氣流床煤氣化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展

　　摘要：煤炭資源是我國(guó)應(yīng)用非常廣泛的一種資源類(lèi)型，目前國(guó)內(nèi)的工業(yè)發(fā)展依然以煤炭能源結(jié)構(gòu)為主，而氣流床煤氣化作為碳轉(zhuǎn)化率較高的一種工業(yè)生產(chǎn)方式，其重要性不言而喻，該工藝技術(shù)也是筆者將要同大家進(jìn)行分享和探究的主要內(nèi)容。

　　關(guān)鍵詞：氣流床煤氣化技術(shù);應(yīng)用現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢(shì)

　　引言：

　　煤氣化技術(shù)是我國(guó)現(xiàn)階段煤化工生產(chǎn)中所使用到的關(guān)鍵技術(shù)，而氣流床煤氣化作為具備適用性強(qiáng)、氣化時(shí)間短等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的工藝技術(shù)，其在實(shí)踐應(yīng)用中也得到了相關(guān)人員的廣泛認(rèn)可。接下來(lái)，筆者將圍繞氣流床煤氣化這一工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，從基本概述、應(yīng)用現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)等角度對(duì)其展開(kāi)論述。

　　一、氣流床煤氣化

　　氣流床氣化是工業(yè)生產(chǎn)中一種非常常見(jiàn)的煤氣化方法，其氣化原理是將粉煤與氣化劑一同噴入氣化爐內(nèi)，在點(diǎn)火裝置或者高溫輻射的作用下通過(guò)熱解、氧化還原等反應(yīng)后生成熔渣和煤氣，煤氣以氫氣和一氧化碳等氣體為主。該氣化方式的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)在于適用性強(qiáng)、碳轉(zhuǎn)化率高等等，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。

　　二、應(yīng)用現(xiàn)狀

　　(一)技術(shù)特征

　　1.適用性強(qiáng)

　　該技術(shù)的原理是將粉末狀的煤炭投入汽化爐內(nèi)，同時(shí)保持汽化爐的內(nèi)部溫度在1500攝氏度以上，此時(shí)爐內(nèi)空氣的流通速度會(huì)處于非�？斓臓顟B(tài)，在這種環(huán)境下，粉煤顆粒之間的相互作用力會(huì)被消除，分別聚集成熔渣和煤氣[1]。從氣化原理的層面上來(lái)看，氣流床技術(shù)對(duì)煤炭種類(lèi)并無(wú)特別的限制，因此其適用性相對(duì)較強(qiáng)。但從經(jīng)濟(jì)性上來(lái)看，工作人員應(yīng)盡可能地可選擇顆粒小或反應(yīng)短的煤炭進(jìn)行氣化，這樣可以有效地提高煤氣轉(zhuǎn)化效率。

　　2.氣化時(shí)間短

　　由于氣化爐的溫度非常高，因粉煤在氣化爐內(nèi)的實(shí)際反應(yīng)時(shí)間也非常短暫，一般在3秒內(nèi)便完成整個(gè)氣化反應(yīng)，對(duì)于一些未反應(yīng)完全的粉煤，工作人員可通過(guò)循環(huán)回爐的方式對(duì)其進(jìn)行二次反應(yīng)，以此來(lái)提高氣流床氣化效率。

　　(二)影響因素

　　1.溫度

　　氣化爐內(nèi)的溫度一般可達(dá)1500攝氏度以上，氣化爐內(nèi)的熱量大多是由煤所放出的熱量，在整個(gè)氣化過(guò)程中，蒸汽和煤炭顆粒需要依靠在高溫環(huán)境中吸收熱量來(lái)完成吸熱還原反應(yīng)，因此溫度對(duì)于氣流床氣化效果有著非常重要的影響。

　　2.壓力

　　適當(dāng)?shù)靥岣邭饣癄t內(nèi)的壓力會(huì)使得爐內(nèi)反應(yīng)物的濃度顯著提升，從而提高氣流床氣化反應(yīng)效率。在實(shí)際氣化作業(yè)過(guò)程中，工作人員適當(dāng)?shù)卦黾訝t內(nèi)壓力也可以在一定程度上促進(jìn)一氧化碳和氫氣所產(chǎn)生的甲烷反應(yīng)，增加氣化爐內(nèi)甲烷氣體的濃度。

　　3.氧煤比

　　氧煤比是指氣化爐內(nèi)氧氣和粉粉煤的比例。隨著氣化爐內(nèi)氧煤比的增加，燃燒反應(yīng)所放出的熱量也會(huì)隨之增加，從而使得反應(yīng)溫度也得以提升，促進(jìn)水蒸氣分解和二氧化碳的還原。此時(shí)，爐內(nèi)混合氣體中的氫氣和一氧化碳含量也會(huì)隨之增加，從而進(jìn)一步提升煤氣的碳轉(zhuǎn)化率[2]。此外，氧氣濃度的增加也會(huì)導(dǎo)致氣化爐內(nèi)水蒸氣和二氧化碳?xì)怏w的增加，使得爐內(nèi)氣體無(wú)效成分增多。

　　4.蒸汽煤比

　　在氣流床氣化過(guò)程中，工作人員在氣化爐內(nèi)所添加的水蒸氣會(huì)在高溫環(huán)境中與爐內(nèi)的碳顆粒發(fā)生水煤氣反應(yīng)。針對(duì)這種情況，工作人員需要適當(dāng)?shù)卦黾託饣癄t內(nèi)氫氣和一氧化碳的含量，從而達(dá)到控制氣化爐溫度的目的，同時(shí)還可以降低爐內(nèi)反應(yīng)的氧氣消耗量。若蒸汽與煤的比例相對(duì)較高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致氣化爐的溫度顯著降低，從而在一定程度上阻礙了氣化爐內(nèi)水蒸氣的分解以及二氧化碳的還原，這會(huì)對(duì)氣流床氣化反應(yīng)的順利進(jìn)行造成不利影響。

　　(三)常見(jiàn)工藝

　　1.德士古氣化工藝

　　該氣化工藝的流程中主要涵蓋煤炭研磨、煤氣化、插水處理、煤漿儲(chǔ)運(yùn)、合成氣洗滌等內(nèi)容。氣化爐中運(yùn)用了濕法進(jìn)料的技術(shù)，可對(duì)氣化物進(jìn)行液體排渣，最終所得到的煤漿的含水量一般在30%至40%范圍內(nèi)。該氣化工藝的應(yīng)用特點(diǎn)如下：第一，適應(yīng)性中等，氣化爐的灰熔點(diǎn)在1350攝氏度以?xún)?nèi)，灰分含量在15%以?xún)?nèi)，煤熱值在16000kJ·kg-1，具有相對(duì)良好的成漿性，可用于制作濃度在60%-65%范圍內(nèi)的水煤漿。

　　第二，工作人員可根據(jù)煤氣種類(lèi)需求來(lái)合理地選擇氣化壓力，工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)中的氣化壓力一般設(shè)置在2.8MPa-6.5MPa范圍內(nèi)。第三，熱回收是可選擇廢鍋或者激冷兩種形式，氣化爐結(jié)果的慚怍溫度在1300攝氏度至1400攝氏度之間，燃燒室是由特殊材質(zhì)的耐火磚砌筑而成[3]。第四，合成氣質(zhì)量水平較高，有效組分含量高達(dá)80%，碳轉(zhuǎn)化率通常在95%-98%范圍內(nèi)，冷煤氣效率在70%-76%范圍內(nèi)。第五，因?yàn)樗�煤漿中約含35%-40%的水分，因此該氣化工藝在實(shí)際應(yīng)用中需要消耗大量的氧氣。

　　2.殼牌氣化工藝

　　該氣化工藝的流程中主要涵蓋煤炭預(yù)處理、煤氣化、煤氣凈化、水處理、氮?dú)庀到y(tǒng)、煤加壓、除灰、脫硫、空分等內(nèi)容。該氣化工藝所使用的氣化裝置一般需要承受2.4MPa-4.0MPa的壓力，操作溫度一般在1400攝氏度至1600攝氏度范圍內(nèi)，工作人員可使用液態(tài)排渣技術(shù)將氣化爐內(nèi)渣中碳含量控制在1%以?xún)?nèi)，氣化爐主要進(jìn)料為干煤粉，其碳轉(zhuǎn)化率可高達(dá)99%。

　　該氣化工藝的應(yīng)用特點(diǎn)如下：第一，適用性強(qiáng)，無(wú)論是褐煤、煙煤，還是無(wú)煙煤、次煙煤、石油焦等煤種均可使用，對(duì)這些煤種的灰熔點(diǎn)、硫含量、灰分等性質(zhì)特征限制性較低。第二，生產(chǎn)量大，一般情況下，該氣化工藝的投煤量一般可達(dá)2000t·d-1。第三，碳轉(zhuǎn)化率高，一般可達(dá)到99%以上[4]。第四，氧氣消耗低，與上述我們所提到的水煤漿為主的氣化轉(zhuǎn)化工藝相比，該氣化工藝的氧氣消耗量大約降低15%-25%。

　　三、發(fā)展趨勢(shì)

　　氣流床煤氣化技術(shù)目前還存在一定的使用缺陷問(wèn)題，在未來(lái)還有較大的發(fā)展空間，具體發(fā)展趨勢(shì)如下：第一，技術(shù)人員可通過(guò)加強(qiáng)對(duì)煤氣化行業(yè)中理論知識(shí)的研究力度為氣流床技術(shù)的未來(lái)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)我國(guó)煤氣化行業(yè)向高效化和規(guī)�；�方向進(jìn)行大跨越。

　　第二，積極引進(jìn)國(guó)外一些先進(jìn)的煤氣化技術(shù)，并將其與國(guó)內(nèi)氣流床領(lǐng)域的發(fā)展需求相結(jié)合，推動(dòng)我國(guó)氣流床氣化生產(chǎn)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。第三，提高氣流床氣化所需煤種的多樣性，突破煤種的限制，提高氣流床氣化工藝技術(shù)的適用性。第四，加強(qiáng)氣流床氣化能量的轉(zhuǎn)化和回收利用。

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　　四、結(jié)束語(yǔ)

　　我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中將煤炭作為主要原材料的歷史至今已有百余年，雖然現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中氣流床煤氣化工藝在實(shí)際應(yīng)用中也取得了良好的應(yīng)用效果，但隨著科技的不斷發(fā)展，筆者相信該技術(shù)一定會(huì)在科研人員的優(yōu)化和改進(jìn)下進(jìn)一步提升，為我國(guó)煤化工生產(chǎn)行業(yè)的未來(lái)發(fā)展添加助力。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]張?jiān)?楊倩鵬.煤氣化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].潔凈煤技術(shù),2019,25(S2):7-13.

　　[2]馮建華.氣流床煤氣化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展研究[J].石化技術(shù),2017,24(06):278.

　　[3]安曉熙,曹月梅.氣流床煤氣化技術(shù)現(xiàn)狀及研究進(jìn)展[J].氮肥技術(shù),2015,36(03):3-8.

　　[4]沈兆偉.淺析氣流床煤氣化的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J].商品與質(zhì)量,2017,(2):115.

　　作者：王雄慧

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