关于对E—Gas气化工艺技术分析

苏云翔

摘 要：从E-Gas气化工艺的工艺流程、工艺特点及优劣势，对该工艺技术进行简要分析。

关键词：E-Gas；两段式气化炉；连续排渣；清洁化

上个世纪70年代，由于石油禁运，美国能源部为了利用其丰富的煤炭资源，启动了清洁能源计划，扶持各种用煤替代石油的研发项目。美国石化巨头DOW化学公司也投入这一潮流中。1973年DOW化学公司制定了以煤替代天然气能源的计划，计划基于水煤浆气化技术，目标是让煤完全转化生产出合成气，代替天然气推动燃气轮机进行发电，在此环境下，E-Gas气化技术应运而生。

1 工艺流程

E-Gas气化装置主要包括磨煤制浆、水煤浆气化、高温余熱回收、合成气过滤、渣水处理、合成气洗涤和合成气循环等六部分组成。

来自输备煤系统的二级破碎粒度小于10mm的碎煤，经过计量之后，进入磨煤机，与一定量的水混合，在磨煤机中形成粒度分布均匀、浓度约为62%的水煤浆，由煤浆泵输送至气化装置。为了控制煤浆的粘度、提高其稳定性，在煤浆中需要加入添加剂。

大部分水煤浆（85%～90%）经一段煤浆泵加压后与空分装置来的高压氧气一起通过一段烧嘴进入一段气化炉，少部分水煤浆（10%～15%）通过二段煤浆泵加压与高压合成气混合进入二段气化炉。水煤浆与氧气进行部分氧化反应生成主要成分为CO+H2的粗合成气。气化炉中的气化反应主要是水煤浆中的碳与气化剂中的氧、水蒸汽作用生成二氧化碳和氢气的反应。

离开气化炉一段气化炉反应室的高温粗合成气与熔融的灰渣分离，向上进入气化炉二段，与二段进入水煤浆混合，再次发生气化反应，并携带部分灰渣一起通过气化炉停留段进入高温余热回收系统，产出超高压饱和蒸汽，冷却后的合成气进入焦过滤器，过滤掉气体中夹带的固体，脱除固体颗粒的合成气进入氯洗塔，与洗涤水进行逆流接触，洗去合成气中氯离子，除去氯离子的合成气经过焦油脱除罐除去痕量的焦油后，少部分经空冷冷却后送到循环合成气压缩机，增压后作为工艺气体去到气化装置各用点，其余大部分洗涤合成气送到下游工艺装置。

气化炉一段燃烧室中熔融的灰渣向下经过渣口，经激冷水降温后流入气化炉激冷段，在激冷室内冷却凝固，与水一起经过破渣机破碎后，进入连续减压设施，减压后的渣水经过碳回收设施、LAMELLA设施分离出未转化碳并回用到磨煤制浆系统，渣水中的渣送到渣脱水罐进行脱水处理，处理后的渣送出装置，来自LAMELLA设施的澄清水送到渣水槽储存，经过高压渣水泵、低压渣水泵送到气化装置回用。

2 工艺特点

气化装置采用CB&I公司的E-Gas气化专利技术，使用水煤浆加压气流床气化技术，以水煤浆和纯氧为原料，通过部分氧化反应生产以CO+H2为主的合成气。气化装置主要有以下特点：

采用E-Gas水煤浆加压气流床气化技术，采用两段式进料，一段喷入水煤浆和纯氧，二段直喷入水煤浆和高压合成气，提高气化显热利用效率；气化炉采用“M”式结构，延长合成气的停留时间，有利于摧毁合成气中的焦油；气化炉二段使用循环合成气激冷，用于控制气化炉二段的温度，为合成气中焦油裂解提供条件；使用火管式余热锅炉，回收高温合成气中的余热，生产超高压饱和蒸汽，提高热量利用效率；合成气除尘采用干法除尘技术，使用可反吹的焦过滤器，用于除去合成气中的固体颗粒；使用填料洗涤塔除去合成气中含有的氯离子，维持水系统的氯平衡；采用连续减压排渣技术，提高渣水系统的可靠性，降低渣水操作难度；采用碳回收设施和LAMELLA设施，用于回收渣水中未转化碳颗粒，并循环回磨煤制浆系统，提高碳的转化率；三系列气化炉共用一套渣水系统，渣水系统不外排渣水，全部回用于气化装置。

3 工艺优劣势

3.1 优势

3.1.1 高效；简单；安全

E-Gas气化炉是E-Gas气化工艺的核心设备，采用两段设计，提高了气体的热含量和能效，也提升了气化炉处理不同类型给料的能力，使之既能处理高反应能力的煤给料，也能处理低反应能力的石油焦给料。这个特点通过优化合成气中的碳氢比例，降低了合成气特殊产品的生产成本和运行费用。

E-Gas技术是一项先进的湿法给料气化工艺。由于煤浆给料较为简单、可靠和成本低，所以E-Gas技术使用煤浆而不是干法给料，同时煤浆湿法给料还能更好地实现对给料速度和气化炉温度的控制。由于给料是处于流体状态，就消除了由于运输干法给料的易燃燃料所带来的火灾风险。除此之外，比传统的一段式湿法给料气化工艺更为节能。原因是通过二段式反应炉在不额外添加氧气的条件下将多余的水煤浆予以转换利用，这一措施减小了氧气的消耗，节约了成本。

高温余热回收系统用于回收粗合成气从气化炉中带出的高温热，产生超高压饱和蒸汽。粗合成气采用滤芯过滤，固体颗粒脱除率达99.9%，脱除的灰、焦循环回到一段气化炉再次反应，避免了因清除合成气中的固态颗粒而使水变黑或混浊。在包括气化炉、高温余热回收和固体颗粒脱除的核心气化技术设备中不会产生废水。系统中所产生或收集的大部分水都被回收利用，用于磨煤制浆。这样就减少了整个装置用水量和废水的形成。

3.1.2 原料灵活

E-Gas气化技术是世界上唯一一种能够从100%煤进料切换到100%石油焦给料并进行相互转换或混烧的技术。原料可以为烟煤、次烟煤及石油焦，清洁的合成气可用于制造氢气、化肥、运输燃料、合成天然气（SNG）、甲醇或IGCC发电。

3.1.3 安装燃料气开工烧嘴

E-Gas气化炉还有一个专利的永久性安装的开工烧嘴，可以使气化炉在不开车的情况下，维持在高温备用状态，以便随时可以投用气化炉。这无疑增加了系统的操作弹性，有利于应付合成气的调峰需求。这个开工烧嘴是永久性安装在气化炉里，不需更换。而大多数气化炉的开工烧嘴需要在开停车、检修时更换。

3.1.4 排渣可靠，投资低

E-Gas气化技术采用连续减压排渣设施，摈弃了其它技术常用的昂贵、结构复杂和返修率高的锁斗。E-Gas技术的设施中不采用锁斗，这一措施显著降低了气化框架的高度，与同类装置相比，高度大约降低了近40m，施工费用明显降低。

3.2 劣势

3.2.1 设备制造难度大

E-Gas气化炉采用独特的十字架结构，制造难度大，同时也给耐火衬里的安装增加了难度。气化炉操作压力不宜过高，对十字交叉段连接部分的强度设计更要慎重。

3.2.2 连续运行时间短

气化炉的烧嘴、耐火砖都是薄弱环节，寿命短，需要经常停炉更换。由于一段气化炉采用卧式布置，燃烧产生的熔融灰渣易在下部炉壁沉积，高温熔融的灰渣对炉壁的侵蚀作用非常强烈。一段气化炉内燃烧空间较小，两端烧嘴射流形成的燃烧火炬，对卧式炉上侧炉壁的冲刷侵蚀作用比较严重。一段气化炉生成的高温高速含颗粒合成气，经过一段气化炉与二段气化炉相交的喉部时，对这个部位的冲刷更为严重。从WABASH RIVER IGCC电站给出的经验数量来看，E-Gas气化炉部分热区耐火砖替换：1年/次；水煤浆烧嘴替换：16-22周/次；烧嘴的寿命4000h。

3.2.3 与其他水煤浆气化技术的通病

磨煤制浆系统转动设备容易磨损，维修费用增加；以水煤浆进料，管线冲刷磨损，煤浆沉积堵塞管线；气化炉操作中，水煤浆与氧气一起进入气化炉，需要严格控制氧-煤比例，防止超温，损坏设备等。

4 结语

从上述看出，E-GAS实现了投资，能效，运行成本的优化平衡，尤其是低运行成本非常突出，但其仍然是水煤浆气化技术，既具备水煤浆气化炉的优点，但也同时存在水煤浆气化炉相应的缺点和局限。2017年中国环境日的主題是“绿水青山就是金山银山”，广大人民群众的环保观念与日俱增，符合国家环保政策和“十三五”期间国家对节能降耗的要求的E-Gas气化技术，凭借其清洁化、安全环保的优势，一定会在未来煤化工领域大放异彩。

参考文献：

[1]段清兵.中国水煤浆技术应用现状与发展前景[J].煤炭科学技术，2015（01）：129-133.

[2]梁兴，闫黎黎，徐尧.水煤浆技术现状分析及发展方向[J].洁净煤技术，2012（06）：62-66.