煤氣化技術論文
煤氣化是潔淨、高效利用煤炭的主要方法之一，是許多能源高新技術的關鍵環節。下面是小編整理了，有興趣的親可以來閱讀一下!
篇一
煤氣化技術
摘要 介紹了常見的煤氣化技術，比較了各項技術的氣化煤種、操作條件及產品煤氣等效能，認為以加壓水煤漿氣化、Shell氣化為代表的氣流床技術及地下煤氣化技術具有良好的應用前景。
關鍵詞 煤氣化技術 優點 應用
Technology of Coal Gasification
Shi Xiao-bing
***Shanxi jinfeng coal chemical company limited 048000***
Abstract The traditional technologys of coal gasifying are introduced in this article，and the advantages of every method are analysed.A conclusion is obtained that Underground Coal Gasification and flow bed technic including texaco coal gasification process and Shell coal gasification process will be widely used in the future.
Keywords methods of coal gasification advantage application
前言
煤氣化是潔淨、高效利用煤炭的主要方法之一，是許多能源高新技術的關鍵環節。煤氣化有完全氣化和部分氣化***煤的乾餾技術***兩種途徑。由於受到煤種和產品綜合發展的制約，部分氣化只能滿足區域性的需要;而我國煤炭資源中有一半以上煤種適合完全氣化，因此煤制氣技術的立足點應放在完全氣化方面。
煤氣化分類無統一規定，最常見的是按原料在氣化爐內的移動方式分成固定床、流化床和氣流床三種。此外，還有使煤炭在地下直接氣化，獲得煤氣的方法，即地下氣化法***Underground Coal Gasification，UGG***。
1.固定床氣化技術
1.1常壓固定床氣化技術
由於氣化劑的不同，常壓固定床煤氣化可能產生的產品有空氣煤氣和混合煤氣，前者以空氣為氣化劑，熱值約為4.6MJ/m3。後者以空氣和水蒸汽為氣化劑時，稱為間歇氣化法;以純氧或富氧空氣和水蒸汽為氣化劑時，稱為連續氣化法。混合煤氣組成中無效氣體約佔60%左右，熱值約為5.02～5.86MJ/m3，主要用作工業燃料氣，亦可作為民用燃氣的摻混氣。
一般而言，氣化劑中氧氣含量越高，氣化強度也就越大，氣化效率也就越高，而對純氧的消耗量也就越高。連續氣化較間歇氣化在氣化強度、氣化效率、有效氣體組成及制氨能耗等方面具有明顯的優越性。
自1882年第一臺常壓固定床煤氣發生爐在德國投產以來，該技術不斷得到完善。由於技術成熟可靠，投資少，建設期短，在國內外仍廣泛使用。在冶金、建材、機械等行業用於製取燃氣，在中小型合成氨廠用於製取合成氣。
常見的混合煤氣發生爐有M型、3MT***威爾曼***型、W-G***威爾曼-格魯沙***型、TG型和U.G.I型。此外，美國的FW-STOIC爐和波蘭迴圈鼓風兩段爐也可以生產發生爐煤氣或水煤氣。
1.2固定層加壓氣化技術
目前，德國魯奇公司利用魯奇***Lurgi***爐開發的加壓下，碎煤***5～50mm***與氣化劑***水蒸汽或純氧***進行反應的技術較為成熟。該技術在中國城市煤氣生產和製取合成氣方面已受到廣泛重視。
魯奇爐可氣化褐煤、無煙煤，直至水分、灰分較高的劣質煤;單爐生產能力可達7500m3***標***/h***幹基***;由於是連續氣化過程，有利於實現自動控制;氣化壓力高，可縮小裝置和管道尺寸，利用氣化後的餘壓可進行長距離輸送;氣化較年輕的煤時，可以得到各種有價值的焦油、輕質油及粗酚等多種副產品;通過改變壓力和後續工藝流程，可以製得H2/CO各種不同比例的化工合成原料氣。
但是，由於魯奇爐採用了固態排渣，蒸汽分解率低，蒸汽消耗較大，未分解的蒸汽在後序工段冷卻，所以造成氣化廢水較多，廢水處理工序流程長，投資高;且需要配套相應的製氧裝置，一次性投資較大。
2.流化床***或稱沸騰床***煤氣化技術
流化床床層溫度均勻，傳熱傳質效率高，氣化強度大，可氣化多煤種的粉煤，煤氣中基本不含焦油和酚類物質;不過，氣體中帶出細粉過多而影響了碳轉化率。使細煤粉再次迴圈可一定程度的克服這一缺點。
2.1常壓溫克勒***Winklee***煤氣化技術
氣化劑***氧氣和水蒸汽***消耗量低;氣化負荷彈性大;操作溫度低，控制維修簡易，運轉穩定可靠。但由於其操作壓力和氣化溫度均較低，使得單爐處理量較小，碳轉化率低，帶出物和灰渣中碳含量較高***一般帶出物含碳30～50%，灰渣含碳20～30%***;並且氣化爐體積龐大，單位容積氣化率較低。
常壓溫克勒的缺點限制了其推廣應用，80年代以後國內已停止使用。針對這一缺點，通過提高氣化溫度和氣化壓力，改進氣化劑分佈器結構，成功開發了多種新型流化床氣化技術，主要有高溫溫克勒、U-Gas、KRW和CFB等氣化爐。
2.2高溫溫克勒***HTW***煤氣化技術
HTW保留了傳統Winkler氣化技術的優點，提高了氣化溫度和氣化壓力，粗煤氣帶出的固體煤粉塵參與了迴圈利用，使氣化爐大型化成為可能。
2.3灰熔聚流化床煤氣化技術
該技術改變了以往的排渣方式，實現了灰熔聚排渣。代表爐型有美國的U-Gas爐，KRW爐以及中國科學院山西煤炭化學研究所的ICC爐。
與一般流化床煤氣化爐相比，灰熔聚煤氣化爐結構簡單，操作控制方便，執行穩定;可氣化小於6mm的包括黏結煤、高灰煤在內的各種等級的碎粉煤;氣化溫度高，氣化強度為一般固定床氣化爐的3～10倍;碳轉化率高，氣化效率達75%以上;煤中含硫可全部轉化為H2S，也可用石灰石在爐中脫硫，簡化了煤氣淨化系統;與熔渣爐***Shell***相比氣化溫度低的多，耐火材料使用壽命可達10年以上;煤氣夾帶的煤灰可返回氣化爐內，進一步燃燒、氣化，碳利用率高。 2.4迴圈流化床***Circulating Fluidized Bed***煤氣化技術
CFB克服了鼓泡流化床中存在大量氣泡造成的氣固接觸不良，以及氣流床中氣化溫度過高、大量煤轉化為熱能而不是化學能的缺點;產品氣和反應器內的溫度均一，避免了鼓泡床中區域性高溫造成的結渣現象;除外迴圈還存在內迴圈，利於新加入的物料迅速升溫和反應的迅速完成;另外，由於迴圈比率高達幾十倍，增加了顆粒在床內停留時間，提高了碳轉化率。代表爐型是魯奇CFB爐。
2.5其它型式的流化床煤氣化技術
1、FM1.61型間歇式常壓流化床水煤氣爐，由江蘇理工大學開發，能直接生產CO﹤20%的中熱值煤氣。
2、恩德爐粉煤氣化技術，由中國撫順恩德機械有限公司在國外專利技術的基礎上改進而成。該技術成熟可靠，執行安全穩定，煤種適應性較寬，氣化效率較高，操作彈性大，建設投資較少，生產成本低，環境影響小。但也存在裝置體積大，灰渣含碳量較高，煤氣有效成份***CO+H2***較低，氣化壓力較低等缺點。
3、載熱體常壓迴圈床粉煤氣化技術，由上海申江化肥成套裝置有限公司與寧夏吳忠富榮化肥工業有限公司聯合開發。操作簡單、執行穩定，且可連續制氣;但是其常壓操作不利於大型化生產，且對環境汙染較嚴重。
3.氣流床煤氣化技術
氣流床氣化的主要特點是：粉煤進料，高溫氣化，液態排渣。它的代表爐型及相關的進料形態、氣化壓力和氣化劑見下表：
3.1 K-T***Kopper-Tolzek***爐
與固定床煤氣爐相比，K-T爐對原料煤的限制較少，生產能力大***為其5～10倍***;合成氣有效成分***CO+H2***高達85～88%，甲烷含量低於0.1%。
K-T爐的不足之處是：碳轉化率、冷煤氣效率與shell爐比較低，氧、煤消耗較高;煤粉製備工序電耗高，環保問題多;氣化爐帶出物***飛灰***多，除塵效率低，必須設定洗滌、機械除塵、靜電除塵等逐級的除塵裝置。
3.2 Shell爐
能成功地處理高灰分、高水分和高硫煤種;對煤的性質，諸如活性、結焦性、水、硫、氧及灰分等，並不敏感;能源利用率高，氣化過程的碳轉化率達99%;裝置單位容積產氣能力高，且在同樣生產能力下，裝置尺寸較小，結構緊湊，佔地面積小，相對的建設投資也比較低;環境效益好，屬於“潔淨煤”工藝。
3.3溼法***水煤漿***氣流床加壓氣化技術
除可氣化除大部分煤種外，還可氣化石油焦、煤液化殘渣、半焦、瀝青、可燃垃圾、可燃廢料***如廢輪胎***等;與乾粉進料相比，既安全又易於控制;工藝技術成熟，流程簡單，裝置佈置緊湊，運轉率高;氣化爐內沒有機械傳動裝置，操作效能好，可靠程度高;單臺氣化爐的投煤量[400～1000t/d***幹煤***左右]選擇範圍大，美國的Tampa裝置氣化能力甚至可達2200t/d***幹煤***;可供選擇的氣化壓力範圍廣，碳轉化率***95～99%***高，操作彈性***50～105%***大，粗煤氣中有效成分***CO+H2***可達80%左右，除含少量甲烷外不含其它烴類、酚類和焦油等物質，採用傳統氣體淨化技術即可達到要求;氣化過程汙染少，環保效能好。
但是，該技術高溫高壓的生產環境都對管道及裝置的材料提出了更高的要求;並且水煤漿含水量太高，使得冷煤氣效率和煤氣中的有效氣體成分***CO+H2***偏低，氧耗、煤耗均比干法氣流床要高一些。
當前，溼法氣流床加壓氣化技術仍被廣泛採用。有代表性的技術有美國德士古發展公司開發的水煤漿加壓氣化技術、道化學公司***Dow Chemical Company***開發的兩段式水煤漿氣化技術、中國自主開發的多噴嘴煤漿氣化技術等，前者開發最早、應用最廣。
4.地下煤氣化技術
煤炭地下氣化集建井、採煤、轉化工藝於一體，簡化了生產工藝流程，捨棄了龐大、笨重的採煤裝置和地面氣化裝置，變傳統的物理採煤為化學採煤，提高了煤的轉化率，產品煤氣便於輸送和使用，因而具有安全性好、投資少、效益高、汙染小等優點，深受世界各國的重視。早在上世紀50年代，我國已先後在山西、江蘇、黑龍江、河北等地進行了試驗研究，並已取得了一定成效。
但是，由於地下氣化是在地下煤層中的反應空間進行的，這種反應在很大程度上取決於煤層的賦存條件，這就使煤炭地下氣化的過程比地面煤氣發生爐複雜得多。較之固定床氣化***與地下氣化過程類似***，地下氣化具有以下基本特徵。
***1***煤層的不規則冒落，形成了不均勻大尺度煤塊的水平滲流床，氣化區邊界有質量交換，因而比地面氣化更具複雜性。
***2***地下氣化過程中煤層不能移動，而是通過燃燒工作面***氣化工作面***的移動來保持氣化過程的連續，而且各反應帶的長度在不斷改變。
***3***因煤層及岩層冒落，氣化通道截面在不斷髮生變化;此外，氣化反應通道與煤層的頂底板發生熱量交換，不利於氣化過程的進行。
結束語
煤氣化技術種類較多，發展較快，但隨著能源的枯竭及人們環保意識的增強，加壓水煤漿氣化技術、Shell氣化技術為代表的氣流床技術及地下煤氣化技術將會受到越來越多的重視。
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