晋城“三高”劣质煤碎煤加压气化试验研究与工业化应用
刘广东
（晋煤金石化工投资集团有限公司藁城分公司，河北 石家庄050032）
［摘 要］介绍晋城15#无烟煤加压气化小试情况及其在晋煤金石藁城分公司600 kt/a合成氨项目碎煤加压气化装置上的工业化应用情况，分析影响装置安全、稳定、长周期运行的因素，提出对策及防范措施。
［关键词］ 晋城“三高”煤；碎煤加压气化；适应性研究；工业化应用；问题；对策
［中图分类号］ TQ 546.2 ［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2016）
1 概 述
晋煤集团所产煤炭为中等变质程度的无烟煤，具有挥发分低、固定碳含量高、机械强度高、灰熔点高、热稳定性好等独特的优点。经过近50 a的开采，老矿区浅层的3#煤资源已快速衰竭，而下层的15#“三高”（高灰熔点、高硫、高灰分）劣质煤储量达35×108 t，由于煤质方面的原因，其开采和利用受到国家的限制。但“三高”劣质煤赋存条件好，资源保存完整，具备立即开采的条件。面对我国经济快速发展和节能减排的压力，充分利用煤炭资源，大力发展煤炭高效、洁净利用技术是我国煤炭工业可持续发展的必由之路。晋煤集团根据市场经济需求和企业发展要求，提出了利用15#“三高”煤发展煤化工的战略构想，并委托煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院开展了适应晋城无烟煤特性的新型气化工艺研究与小型装置试验，取得了成功，使“三高”煤具备了工业化应用的条件。
晋煤金石藁城分公司是一家年产600 kt合成氨的大型企业，气化装置采用碎煤加压气化技术，以15#“三高”劣质煤为设计煤种在国内尚属首次。近2 a的工业化运行实践表明，15#“三高”劣质煤采用碎煤加压气化，其运行是成功的。工业化应用的成功不仅可实现资源的合理、有效、充分、洁净利用，创造巨大的经济效益，保持晋煤集团老矿区经济的可持续发展，为“三高”劣质煤的开发利用积累经验，而且还可为其他采用碎煤加压气化工艺的项目之决策及工艺设计、投料试车等提供借鉴。
2 “三高”煤加压气化装置适应性研究试验
晋煤集团于2007年11月委托煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院对15#原煤进行固定床加压气化评价试验，提出了煤样的气化性能指标，为可研（设计）提供了较可靠的技术参数。北京煤化工研究分院成功完成了全部工作，获得了固定床加压气化试验评价数据，为工业化应用提供了依据。
2.1 试验装置及工艺流程
固定床加压气化试验所用气化炉内径为100 mm，设计压力为50 MPa。试验系统中包括气化炉、加煤、排灰、气化剂准备、煤气冷却净化、煤气的计量与分析、仪表及自动控制等主要部分。经破碎、筛分制备成的粒径为6～13 mm的原料煤进入加压煤箱，由输煤螺旋给料机输送入气化炉；计量后的蒸馏水经柱塞泵加压送压力蒸汽发生器，产生的高压蒸汽再去蒸汽过热器过热；来自钢瓶的氧气经气体质量流量计计量后与过热蒸汽混合，从气化炉底部进入炉内，经灰渣层后与炽热的煤焦发生气化反应；气化产生的高温煤气在与新加入的煤料换热后离开气化炉顶部，在间接换热式煤气冷却器中被冷却，分离出冷凝液后经沉降罐进一步脱除夹带的液体。煤气经气动薄膜压力控制器自动减压后由涡街流量计计量，然后经点火火炬放散；少量减压煤气经进一步净化、干燥后取样由HP5890气相色谱仪进行常规煤气组分的全分析，使用定硫管对煤气中含硫组分进行分析；煤气冷凝水定期由系统排放并收集计量和进行取样化验。
2.2 煤质分析
15# “三高”劣质煤（原煤）送有关部门进行工业分析、元素分析及灰熔融性温度、煤灰成分、结渣性、反应活性等分析化验，煤质分析结果见表1。
表 1 15# “三高”劣质煤煤质分析结果
|
项 目 |
数据 |
|
工业分析/% |
|
|
全水 |
6.12 |
|
水分 |
2.46 |
|
灰分 |
18.98 |
|
挥发分 |
6.54 |
|
焦渣（CRC） |
1 |
|
全硫 |
3.48 |
|
元素分析/% |
|
|
碳 |
71.78 |
|
氢 |
1.90 |
|
氮 |
0.52 |
|
氧 |
1.92 |
|
煤灰成分/% |
|
|
SiO2 |
37.83 |
|
Al2O3 |
31.75 |
|
Fe2O3 |
17.22 |
|
CaO |
4.75 |
|
MgO |
0.31 |
|
TiO2 |
0.90 |
|
P2O5 |
0.23 |
|
K2O |
0.66 |
|
MnO2 |
0.10 |
|
Na2O |
0.10 |
|
SO3 |
3.72 |
|
灰熔点/℃ |
|
|
DT |
1 230 |
|
ST |
1 260 |
|
FT |
1 280 |
|
高位发热量/MJ·kg-1 |
26.17 |
|
低位发热量/MJ·kg-1 |
24 |
|
燃点/℃ |
|
|
原样 |
384 |
|
还原 |
398 |
|
氧化 |
378 |
|
哈氏可磨（HGI） |
43 |
2.3 固定床加压气化试验及结果
更多内容详见《中氮肥》2016年第2期