随着社会经济的迅速发展, 各行各业对于能源的需求持续上升, 为了有效应对我国天然气能源紧缺的现状, 并实现对煤炭能源的深加工能力, 因此, 煤气化行业逐渐兴起。通过煤气化配套设备中反应调节系统以及一氧化碳变换工艺就可以实现生成粗煤气, 即碳氢混合物, 最后经过处理加工, 就可以满足社会生产和生活需求的燃气能源。基于此, 一氧化碳变换工艺技术的选择十分重要, 它对于后续处理及产品类型或质量的影响十分关键。
近年来, 煤气化行业中具有代表性的应用工艺分为水煤浆气化和粉煤气化两种, 而粉煤气化根据其不同的冷却方式又区分为废锅型和激冷型两种, 在废锅型应用中极为成熟的工艺当属Shell粉煤气化, 而激冷型应用中比较广泛和先进的是GSP粉煤气化和东方炉等粉煤气化工艺。这些煤气化工艺能够生产合成多种品类的产品, 而且根据下游产品需求, 能够对CO进行完全或部分转化。上述煤气化工艺都属于气流床气化流程操作, 在煤化企业的应用十分广泛。另外, 前沿的BGL技术和Lurgi技术也在持续完善, 因其技术独具的优势特征, 正逐渐在煤化企业中规模化应用。
首先, 水煤浆气化煤气的的具体特点为:粗煤气中CO干基能保持在45%, 与HZ基本持平, 变换负荷与变换炉的压力及温度并不凸显。此外, 水气在粗煤气的占有比例较高, 能确保持久的稳定, 进而可以为各类变换反应提供支持保障。其缺点是剩余水汽多, 因此需要回收的热量也随之增高。其次, 粉煤气化煤气的具体特点为:变换操作压力较低, 煤气中CO干基能够达到65%左右, 致使变换反应动力足, 进而反应十分强烈, 就会引起变换炉出现超温风险。虽然废锅型和激冷型都属于粉煤气化工艺, 但是二者也具有较大的差异特点。一方面, 废锅型粗煤气中水气比例十分低, 因此, 在变换反应过程中需要不断摄入蒸汽才能够满足转换加工的技术要求。另一方面, 激冷型粗煤气中的水气比例值介于水煤浆气化和废锅型气化之间, 因此, 当部分转换时能够自给自足, 而在完全转换时也必须要加入水蒸气才可以确保变换反应的进行。
首先, 水煤浆在制氢工艺中, 需要变换气中CO的干基浓度为0.35%左右, 这时变换炉要确保两段中温并结合一段低温进行处理。由于制氢对总变换率的要求较高, 因此要确保持续的推动力。同时不用额外配备蒸汽装置;其次, 水煤浆制甲醇工艺中, 对总变换率的要求只需达到一半即可, 而CO含量要确保达到五分之一, 这就对于工艺指标的实现具有极大促动;最后, 基于水煤浆水气比例的过高影响, 如果不针对妥善处理, 极易加剧换热器的冷却负荷, 而且过多的水汽对于管道及设备的压力也会造成影响。因此, 可以适当改进技术操作流程, 即在变换前期, 要先设置蒸汽设备, 同时在冷却分出冷凝液之后在合理预热进而发生变换反应。通过调查分析发现, 前置蒸汽发生器的优势十分明显, 例如:能够减小设备负荷, 并控制投资成本, 同时可以确保水气比例的稳定性以及达成对煤气的二次净化。基于以上分析可以充分表明, 前置蒸汽发生器的重要性十分明显。
粉煤气化工艺中, 因为其中的CO浓度过高, 需要对其进行控温处理, 控温技术的好坏直接会影响CO转换的效率及质量。此外, 根据水气比例的不同, 粉煤气化变换工艺可分为以下三种, 即低水气、中低水气和高水气变换工艺。接下来对这三种工艺的优缺点进行简要分析。首先, 低水气工艺的优点为:对CO含量控制相对容易且稳定, 能够确保装置的长期运作, 同时节能效果十分明显, 并有效降低了生产成本, 此外, 可以避免发生反硫化的反应。其不足为:发生副反应的几率很大, 同时对于温度的要求较高, 另外需要介入催化剂的作用;其次, 中低水气变换工艺的优点是:无需考虑超温影响, 不会产生让催化剂失活的现象, 而且中低水气工艺自身具有蒸汽补水, 这就大大降低了蒸汽能耗, 同时在该工艺中处理过程中, 不需要过高的温度, 使补充水来源成本随之降低, 进而有利于企业节能的目标实现。而其不足为:影响变换的因素较多, 致使操作管理十分复杂和繁琐;最后, 在高水气变换工艺中, 其主要优点为:对于变换炉出口CO含量的降低具有积极作用, 同时能够抑制甲烷副反应的产生, 此外其热容量大的优点可以有效掌控变换炉的温度。而其不足为:CO和水气的含量很大, 致使变换反应的剧烈程度十分高, 不利于反应的深入掌控, 同时对于催化剂的影响很大, 会消耗大量蒸汽的同时从而增加了企业的投入成本。
总之, 随着国家经济的快速发展, 社会对于煤化企业的需求与日俱增。同时煤气化技术的发展应用也在不断拓展, 因此, 对于煤气化配套一氧化碳变换工艺技术的选择也在不断增加。这就需要煤化企业要科学掌握不同变化工艺技术的特征以及优缺点, 并根据企业实际情况和下游产品要求的不同, 进而选择适宜、可靠的工艺, 最终确保工艺能够节能环保并安全稳定运行。
摘要：在我国能源储备中, 煤炭资源较为丰富, 而天然气资源相对匮乏, 为了适应和满足现代社会对能源的多样化需求, 因此, 加快煤气化行业建设并优化煤气化工艺技术势在必行。本文从目前国内具有代表性的几种煤气化变换工艺谈起, 进而分析不同煤气化工艺生产煤气的具体特点, 最后重点对煤气化配套一氧化碳变换工艺技术的选择进行深入探究, 希望能够为煤气化行业选择和完善变换工艺技术提供一丝参考。
关键词：煤气化行业,一氧化碳变换工艺,工艺技术,工艺选择
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