在中国这个以煤炭为主要能源物质的国家, 煤气化工艺的发展已经有一百多年的历史。它既给我们提供能源同时又影响着环境, 以下就煤气化工艺的类别和清洁化生产以及对环境保护的研究方面进行阐述。所谓的清洁生产其实指的就是在生产的过程中要积极的采用各种新技术和新工艺来实现生产资源的合理配置, 从而最大限度的将生产资源转化为产品, 减少污染物的排放, 达到节能减排、增效的目的, 实现经济与环境的协调发展。煤气化作为煤化工产业的龙头, 下游生产所需要的煤制甲醇、合成氨等原料都需要通过煤气化工艺将固态的煤炭资源转化为气态资源, 因此选择能够长期稳定运转、技术先进、清洁程度较高的煤气化工艺对于煤化工产业的发展是十分重要的, 对于资源友好型、环境节约型的可持续发展社会建设也是有着积极意义的。
1 固定床气化
一般来说, 固定床气化工艺主要采用的是颗粒直径6mm-50mm之间的碎煤作为原料, 气化剂通常采用纯氧或者水蒸气, 在实际生产操作中固定床气化工艺主要有两种, 一种是间歇性气化工艺, 该煤气化工艺由于操作单一并且对于能源的需求相当大已经基本淘汰了, 另一种是以鲁奇移动床加压气化为代表的连续性气化工艺, 和间歇性气化工艺相比, 该煤气化工艺耗氧率更低, 生产能力也更高, 劣质煤也能够达到气化的效果。从能否实现清洁生产的角度分析, 固定床气化工艺主要存在以下两个方面的问题:一个是固定床气化工艺在生产的过程中会产生大量的废气如煤气水分离膨胀气、灰锁泄压排气、煤锁加煤、泄压排气等, 对于这些可以采取气柜收集的方式进行处理, 实现废气的二次利用, 从而达到环保的目的;另一个是固定床气化工艺在煤气化过程中排放的废气中含有大量的焦油、氨、氰等物质, 对于这些物质目前仍旧没有很好的处理办法, 虽然说可以采用设置酚、氨回收以及水气分离的方式将这些物质分离出来然后送到处理站进行处理, 但是由于其处理过程是相当复杂的, 对于技术、成本等都有着相当高的要求, 因此并不具有现实的可操作性。当前主要的固定床气化炉型主要有UGI煤气化炉、鲁奇煤气化炉等, 分析这些产品特点我们就不难发现固定床气化的清洁生产能力和对环境的影响, 以UGI煤气化炉为例, 其在原料上主要选用无烟煤和焦炭, 可以制取空气煤气、半水煤气或者谁没钱, 最大的优势在于可以采用不同的操作方式来进行煤气化生产, 具有很强的适应性, 再加上煤气化炉的上部有耐火材料, 下部设有水夹套来回收热量, 因此UGI煤气化炉清洁生产能力和环保能力只能说是差强人意, 当然由于其对煤种的要求比较高, 因此对于环境的影响也没有想象中的严重, 只是应用范围比较小。
2 气流床气化
气流床气化工艺主要是以纯氧作为氧化剂, 在一定温度的条件下完成煤气化过程, 排除煤炭中的焦油、酚等成分, 有效气体的含量要高于固定床气化工艺和流化床气化工艺。该煤气化工艺的最大优势就在于合成的气体质量较高, 工艺灵活, 气化压力、生产能力较高。当然, 有利就有弊, 使用该工艺的时候如果想要最大限度的发挥其生产能力就不可避免的需要使用助溶剂, 如此就增加了生产成本。而如果不想增加投资成本的话则要求煤灰的熔点要低于1300℃, 含灰量应当低于15%, 如此流化床气化工艺作用就大打折扣。从污染物的排放来看, 气流床气化工艺在生产过程中产生的废水主要包括急冷水、洗涤塔洗涤水以及渣池排放的细渣水, 由于气化稳定和压力比较高的缘故, 排出的废气与废水中基本上不含有焦油和氰化物等杂志, 因此通常可以采用投加絮凝剂的方式来对废水进行沉降、过滤处理, 然后在回收利用, 从而实现了水资源的重复利用, 达到了节能减排的目的, 可以说是目前最为理想的一种煤气化工艺。此外, 值得注意的是, 为了更好的实现环保的目的, 当前部分大中型煤化工企业投资增建了中水会用装置, 对废水采取超滤、反渗透、消毒等措施之后又送到水循环系统作为补充水, 从化在实现减少废水排放量的同时达到了节约水资源的目的, 对保护水体起到了积极的作用。当前的应用气流床气化工艺的煤气化炉主要包括K-T炉、德士古气化炉等, 其中K-T气化炉是一种技术比较成熟的设备, 该气化炉的外形是水平椭圆球, 每个炉头装有两个喷嘴, 喷出的煤粉在自己的火焰区尚未燃尽时可进入对方的火焰中气化, 从而有效的增加了碳化率, 生产过程中产生的熔渣由灰机送出, 其余被气体带走。一直以来, K-T气化炉以其结构简单, 生产能力高, 蒸汽用量小, 有效气体成分高的优势受到企业的重视, 但是其能耗巨大, 灰飞难以处理等问题也使得K-T气化炉很难实现节能减排和环境保护的目标。
3 流化床气化
粉煤流化床加压气化也常被称为沸腾床气化, 这是一种技术技术较为成熟的煤气化工艺, 当前国内的大多数煤化工企业采用的都是该工艺。流化床气化直接采用6mm作用的碎煤作为原料, 气化剂又可以作为硫化介质使用且炉内的温度分布十分均匀, 因此一直以来流化床气化工艺都广受国内外专家的重视, 陆续开发出HTW、U-Gas等设备。该煤气化工艺的优势在于由于气化的是细颗粒粉煤, 因此可以充分利用机械化采煤得到细粒度原理, 由于煤炭的干馏和气化是在相同温度下进行的, 相比于移动床的干馏区来将, 其干馏温度相对也要高得多, 所以煤气中基本上不含有焦油、酚和烷等物质, 排放的废水对环境造成的污染也较小。但是其缺点也是比较明显的, 主要体现在以下几个方面:首先是气化稳定较低决定了该该工艺必须使用活性较高的煤炭作为原料, 从而限制了煤气产量和碳转化率的进一步提高;其次是气化炉设备庞大, 由于流化床上部固体物料处于悬浮状态, 物料运动空间要比固定床气化和气流床气化大得多;然后是流化床气化工艺在生产的过程中热损伤大, 炉床馁温度分布十分均匀既是流化床气化的优势也是其劣势, 温度分布均匀导致出炉煤气温度和炉床温度基本一致, 带走热量较多, 热损失较大;最后是煤气质量较差。气化温度较低不利于二氧化碳还原和水蒸气分解反应, 因此煤气中二氧化碳的含量较高。以HTW、U-Gas等设备为代表的流化床气化工艺是当前煤气化企业应用范围最广的一种煤气化工艺技术, 其中HTW由于具有出炉粗煤气直接进入两级旋风除尘器, 含碳量较高的颗粒返回炉内进一步气化, 除尘器流出的气体进入废热锅炉回收热量, 再经水洗塔冷却除尘的特点, 因此可以是是一种清洁生产, 环保的煤气化生产设备, 当然其需要增加一定比例的添加剂导致成本增加的现实也是不容忽视的。
煤气化经过长期的发展形成了三种气化方式, 它们对于煤炭质量和设备的要求也是有所区别的, 对于环境的影响也是不尽相同的。因此对煤气化工艺技术路线进行确定时, 我们不仅要考虑到投资情况、装置规模、煤炭资源等因素, 更要考虑到当地环境的承载能力例如水资源容易受到影响的地区就不能采用废水排放量较大的气化工艺。近年来, 我国致力于灰熔聚气化技术、多元料浆气化技术、多喷嘴对置式水煤浆气化技术等技术的研究与开发, 并且成功的运用到工业化装置中, 其能够对清洁生产与环境保护的要求进行很好的贯彻, 能够很好的保证我国今后的煤化工发展, 具有更强的实用性, 因此必将会得到十分广泛地应用。
摘要：煤炭作为我国的主要能源物质, 在给我们提供充足能源的同时也对自然社会环境造成了一定的影响。基于此本文简要的介绍了固定床气化、流化床气化、气流床气化等主要煤气化工艺, 对不同煤气化工艺的清洁生产以及环境保护水平进行了对比分析, 指出在选择煤气化工艺的时候不仅需要考虑煤种的适用性与合成气的用途, 更应当兼顾地区的环境承载能力, 重视对生产过程中污染物的控制, 从而实现经济的最优化和清洁生产。
关键词：煤气化工艺,清洁生产,环境保护
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