宁东煤在煤气化工艺中的应用分析

第4期(总第167期)煤化工No.4(Total No.167)2013年8月Coal Chemical IndustryAug.2013宁东煤在煤气化工艺中的应用分析张玉柱,黄斌(神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司,宁夏灵武750411)摘要对宁夏宁东矿区煤种进行了工业分析和灰成分分析，介绍了宁东地区不同煤种在德士古气化废锅工艺、四喷嘴水煤浆气化工艺及GSP气化工艺中的应用情况。工业应用结果表明:宁东煤是较好的气化原料煤;不同气化技术对煤质要求不同,水煤浆气化工艺要求煤不仅有良好的成浆性能,且黏温曲线要温和;GSP气化技术对煤种的适用性更宽些。在实际运行中,通过不同煤种的配比,宁东地区煤种可以适合多种煤气化技术。关键词宁东煤 ,GSP气化,德士古气化,四喷嘴水煤浆气化文章编号:1005-9598 (2013) -04- 02204中圈分类号 :TQ54文献标识码:B营煤的成浆浓度最低,流动性最差。所以,宁东矿区大引言部分煤种更适合干煤粉气化技术。神华宁夏煤业集团(简称神宁)宁东煤化工基地1.2 煤的工业分析已投产的3个煤化工项目分别采用德士古水煤浆气选择宁东矿区红柳矿、灵新矿羊肠湾矿、梅花井化废锅工艺、四喷嘴水煤浆气化工艺及GSP干煤粉气矿的4种煤样进行煤质分析对比，煤样的工业分析列化工艺,在建的几个项目分别采用德士古水煤浆激冷于表1。工艺和HT-L粉煤气化工艺，这些项目均选用宁东煤作为气化原料。尽管已研发出多种煤气化技术,以实表1宁东矿区煤样的工业分析现对煤质的广泛适应性,但在实际运行中,不同的气煤样M./% M.s/% A.s/% Var/% FCs/%化技术对煤质还是有不同的要求。现对宁东煤在煤气红柳矿烧19.087.81 18.89 28. 9857. 67化工艺中的应用情况进行全面分析,以期为气化用煤灵新矿煤20.23 8.04 9.22 33. 5660. 31的选择提供参考。羊肠湾矿煤16.40 8.04 12.09 33.78 58. 21梅花井矿煤17.81 7.39 23. 2836. 1449. 061宁东煤的特点及主要指标1.1 宁东煤的特点从表1可以看出.红柳矿和灵新矿煤的全水较其宁东矿区煤种以不黏结煤为主,并有相当储量的他2个矿高,不利于干粉煤气化水分的控制及水煤浆变质程度较低长焰煤。煤质变化较大,全水10%~24%，气化煤浆浓度的提高。梅花井煤的灰分较高,无法用灰分11%~29%,硫0.3%~2.3%。宁东矿区大部分煤种于水煤浆气化,灵新矿、羊肠湾矿煤灰分低,有利于水由于內水含量高、可磨指数高等因素,制备水煤浆时,煤浆和干煤粉气化的排渣及控制。需要经过洗选或配煤。大量实验证明,宁东矿区中只1.3 煤中灰成分分析有羊一矿煤、羊二矿煤枣泉矿煤成浆性较好,配制成1.3.1 灰分、灰熔融性温度(见表2)质量分数60%左右水煤浆的流动性和稳定性较好;红煤中灰成分与煤质特性密切相关,不同的灰成分柳矿、梅花井原煤和洗选煤成浆浓度次之,但其水煤组成影响着煤的灰熔融性温度与黏温特性。由表2可浆黏度高,流动性和稳定性都较差;灵新矿煤和清水以看出,四矿煤灰成分中,Si02的含量都较高,灵新矿中国煤化工收稿日期:2013-05-05CNMHG作者简介:张玉柱(1964一),男, 宁夏中卫,高级工程师,学士, 1990年本科毕业丁中国初业大子保化上专业.现从事煤化工生产管理工作, E-mail: kacey05@126. com。2013年8月张玉柱等:宁东煤在煤气化工艺中的应用分析表2煤中灰成分分析和灰熔融性温 度检测结果SO3Si02 Ti02 Fe20,Al203CaOMg0变形温度 软化温度 半球温度 流动温度煤样%/9/%DT/'CST/CHT/CFT/C红柳矿9.9 34.38 1.02 l6.37 9.2213.914. 061 1171 137.11391 151灵新矿2.3861.061.214.9618.36 3.90 2. 641 1971 2271 2321245羊肠湾矿5.18 39.77 1. 5411.42 14.52 13.72 4. 691 1641 1771 1811 198梅花井矿5.61 51.84 1. 327.6017. 307.23 3. 631 20612181 2241 250为最高,Si02质量分数达61. 06%,灵新矿煤灰中另一流动性及稳定性也有严格的要求,煤质的可磨指数要酸性氧化物A1203的含量也是最高的。羊肠湾煤灰成分适中，以减少在制备与输送过程中的粒度级配的失中Ca0、Mg0等碱性氧化物含量高。采用灵新矿煤需要调。粒度级配的失调会导致煤浆流动性变差,容易分较高的气化反应温度。4个矿煤灰的流动温度都低于层。原煤内水的增加会导致煤浆浓度降低,影响气化1 300 C ,基本可以适用于液态排渣的气流床气化技术”。效率。在相同反应条件下,灰分每增加1%, 氧耗将增1.3.2 灰分的黏温曲线分析大0.7%~0.8%,煤耗增大1.3%~1. 5%,同时合成气的4种煤样的煤灰黏温特性检测结果见图1。从图有效成分降低。当灰分过高时,容易导致废热锅炉水1可以看出，红柳煤在相同温度下煤灰黏度最低,且冷壁管结渣严重而停车。废锅气化流程的辐射废锅因随着温度升高,灰黏度迅速降低。羊肠湾煤的黏温曲内部特殊的设计,连接气化炉与辐射废锅的喉管较线较陡,说明其黏温特性与红柳煤相似,都在温度较长,在灰渣由气化炉进人辐射废锅时,会因热损失造低时,灰黏度较高。梅花井煤的黏温曲线较为平缓,说成灰渣温度降低,黏度增大,导致气化炉结渣无法稳明其灰黏度随着温度的升高缓慢降低。所以,可以利定运行,需选用DT与FT温差适中的煤种。如果DT用不同煤种的黏温特性，来满足气化炉挂渣的要求,与FT温差太小，当气化炉运行温度偏低时,易出现灰梅花井煤有利于炉壁渣层的稳定,并且更适合操作温渣在喉管处黏度增加而结渣;如果DT与FT温差太度变化时,使流动性较好。大,要实现液态排渣,需要较高的操作温度,会造成有效气成分降低、气化炉炉砖寿命短等问题[。德士古气化工艺还要求煤灰的黏温特性好,原煤可磨指数高，10 000成浆性能好,且能够实现在较低温度下的液态排渣。21 000在该装置运行前期,对各矿原煤进行了成浆性试1 00验和煤种试烧。其中,因红柳矿煤成浆性差,梅花井煤灰分较高,无法应用于该气化技术。经过反复实践摸0|索发现，当煤灰分<12%、灰熔融性温度<1 300 C、DT与FT温差大于25 C时，气化炉运行较为稳定,不1000 1 1001200 1300 14001500 1600温度/C.会出现结渣现象。在宁东各矿中,羊肠湾矿煤最为适-- 红柳矿-●-灵新矿合,当原煤灰分偏高时,需掺混一定比例精煤,以降低-▲-羊肠湾矿-◆- 梅花井矿灰分,在控制成本的前提下,保证了气化炉稳定运行，实现了该装置的长周期稳定运行。神宁25万t/a甲图1煤灰黏温特 性检测结果醇装置气化用煤检测情况列于表3。2宁东煤在煤气化工艺中的应用2.2 宁东煤在四喷嘴水煤浆气化激冷工艺中的应用神宁第2套60万t/a甲醇装置采用的是四喷嘴2.1 宁东煤在德士古水煤浆气化废锅工艺中的应用水煤浆气化技术。多喷嘴对置式气化技术是由华东理宁东煤化工基地最先投产的25万t/a甲醇装置工大学开发的一种水煤浆气化技术,相比于德士古气采用德士古水煤浆气化废锅工艺。由于废锅内部结构化技术,其优势在于:(1)喷射煤浆诵过撞击流强化了复杂,采取辐射和对流两种形式换热,因此对气化煤传质与传热中国煤化工氐;(3)负荷调节质要求较高。速度快范YHCNMH G现在- -对烧嘴停对于水煤浆气化工艺，要求煤的成浆性要好,对用状态下,另一对烧嘴正常工作,增加了系统的稳定- 24-煤化工2013年第4期表3神宁25万ta甲醇装l气化用煤检测情况采样时间M./%As/9Var/%DT/CST/CHT/CFT/C煤种及配煤2012-11-0115. 546. 9130. 531 1591 1721 180I 188羊一区精中块煤2012-11-0219. 0415. 3832. 961 1421 1521 158I 169羊一区末煤2012-11-0315. 7832. 7838. 571 2861304.1 3331 359石槽村末煤2012-12-0116. 065. 4530. 211 1861 2501 2601 2912012-12- 0218. 9115. 0333. 311 1551179.1184.1 1942012-12-0316.6625. 3S38. 151 2641 3001 3101 322012-12-0619. 8224. 9935. 171 2721 2921335.梅花井末煤注:煤种取样为入厂原煤,灰分> 15%的煤种需要掺混精煤,降低灰分。性;(4)由于单个烧嘴处理的煤量相对较少,烧嘴的使时,为保证液态排渣,需提高操作温度,且灰分增加会用寿命更长。造成渣量及热负荷增大,导致炉膛耐火砖、下降管烧由于同是水煤浆气化工艺,对水煤浆的质量要求损的问题出现,装置无法长周期稳定运行[2]。通过对是- - 致的,煤质对气化过程的影响相似。但多喷嘴气实际运行考察发现,在羊肠湾煤灰分<15%时,该装置化炉采用激冷流程.气化炉与激冷室通过激冷环及下运行稳定,可实现较长周期的运行。因此,当原煤灰分降管连接,在结构上的优势,使得其对煤种的适应性偏高时,通过掺混一定比例洗精煤,以降低灰分,来保较德士古废锅流程气化炉更宽-些。该气化装置设计证装置稳定运行。神宁60万t/a甲醇装置气化用煤原煤灰分< 18%,但在实际生产中,当煤灰分超过15%检测情况列于表4。表4神宁60万ta甲醇装置气化用煤检测情况M,/%A.s/%ST/C .HT/C .2012-12- 1017. 463.0932. 15 .1132.1 1471 1531 1612012-12-1117. 66.14. 5533. 411 1601 1691 1751 1952012-12-1217. 4912. 16.1 1181 1381 1451 1502012-12-1318. 6813.6931. 9111631 1681 1772012-12-1417. 6010. 6930.91.1106.1 1291 1331 1482012-12-1518. 5611.19.31. 67.11241 1461 1512012-12-1611. 97 .32. 251 128.11392012-12-1817. 239.8131.151 1271 1321 1351 1432012-12-1917. 7410. 4431. 561131.1 13711502012-12-2016. 708.9730. 921 1621176.注:主要采用羊肠湾煤,根据灰分< 18%的要求,必要时进行掺混,有的数据采用掺混后的煤种进行检测。2.3宁东煤在 GSP干煤粉气化工艺中的应用6%。在原煤加工成直径小于200 μm的粉煤颗粒时,过神宁50万t/a煤制烯烃项目的气化装置采用西高的含水量会降低颗粒的流动性,在煤粉储存及输送门子GSP粉煤气化技术。GSP 气化炉的燃烧室采用膜过程中,容易造成架桥和堵塞,而在气化反应过程中,式水冷壁结构,燃烧室底部连接激冷室,采用空间激又需要一定的水分来推动气化反应的速度,可有效调冷、文丘里洗涤和部分冷凝相结合的粗合成气洗涤除节氢碳比，因此这是一个矛盾,在气化反应过程中,需尘系统，相较于前述两种炉砖衬里的水煤浆气化炉要补人适量的蒸汽来推动气化反应。虽然GSP干煤粉型,该炉可以承受较高的操作温度。由于其具有可承气化可以适应亭龙惋馳件泪麻和更高灰分的原料受更高的炉温和水冷壁保护的内壁,具有以渣抗渣的煤,但如果中国煤化工灰分在气化过程特性,因此,决定了对原料煤的适应性也更为广泛。中本身不能，CNM H.C还要带走显热，对于GSP干煤粉气化，要求干煤粉的水分低于大量灰渣增大了后续渣水处理系统的负荷,既增加了2013年8月张玉柱等:宁东煤在煤气化工艺中的应用分析-25 -氧气消耗,又降低了有效气的产率,因此气化炉的总该技术。在对红柳矿煤进行试烧的过程中发现，因其效率会有所损失,需要综合考虑。GSP气化炉的操作灰熔融性温度较低,灰渣在1 250 C以上黏度很低,流温度远高于煤的灰熔融性温度,灰熔融性温度对GSP动性强,使水冷壁挂渣渣层较薄,系统波动易造成水冷气化技术几乎没有影响，但该技术对煤灰的黏温特壁损坏。经不同煤种的试用和技术人员的不断摸索,性有一-定要求。若煤样的黏温曲线太陡，即在温度升在使用梅花井矿和羊肠湾矿的混合原煤时，将灰分控高时，黏度下降过快,则不利于高温条件下的水冷壁制在<20%,既能防止气化炉因煤灰分过高,导致排渣的渣层稳定;如果氧煤比的大幅度波动频繁出现,则系统负荷太高,出现堵塞和磨损,又能防止水冷壁挂存在损坏水冷壁的风险。因此,要求煤灰的黏度随温渣不好,烧损水冷壁,气化炉的生产负荷满足系统设度变化平缓,避免突变,以利于水冷壁渣层的稳定,计需求。鉴于以上经验，神宁烯烃公司采取配煤的方达到其“以渣抗渣”的目的。式,来稳定煤质(主要指标灰分在20%以内),而不强调从技术上讲,GSP干煤粉气化对煤种的适应性很过分劣质煤的使用,从而达到系统效率的优选。神宁广泛,但实际操作中发现.并非所有煤种都能适用于50万t/a煤制烯烃项目气化用煤检测情况见表5。表5神宁50万t/a煤制烯烃项目气化用煤检测情况干煤粉煤灰熔融性温度日期灰分挥发分硫水分DTSTHTFT配煤方式/%/%_ /% /%/C./C/C/C2012-12-1215.83 33.65 0.86 4.711159116611731191羊沫煤:梅沫煤:梅精煤(3:2:1)2012-12-13 16. 5233. 440.84 4. 70羊沫煤:梅沫煤:梅精煤(3:2:2)2012-12-14 17.90 34.13 0.92 4. 501167118711931212羊沫煤:梅沫煤:梅精煤(4:2:1)2012-12-1518.1633.71 0.68 4. 8811691186119012122012-12-16 19. 39 33. 150.90 4. 3811261186119512252012-12-18 17.82 33.43 1.04 4. 51144118211921208羊沫煤:梅沫煤:梅精煤(4:2:2)2012-12-2017.14 33.54 0.80 4.621157116811771204羊沫煤:梅沫煤:梅精煤(5:2:1)3结论与建议去,在备煤设计系统处理能力上,应充分考虑煤粉干燥工艺工作负荷。为了提高全装置的效率,可采取洗宁东煤可作为水煤浆气化的原料,但由于内水含选配煤的方式来调整煤质。量高,变质程度低,普遍存在成浆性差。选择与之匹配的添加剂，可改善成浆性能;原煤灰分较高,作为原料参考文献:煤在湿法气化技术上应用受限,可考虑在装置区配套[1]贺永德现代煤化工技术手册[M].第2版.北京:化学建洗煤厂,洗后煤不脱水直接制浆,以提高气化效率。工业出版社,2011.宁东煤还可以作为干煤粉气化原料,应用时应注[2]解京选,武建军.煤炭加工利用概论[M].北京:中国矿意煤的黏温特性;其次,原煤灰分高,且内水较难除业大学出版社, 2008.Analysis of the Ningdong Coal Applied in the Gasification ProcessZhang Yuzhu and Huang Bin(Coal Chemical Company, Shenhua Ningxia Coal Group, Lingwu Ningria 750411, China)Abstract The paper summarized the general conditins of the Ning Dong Energy and Chemical Base, focuing onthe charateristics of the Ningdong coal which was used to prepare coal water中国煤化rhe Texaco gasif.cation with four nozles and also for the GSP pulverized coal gasification.TYHCN M H Cinglong coal was .suitable for diferent gasification processes.Key words Ningdong coal, GSP gaifcaion, Texaco gaifcation