煤化工气化工艺与设备的关键技术

李晓峰

(阳煤化工集团，山西 太原 030006)

引 言

能源资源是社会经济发展的基本物质基础，人类社会的生存和发展也离不开能源的帮助。我国煤炭资源虽然比一些国家丰富，但煤炭属于不可再生的能源，大规模地使用煤炭资源也会对自然环境造成严重的不良影响。在此发展背景下，应用先进的科学技术手段，对现有的资源能源进行合理开发和利用，可以最大限度提升煤炭的利用率，应用煤化工等技术手段为人们提供更多的可利用的能源已成为发展的必然趋势和时代的发展要求，为我国的经济快速发展提供有利帮助。除此之外，煤化工气化工艺的选择应用在一定程度上对企业的生产投入成本起着决定性作用，是企业维持长期有效运行的重要影响因素，因此，研究煤化工气化工艺和设备的关键技术意义重大[1]。

1 煤化工气化工艺

1.1 工艺结构

煤化工气化工艺设备对于所用钢材的质量要求非常高，一般工程的工艺设备需要用到至少2 500 t的钢材，钢材消耗非常大且各个部件之间的组装工作非常复杂，组装难度也很大，尤其是气化炉的吊装难度更大。因此在煤化工气化工艺设备的组装现场，组装进行时通常都需要借助箱型柱，并在不小于30 m的混凝土结构基础上进行安装作业且设备高度要求必须超过50 m[2]。

1.2 气化工艺的特点

气化工艺系统是煤气化装置的核心内容，包含了很多辅助的子系统。煤气化有很多工艺方式，常见的包括移动床气化、流化床气化和流床气化三种且都已经完成了工业化的任务。

1.3 煤化工工艺的步骤

煤化工工艺主要分为3个工业化阶段：

煤——合成气——醇醚类(甲醇、DME)；碳氧化合物(醋酸)；烃类(烯烃、柴油、汽油、煤油)；其他(H2、H2/N2)——下游产品。

2 煤化工气化工艺技术

2.1 GE水煤浆加压气化技术

GE水煤浆加压气化技术就是流床加压气化技术，在煤化工气化中的应用比较广泛，主要应用于制取烯烃、甲烷以及氨等，同时还可以联合循环以发电，其发电效率较高且实现了煤炭资源的清洁利用。GE水煤浆加压气化技术操作简单，入炉工序简单，只需要将原材料直接送入炉内即可，操作安全有保障，节约环保。GE水煤浆加压气化技术对原材料的要求较宽松，适应性很强，可接受多煤型的气化原材料，除此之外，GE水煤浆加压气化技术的气化系统效率很高，最高可达96%[3]。

2.2 GSP干煤粉加压气化技术

GE水煤浆加压气化技术主要依靠气流床加压实现气化操作。首先，干煤粉经过干燥和细磨工序后成为原材料进入炉内，在炉内完成气化后自顶端进入并在气化炉的内部有水冷壁作为内件，在单烧嘴下行制气。现有规模最大的GSP干煤粉加压气化装置可一次性投入约720 t的褐煤，装置主要应用水进行冷流程，投入成本低，有效节约化工生产资金。

2.3 Shell干煤粉加压气化技术

Shell干煤粉加压气化技术和GSP干煤粉加压气化技术属于同一技术类别，但 Shell干煤粉加压气化技术的气化煤种较多，包含诸如无烟煤、高灰熔点煤、烟煤等煤种。其入炉工序同样是干煤粉经过处理后进入炉内，但和GSP干煤粉加压气化技术不同的是Shell干煤粉加压气化技术的干煤粉入炉是由下部进入的。现存的世界上最大的气化炉处理量是2 000 t/d煤。炉内气化压力值为3.0 MPa[4]。

2.4 鲁奇固定床煤加压气化技术

鲁奇固定床煤加压气化技术对于入炉原料的要求较高，对原料的热稳定性、化学活性等都有具体的要求标准，且该项技术的机械强度较高。主要应用煤型是不粘或较弱粘结性的原料煤以及气化褐煤，在城市的生产生常用于我国的氨肥产业生产中，其突出特点就是固定床空气和蒸汽间歇制气。

2.5 常压固定床无烟煤(或焦炭)富氧连续气化技术

常压固定床无烟煤(或焦炭)富氧连续气化技术的入炉原料通常采用粒度在8 mm～10 mm的无烟煤或者焦炭，通过富氧作为气化方式进行连续气化。该气化技术对于入炉原料的利用率较高且气化设备的维修力度最小，对于自然环境几乎不产生影响，非常适合无烟煤地区的气化工作。

3 煤化工气化工艺与设备的技术要点分析

3.1 安装施工要点

在安装施工中必须要结合煤化工工艺的要求和施工现场的实际情况得出的制定最终的施工安装方案，严格按照行业相关规则标准进行安装作业，切实保证工程的质量效率和安全。在安装施工时要按照由内到外、由大到小的顺序进行，同时遵循预制、成片吊装的要求进行安装施工，确保最大限度降低工程建造成本，缩减工程后续验收的时间，在此基础上有效保证设备的安装质量。煤化工设备安装需要注意以下几点。首先，构建的油漆涂刷要在地面进行。其次，构件安装要遵循工程安装设计规范要求。最后，安装工序完毕后，要对梁柱表面进行防火层处理，根据构件大小不同的偏差进行规范矫正。

3.2 钢材检验

在煤化工气化工艺中，对工艺设备所需的钢材必须经过严格的检验，检验人员需要对钢材的质量、性能等进行详细分析。生产所用钢材必须具备相应的质量证书，检验人员需要对证书的真伪进行鉴别分析，同时结合工程设计对钢材的性能进行验证，未通过验证的钢材不允许进入施工现场，钢材中不符合设计安装要求的可通过后期的补救措施进行完善。设计安装所用钢材标准是表面无裂痕、无疤痕、没有褶皱，在钢材的破损厚度没有超过负偏差值一半的情况下不需要对钢材进行更换[5]。

3.3 偏差矫正

偏差值指工程钢构件尺寸数据与标准尺寸数据之间的差异。常用的矫正方式主要有两种，热矫正和冷矫正。冷、热矫正的最终结果都要保证钢材表面的划痕厚度不能超过0.5 mm，不能出现明显的钢材破损和凹凸现象。针对气化设备的安装过程中常见钢梁尺寸偏小等问题，可采取斜对接以及钢板拼接的方式进行实时接长，同时在进行钢板的拼接时，钢构件要避开节点且长度不能超过2.5 m，当钢构件的厚度小于14 mm时，可采用剪板机进行肋板剪切满足工程要求。

4 结语

通过研究煤气化工艺流程、方法以及相关特征进行了详细介绍研究，对各个施工单位部门提出了针对性的意见建议，并对其应具备的专业技术、如何确保钢材质量以及如何增强行业标准和规范的检验安装都提出了具体要求，以提高现阶段的煤化工气化工艺和设备的技术水平，在保障能源战略安全的大前提下最大限度提高煤气化效益，满足人们生产生活对清洁能源的需求。