具有自主知識產權的三種煤氣化技術對比

王洪營，楊悅敬，楊國棟，顧朝暉

(河南心連心化肥有限公司，河南新鄉 453731)

根據國內氮肥行業“十二五”發展要求，今后將逐步采用以粉煤加壓氣化、新型水煤漿氣化等為代表的先進煤氣化技術對現有的采用間歇式固定床煤氣化技術的合成氨等煤化工企業進行技術改造，以實現煤炭的清潔高效利用，提高合成氨等煤化工行業的能效水平和清潔生產水平。目前國內具有自主知識產權的先進煤氣化技術，如航天爐技術、多噴嘴水煤漿氣化技術、清華爐技術等，都已建成了一定數量的工業化裝置，并有數十臺氣化爐投入實際運行，具備全面推廣的條件?，F就國內幾種具有自主知識產權的氣化技術的一些特點進行對比與探討。

1 技術及業績簡介

1.1 多噴嘴對置式水煤漿氣化技術

多噴嘴對置式水煤漿氣化技術是由華東理工大學和兗礦集團共同開發的新型水煤漿氣化技術。其特點為:采用水煤漿進料方式，四個對置式噴嘴進料，氣化爐采用耐火磚隔熱形式，出氣化室合成氣體與渣采用冷激流程與渣水處理工藝［1］。

自山東華魯恒升多噴嘴氣化爐于2005年投運以來，兗礦國泰，兗礦魯南，江蘇靈谷，江蘇索普，新能鳳凰，神華寧煤，寧波萬華，以及于2012年1月20日投運的安徽華誼，多噴嘴氣化爐已經成功在9家企業22臺氣化爐投入運行。而2008年與美國Valero企業簽訂技術許可合同，更是成功將其技術成功推廣至國外。

1.2 航天爐氣化技術

航天爐氣化技術是由航天長征化學工程股份有限公司(原北京航天萬源煤化工工程技術有限公司)開發的新型粉煤氣化技術。其特點為采用干粉進料方式，單個進料噴嘴置于氣化爐頂部，采用盤管式水冷壁，出氣化室合成氣體與渣采用冷激流程與渣水處理工藝［2］。

自河南濮陽龍宇，安徽晉煤中能(臨泉)一期于2008年投運以來，近幾年來發展迅速，山東魯西化工，安徽臨泉二期，河南中新化工航天爐裝置現都已投產。而在建的河南晉開集團120萬t合成氨項目則采用4臺航天爐，一期2臺即將完工，二期2臺也已安裝近半。其他已簽項目也都處不同施工或設計階段。

1.3 二代清華爐氣化技術

二代清華爐氣化技術是由北京盈德清大科技有限責任公司獨家經營的新型煤氣化技術。其特點為采用水煤漿進料方式，單個進料噴嘴置于氣化爐頂部，氣化爐采用新型垂直懸掛式水冷壁，出氣化室合成氣體與渣采用冷激流程與渣水處理工藝。

二代清華爐于2005年投入研發，工業裝置于2011年8月在山西豐喜臨猗分公司投入運行。其區別于水煤漿的最大之處為將爐體的耐火磚改為水冷壁。首次投入運行便實現穩定連續運行140 d的良好業績。

雖然其工業裝置投入運行時間較晚，但其成功的技術已經吸引不少廠家與之合作，黑龍江北大荒化肥公司浩良河化肥廠已經與之簽訂氣化爐改造協議，江蘇華昌等與之簽訂了氣化技術轉讓協議。

2 三種氣化工藝技術特點及對比

2.1 原料介質進料方式對比

表1 三種氣化工藝對比

圖1 原普進料流程對比

進料流程如圖1所示。單比較進料方式:水煤漿進料方式具有簡單，穩定等特點，粉煤輸送過程中消耗的功及能量較多。

同時采用水煤漿進料方式，相較粉煤進料更易于提高氣化爐的操作壓力至6.5 MPa或8.7 MPa，可以實現等壓聯產甲醇或合成氨，降低后續壓縮做功。

但水煤漿進料方式進入氣化爐內帶有大量水分，水分的蒸發與蒸汽的升溫必定要消耗大量的熱量，其氣化效率要低于粉煤氣化，氧氣消耗也要高于粉煤氣化。

干粉進料氣化效率高，碳轉化率高，有效氣體成分高，但在制煤過程中需要加熱干燥，氣化過程中需外加蒸汽。

2.2 多噴嘴與單噴嘴氣化爐內流場對比

多噴嘴與單噴嘴氣化爐內流聲如圖2所示。多噴嘴氣化爐氣化室內霧化性能要好于單噴嘴氣化爐，初級霧化的物料再相互撞擊形成二次霧化，增強了霧化效果，提高了物料在爐內停留時間，避免了部分物料從噴嘴口直接運動到渣口形成短路，增強了氣化爐內介質的傳質傳熱，有利于氣化反應的進行，煤氣中的有效氣成分高，渣中可燃物含量低［3］。

同時多個噴嘴也易于實現負荷的調整，多噴嘴爐也具有帶壓連投與無波動倒爐等其他特有技術。單噴嘴氣化爐控制簡單，操作簡單，設備維護簡單，投資較少。

圖2 氣化爐內流場對比

2.3 各種襯里形式對比(見圖3)

采用耐火磚爐爐壁的熱量損失少，但需要定期更換損壞的耐火磚。因為更換筒體磚時間較長，一般需要設置備爐。

圖3 襯里形式對比

同時耐火材料也限制了氣化爐溫的提高，對于高灰熔點的煤，需要添加助熔劑。采用水冷壁形式則有煤種適應性強，可以燒高灰熔點煤。同時長周期運行不用設置備爐。減少維修費用與工作量等優點。新型垂直懸掛式水冷壁采用自然循環設計，強制循環運行，安全可靠［4］。

2.4 氣化工藝中各種不同技術的優缺點

不同氣化工藝的優缺點對比如表2所示。

3 總結

三種氣化技術各有其優點，用戶及使用業績也在不斷增加。單從氣化爐反應反面考慮，粉煤氣化具有其優勢，但如果考慮原料介質輸送所消耗的功，則其優勢將被抵消掉部分。加之后續選擇的不同的耐硫高水汽比變換或低水汽比變換工藝，消耗亦不相同。而且各家使用單位所選用煤質不同，操作水平不同，即便選用同一種氣化工藝，消耗也不盡相同。外加消耗衡算方式也有所差異，因此很難從根本上說那種氣化技術最具優勢，三者各有技術側重點。

4 結束語

沒有最好的氣化技術，只有最適合自己企業的氣化技術。在企業選擇氣化技術時，一定要根據自身情況，從產品及規模、原料煤種，自身資源，環境保護，投資等綜合多方面情況考慮，選擇出適合自己的氣化技術。希望其他即將進行原料結構升級的單位早日找到適合自己的氣化技術，對現有固定床氣化技術進行升級，一方面降低生產成本，提高市場競爭力;另一方面節能減排，為我國的環境保護做貢獻。

表2 不同氣化工藝的優缺點對比

［1］于廣鎖，龔 欣，劉海峰，等.多噴嘴對置式水煤漿氣化技術［J］.現代化工，2004(10):46－49.

［2］孫永才，劉 偉.航天爐粉煤加壓氣化技術淺析［J］.化肥工業，2010(01):55－57.

［3］孫銘緒.多噴嘴對置式水煤漿氣化技術工程設計［J］.化工設計;2007(05):3－7，37.

［4］王 軍，陸 峰，林彬彬.國內工程應用的幾種煤氣化技術簡介［C］.2009中國煤化工產業可持續發展研討會會議論文:59－79.