我国煤化工气化工艺与设备的关键技术分析

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  [摘 要]借助先进的科学技术,大力发展清洁型煤炭资源,不仅能解决我国石油能源短缺的问题,同时能降低对环境的污染。因此,在了解气化工艺过程的基础上,对煤气化技术工艺进行系统性梳理,对推动我国煤化工技术发展有重要的现实意义。
  [关键词]煤化工,气化工艺,设备
  中图分类号:G736 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)30-0257-01
  1.煤气化技术创新的意义
  1.1 提高煤化工产业的活力
  限制煤化工发展的一个重要因素就是没有创新技术,创新能够在实践中得到發展,实践是创新的动力源泉,所以我们应该在实践的过程当中不断地总结经验,把创新尽快应用到实践当中去。煤气化技术创新可以让煤化工产业上一个新的台阶,充分发挥其灵活性的特点,使经济效益得到有效提高。
  1.2 推动中国化工产业的发展
  煤化工是化工产业中非常重要的产业,煤化工产业的地位以及影响力都是非常大的。煤气化产业是煤化工产业中非常重要的产业,所以煤气化产业的发展对于煤化工产业发展的影响是不能忽视的。除此之外,煤气化发展对于我国的战略发展有着非常重要的意义,煤气化是现在高效清洁的能源。
  1.3 有利于节能减排,保护环境
  我们大家都知道,煤气化产业长期以来都是众多产业中污染最为严重,对环境破坏力最大的产业,所以对该技术进行创新也是现在我们急需解决的一个问题。研发出更加环保的技术,不光可以有效的减少污染情况,还可以把我国的煤炭资源合理地完成转化,真正地实现低污染且效率高的目的。
  2.煤气化关键技术控制
  2.1 安装施工要点
  根据煤化工工艺要求和现场实际情况,设计施工方案,按照行业规定和标准进行安装,确保工程实施质量和安全性。施工作业应遵循由内到外、由大到小的原则;根据预制、成片吊装规范进行安装施工,可降低工程成本、减少工程验收时间,同时能保证钢制管架以及设备的安装质量。煤化工设备的安装应注意:在地面进行构件油漆涂刷;应依据安装工程设计规范进行构件安装;构件安装完成后,根据规范标准对梁柱表面进行防火层作业。各构件尺寸大小偏差应依照规范进行矫正。
  2.2 钢材检验
  气化工艺设备需求的钢材要具备质量证明书,检验时可根据证明书鉴别真伪,使钢材性能质量达到工程设计要求,还可按照国家行业规范标准进行取样,进行化验分析,保证钢材的质量合格。按照标准的要求:钢材表面无疤痕、裂缝,纵向无分层、皱折。钢材在出现少量锈迹、轻微划痕情况下,应保证钢材破损厚度控制在负偏差值的一半以内,否则该钢材要及时进行更换。
  2.3 偏差矫正
  在现场施工的过程中,一般会出现钢构件尺寸与标准尺寸有一定偏差,这时应对它进行矫正,常用的矫正方法包括冷矫正和热矫正。不管是冷矫正和热矫正,都应使矫正后的钢材达到应用标准,保证钢材表面划痕厚度控制在0.5mm以内,不能出现明显的破损和凹凸现象。气化设备组装时,会遇到钢梁尺寸偏小的问题,可实时接长,方法包括坡口斜对接以及钢板拼接等。当采取钢板拼接时,钢制构件在避开节点的情况下,长度一定要小于2.5m,当钢制构件厚度小于14mm时,用剪板机对肋板剪切即可达到要求;当钢制构件厚度大于16mm时,则采用自动切割机进行修剪钢板长度。
  3.国内外煤气化技术的发展现状
  从世界范围内各种能源的储备量来看,天然气、石油占比12%,而煤炭占比高达79%,由此不难看出,在能源战略中煤炭利用技术的开发和研究占据了何等重要的位置。世界煤化工的发展经历了漫长的时间,早在二十世纪初,逐渐兴起的煤炭炼焦工业标志着煤炭化工正式进入了发展初期阶段,到了二十世纪中期,有机化学工业一直以煤炭为主要的原材料,随着石油化学工业的逐步兴起,在化工原料的配比中,逐渐强化了天然气和石油的重要性,慢慢降低了煤炭的应用比例,缺乏在实践中的研究、发展和应用,必然会在一定程度上影响世界煤炭化工技术的深入发展和进步。但是到了二十世纪70年代,大幅度攀升的石油价格,对石油化学工业的健康发展产生了不利的影响,与此同时在煤液化、煤气化等方面煤化工都取得了一定的成绩,尤其是到了二十世纪末,石油价格在世界范围内都始终居高不下,并呈现不断上涨的态势,这就为煤化工技术的发展提供了有力的外部环境,人们也逐渐重视煤化工的重要性。
  就我国而言,传统的UGI炉块煤间歇气化已经无法满足时代发展的需求,其迫切的需要向先进的粉煤加压气化工艺进行转化,同时这种迫切的需要也为新型煤气化技术的创新和发展提供了可能。据不完全统计,正在建设的和已经投产的大型洁净煤气化技术的相关装置就有80余套,其中已投入运行中的煤气化装置占比约一半左右,其中对水煤浆气化技术中的四喷嘴、GE煤气化、多原料浆气化、分级气化等和干煤粉气化技术中的Shell煤气化、GSP两段式干煤粉加压气化、单喷嘴干粉气化技术等的应用比较广泛,并且已经取得了不错的成绩。
  4.煤气化常见技术及发展
  4.1 固定床气化
  固定床气化工艺通常是将一定粒径的块煤从气化炉顶部加入,空气(或氧气)和水蒸气从气化炉底部送入。固定床气化废水中含有焦油、酚氨等杂质,处理成本较高。目前,工业上广泛应用的固定床气化工艺包括BGL煤气化工艺、鲁奇固定床气化工艺、赛鼎碎煤加压气化工艺。
  4.2 流化床气化
  流化床气化技术主要代表是恩德炉工艺和U-Gas技术。
  4.2.1 恩德炉工艺
  恩德炉粉煤流化床气化技术是朝鲜恩德联合企业在温克勒粉煤流化床气化炉的基础上,经长期的生产实践,逐步改进和完善的一种煤气化工艺。该工艺煤种适用广泛,原料价格相对低廉,操作简单。但是因为常压气化,气化效率和碳转化率低,逐渐被淘汰。
  4.2.2 U-GAS技术
  U-GAS气化工艺由美国煤气工艺研究所(IGT)开发,属于单段流化床煤气化工艺,采用灰团聚方式操作。该技术设计简单,运行安全可靠,能气化所有煤种的煤。气化压力0.25~1.0MPa,单炉投煤量最高1,200t/d。由于气化压力低,处理量不高,随着现代煤化工的发展,逐渐被淘汰。
  4.3 气流床煤气化工艺
  气流床气化在现代煤气化技术中应用最为广泛。该气化技术是将煤粉或煤浆与气化剂一起经喷嘴进入气化炉,煤的气化过程瞬间完成,矿物质以熔融状态离开气化炉。目前,典型的气流床气化工艺包括德士古水煤浆加压气化工艺、壳牌粉煤气化工艺、GSP粉煤气化工艺和SE-东方炉粉煤气化工艺等。
  结语
  随着现代煤化工的不断发展,现代煤气化技术也向着高温高压气化、大型化、规模化、多样化方向发展。煤气化技术选择的成功与否直接关系到煤化工生产装置的长周期稳定运行。在选择煤气化技术时,要综合考虑煤气化技术的成熟可靠性、环境友好性、原料煤煤种适应性、与目标产品的匹配性、单系列处理能力以及建设运行成本等诸多因素。
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