浅谈煤制气

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摘要：煤制气在我国能源可持续发展中占有重要位置。本文介绍了煤制气技术在我国的应用情况，工艺型式，并分析了如何选择制气工艺，以及煤制气技术的局限性。

关键词：能源 煤制气 气化

1　前言

我国拥有丰富的煤炭资源，是一个以煤为主要能源的发展中国家。多年来，煤炭消费占我国一次能源消费比例的三分之二以上。环渤海、长三角、珠三角三大经济带对天然气需求巨大，而内蒙古、新疆等地煤炭资源丰富，但运输成本高昂。因此，将富煤地区的煤炭资源就地转化成天然气，是煤炭能源清洁高效转化的重要基础，成为继煤炭发电、煤制油、煤制烯烃之后的又一重要战略选择。

先进的煤制气工艺的开发和利用，是我国实现煤化工战略的重要步骤。目前，煤制气工艺技术的发展正朝着低消耗、低污染、高效能、高自动化方向发展。煤制天然气是指煤经过气化产生合成气，再经过甲烷化处理，生产代用天然气（SNG）。煤制天然气的能源转化效率较高，技术已基本成熟，是生产石油替代产品的有效途径。

2自动化控制系统在煤制气系统领域中的应用

随着经济全球化的不断发展和深入，电气自动化控制系统为我国煤制气领域的发展做出了巨大的贡献。随着自动化信息化技术的发展及电力市场的推进，采用更加先进的自动化控制技术及其产品，提高煤制气领域电气自动化运行和管理水平，节能降耗，增强企业竞争力，成为煤制气领域的热门课题。在控制方式上，煤制气领域系统的主要设备监控需要接入DCS系统，但在两台机组共用一台起/备变的情况时，由于一台机组的检修不能影响另一台机组的正常运行，因此需要考虑两台机组DCS电气控制的模式，确保对其控制权的唯一性。在布置方式和数量上，煤制气用电设备分散安装于各配电室和电动机控制中心，元件数量众多，运行管理信息量大，检修维护工作复杂。与热工系统相比较，电气设备操作频率低，有的系统或设备运行正常时，几个月或更长时间才操作一次，电气设备保护自动装置要求可靠性高，动作速度快，比如保护动作速度要求在40s以内完成。随着DCS技术、面向对象技术和嵌入式以太网技术的发展，煤制气系统自动化的保护和测控单元由传统的相对独立设计，向着集保护、测量、控制、远动于一体的综合化及网络化智能保护测控单元发展，直接面向一次设备或设备组合，就地安装，除实现继电保护、实时电量监控、状态信息记录及历史记录等基本功能外，还能与站控层联网实现事故分析、状态监视、微机防误操作和安全保障等功能。

3　煤制气工艺型式多样性

到目前为止，已经实现工业化应用的气化炉有数十种之多。依据煤与气化剂在气化炉内的接触方式的不同，一般将气化工艺分为固定床气化、流化床气化和气流床气化三大类型[1]-　[2]。

3.1　固定床气化炉

固定床气化炉以鲁奇炉为代表，煤与气化剂（氧、蒸汽）逆流流动，块状煤从炉顶加入，在逐步下移过程中与热的煤气气化剂换热，发生干燥、干馏、气化、燃烧和灰渣冷却，气化剂则在上升过程中换热，反应转化为煤气。该气化过程效率高，氧耗低，但蒸汽用量较大。适用于褐煤、年轻烟煤气化制城市煤气和焦油能集中加工的场合，不太适用于现电和能源化工合成。

3.2　流化床气化炉

流化床气化炉用煤粒度小，气化强度高，达到固定床的2～3倍，床内温度更加均一，出口温度高达900℃，粗煤气中几乎不含焦油、酚类等难净化物质，净化流程简化。常规流化床气化炉的缺点在于，为防止炉内结渣，保证正常的流态化，操作温度较低，仅适合褐煤和高活性烟煤；灰渣和飞灰未转化量达煤量的10%，需另设锅炉燃烧。

灰熔聚流化床气化炉是常规流化床的一种改进，全床温度提高到1050摄氏度，可适合多种煤的气化，而同时保持适中的操作温度，使其气化氧耗低，操作费用低，结构简单，材料要求低，投资低。代表性的有KRW、U-gas和AFB三种。

3.3　气流床气化炉

气流床气化炉是流化床气化炉的进一步改造，使用更细的粒度和更高的温度，从而成倍地加快了反应速度，达到了极高的炭转化率和气化炉单台处理能力，为当前世界煤气化市场的主导选择。气流床气化炉依照进料方式有两种类型：水煤浆进料和干粉进料，结构上也分为耐火砖热壁炉和水冷壁炉两种。

水煤浆加压气化炉是已工业大规模应用最多的气流床气化炉，以Texaco炉最多。优点是压力高，运行可靠，气化温度高，煤气有效成分高。缺点是煤浆水蒸发和升温热损失大，煤耗、氧耗高，操作温度限制了高灰熔点煤的使用。

干粉煤进料加压气化炉以shell炉为代表，它克服了煤浆进料的水蒸发升温的热损失，反应温度进一步提高到1500～1600℃，转化率和煤种适应性进一步提高。缺点是，增加了气体的物理显热以及高压废热回收的困难和投资。

4煤制气工艺选择的科学性

每种煤气化技术均有其相应的特点和适用范围，还没有一种综合比较非常突出的方式，这也是造成国内煤制气方式多元化的一个主要因素。在发展煤气化技术的过程中，煤气化工艺以及气化炉型的选择是一项重要工作，它关系到整个工程的投资乃至产品的生产成本。

首先，在保证技术可行经济合理的前提下，根据原料情况选择气化工艺及气化炉型的选择范围。通常工业气化炉用氧、蒸汽或空气、蒸汽为气化介质，气化炉的选择取决于下列因素[3]：

①　煤的物理、化学性质，主要包括碳含量、热值、热稳定性、化学性质、灰分含量、粒度等因素　；

②　气化工质（空气，氧气，蒸汽）；

③　气化工况：温度、压力、加热效率和炉内停留时间；

④　气化炉型式：进料方式（干粉煤、水煤浆）、气固接触方式（流动型式）、排灰方式（干渣、液渣）以及最终的气体净化方式。

其次，要考虑煤气化技术与下游后续加工技术对煤气化生产的煤气数量、组成、压力以及煤气净化程度等条件都会有其特殊的要求。

还要考虑气化炉型与生产规模的合理匹配，不同煤气化技术对于所建装置的规模效应不尽相同，同时相应的装置投资、建设周期、对市场的适应性均有所不同。

5煤制气项目发展局限性

①大规模发展煤制气势必增加煤炭开采强度，给环境造成压力。另外，煤制气尚处于示范阶段，不具备大规模发展的条件。

②煤制气能否获得经济效益，主要风险来自于原煤的价格。改价后煤制气价格上涨也能引发煤价上涨，这会导致煤制气项目存在相当大的风险。

③煤制气项目在生产过程中会产生一些废物，如一氧化碳、硫化物和一些含酚废水等，如处理不当，会对环境造成很大污染。

④任何一种气化炉型，往往优势越明显，其缺点也越突出，因此，没有绝对“最好”的煤气化工艺，只有相对“最合适”的煤气化炉型。

6　结语

在能源急剧紧张的现代工业社会，优质高效能源的开发具有重大意义。鉴于我国的能源现状，开发煤制气技术，将有力缓解我国的能源危机。此外煤制气符合国家“高产能低碳化利用”的能源发展战略，对实现煤炭资源的清洁具有重大意义。

参考文献：

[1]王洋，房倚天，黄戒介等.　煤气化技术的发展-煤气化过程的分析和选择[J].　东莞理工学院学报，2006，13（4）：90-100.

[2]肖瑞华，白金锋.煤化学产品工艺学[M].　冶金工业出版社.2003

[3]刘卫平.　我国煤气化技术的特点及应用[J].　化肥设计，2008，46（1）：11-16