煤气化配套一氧化碳变换工艺技术的选择

衣焕义（内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司，内蒙古 赤峰 025350）

为了弥补我国天然气资源的不足，近年来在煤化工业的基础上，大力发展煤气化技术。而在煤气化配套装置中，一氧化碳变换装置通过变换反应调节气化装置提供粗煤气（碳氢混合物），以满足实际生产生活的需要；因此，一氧化碳变换工艺技术的选择，关系到后续设备及下游产品的类型。

1 我国煤气化工业概述

就国内而言，煤气化工艺中应用较为广泛的是气流床，主要由水煤浆气话和粉煤气化两种构成。这其中煤粉气化工艺又包括废锅型和激冷型两类，是粉煤气化在高温环境下的作用形式；国外较为典型的煤气化工艺是shell粉煤气化工艺，属于典型的废锅型工艺流程，相对应地，国外引进的GSP粉煤气化工艺与国内自主开发的“东方炉”都属于激冷型工艺。

1.1 水煤浆气化粗煤气分析

水煤浆气化的工艺形式多属于激冷型流程，操作中的压力要求很高，一般在2.7MPa-8.5MPa之间，在粗煤气的产出中一氧化碳含量为42%-47%，几乎与生成的氢气比例相同，但是一氧化碳的负荷变换并不是很大，所以变换炉的温度影响也不明显。

水煤浆气话粗煤气中，水汽化较为严重，因此一般不需要加入水蒸气即可满足各类变化要求；也正因为如此，粗煤气变换反应之后需要的冷凝液较多。

1.2 粉煤气化粗煤气分析

与水煤浆气化相比，粉煤气化所需要的压力较小，一般为3.8MPa，由于水蒸气比例的大幅度减少，一氧化碳的干基可以达到60-70%%以上，所以反应变动需要较大的推动力，反应的过程也十分剧烈。

由此，在废锅型工艺中进行粉煤气化容易造成变换炉温度过高，生产中的热处理是不间断进行的，需要一系列的配套生产设备。同时，废锅型粉煤气化生成比率较低，所以生产尤其需要加入一定的水蒸气。

2 煤气化配套一氧化碳变换工艺技术的选择

煤气化工艺的下游产品种类很多，不同的产品所需要的一氧化碳变换程度不同，也就造成了不同的工艺选择类型。如在制氢气、合成氨等过程中，要尽量减少一氧化碳的含量，提高氢气的纯度，而在制造甲醇、煤制油、羟基类化合物等过程中，需要将一氧化碳和氢气的比例调整到相应的化学方程式比例范围。

同时，在一氧化碳变换工艺技术选择的过程中，还需要配合实际的生产设备，从实际入手。

2.1 水煤浆气化配套变换工艺选择

我国煤气化体系中，利用水煤浆作为原料制造粗煤气并配套进行一氧化碳反应，其工艺选择与目标产品有很大的关系。一般来说，水煤浆气化主要用来制造氢气和甲醇，而两种产品的一氧化碳摩尔分数、水气比例都是不同的。

制造氢气的一氧化碳摩尔分数在0.45左右，而用于制造甲醇的摩尔分数是2.0。无论是制造氢气还是甲醇，水将煤气化粗煤气中的水蒸气比例都是可以不用考虑的，原因在于其水蒸气本身处于过量状态，氢气与冷凝后的水溶解性较差，而甲醇也需要一定的水进行收集。

值得一提的是，利用水煤浆制造氢气的变换深度很高，工艺总体变换率达到96%以上，相对应地，要求一氧化碳的干基浓缩下降到0.2%-0.5%，这就需要变换炉具有足够的推动力。

2.2 粉煤气化配套变换工艺的选择

粉煤气化存在废锅型和激冷型两类，整个工艺特点是一氧化碳的浓度较高，因此在反应中如何控制温度就成为一氧化碳变换技术的核心要素。根据当前我国对这一工艺的应用，主要通过粗煤气中的水气比例进行协调。

首先，采用水气比例较低的变换工艺，要求变换炉的入口维持水气比例为0.15-0.5左右，可以通过热回收的方式来减少水蒸气的含量，进而控制反应深度和床层的温度。高浓度的一氧化碳逐渐变换，最终可以得到需求的粗煤气成分比例。

其次，采用水气比例较高的变换工艺，即先通过对粗制煤气进行加热变换的方式，向反应炉中加入大量高温水蒸气，水气比例达到1.4以上，这样可以提高一氧化碳的平衡转换率，降低变换炉出口的一氧化碳含量。

除此之外，水气比例的控制还有其他的阶段，如在0.7-1.0左右，可以在不做任何处理的情况下将粗制煤气进入变换炉，用来生产羟基化合物、煤制油等产品。总体而言，目标产品中的成分比例要求不同，一氧化碳变换工艺的选择也不同。

3 结语

随着近年来我国社会经济的发展，煤化工产业在不同程度满足了社会生产生活的需求，具有强大的生命力。煤气化技术的多样化态势，也为现代化工产业的发展提供了原料，通过水气调节的方式合成氢碳产物，配套装置的选择至关重要，需要进一步研究实现节能减排、安全可靠的目的。

[1]陈莉.煤气化配套一氧化碳变换工艺技术的选择[J].大氮肥,2013,03:150-157.

[2]戎欠欠,董凯.一氧化碳变换工艺技术进展[J].广东化工,2015,01:50-51.

[3]陈莉.SE-东方炉粉煤气化制氢配套变换工艺选择及运行[J].大氮肥,2015,02:134-138.

[4]徐邦浩.Shell粉煤气化一氧化碳变换工艺的选择[J].化肥工业,2006,04:7-12.

[5]彭丽娟.焦炉气辅助煤气化制甲醇系统概念设计[D].华南理工大学,2014.