)間時，熱分解作用會使得煤炭的殘留物變稠，然后固化呈半焦?fàn)?；⑥?dāng)溫度超過550℃，半焦?fàn)蠲禾繗埩粑飳⒗^續(xù)分解，產(chǎn)生大量揮發(fā)性氣體，氣體的主要成分為氫氣，同時半焦?fàn)蠲禾繗埩粑飼粩嗍湛s，表面有明顯裂紋；⑦當(dāng)溫度超過800℃時，半焦?fàn)蠲禾繗埩粑飳⒖s小為多孔焦炭，表面有一定硬度。經(jīng)過以上7個步驟，煤炭就會轉(zhuǎn)化為氣體，剩余固體物質(zhì)為煤炭氣化副產(chǎn)品，具有一定的利用價值，而在這個過程中煤炭轉(zhuǎn)化出來的氣體主要成分為氫氣、甲烷，因此可以作為燃料使用，這就是煤氣化技術(shù)的基本原理。

1.2 常見形式

圍繞煤氣化技術(shù)的基本原理，研究界通過不斷的研發(fā)提出了很多煤氣化技術(shù)形式，并且在這些技術(shù)形式的優(yōu)勝劣汰之下，精選出了幾種功效可觀、無可替代的技術(shù)形式，其中最為常見的有固定床氣化、流化床氣化、氣流床氣化。

1.2.1 固定床氣化

固定床氣化是最早的煤氣化技術(shù)形式，又可以分為Lurgi氣化技術(shù)、BGL氣化技術(shù)兩類，該項技術(shù)主要以煤塊為原料，通過加壓純氧方式進(jìn)行連續(xù)氣化，其技術(shù)特點在于加壓氣化方式使得煤氣生產(chǎn)能力大幅增高，且耗氧量降低。該項技術(shù)因為研發(fā)時間比較早，所以存在很多缺陷，諸如該項技術(shù)生產(chǎn)出的煤氣質(zhì)量較低，同時只能用不黏塊煤塊作為原料，使得煤氣生產(chǎn)成本增高，在商業(yè)價值上比較低。固定床氣化的兩項技術(shù)分類的具體內(nèi)容如下。

（1）Lurgi氣化技術(shù)，該項技術(shù)的核心設(shè)備為魯奇爐，整個技術(shù)流程大體可以分為4個步驟，分別為氣化、冷凝冷卻、油洗、水洗，運作時需要側(cè)重壓力與溫度兩大核心參數(shù)，在參數(shù)條件合理的情況下可以生產(chǎn)大量煤氣以及灰渣。而Lurgi氣化技術(shù)的缺陷在于整個過程中會產(chǎn)生大量廢料，諸如冷凝冷卻步驟就會產(chǎn)生大量含酚廢水，這些廢料在理論上具有一定的利用價值，但目前還沒有找到正確的價值開發(fā)方式。

（2）BGL氣化技術(shù)，該項技術(shù)相比于Lurgi氣化技術(shù)更加先進(jìn)，可以以石油焦、無煙煤、煙煤等煤炭作為原料，具有冷煤氣效率高、碳轉(zhuǎn)化率高等方面的優(yōu)勢，其產(chǎn)生的煤氣利用價值高，能滿足工業(yè)燃?xì)庑枨?。同時，BGL氣化技術(shù)也會產(chǎn)生廢料，但這些廢料無污染，且性能優(yōu)異，可以直接應(yīng)用于其他領(lǐng)域，諸如建筑領(lǐng)域可以用這些廢料填路，總體而言BGL氣化技術(shù)更加先進(jìn)，廢料應(yīng)用價值高。

1.2.2 流化床氣化

流化床氣化是一種對煤炭進(jìn)行加溫，促使煤炭處于沸騰狀態(tài)，同時施于沸騰狀態(tài)煤炭上升氣流，這樣氣流就會帶走煤炭在沸騰過程中產(chǎn)生的煤炭顆粒，最終完成煤氣生產(chǎn)。流化床氣化的技術(shù)特點在于煤炭顆粒與氣化劑在空間底部會聚集，并保持流運動狀態(tài)，這樣能更好地進(jìn)行固體排渣，這一特點來源于流化床氣化氣化爐的錐形結(jié)構(gòu)，比較常見的氣化爐為常壓Winkler爐、加壓HTW爐。兩大氣化爐的具體內(nèi)容如下。

①常壓Winkler爐，該氣化爐主要可以應(yīng)用于高活性煤炭的煤氣生產(chǎn)中，應(yīng)用時需要以氧氣、蒸汽作為氧化劑，結(jié)合流化床的沸騰作用實現(xiàn)煤炭氣化。②加壓HTW爐，該氣化爐是在常壓Winkler爐開發(fā)而出的，因此基本特征與前者無異，但區(qū)別在于加壓HTW爐應(yīng)用中的溫度更高，同時還會給內(nèi)部空間施加壓力，因此具有更高的生產(chǎn)效率，還可以降低能耗[1]。

1.2.3 氣流床氣化

氣流床氣化是一種利用氣體作為介質(zhì)，夾帶煤粉使其處于懸空狀態(tài)，隨即進(jìn)行氣化的煤氣化技術(shù)。該項技術(shù)目前是最為先進(jìn)的煤氣化技術(shù)形式，在國際上得到了廣泛應(yīng)用，在應(yīng)用過程中，需要先對煤炭進(jìn)行特殊處理，使其成為煤粉或者煤漿，隨即利用氣體氣化劑讓煤粉或煤漿產(chǎn)生氣化反應(yīng)與燃燒反應(yīng)，這樣就實現(xiàn)了煤炭氣化。氣流床氣化的技術(shù)特點在于氣化指標(biāo)優(yōu)秀、原料使用范圍廣，在生產(chǎn)過程中其氣化壓力最高，可達(dá)8.7MPa，還能借助多個工藝燒嘴讓煤炭氣化轉(zhuǎn)換率增大，大幅減少廢料量，因此具備極高的利用價值。但氣流床氣化并不是盡善盡美的，應(yīng)用中存在冷煤氣效率低、原料消耗相對高的缺陷，這些缺陷在理論上雖然可以克服，但實際上還沒有找到很好的方法。

2 煤氣化技術(shù)運用要求

2.1 技術(shù)選型

雖然不同煤氣化技術(shù)形式存在優(yōu)劣之分，但不代表可以只選擇最先進(jìn)的技術(shù)來進(jìn)行生產(chǎn)，事實上不同技術(shù)形式有自身適用條件，且涉及經(jīng)濟(jì)成本問題，因此企業(yè)在煤氣化技術(shù)運用之前應(yīng)當(dāng)根據(jù)生產(chǎn)條件、自身經(jīng)濟(jì)狀況慎重選擇技術(shù)形式。技術(shù)形式選型規(guī)則如下：

（1）根據(jù)生產(chǎn)條件，選擇可在現(xiàn)實條件中運作的生產(chǎn)技術(shù)，并且注意不同形式技術(shù)的分類，選擇其中更加先進(jìn)的技術(shù)種類，諸如固定床氣化中就建議選擇BGL氣化技術(shù)。

（2）參照自身經(jīng)濟(jì)條件，選擇最經(jīng)濟(jì)實惠的技術(shù)形式，即保障技術(shù)能夠在現(xiàn)實生產(chǎn)條件下運作的情況中，企業(yè)需要根據(jù)自身經(jīng)濟(jì)條件進(jìn)行進(jìn)一步選擇，否則可能因為無法承擔(dān)技術(shù)運維成本而放棄，不但帶來經(jīng)濟(jì)損失，還不利于煤氣生產(chǎn)[2]。

2.2 技術(shù)配置

所有煤氣化技術(shù)形式都需要使用到相關(guān)設(shè)備，且設(shè)備關(guān)系到技術(shù)的生產(chǎn)效率，因此在技術(shù)應(yīng)用中企業(yè)要根據(jù)技術(shù)要求做好相關(guān)設(shè)備配置工作。以氣流床氣化為例，該項技術(shù)的核心設(shè)備為德士古煤氣化爐，同時因為該項技術(shù)的熱化率較低，所以要配置高功率的熱回收系統(tǒng)。另外，考慮到氣流床氣化應(yīng)用中的高溫熔渣會腐蝕爐壁，因此還要注意氣化爐的材質(zhì)。

2.3 參數(shù)設(shè)置

在煤氣化技術(shù)運用中設(shè)備參數(shù)條件非常重要，諸如壓力、溫度等，因此企業(yè)應(yīng)當(dāng)了解各項技術(shù)形式的參數(shù)條件，再依照所選技術(shù)參數(shù)條件做好參數(shù)設(shè)置。以流化床氣化為例，其中溫度是核心參數(shù)，具體要求為：①150℃進(jìn)行干燥處理；②150～700℃進(jìn)行熱裂解；③700～1 500℃進(jìn)行燃燒反應(yīng)；④800～1 100℃進(jìn)行還原反應(yīng)。

3 煤氣化技術(shù)運用效果

3.1 案例概況

某煤氣生產(chǎn)企業(yè)成立十余年，發(fā)展過程非常穩(wěn)定，因此經(jīng)濟(jì)條件雄厚，并且引進(jìn)了很多煤炭作為生產(chǎn)原料。以往該企業(yè)是直接使用煤炭來完成生產(chǎn)的，但這給企業(yè)帶來了較大的經(jīng)濟(jì)壓力，尤其在近三年，該企業(yè)發(fā)現(xiàn)自身業(yè)務(wù)范圍內(nèi)的需求量大幅增長，迫使企業(yè)必須提高生產(chǎn)量，而這樣做將使得企業(yè)成本再次增長，雖不至于虧本，收益卻會大幅降低，在這種情況下企業(yè)積極求變，開始使用煤氣化技術(shù)。

3.2 技術(shù)運用方法

參照煤氣化技術(shù)三大運用要求，該煤氣企業(yè)選擇了氣流床氣化，原因在于自身煤氣生產(chǎn)原料種類較多，如果使用其他技術(shù)會導(dǎo)致部分原料無法使用，且企業(yè)生產(chǎn)條件符合該技術(shù)形式要求，同時該企業(yè)經(jīng)濟(jì)條件良好，可以承擔(dān)氣流床氣化的成本。圍繞氣流床氣化技術(shù)的設(shè)備配置、參數(shù)設(shè)置要求，該企業(yè)做好了一系列準(zhǔn)備，具體內(nèi)容為如下。

（1）在設(shè)備配置方面，該企業(yè)選擇了德士古水煤漿氣化爐，同時配置了700MW的熱回收系統(tǒng)，有效彌補了氣化爐熱化率低的缺陷，并且該企業(yè)所選氣化爐的材質(zhì)經(jīng)檢驗具有良好的耐腐蝕、耐高溫能力。

（2）在參數(shù)設(shè)置方面，參照氣流床氣化技術(shù)要求，該企業(yè)進(jìn)行了參數(shù)設(shè)置，具體見表1。

表1 氣流床氣化參數(shù)

3.3 運用效果

該企業(yè)通過氣流床氣化進(jìn)行了煤氣生產(chǎn)，主要利用氣化劑將煤粉代入氣化爐，隨即借助高溫（實際溫度為1 670℃左右）生產(chǎn)CO、H2、CO2等氣體，集中后可得煤氣。經(jīng)過生產(chǎn)觀察了解到，氣流床氣化運用雖然會產(chǎn)生高溫熔渣，但熔渣可以被完全排除，因此技術(shù)運用負(fù)擔(dān)不高。同時根據(jù)企業(yè)技術(shù)應(yīng)用前后的資源消耗情況可以看出，氣流床氣化使得該企業(yè)的煤炭資源用量大幅減小，在相同的時間，氣流床氣化的煤炭資源用量占直接應(yīng)用的70%，說明降低了30%的資源用量，效果可觀、經(jīng)濟(jì)效益良好。

4 結(jié)束語

介紹了煤氣化技術(shù)的基本原理與常見形式，了解到該項技術(shù)形式眾多，且不同形式互有優(yōu)劣、特點，因此在運用中要遵從實際條件進(jìn)行選型，并在選型后注重技術(shù)設(shè)備配置與參數(shù)設(shè)置工作。結(jié)合案例，介紹了煤氣化技術(shù)的運用效果，可見該項技術(shù)能降低資源用料，因此經(jīng)濟(jì)效益良好。