杨友，何俊，李猛
（河南晋开化工投资控股集团有限责任公司，河南 开封475002）
［摘 要］晋城煤具有热稳定性好、固定碳含量高、发热量大等优点，曾在固定床间歇气化工艺中得到广泛应用，而如今现代大型煤气化装置中水煤浆气化和干煤粉气化为代表的气流床气化工艺成为主流，使得晋城煤销售市场逐渐萎缩，因此，对晋城煤气化技术进行适应性分析具有重要的现实意义。基于晋城煤的煤质特征、动力学特征、气化特征，提出晋城煤气化工艺适应性要求——着重提高碳转化率，设计合理的有效气组分，渣、水、灰配套设施简单有效，缩短高温高压过程，并就晋城煤应用于气流床气化工艺的适应性进行分析，指出应充分利用晋城煤发热量高的特点改进气化工艺装备设计。总之，需结合晋城地区自身的传统产业优势，适应新技术发展要求，充分发挥晋城煤自身的优点，通过工艺调整、工艺组合、装备集成等技术途径使晋城煤满足大型煤气化装置的生产所需，从而为煤化工企业生产系统的改造升级与原料选择提供一些参考与借鉴，并为晋城煤在新时期的煤气化应用找到一条路子。
［关键词］晋城煤；气流床气化；适应性分析；煤质特征；碳转化率；有效气组分；配套设施；改进气化工艺
［中图分类号］TQ546 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2022）03-0009-04
0 引 言
山西省晋城市地处“沁水煤田”南端，是我国优质无烟煤基地［1］，晋城全市含煤面积5 350 km2，总储量808×108 t，其中已探明储量271×108 t，占全国无烟煤总量的1/4强，占山西省无烟煤总量的1/2强，年产原煤达75 Mt。
晋城煤具有热稳定性好、固定碳含量高、发热量大等优点，长期以来在固定床间歇气化工艺中得到广泛应用，市场占有率达80%以上，但随着现代大型煤气化装置的不断发展与创新，水煤浆气化和干煤粉气化为代表的气流床气化工艺成为主流，固定床间歇气化工艺逐渐被取代，加之国家产业结构调整、清洁生产和环境治理等政策趋紧，固定床间歇气化装置面临淘汰或改造，作为固定床间歇气化工艺的主要原料，晋城煤销售市场逐渐萎缩；但晋城矿区是我国优质无烟煤生产基地，具有完备的煤炭生产管理和质量保障体系，能够保证原煤煤质稳定。因此，对晋城煤气化技术进行适应性分析，不仅可为煤化工企业生产系统的改造升级与原料选择提供一些参考与借鉴，而且可为晋城煤在新时期的煤气化应用找到一条路子。
1 晋城煤煤质特征
1.1 煤质特征［2-3］
晋城煤固定碳含量高、挥发分含量低、灰熔点高，随着优质煤炭资源的枯竭，目前晋城煤逐渐向9#、15#煤煤质特征过渡，9#、15#煤煤质分析数据见表1。9#、15#煤为中-高灰、中-富硫、高发热量无烟煤，其基本煤质特征是：灰分高，普遍在22%～40%（质量分数，下同）；硫含量高，是其他无烟煤的1.5～9.0倍，普遍在2.0%～4.5%；灰熔融性温度（FT）高，高于1 500 ℃。可见，目前晋城煤总体表现出灰分高、硫含量高、灰熔点高的“三高”特征。
物理性质方面，晋城煤具有硬度大、哈氏可磨性指数（HGI）低的特点。目前，水煤浆加压气化工艺要求粉煤粒度小于200目的占70%以上、干煤粉加压气化工艺要求粉煤粒度小于200目的占90%以上，而晋城煤硬度大、哈氏可磨性指数(HGI)小于50，会造成磨煤设备磨损严重以及煤粉在磨煤单元停留时间长、设备出力小、能耗高。
生产运行方面，密度和硬度较大的晋城煤粉对输送管线、设备的磨损程度较其他煤种严重。
灰分组成方面，晋城煤灰成分中的A12O3含量高达30%以上，SiO2含量也超过40%，造成其灰熔点高（如表2），煤灰高温流动性差。
1.2 动力学特征
煤炭在氧气、蒸汽等气化剂存在的条件下反应生成粗煤气的过程，是表面反应过程，理论上包括气化剂向煤表面扩散、煤中可燃组分与气化剂反应、反应产物向外扩散等过程。在气化炉内高温环境中，变质程度较低的煤种，煤中小分子物质的析出（100～450 ℃）、煤中碳的燃烧和气化（550～1 200 ℃）、煤中矿物质的熔化与反应（500 ℃以上）三部分物质质量比为（2.5～3.0）∶（4.5～6.5）∶（0.5～2.5），由于高温环境和较短的停留时间，前两步反应的叠加为后续反应创造了较好的内扩散条件，在相同外扩散条件下，促进了低变质程度煤的燃烧或气化反应。
..更多内容详见《中氮肥》2022年第3期