煤化工气化工艺与机电设备的关键技术探析

陈凡刚

摘要：當前阶段，我国社会中的各能源行业对煤炭资源的需求量越来越大，极大地促进了煤化工气化工艺的发展，利用煤炭制成的燃气得到了广泛应用。在具体的生产过程中，需要充分结合不同煤炭的特征以及客观条件来选择合适的煤化工气化工艺技术以及相应的机电设备，确保有效提升生产效率，获得更高的经济效益，同时最大程度降低对自然环境的污染。如果没有选择合适的气化工艺，或是机电设备存在故障问题，就会对煤制燃气的生产过程造成不良影响，从而使得企业遭受较大的经济损失。该文对煤化工气化工艺与机电设备的关键技术进行了分析，并对技术应用过程中的问题、如何提高煤化工的气化技术水平等方面进行了探究。

关键词：煤化工 气化工艺 机电设备 关键技术

中图分类号：TQ546  文献标识码：AAnalysis of Key Technologies of Coal Chemical Gasification Process and Electromechanical Equipment

CHEN Fangang

（Shaanxi Future Energy and Chemicals Co.， Ltd.， Yulin， Shaanxi Province， 719000 China）

Abstract： At the current stage， the demand for coal resources in various energy industries in China's society is increasing， which greatly promotes the development of coal chemical gasification process， and the gas made from coal has been widely used. In the specific production process， it is necessary to fully combine the characteristics of different coal and objective conditions to choose the appropriate coal chemical gasification process technology and the corresponding electromechanical equipment， so as to ensure the effective improvement of production efficiency， obtain higher economic benefits，and minimize the pollution to the natural environment. If the appropriate gasification process is not selected or electromechanical equipment is faulty， it will have an adverse impact on the production process of gas made from coal， resulting in greater economic losses for enterprises. This paper analyzes key technologies of coal chemical gasification process and electromechanical equipment， and explores the problems in the process of technology application and how to improve the level of gasification technology in coal chemical industry.

Key Words： Coal chemical industry; Gasification process; Electromechanical equipment; Key technology

随着人类社会的迅速发展，人类对能源的需求也越来越大，这也导致了许多能源资源的紧缺。煤化工在我国所有工业中占有举足轻重的地位，其气化技术具有其独特的优势和特色。随着煤化工技术的发展和应用，其生产工艺也相应地得到了优化，因此，必须加大人力、物力、财力等方面的投资，以促进煤气化技术的发展，从而使煤气资源在社会上的需求量得以满足。因此，该文就煤化工的气化工艺和机电设备的技术要点作了详细的论述。

1 煤化工气化工艺基本概述

煤化工是国家发展中的一个重要产业，它是通过二次加工和综合利用煤炭资源，利用各种化学方法生产出某种化学物质，从而能够满足市场的需要。随着经济社会的迅速发展，煤炭工业的气化工艺和装备技术不断完善，不同的原料采用不同的生产工艺。从这一点可以看出，各种流程的形式也在逐步变得复杂。煤化工的实际生产过程主要分为三个阶段：煤制合成气、煤制合成气预处理、煤制合成气的深度加工。在煤制合成气生产过程中，必须对煤粉原料进行烘干，然后进行氧化，使其在相应的装置中发生氧化反应，通过这种方法，可以产生大量的合成气体[1]。在此基礎上，通过预处理煤制合成气，获得适当的碳氧体，然后在反应温度和催化剂的作用下，对合成气进行深度处理。

2 煤化工技术现状分析

2.1煤炭焦化的技术现状

随着时代的发展，我国的科技水平得到了极大的提高，采用煤制焦化工艺能有效地降低生产成本，提高环境效益。目前，我国已是全球第一大焦炭出口国，占全球焦炭产量的半数以上。发展煤焦化工艺技术，其首要目标是降低成本，提高环境效益。焦化技术的快速发展也带动了一些新的焦化技术，如选择性粉碎、捣固炼焦、煤润湿法等。煤炭焦化技术是一种高度密集的工业，在发展新的煤化工技术时，必须采用先进的技术对其进行改造，而我国目前还缺乏相应的人才和技术，这对煤化工企业的发展造成了一定的负面作用。

2.2煤液化技术现状

煤炭液化技术以直接液化和间接液化两种方式为主。在此方面，国内尚处于起步阶段，但国内已有大量的液化产品，具有巨大的潜在市场，这是发展煤炭工业的一个主要方向。直接液化法是将液化煤炭在特定的温度、压力下，从液化煤炭中直接萃取[2]。目前，煤炭液化技术取得了重大突破，并实现了工业化。间接气化技术是指在特定的条件下，将煤炭置于特殊的环境中进行气化，并通过一定的压力和温度将其转变成相应的液体产物，虽然此技术仍处于发展阶段，但拥有十分广阔的发展前景。

2.3煤炭气化的技术现状

煤气化技术能够实现煤炭的深层次转化，从而使煤化工行业的发展更快、更稳定地发展。目前，全球只有400多座大型的气化炉可以使用。壳牌和德士古公司是当前规模最大的公司。从技术上讲，我国的煤气化技术相对落后，与国外相比还有很大的差距，但随着时代的发展受到的重视程度越来越高，并且还得到了有关部门的大力支持与重视。

3 煤化工气化工艺的设备及其关键技术

3.1水煤浆加压气化工艺

3.1.1单喷嘴水煤浆加压气化工艺

该技术基于渣油的局部氧化技术，美国科研人员开发出一种利用水煤浆作为原料的水煤浆，并将其质量含量控制在一定的范围之内；在气流床内进行了加压气化，将水气与氧在高温条件下转化为合成气，采用液压技术进行除渣。通过提高汽化压力，可以减少设备投资，达到节约能源的目的。德士古气化炉的日投料量为2 000 t，其对环境的污染得到了较好的控制。根据不同的气化工艺及产品的有关规定，对加压水煤浆的气化过程分为：废锅激冷联合流程、废锅流程和激冷流程[3]。在生产合成氨时，通常采用激冷式工艺，这样就可以直接用水对冷气化炉产生的粗气进行激冷处理，这种方法产生的粗气中含有大量的水蒸气，不需要通过蒸汽补充就可以进入转换系统。废锅工艺适合作为燃气涡轮循环的联合发电项目，在发电项目中，机组能高效地利用其副产物的高压蒸汽。半废锅流程，在生产甲醛的过程中，会发生反应，即将废锅和激冷工艺相结合，产生的粗煤气经过辐射废锅冷却后，再进行激冷。当反应温度满足需要时，则在随后的局部转化期间，可以充分地利用由粗气显热所生成的蒸汽。

3.1.2多喷嘴对置式水煤浆加压气化

该工艺以德士古水煤浆加气工艺为基础，是一项具有创新性的先进技术。2000年，国内有关科研机构、高校、企业共同开展了一系列的研究，在多喷嘴对置式水煤浆的加压气化中，获得了有关部门的认可和认可，并获得了专利。与德士古气化炉的技术性能比较，国内新开发的气化炉在各项性能指标上具有明显的优越性，并通过对原有技术的优化，使其操作更加灵活、方便。多喷嘴对向水煤浆气化炉的安装，不仅方便，而且还可以根据具体的情况，减少煤粉的投入量，相对于德士古煤气化炉，这种新的水煤浆气化炉在节能、环保等方面得到了广泛的应用。

3.2干粉煤的加压气化工艺

3.2.1壳牌干粉煤加压气化工艺

该技术采用了一种以竖立圆柱体为核心的薄膜式水冷壁，在壁面上铺上一层耐热土层，使熔融的灰渣在壁面上沉积，并在壁面上形成一层液体薄膜。由于高温耐火材料需定期保养，易损毁，采用“以渣改渣”的方法进行防腐处理，可在圆筒与水冷壁间的环形孔内设置输油管和进水管，以便维修、检验水冷壁。

3.2.2  太空炉粉煤加压气化技术

在所有的气化工艺中，使用较多的是太空炉粉煤加压气化技术，也就是HT-L型煤粉加压气化炉，它的热效率达到95%，碳转化率达到99%，证明了该装置的可靠性[4]。采用水冷壁结构的航空炉气化反应器，其反应温度可达1 500～1 700 ℃。另外，由于航空炉所用的煤炭原材料品质不高，因而可以减少原材料的消耗，是国内自行研制的一种新型的设备，它的设备和技术维修费用都不高，比国外的设备投资要低得多。目前，我国每年利用太空炉装置处理煤炭原料约250 000 t，是国内煤化工装置中的佼佼者。与壳牌煤气化炉相比，德士古煤气化炉的投资要低了三亿元，运行维护成本也要低出五百万元。可见，航空炉是一种煤炭化工装置，其经济性能、加工性能和生产能力都具有较大的优势，同时还具有良好的运行性能，适用于国内的煤炭工业。采用的HT-L煤粉煤气化技术，可以应用于不同的煤，从褐煤、次烟煤、烟煤到石油焦，尤其是灰份、水分、硫含量较高的煤，均可采用，但技术人员要认真选择和评价，选用能获得更高产率的原料，以确保装置运行的稳定性和经济效益。

3.3烟气余热回收技术分析

3.3.1利用蒸发器回收余热技术

所谓的废气回收技术，就是通过对燃气锅炉内的气体进行再一次的过滤，从而将其转化为热能，进而达到节能减排的目的。在气温较低的情况下，由于烟气的温度差异较小，因此在此期间，工作人员必须对排烟温度进行持续的冷却，以确保受热表面的温度处于正常状态。但是，由于早期的烟尘回收装置的回收量有限，当烟尘的温度超过了设备的露点温度，也就是在零下160 ℃的时候，烟尘的回收量就会大大的下降，这就导致了大量的废热没有得到回收，造成了巨大的浪费。但是，随着技术的发展，对烟气废热的回收技术进行了改进，形成了这种新的废热回收技术，它比传统的废热回收技术更加容易操作、更加稳定，并且可以提高废热的回收利用率，降低烟尘中的热能损耗。

3.3.2 利用热循环泵回收余热技术

这是一种结合了热能循环的热泵技术，将热能循环利用，再通过热泵将热量排出，从而达到最大限度的利用热量。这是一种利用蒸发潜热进行热传导的新型高效传热装置，液体制冷剂在吸收了烟气中的热量后，在进入冷端的瞬间就会放出大量的热量；热管有许多优点，如体积小、效率高、无需额外的功率，因而在市场上有着广阔的应用前景。但是因为这种工艺的原材料非常稀有，而且工艺也非常的复杂，这就使得它的市场价值非常高，而且在工业上的应用并不是很普遍，而且它的技术还不成熟，包括堵塞、露点腐蚀等技术都还没有得到很好的解决。

4 煤化工机电设备技术控制要点

4.1安装施工过程中的主要要点

在设计施工方案时，相关人员要根据煤矿生产的具体条件，按照煤炭工业的技术要求，结合相关的行业规范和标准进行施工，确保工程的安全和质量。在具体的施工中，要遵循由内而外，由大到小的原则，并与预制及成片的吊装规范相结合，从而能有效地减少工程造价，缩短验收周期，保证设备的安装质量。此外，在安装煤化工机电设备时，应先在地板上涂上涂料，然后按设计相关规定进行部件的装配；在安装完毕后，应按相关技术规范对梁、柱进行防火处理，若发现零件尺寸有误差，应按相关技术规范及时纠正。

4.2对气化工艺设备需求的钢材进行检验

相关人员要检验所使用的钢材是否有相关的质量证书，并鉴定证书的真实性，钢铁的性能也需要满足设计的要求；产品的性能必须按照国家的行业规范和规范进行检测，若不满足设计和安装的要求，则要及时采取措施，以确保使用的钢材质量合格。相关规范规定，钢铁表面无裂纹、无疤痕、无皱褶等。如果钢铁表面有细微的划伤和生锈，一定要保证钢板的断裂厚度不能超过负差的二分之一，否则就要换新的钢板。

4.3矫正偏差

在施工中，钢件的尺寸与标准值存在着一定的误差，如果发现有偏差，应立即纠正。目前常见的矫形方法有：热矫正和冷矫正。在汽化装置装配中，经常会发现钢梁尺寸偏小，此时可采用钢板拼接法进行合适的连接。在拼装时，要注意避免结点，若钢板厚度小于14  mm，则采用剪板机进行剪裁，以确保其尺寸满足有关规定。

4.4 机电设备的保养

机械设备的日常维护要达到“润滑，清洁，安全”的目标，整洁是最基本的要求，即日常维护要有控制系统，作业前，操作者要对机械和机械设备进行感官检验，严格检查零件和螺丝是否松动。如果出现故障，应及时停止操作，查找故障的根本原因。完成作业后，应定期进行机械清洗。车间的设备主要负责日常的维护，要有详细的记录，并定期对工厂进行定期的检查，对每个机械设备的清洁和设备进行清洁，并请专人进行清洁；维护机电设备及周围的环境。同时，要制订设备维护方案，对易损件进行定期的局部检修，清理指定的部分，替换损坏的零件。

5 现代煤化工气化工艺与机电设备存在的问题

5.1技术安全性得不到保障

任何事情都存在两面性，我们不能仅从表面去分析，而是要通过表面现象来观察它的本质。以煤化工产业为例，此产业在国民经济中占有举足轻重的地位，对国民经济的发展产生了重大的影响。从环境保护的角度来看，煤化工工业在生产过程中会对环境造成很大的污染，而大量的化学试剂将会给周围的人带来危险，并对他们的身体健康产生不利影响；从安全的角度来看，煤化工工业是化学工业中的一个重要环节，因此，要加强对其技术层面的检查，最大程度减少安全事故的发生；同时，也希望能引起有关方面和有关人员的重视，从而对国家的经济发展起到一定的推动作用。煤化工行业也要对设备进行严格的检测，一旦有什么问题，就会引起火灾、爆炸等事故，不但会危及工人的人身安全，还会间接地影响到煤化工行业的健康稳定发展[5]。

5.2煤化工机电设备存在安全隐患

随着时代的发展，煤化工行业也在发生着改变，煤化工技术的使用范围也在不断的扩大，而且所使用的设备也是越来越先进。要想进一步促进煤化工行业的发展，就需要研发或引进更加先进的设备，但是这些设备的成本和维护成本都很高。目前，我国煤炭工业落后的主要原因是由于机械设备不达标。如今使用的大部分机械都是老旧的，根本无法适应新技术的发展，而且还存在着一些安全隐患问题。在这种形势下，煤化工产业的发展面临着严峻的考验。总之，我们不但要更新技术装备，而且要对目前所用的机器進行全面的检验，对不符合标准的、陈旧的机器，要进行更换和修理，进一步延长设备使用年限，为促进我国煤化工产业的快速发展打下坚实的基础[6]。

6 促进煤化工产业发展的有效对策

6.1充分发挥政策优势

煤化工产业的发展直接关系到整个国家的经济发展，因此，国家十分重视煤化工产业的发展状况，并制定了相应的发展计划，从一定意义上保证了煤化工产业的健康发展。当前阶段，我们已经进入了信息化社会，许多行业都同时面临着机遇和挑战，煤化工行业也是如此，所以应该充分发挥出政策的导向作用，紧跟时代发展步伐，不断促进多个系统的高效组合。目前，我国煤化工企业的业务规模在不断扩展，技术水平也不断提高，先进的技术水平已成为煤化工行业发展的核心力量，而且还可以将先进技术应用于其它产业，所以才会受到如此多的重视。

6.2充分发挥区域资源作用

对于煤化工行业来说，在具体的生产过程中不仅会对生态环境造成污染，而且耗资巨大，是一个技术含量较高的行业，因此对其生产和经营都要进行严格的控制。同时，国家也要加强有关部门的指导，对有较好发展前景的煤化工企业，要给予更多的扶持，以促进我国煤化工行业的发展，增强我国的经济实力。此外，许多中小型企业也逐步发展，出现了多个行业集群。与区域煤炭资源相结合，为进一步开展煤化工技术的研究打下坚实的基础。在我国煤炭资源丰富的地方，还可以建设更多的煤化工企业，这样既能带动地方的经济发展，又能改善当地人民的生活水平。

6.3 加强设备改造和专业人才的培养

机械设备技术改造人员在参与技术改造时，要强化自身的专业知识，不断提升自身的设备改造水平，真正做到理论联系实际。在煤化工企业的生产过程中，安全生产是一项重要的内容，要想实现这一目的，就需要注重提高职工的素质，使每位员工都能熟悉设备的工作原理，熟练掌握其使用技术。在后期的机械设备维修方面，也要保证维修保养人员具有较强的责任感。只有这样，安全、有效的生产目的才能实现。机械设备的技术改造，既是设备的更新、维修，也是从事机械设备改造工作的人员的专业技术训练，是一次很好的学习机会。煤化工企业员工的综合素质和文化素质水平有待提升，企业要有针对性地开展定期的培训和学习，并对其进行紧急处置和操作技能的培训。维护人员应该对每一种机械设备的工作原理有一个明确的认识，并且能够处理日常运行中经常出现的问题。另外，随着机电设备自动化程度的不断提高，对企业的管理者、工程师等进行相应的培训，以提高他们自身的机电设备日常运行管理水平。

6.4 建立完善的机电设备管理制度

机电设备管理制度是煤化工行业机电设备管理工作的先决条件，煤化工企业要主动总结存在的问题，企业领导要建立健全的机电设备管理制度，并赋予管理人员相应的权力，实现统一管理的目的，同时还应制定一套完善的故障预防体系。第一，要加大机电设备的购置力度，在到达工厂后要进行质量检查，安装完成后再次进行检验；第二，要建立机电设备的日常管理体系，加强对机械设备的维护和管理，定期进行精度检查。第三，加强机电设备的使用管理，严格杜绝违章作业，减少设备磨损、损坏的可能，同时，机电设备的管理者要经常去生产现场视察，确保及时发现故障隐患问题，并及时向上级报告，提出更多的工作意见，争取上级对设备管理工作的支持。

7 结语

综上所述，不同的煤化工气化技术都有自己的特色，由于没有开发出通用技术和气化炉，所以目前还存在着对煤种的适应性不足的问题。因此，在选择煤化工的气化技术与设备时，首先要熟悉各种技术的特点，然后结合不同的煤炭種类和生产条件，选用适宜的气化技术和机电设备，并严格按相关技术规范进行检查、安装，以保证气化生产过程的安全，进一步提高气化效果，充分利用煤化工的气化技术，以适应当前社会对清洁能源的需求，推动我国煤化工产业的健康、快速发展。

参考文献

[1] 樊强，刘刚，陶继业，等.废锅式气化炉激冷气工艺优化及性能评估[J].煤化工，2020，48（5）：50-53，79.

[2] 黄成龙，尹小伟，丁方园，等.低压气流床气化技术应用于中小型煤化工行业的优势[J].化肥设计，2019，57（2）：1-3.

[3] 陈卫岗，王启洋.关于煤化工气化炉渣资源化利用技术的探讨[J].中国石油和化工标准与质量，2020，40（20）：163-16.

[4] 袁善录，蔡梅，韦孙昌，等.煤化工含油废弃物处置技术研究进展及开发应用[J].煤化工，2021，49（6）：75-78.

[5] 肖廷文.高压多级流化床热解-加氢-气化一体化技术及核心设备一体化炉探讨[J].煤化工，2017，45（6）：32-35.

[6] 尉翔，樊磊.煤化工机电设备运行中存在的问题与事故控制路径分析[J].建筑工程技术与设计，2020（31）：1822.