浅析煤质对煤气化工艺选择的影响问题

2018-05-11新疆天业集团汇合新材料有限公司石河子市832200李显辉

石河子科技 2018年1期

（新疆天业集团汇合新材料有限公司，石河子市，832200）李显辉

能源是整个社会发展过程中必不可少的物质基础。在全球储量之中，天然气、石油、煤属于其中的重要组成部分。我国的现状是“缺油、有气、富煤”。现阶段，石油一直处于高位运行，“气”主要是为了满足广大人民群众使用，导致工业指标明显不足，对比而言，煤化工具有比较优势。现阶段，我国的煤化工呈现出良好的势头。怎样按照市场定位与原料情况对煤化工项目进行合理规划，是今后亟需解决的一个重要问题。

1 煤气化及固体燃料性质

1.1 煤气化

即指煤炭与气化剂发生一系列的化学反应，然后将煤转换成化工合成气（一氧化碳+氢气）或者可燃性煤气。而气化炉是发生该反应的装置。

1.2 固体燃料的性质

具体来说，其主要具有以下几方面性质：结渣性、黏结性、反应活性、热稳定性等，同时再加上气化条件的特殊性，决定着气化工艺的选择。

2 煤加压气化技术

总体而言，该项技术在发展过程中主要包括以下三个不同的时期：一是上世纪七十年代，典型设备为鲁奇煤气化装置（LCGP）；二是八十年代后期，典型的设备是德士古煤气化装置（TCGP）；三是九十年代后期，设备为谢尔煤气化装置（SCGP）。

2.1 发展方向简要分析

通过研究可知，该项技术逐渐朝着提高气化温度、改善气化炉运行率和单炉产气能力、提高合成气（一氧化碳+氢气）含量，增加原料适用性和清洁生产的方向发展。

2.2 三种技术的氧耗情况

三者的氧耗从高到低如下所示：TCGP技术>SCGP技术>LCGP技术。氧耗量大小主要由气化原料所决定：TCGP技术为60%水煤浆进料，高温气化过程中，水会转化为蒸汽（温度比较高），这个时候耗氧就会增加；SCGP技术的粉煤里面必须辅助上适当的添加剂，且要通过N2进行输送，也属于高温气化，氧耗量明显小于TCGP技术，大约低四分之一；但是，LCGP技术则主要通过块煤来进料，气化过程中的温度为中等温度，所以，氧耗量最小。氧耗高低随着配套空分装置的规模而不断提高。

2.3 三种方法中有效组份含量

煤气中合成气（一氧化碳+氢气）含量从大到小分别是：SCGP技术>TCGP技术>LCGP技术。需要注意的问题是，CO含量大小关系着变换装置的投资数额大小。

对于合成气指标，对比来说，LCGP技术远远小于TCGP技术与SCGP技术，然而，因为前者的热值相对较高，所以在城市煤气行业之中表现出良好的优势。实际上合成氨属于制氢技术，所以以有效氢量来分析煤气中有效组份含量比较准确。就TCGP技术与SCGP技术而言，煤气里面没有CH4，其有效氢量等同于合成气量，依次是80与90；就LCGP技术而言，煤气里面CH4处于7%～10%范围之内，由于1LCH4等同于4LH2，因此LCGP技术煤气中的有效氢量（以某矿的数据为例）是：

虽然LCGP技术的有效氢量比TCGP技术与SCGP技术高，然而，它为潜在的，若想把H2制取出来，必须经历一系列的工艺流程：回收CH4馏份、CH4蒸汽转化、变换等。因此可以看出，尽管都属于煤制氨技术，LCGP技术的流程设置比较繁琐。为进一步精简流程、降低成本费用，业界提出了相应的方法：单独提取、回收粗煤气的CH4、在煤制氨的同时联产CNG或者LNG的技术措施。

2.4 三种技术对原料煤的要求

LCGP主要用于气化褐煤之中，倘若向用该技术气化碳化度高、挥发份低的煤，那么应适当降气化温度提高，充分兼顾固态排渣这一个特性，煤的灰熔点必须超过1500℃。

就TCGP装置来说，单纯分析煤的成浆性能是很难奏效的，为提高炉内耐火砖的寿限、确保气化炉液态排渣的有序推进，一定要兼顾到灰的粘温与熔融性，所以，煤的灰熔点应当保持在1250℃以下，其挥发应当超过百分之二十五。要是灰熔点相对偏高，则应施加一定的添加剂与熔剂。

SCGP为干粉加料、液态排渣炉，其要求的温度高于TCGP技术，为满足“以渣搞渣”的技术要求，灰渣必须满足相应的粘温特性要求，当其灰熔点超过一千四百摄氏度的时候，一定要辅助以相应的助熔剂。

3 平朔煤气化的工艺选择

3.1 某矿井东9#煤数据

首先，其灰熔点相对较高，超过一千五百摄氏度，无法选用液态排渣炉，最好采用LCGP技术；其次，高挥发份、高灰、中低热值、中高硫的气煤，粘结性较好，在加压气化的条件下，将会影响到其透气性，LCGP煤气化过程中必须采取相应的搅拌破粘措施。

3.2 鲁奇气化炉简述

LCGP的原料是块煤，基本上处于5～50mm范围之内，其气化剂是蒸汽+氧气，连续气化。气化温度保持在800～900℃范围之内，压力处于2.5～4.0MPa范围之内，固态排渣，里面残留着6%的碳，煤气里面大概包含十分之一的CH4。LCGP技术比较适合褐煤、长焰煤等。到现在为止，一些煤矿之中引入了该项技术。

3.3 煤质对气化炉的影响

首先，粒度必须保持在5～50mm以内，5mm以下的不应超过5%，50mm以上的不应超过5%。之所以要确保粒度，旨在充分确保气体的均匀分布，使床层间界面稳定。倘若细粉含量相对较高，其非常容易随煤气一起排出，聚集在变换催化剂床层，导致系统阻力有所提高；若大颗粒含量相对较多，床层非常容易产生沟流，气体走短路，O2上移，将导致气化炉出口温度过高，甚至会导致安全事故。

其次，灰份。其含量高低对气化产生一系列的影响。煤制气其实是把煤的化学能转化为粗煤气（拥有一定的热值），其转化效率与灰含量呈负相关性。

具体的生产当中，煤矸石含量具有最突出的影响，就那些大块的煤矸石而言，即使是增加气化温度，同样不会增加发气量，而温度的提高，一方面会增加氧耗量，另一方面制备的粗煤气中CO2量将会有所增加，在很大程度上影响到有效气量。实践告诉我们，选择洗块煤具有最好的综合经济性能。

再次，热值。高热值的煤具有相对较高的转化效率。煤的水分、灰含量高，则具有相对较低的热值。

上文中基本上从发气量的层面探讨了灰份的影响，接下来我们将从另一个方面进行分析。单位低热值的煤具有相对较低的产气量，要想改善产气能力，气化炉的投煤量必须提高，因此，要提高其吞吐能力，即提高加煤、排渣频率。加压气化炉，加煤环节与排灰环节均涉及到充卸压操作，均须经过某段时间，同时必须错峰操作。如果所用煤炭的品质相对较低，将会影响到气化炉的产气量，为确保总产气量满足要求，需要适当提高气化炉台数。

第四，粘结性。LCGP气化褐煤、长焰煤和不粘结性的煤时，炉内结构比较简易；倘若气化弱粘结性煤，那么应当在其中配置上搅拌器。

第五，CO2反应活性。900℃条件下，对于长焰煤、褐煤，该指标超过98%，而100℃条件下，对于贫瘦煤来说，该指标大约是40%，该矿气煤在1100℃时该指标数值大约是75%。因此，该矿气煤的气化性能低于低阶煤，却比贫瘦煤高。