张振禹

（国电赤峰化工有限公司，内蒙古赤峰 024000）

现代煤气化工艺比选优化分析

张振禹

（国电赤峰化工有限公司，内蒙古赤峰 024000）

随着我国社会生产力的不断提升，生态环境的污染形势也越发严峻。早期粗犷式的工业发展模式，使我国的生态环境遭受了严重的破坏，给人民群众的生产生活产生极大的影响。新形势下，环境保护理念成为了技术发展指导思想，清洁、绿色、环保的化工生产工艺是化工行业发展的趋势。在此背景下，煤气化工艺也经过多次技术升级与工艺改进。

煤气化工艺；比选；优化；分析

1 前言

煤气化过程中，煤和氧气发生化学反应，产生大量热量，并借此为气化反应供能。因此，在煤气化反应时，依靠燃烧部分煤炭获得热量并集聚在气化炉中，同时通入水蒸气进行分解反应，与煤炭发生不完全氧化反应生成氢气及一氧化碳合成气体，以达到煤气化反应目的。

2 煤气化反应器结构形式

2.1 固定床气化

固定床气化的操作温度为 800～1 000℃，操作压力从常压到4MPa。气化炉内气体流速缓慢，煤粒在固定床气化过程中基本静止，停留时间最长可达1.5h，对煤种活性、灰熔点及热稳定性要求相对较高。常见的固定床气化工艺为常压固定床，炉型较小，气化能力不高，常用语中小型规模的合成氨生产。该炉型的气化主要对褐煤及次烟煤，产生合成气中含较多甲烷成分。

2.2 流化床气化

流化床气化的操作温度为 800～1 000℃，操作压力从常压到2.5MPa。气化炉内气体流速较快，煤粒在固定床气化过程中呈悬浮状态并与气流有相对运动趋势，只停留数分钟，对煤种活性、灰熔点要求相对较高。其代表工艺有常压温克勒炉、HTW、KRW等工艺。

2.3 气流床气化

气 流床气化的操作温度为 1 300～1 700℃，操作压力最高可达6.5MPa。气化炉内气体流速极大，煤粒在固定床气化过程中与气流呈同向运动，停留时间仅为几秒钟，对煤种不高，有很强的适应性。气流床气化最典型的代表工艺即为壳牌粉煤气化工艺、德士古水煤浆气化工艺等，拥有气化程度高，合成气产能大等突出优点。

3 煤质参数与气化工艺匹配适应性分析

3.1 煤质数据对煤气化造成的影响

按照不同煤种的特征性质及气化工艺对煤种的要求，可将其分为四类：第一类以泥炭为代表，其气化过程中挥发分最高，可产生大量甲烷气体，不发生黏结；第二类以褐煤为代表，与第一类不同之处在于会产生焦油；第三类以弱黏结烟煤为代表，气化是黏结并产生较多焦油，甲烷含量较少；第四类则以无烟煤为代表，气化时不会黏结也不产生焦油，其产生甲烷也较少。在气化过程中，煤种不同，产生的组分与合成气热值均不相同。

3.2 煤种变质程度对煤气化发热值造成的影响

煤种变质程度较低，挥发分较高，则其气化生成的煤气发热值也相对较高。在同种条件下，不同煤种气化所产生煤气的热值不同，即便是同一种煤种，在不同制取条件下，其产生煤气的发热值也不相同。随着煤种变质程度升高，其含有的挥发分含量发生变化，使得煤气化发热值也发生改变。

3.3 煤种挥发分对煤气化产率造成的影响

煤挥发分含量较高时，气化时消耗有机物多数成为了焦油，使得煤气产率下降。随着煤种变质程度升高，其含有的挥发分含量降低，有机质转化为焦油的量减少，从而提高了煤气产率。由此可知，在同一制取条件下，煤气化产率最高是无烟煤，其余依次为气煤、褐煤及泥炭。

4 现代气化工艺市场接受程度适应性分析

4.1 壳牌粉煤气化工艺

壳牌公司在20世纪70年代，在渣油气化技术的开发应用上取得了巨大的成功。在此基础上，壳牌公司研发出了一种先进的、独具特色的洁净煤气化技术。壳牌粉煤气化工艺对煤种的适应性很强，对灰分含量超过30% 的煤种也能很好的歧化，且可以不同煤种之间进行掺混。该种工艺的煤气化利用率极佳，产生的合成气中有效组分含量高达90% 以上，碳转化率98%，冷煤气效率83%，比煤耗0.69，大大减少了煤气化反应的耗煤量。但是该工艺气化关键设备结构极其复杂，投资成本高，所采用的激冷循环气压缩机也容易产生故障。这些因素导致了该种工艺的制造周期与建设周期较长，目前并没有大规模推广普及。

4.2 德士古水煤浆气化工艺分析

德士古公司在20世纪70年代之前就已经掌握了利用天然气及重油、渣油为原料进行合成气的生产，并以此为基础研发出了水煤浆气化技术。水煤浆气化工艺采用除褐煤外的煤种制成的浓度60% 左右的水煤浆作为原料，单喷嘴下喷式并采用水激冷流程。该工艺对煤种有一定的要求，对煤中的灰分含量要求不超过 20%，灰熔点要低于 1 300℃。产生合成器中氢气与一氧化碳的含量可达80% 以上，冷煤气效率76%，碳转化率96%，热效率可达85%。该种工艺的气化炉构造简单，所需投资较低，制造方便，目前在国内应用相对较为广泛。

5 结束语

在对现代煤气化工艺进行比选时，应综合煤质数据与煤种分析，联合反应器参数与工艺参数展开系统的对比与评价。同时借助计算机反应过程的建模分析，优化比选过程，保证比选的科学性及合理性，为工业生产选择出最能满足条件的煤气化工艺。

[1] 汪寿建 .现代煤气化工艺比选优化的探讨 [J].化肥设计，2016，（01）：1-7.

[2] 聂 松， 孙 坤 . 现 代 煤 气 化 工 艺 比 选 优 化 的 探 讨 [J]. 化 工 管 理，2016，（26）：256.

Optimization Analysis of Modern Coal Gasification Process

Zhang Zhen-yu

As China’s social productive forces continue to rise，the ecological environment pollution situation is more severe. The model of early and crude industrial development caused severe damage to our ecological environment and exerted great inf l uence on the people’s production and life.Under the new situation，the concept of environmental protection has become the guiding ideology of technological development.Clean，green and environment-friendly chemical production processes are the development trend of the chemical industry.In this context，the coal gasif i cation process has also been upgraded several times and process improvements.

coal gasif i cation process ；comparison ；optimization ；analysis

TQ546

：A

：1003–6490（2017）07–0028–02

2017–05–15

张振禹（1989—），男，吉林辽源人，助理工程师，主要从事应用化工工作。