气化型煤的生产

2013年6月化肥工业气化型煤的生产陈家仁(煤炭科学研究总院北京煤化工分院北京10003)摘要概述了无机黏结剂型煤、有杋黏结剂型煤和复合黏结剂型煤生产技术。在型煤生产中,要考虑煤本身的变质程度、弹塑性等特点,合理选用黏结剂和生产工艺是提高型煤质量的保证。最后指出,近年来气流床气化技术取得了较大的发展,但鉴于固定层气化技术固有的特性,今后还有相当的存在空间,为型煤技术的发展造就了美好的前景。关键词型煤黏结剂应用Production of Formed Coal for GasificationChen JiarenBeijing Research Institute of Coal Chemistry, China Coal Research Institute Beijing 100013)Abstract A survey is given of the production technology of inorganic binders, organic bindersand compound binders for formed coal. In the production consideration is to be given to thecharacteristics of the coal itself, viz., degree of modification and elastoplasticity, and rational selectionof binders and production technology are the assurance for improving the quality of the formed coal. Itis finally pointed out that the entrained bed gasification technology has grown greatly, but the fixed bedgasification process has intrinsic features, and there is still space for its existence in future, bringingup magnificent prospects for the growth of the formed coal technologyKeywords formed coal binders use能,它与煤的变质程度有关。弹塑性大的煤在成气化型煤的生产型时不易被压密实,所需的黏结剂耗量大且制取按成型方法气化型煤的生产可分为无黏结的型煤强度较差。如接近贫煤的山西阳泉、河南剂成型和有黏结剂成型2种,分别应用于不同的新密等地的无烟煤和山西长治高平等地的贫煤就煤种。属于此类煤。这类煤在热解时,因气体析出会使对年轻褐煤,如德国黑水泵厂和澳大利亚使煤粒表面形成裂纹造成型煤热强度下降不利于用的高水分含量褐煤,采用高压无黏结剂成型制生产出高质量的型煤。取的煤砖,长期应用于鲁奇气化炉工业生产中1.1有机黏结剂型煤但无黏结剂的高压成型技术不适合我国变质这是一种表面黏结剂的型煤,利用煤粒表面程度较高的褐煤,如我国呼伦贝尔的褐煤,经干燥黏附的黏结剂粘结成型。有机黏结剂中的灰分很后压力成型的煤砖强度较差,很难用于液渣排灰少,不会增加型煤的灰分。除沥青外,此类黏结剂的鲁奇气化炉。大多为水溶性物质,尤其是碱性物质还具有一定在通常采用的有黏结剂的型煤生产中,可按的吸潮性,通常须将型煤进行干燥,除去其中的水黏结剂的性质分为有机黏结剂、无机黏结剂和复分,以保证型煤的冷态强度,故也被称为不防水合黏结剂3类。型煤中国煤化工煤的弹塑性对煤的成型也有较大影响。所谓有机剩CNMHG浓缩废液、糠煤的弹塑性是指煤受压后在压力解除时的回弹性醛渣废液、腐植酸盐类溶液、淀粉碱处理液、羧甲化肥工业第40卷第3期基纤维素、聚乙烯醇和焦油沥青等。其中采用较的生产成本。广的是由风化煤制取的腐植酸盐类黏结剂型煤1966年,唐山煤研所曾生产了一批用焦作无由于羧甲基纤维素和聚乙烯醇价格较贵,通常用烟煤粉加沥青制成的型煤,型煤的冷强度和落下作辅助添加剂,添加量较少;沥青黏结剂的添加量强度都很好,在洛阳拖拉机厂煤气站的3M21型为6%~8%(质量分数),但会增加型煤的挥发气化炉中进行了试验。结果因气化炉转鼓加煤机分,使用时容易产生污染,因此较少应用。有一定的温度,导致型煤在此处软化,强度变差,1.1.1腐植酸盐类黏结剂型煤入炉的型煤粉碎严重内气化状况恶化;带出的该类型煤生产技术由煤炭科学研究总院北京煤粉沥青堵塞气化炉后部洗涤塔内的竹箅层,导煤化所于1973年开发研究成功在广东河北等致试验工作无法进行。广东紫金县某钢铁厂用无地的小合成氨企业推广应用,取得了很好的效果烟煤加沥青生产的型煤经干馏后,在高炉炼铁中腐植酸原料取自于风化煤,当时选用游离腐植酸的应用十分成功。含量较高的大同风化煤,加入氢氧化钠和氨水溶目前,因沥青价格较贵,故可用黏结性较强的液制得腐植酸钠或腐植酸铵。黏结剂中的腐植酸烟煤来代替。但黏结性烟煤必须在较高温度下才质量浓度为30~60mg/mL,烘干后制得含水质量能产生胶质体,使冷压成型的型煤达到一定的冷分数<2%的型煤其冷态强度很高(比如,京西强度保证其干馏前不会破碎。山西、宁夏、沈阳煤广东四望嶂煤等年老无烟煤生产的型煤冷态等地的技术人员进行过这方面的试验工作。抗压强度可达980N/球以上,焦作、晋城等中年热压型煤是将无烟煤粉与黏结性较强的烟煤无烟煤生产的型煤冷态抗压强度可达686N/球)粉分别快速加热,然后按一定比例混合,热压成型能很好地满足水煤气气化炉的生产要求。除了黏制成型煤。20世纪60年代,福建厦门海沧的结剂制备要求能达到浓度值外,对煤球的生产应家新法炼焦企业曾用当地的无烟煤与湖南邵东的做到“两干、一均匀、压密实”。两干:①制取煤球烟煤粉混合热压成型生产了一批气化型煤,在湖的煤粉要干,以保证一定量的液体黏结剂能加入南株洲玻璃厂的煤气炉中进行生产性试验,取得而又能使成型煤料的水分含量符合成型的最佳水较满意的效果。无烟煤的比例是70%~80%(质分(一般质量分数为9%-10%)要求;②型煤一量分数),加热温度600-700℃;邵东烟煤粉的定要干透,一般要求含水质量分数<2%,以保证配比为20%-30%(质量分数),加热温度300型煤的冷态抗压强度。均匀:黏结剂与煤要混合350℃。2种煤料混合后的温度为~500℃,此时均匀。压密实:压制成的型煤应有一定的强度,防烟煤粉产生的胶质体把无烟煤粉粘结在一起,用止湿煤球破碎。对于表面黏结剂来说煤粉的表型煤机前的预压成型机先将煤料预压成扁形的条面性质对型煤的强度会产生影响,长期堆放的无带状,再由卧式型煤机压制成型煤。煤料的快速烟煤粉因表面氧化制得的腐植酸黏结剂型煤强加热采用旋风筒加热器。度低于相同未经过氧化的无烟煤粉。鞍山热能研究所在热压型煤方面进行过大量目前,腐植酸黏结剂型煤技术已在湖南湖北的研究工作也曾为内蒙古海勃湾玻璃厂等用户和河南各地的氮肥企业和动力煤气站广泛应用。进行过可行性研究,但都没有实施。其原因:①工沥青类黏结剂型煤和热压型煤艺复杂,投资较高;②操作温度范围较窄,不易控沥青类黏结剂较适合于次烟煤和年轻无烟煤制成型产品率较低;③系统密封要求高,尤其是粉的成型。次烟煤和年轻无烟煤在受热时会析出加热后的混合料的温度较高胶质体析出时会产挥发物,易使煤粒产生裂纹而影响型煤的热强度,生挥发分的污染等。此时沥青类黏结剂会熔化流入裂纹中,在温度进1.2无机黏结剂型煤步升高时,形成沥青焦弥补其不足。但温度1.2.石灰碳酸化型煤达~60℃时,沥青会软化使型煤强度下降,直至石灰碳干馏完成形成沥青焦后强度才能恢复和加强。因依靠石灰碳H中国煤化工黏结剂型煤,CNMHG架,将煤粉固此,此类型煤有时需干馏后才能使用,增加了型煤化成型。因此,黏结剂石灰的加入量很大,一般为2013年6月陈家仁:气化型煤的生产31煤量的20%~25%(质量分数),使型煤的灰分有粉料代替水泥用作黏结剂。水泥类黏结剂型煤也较大的增加,质量分数达到~40%。是骨架型型煤,养护后的水泥类黏结剂型煤具有石灰碳酸化过程中所需的二氧化碳可采用化良好的防水性能,在水中浸泡后仍能保持良好的肥生产装置变换后的变换气,也可采用石灰窑气。强度。这类黏结剂用于挥发分较高的无烟煤种石灰窑气中的二氧化碳含量较低碳化时间较长,(如山西高平、阳泉、宁夏汝其沟和河南新密等地但较安全。采用变换气时,根据变换工艺的不同,的无烟煤)时,生产的型煤往往热耐磨强度较差,可采用常压变换气或加压变换气,各有利弊。在实际生产中也曾有很多失败的经历。碳酸化过程中反应产生的水必须及时移除,因此,生产水泥类型煤使用的水泥料应保存在干燥碳酸化过程又伴随着干燥过程,通常采用蒸汽间处,防止受潮变质;制作时,应混合均匀并调整好接加热碳酸化原料气的方法干燥水分。为使型煤适当的成型水分(质量分数约10%),避免压制时的中心部位碳酸化良好,不应将型煤中的水分全产生过多的返料;返料应及时返回再压制,防止料部带走,必须保留型煤毛细孔中的水分,使二氧化中的黏结剂固化变质;养护时,应使型煤表面保持碳可溶解于毛细孔的水中而进入型煤的内部,将定的潮湿度,防止干燥过快而影响养护效果其中心的氢氧化钙碳酸化。检验型煤中心是否碳3复合黏结剂型煤酸化良好,可将型煤掰开,用酚酞试剂滴在其截面此类黏结剂的品种繁多,从有关的专利中也上,以肉眼观察被氢氧化钙染成粉红色区域的大可查到大量不同配方的报道,但基本成分还是前小(即未被碳酸化成碳酸钙区域),以便改进操作述无机、有机配料,取长补短,或采用一些价格较条件和工艺参数。低的原料以降低黏结剂的成本或型煤的生产碳酸化良好的骨架型石灰碳酸化型煤的优成本。点:具有很好的防水性能;对煤种的成型性能不如表面黏结剂那样敏感;对于灰熔点较低的煤,由于2气化型煤生产的综合评述大量的石灰存在,反而可提高型煤的灰熔点。在(1)气化型煤的经济性气化过程中,灰渣中大量游离氧化钙的存在,即使气化型煤的生产成本,包括黏结剂和加工费,气化炉内结了较大的疤块,经过气化剂中水蒸气般在60元/t。如粉煤与块煤价差在~100元,的作用会被逐步“消化”掉;同时,氧化钙的存在型煤生产应该是经济的。对均相水煤气反应具有催化作用,使产生的水煤(2)型煤的特点气中一氧化碳含量降低,减轻变换工段的负荷。型煤的粒度均匀,煤质也相对均匀,有利于气由于灰分增加,气化此类型煤时应加大气化炉的化煤质的均质化,生产操作参数和生产过程相对出灰能力;气化时产出的灰渣中会有一些类似水较稳定。泥的沉积物,可在炉箅上设置冲水机构,以维持出型煤的反应活性优于块煤,如潞安集团屯留灰机构的顺利运行。煤型煤比屯留块煤在二氧化碳反应性上要高近1.2.2水泥类黏结剂型煤15%(1100℃)此类型煤最早在江苏东海化肥厂和浙江桐乡些贫瘦煤的机械强度较差,块煤产率通常化肥厂中使用,之后又在唐山一带的化肥企业应很低,而且块煤的机械强度很差(如潞安、鹤璧用。水泥的加入量约相当于煤料的10%(质量分淮北朔里等煤),用此类煤粉生产的型煤,其机械数),比石灰碳酸化型煤少50%。如采用耐火的强度甚至优于块煤,对气化炉的运行更有利。铝酸盐水泥,用量可减少至约为煤料的7%(质量(3)型煤质量检测方法分数),养护时间也可由10d缩短至3d,可提高在气化型煤质量的检验方法中,型煤的强度煤的灰熔点,但黏结剂的价格比一般水泥要高些。通常包括落下强度、冷态抗压强度以及热态抗压水泥生产时加入的一些辅助材料如石膏等在强度等指中国煤化工条件与型煤在型煤制取过程中的作用不大,因此,目前的水泥类气化炉内气HCNMH本冲击的动态型煤生产大多从水泥厂直接购买水泥熟料的磨细(下转第59页)2013年6月陈胜军:双吸收低温甲醇洗工艺应用总结59水分离塔的操作情况也直接影响甲醇的损失种情况在开车接气、停车切气以及进气量大幅变量。当水分离塔塔釜温度低时,会降低甲醇与水化时尤其容易出现,应及时调整各处压差稳定,保的分离效果,导致大量甲醇从底部排出。因此,日证甲醇的稳定输送。常生产中应及时调整工况,使水分离塔稳定运行,3.4系统腐蚀问题以降低排水中的甲醇含量。另外,在停车时,要关在原始开车、系统刚接气时,排出的废水是黑闭一些重要调节阀的手阀,尤其是高压串低压处色的,接气后不久就先后出现各泵的前过滤器发的手阀,防止因阀门内漏使高压系统的甲醇串人生堵塞,尤其是贫甲醇泵、N2汽提塔底部的富甲低压系统,导致低压系统部分容器满液位后排入醇泵等热区泵,过滤器频繁堵塞。天津碱厂曾出火炬系统造成甲醇损失。现2台大型甲醇过滤器在投用1h后就被迫切出3.3系统甲醇液位波动系统的情况。经取样分析,从过滤器中清出的黑当塔器等设备的甲醇液位发生较大波动时,色粉末状物质的主要成分为FeS。在纯的甲醇会导致自动控制阀的开度大幅波动,不能保证各中,CO2和H2S不会对设备和管线造成腐蚀,但在处甲醇量的稳定性和连续性,进而可能导致净化系统中有水存在的情况下,甲醇溶液中的CO2和气指标不合格。同时,液位的大幅波动将使各泵H2S使设备和管线处于酸性环境中,会发生电化的出口流量大幅波动,导致电机电流不稳定。学腐蚀。在刚开车时,由于系统干燥不彻底,并且出现液位波动的主要原因:①泵前的过滤器水分离塔的操作情况不太好,导致系统中甲醇含堵塞,导致泵加不上量,不能将甲醇及时排出。因水质量分数在4%左右,故出现了严重腐蚀。为此,日常生产中应随时关注各泵的电流变化趋势此,采取更换部分新甲醇、调整甲醇含水量等措及人口压力的变化情况,当出现电流下降、泵人口施,降低了系统中的水分,减轻了系统腐蚀。此压力下降的情况时,应及时倒泵,防止出现空转、外,每次停车后应对系统进行完全再生,并减少系气蚀现象而毁坏机泵。②由于系统中有一部分甲统设备暴露在空气中的机会,如需检修,应及时用醇是通过压差进行输送的,当系统压力波动时,会N2进行置换。影响这部分甲醇的输送,从而引起液位波动。这(收到修改稿日期201301-18)办必①必必必必必必仍必⑩仍必必必必必必必必必必仍仍仍必必(上接第31页)品时,固定层气化技术在热解段就可以通过煤的状况相差较大,所以用热态耐磨强度来衡量型煤热解得到相当数量的最终产品或初最终产品。如质量指导生产会更接近气化炉内的实际情况,因用煤来生产合成天然气时,加压碎煤气化炉的粗而更可靠。煤气中就含有近50%(体积分数)的甲烷。从煤(4)型煤技术的前景的间接液化技术来看,用加压碎煤气化技术就可近年来随着气流床气化技术的发展,不少人以从煤焦油中得到近8%(质量分数)油产品。而认为固定层气化技术必将被淘汰,其理由之一就在采用高温液态排渣的气流床气化技术所得到的是这种技术需要块状燃料,而随着煤炭采集机械粗煤气中,甲烷含量近乎为零,更无油类组分。因化程度的提高,粉煤产率会不断增加。通过多年此,固定层气化技术,特别是加压和液态排渣的技来对气流床气化的实际操作,人们逐渐认识到原术,今后还有相当的存在空间,为型煤技术的发展料粉煤粒度要求很细,干燥、磨煤的功率消耗也相造就了美好的前景。当可观。尤其是以煤制天然气和油品这类燃料产收稿日期2011-11-22)必必必必必必必必必必必必必必如必必必①必必必必必必仍必必版为适应我国信息化建设,扩大本刊及作者知识信息交流渠道,本刊已被国内外文献索引、权:文摘和全文数据库收录其作者文章著作权使用费与本A声章被收录,请在来稿时向本刊声明,本刊将做适当处理H中国煤化工作者不同意文CNMHG明《化肥工业》编辑部