三种碎煤加压气化技术的对比研究

常铁诺(中海油大同煤制气项目组， 山西 大同 037100)

三种碎煤加压气化技术的对比研究

常铁诺(中海油大同煤制气项目组， 山西 大同 037100)

本文针对鲁奇Mark4、Mark+气化炉与赛鼎炉三种炉型工艺从工艺过程、煤质适用范围、大型化能力、气化压力、消耗及产出五个方面进行了对比，并在应用业绩上说明了各技术的应用风险。最终结果表明，三种碎煤加压气化技术种目前尚无工业应用的Mark+在数据对比中占据的优势最大；赛鼎炉与Mark4相比，在项目前期投资和后期生产操作费用上各自互有优点。

碎煤气化；Mark+；Mark4；赛鼎炉；技术对比

工业上以煤为原料生产合成气已有百余年的历史，根据气化炉的结构特点和燃料在气化炉中进行转化时的运动方式，煤气化工艺可分为固定床、流化床和气流床三种类型，其中固定床气化技术以其广泛的煤种适应性被各煤化工项目应用于煤制天然气、合成氨、甲醇等行业之中。固定床气化分为常压和加压工艺两种，但是由于常压工艺能耗高、煤质要求高、生产强度小、“三废”排放大等问题逐渐退出发展的主流，而碎煤加压气化工艺开始得到应用和发展。

目前，在国内外得到广泛应用的碎煤加压气化工艺共有三大类：法国液化空气公司的鲁奇炉、中国赛鼎工程公司的赛鼎炉以及英国燃气公司的BGL炉。本文仅对固态排渣的鲁奇、赛鼎的最新和常用炉型工艺进行对比分析。

1 工艺发展概述

1.1 鲁奇炉

鲁奇气化技术始于1927年，其第三代气化技术自上世纪80年代末被我国引进以来，已经有超过三十年的发展历史，目前得到广泛应用的是FBDBTMMarK4型气化炉。近年来，鲁奇公司又在Mark4和Mark5型气化炉运行操作经验的基础上，开发了新一代气化炉——MarK Plus(简称Mark+)气化炉。该气化炉与Mark4相比，增大了气化炉直径和高度，并在Ruhr100中试装置中进行了大量的实验。

1.2 赛鼎炉

赛鼎工程有限公司从上世纪70 年代便参与设计了建设了天脊集团合成氨装置、哈尔滨依兰煤气工程、义马煤气化工程，使得国产的碎煤加压气化技术得以应用和发展。近年来赛鼎公司在原有气化炉基础上又成功开发新一代碎煤加压气化炉，提高了操作压力，并应用于新疆庆华煤制天然气项目以及其他在建的合成氨、甲醇、煤制天然气等项目中。

2 对比研究

2.1 工艺过程

鲁奇和赛鼎两种碎煤加压气化炉的工艺原理基本相同，均为使用5-50mm粒径的块煤，通过煤锁斗入炉后在重力的作用下自上而下移动，氧气和蒸汽则从炉底部炉篦送入，逆流穿过整个床层，两者通过接触发生反应。炉中一般分为五个床层，分别为灰渣层、燃烧层、碳化层和干燥层[1]，反应后的炉渣为固态，通过灰锁斗外排，粗煤气经水洗、换热后进入变换单元，煤气水经分离后进入酚氨回收单元。

2.2 煤种适用范围

对于固态排渣的鲁奇和赛鼎气化工艺来说，最突出的特点便在于广泛的煤种适应性上，从褐煤、次烟煤、贫煤到无烟煤都可以进行气化，同时对于一些高水分、高灰分的劣质煤也同样适用，但是对于反应活性差和拥有较强黏结性的烟煤却不适用。因此，在煤种的适应性方面，两家公司的炉型没有太大的差别。

2.3 大型化能力

随着我国对煤化工准入条件的提高以及政策面的指引，煤气化装置的大型化势在必行。目前，具有工业应用的MarK4和赛鼎炉两种碎煤加压气化炉单炉日最大投煤量分别为900吨、950吨，而MarK+气化炉单炉日最大投煤量可达2400吨。

以年产20亿标方天然气为基础，各气化炉的配置如表1所示。

表1

从表1中可以看出，在大型化能力上，鲁奇的MarK+气化炉具有很大的优势。综合考虑项目用地、设备国产化率以及工艺包费用，三种技术投资最低为MarK+，最高为MarK4。

2.4 气化压力

较高的气化压力不仅可以降低能耗，同时更加可以有效降低焦油产率，增加煤气产量[2]。目前鲁奇MarK+气化炉设计操作压力为6.0MPa，鲁奇MarK4气化炉操作压力为3.0MPa[1]，赛鼎气化炉操作压力为4.0MPa[3]。因此在操作压力方面三种技术的先后排列为MarK+、赛鼎、MarK4。

2.5 消耗及产出

为使对比数据更加清晰，本文拟用相同煤质，即：收到基水分8%，干基灰分19%，干燥无灰基挥发分39%，干燥无灰基固定碳50%，年产20亿标方天然气的消耗和产出量对三种炉型进行对比。

2.5.1 原料消耗

表2

如表2所示，在原料煤消耗和氧耗方面，鲁奇的MarK+气化炉最优，其次为赛鼎炉，最后为MarK4。

2.5.2 公用工程消耗

表3

表3中消耗均为各工艺设计的计算值。其中萃取剂按市场平均价格计算，其它消耗以京津地区的煤价和工业用水、电、汽的基础价格进行折算。虽然各个地区的蒸汽价格差别较大，特别是隔墙供汽或自产蒸汽是时价格会有大幅度的回落，但最终得出的鲁奇MarK+气化工艺消耗最低的结论不会发生改变。

2.5.3 气化产出对比

表4

表4中单独对比气化粗煤气中的甲烷含量，赛鼎气化工艺在甲烷化工段的投资会减少。从副产品的产量和质量上来分析， MarK4最具优势，MarK+与其相差无几，而赛鼎炉劣势最为明显，不仅在粗酚和液氨的产品规格上会降低出售价格，并且在含尘焦油的处理方面也会增加生产成本。

3 应用业绩

目前，鲁奇MarK4气化炉在世界范围内在运行的共有101台，其中80台在南非，14台在美国，7台在中国；赛鼎气化炉数量达到158台，其中70台处于建设中，64台正在试车，24台投入运行。

在工业运行方面，MarK4与赛鼎炉在线率较高，运行稳定可靠，因此存在的应用风险较低。而MarK+目前尚无工业应用，虽然作为鲁奇开发的新一代气化技术，但是相对于MarK4和赛鼎炉而言，其增大的炉径和炉高在成为优点后，也可能增大了应用的风险。

4 结论

从上述的各项数据对比可以看出，鲁奇MarK+气化炉在三种炉型的中占据的优势最为明显，其突出的大型化能力以及更低的项目投资和生产操作费用，今后可能会成为碎煤加压气化的主流，但是目前的工业零应用依旧是该技术的短板。相比而言，MarK4气化炉与赛鼎气化炉更为保守，并且两者优劣点都较为明显，即，从项目投资的角度上考虑，赛鼎炉要优于Mark4；从后期生产运营方面考虑，Mark4要优于赛鼎炉。

[1]李志红,乔海星.碎煤加压气化炉在中国的发展[J].煤炭加工与综合利用,2001，(5):16-19.

[2]杨红深,谷小虎.压力对煤气化反应的影响[C].中国炼焦行业协会2012年中国焦化行业科技大会.2012.

[3]张旻.4.0MPa碎煤加压气化工艺技术改进评析及探讨[J].广东化工,2016,43(15):148-149.

Comparative study on the three kinds of crushed coal pressurized gasification technologies CHANG-Tienuo

(CNOOC Datong SNG Project, DATONG 037100)

This paper compares the three kinds of gasification process of Luqi and Sai Ding from the process,the application range of coal quality,the capacity of large scale,consumption and production.Moreover,the application risk of various technologies is illustrated in terms of application performance.The final results show that Mark +,which has no industrial application,has the greatest advantage in data comparison;SaiDing gasifier compared with Mark4,in the project pre-investment and operation costs on each have their respective advantages.

Crushed coal gasification; Mark+; Mark4; SaiDing gasifier; Technical comparison

常铁诺(1980- )，男，本科，工程师，煤气化工艺主管，拥有新型渣锁斗上水工艺专利。