压力、煤浆浓度、氧煤比对水煤浆气化的影响

第48卷第5期化肥设计oct.20102010年10月Chemical Fertilizer des23瓜力、煤浆浓度、氧煤比对水煤浆气化的影响崔意华(西北化工研究院,陕西西安71004)摘要:研究了水煤浆气化技术操作参数的优化途径;分析了气化压力、煤浆浓度、氧煤比(氧碳比、氧浆比)对碳转化率、产气率、冷煤气效率、合成气有效组分含量等水煤浆气化参数的影响;对各参数之间的最佳搭配进行了优化;确定了各个量的最佳操作值,为气化装置低能耗、高效益运行提供依据。关键词:水煤浆气化;煤浆浓度;氧煤气;压力;碳转化率中图分类号:TQ545文献标识码:A文章编号:1004-8901(2010)05-0023-04Influence of Pressure, Coal Slurry Concentration and Ratio of Oxygen/ CoalWater Coal Slurry GasificationCUI Yi- huaNorth-West Chemical Research Institute, Xian Shanti 710054 China)Abstract: Author has studied the optimizing route for operating parameters of water coal slurry gasification technolotion rate, cold coal gas efficiency, and effective components of synthetic gas and so on; optimization was made for optimal formula between each parame-ter: has determined the optimal operating parameter for each value, it provides the basis for running at low energy consume and with high benefit.Key words: water coal slurry gasification; coal slurry concentration; oxygen/ coal ratio; pressure; carbon conversion rate水煤浆气化是一种先进成熟的洁净煤技术,因制好氧煤比就控制了气化温度、氧气和煤浆的质量流具有运行经验丰富、煤种适应性广等优点近年来得量,然后才能根据煤浆浓度值确定干煤的进料量。到大规模工业化推广应用。水煤浆气化属于气流11氧煤比(氧碳比氧浆比)与气化温度床气化工艺,采用湿法进料,高温高压下气化的操氧煤比(氧碳比、氧浆比)是水煤浆气化技术生作方法,其工况复杂影响因素颇多各因素之间关产中需要控制的重要操作参数之一。在其他条件系错综复杂。温度、压力煤种、煤浆浓度、氧煤比、恒定的条件下,氧煤比(氧碳比、氧浆比)不仅决定停留时间、燃烧室形状和尺寸等因素均能影响到装了气化炉的操作温度,而且也是标定耗氧量的方法置的平稳、低能耗运行。气化效率、碳转化率冷煤之一。合理设定该值可以从源头上降低消耗、增大气效率、氧耗、煤气组成等气化参数的好坏直接受效益。控制氧煤比(氧碳比氧浆比)对气化生产的到煤浆浓度、氧煤比的操控。只有这2组互为影响、作用就是控制进料的氧元素与碳元素的质量或者相互制约的参数之间配合得恰到好处时,才能够实摩尔比例,以生成高比例含量的(CO+H2)合成气,现装置的高效生产。笔者仅就煤浆浓度、气化压也可以通过氧碳比氧浆比来标定计量,三者对气力氧煤比3个因素对气化操作的影响加以分析,以化生产的作用相同,只是作为不同场合的术语。有期得到最佳综合操作条件实现装置节能降耗和经关氧煤比(氧碳比、氧浆比)与气化温度之间的关系济运行中国煤化工1煤浆浓度、氧煤比与气化温度的关系作者CNMHG人03年毕业于沈阳化工学阮化上程系,L程卿,从學化⊥技术的研发和煤化工项原料煤和氧气是水煤浆气化技术的2大原料,控目的工程设计等工作24化肥设计2010年卷见图1、图2”和图31。2煤浆浓度、氧煤比、气化压力的影响1400一种煤气化技术气化效果的好坏,须通过一1360系列指标来判断,水煤浆气化技术可以通过碳转化率、冷煤气效率、氧耗、煤气组成等气化数据,供技术使用者判断装置的运行情况,指导后续工序氧煤比/kg·kg的生产操作。下面以煤浆浓度、氧煤比、气化压力图1氧煤比与气化温度的关系为中心来分析三者对水煤浆气化技术气化效果的影响21煤浆浓度与气化效率的关系气化效率是指气化所制得的煤气热值和所使用的燃料热值之比,它是衡量煤气化过程能量合理1250利用的重要标志。水煤浆作为气化所用的燃料来源,直接关系到装置的高效、经济运行,因此煤浆浓11500.20度与气化效率之间有着直接的关系,见图51。氧碳比/kg·kg图2氧碳比与气化温度的关系煤浆浓度/%图5煤浆浓度与气化效率的关系12141234125412741294131413341354气化温度/"C22气化压力与氧耗、氧气利用率的关系图3氧浆比与气化温度的关系耗氧量是衡量某种煤气化技术运行经济与否的重要指标。耗氧量越高,氧气有效利用率越低,12煤浆浓度与气化温度装置经济性越差。气化炉的生产能力与气化压力p煤浆浓度既是水煤浆气化技术独有的操作指的二次方根()成正比气化压力升高有利于CH标,又是一个重要的气化工艺参数。煤粉粒度愈的生成降低了需要碳燃烧反应提供的热量,耗氧小煤浆浓度愈高黏度愈大其相应的碳转化率或量降低氧气利用率提高。气化压力与氧耗量氧气化效率就愈高。随着煤媒浆浓度的提高带人气化利用率的关系见图621炉的水含量逐渐减少,气化温度随之逐步上升。有0.18关煤浆浓度与气化温度的关系见图40。2140.16814501401.02.03.04.05.06.071300中国煤化工5860626466687072-用率的关系煤浆浓度/%CNMHG23单吒与喊化平时大示图4煤浆浓度与气化温度的关系碳转化率是所有煤气化技术追求的一个高境第5期崔意华压力、煤浆浓度、氧煤比对水煤浆气化的影响界值,不管哪种气化技术都在力求高的碳转化率。碳转化率高,相应资源的利用率就高,合成气质量就好。金保升等“碳转化率高的煤气化装置(ZL30200820161844.4)”专利中装置通过多级循环返料,旨在特别提高煤气化装置的碳转化率。有关氧煤比与碳转化率的关系见图71气化压力p/MPa1.10气化压力,p/MPa氧煤比/kg·kgt图9气化压力与租合成气组成的关系图7氧煤比与碳转化率的关系26氧煤比与冷煤气效率的关系24氧煤比与(CO+H2)摩尔百分含量的关系冷煤气效率是衡量气化炉工作性能好坏的重有效气(C0+H2)含量的多少是媒气化技术核要指标。气化反应生成煤气的化学能与气化用煤心价值的体现,(CO+H2)是煤气化下游工艺的主的化学能之比称为冷煤气效率,煤气、煤的化学能可要原料来源。对于某个煤气化装置来说,在进料量采用相应的低位发热量。提高冷煤气效率煤的化学定的条件下,产出中(CO+H2)含量越高,下游产能可更多地转化为煤气的化学能相应也提高了煤的能越大经济效益越好,原料利用率越高,单产越高,利用率。氧煤比与冷煤气效率的关系见图1021。从而实现节能降耗。笔者回归了氧煤比与(CO+H2)摩尔百分含量的关系,见图8286258.75′0.850.951.051.15氧煤比/kg·kg图10氧煤比与冷煤气效率的关系0.50.60.8氧煤比/kgkg27氧煤比与产气率的关系图8氧煤比与(CO+H2)摩尔百分含量的关系产气率是指单位质量的原料气化后得到的粗煤气量,是煤气化技术的重要经济指标之一,该指25气化压力与粗合成气组成的关系标多通过试烧来确定。氧煤比与产气效率的关系粗合成气组成的好坏,是衡量煤气化技术先见图112进与否的重要因素之一。粗合成气包含有效组分和有害组分,有效组分越高,有害组分越低,煤气1.9质量越好。由于个别有害组分可以帮助操作人员判断操作工况,以调节最佳操作条件,故生产中既要达到粗合成气成分好,还要兼顾到设备和人员中国煤化工对操作温度、压力等因素的耐受,以实现各条件的CNMHGL05 I15最佳组合。气化压力与粗合成气组成的关系见氧煤比/kgkg图11氧煤比与产气率的关系化肥设计2010年第48卷3关系图表的分析低。因此氧煤比不能无限制地降低,否则影响液态排渣,导致渣堵装置无法稳定运行甚至导致停炉,(1)煤浆浓度、气化压力、氧煤比3个重要参数这在生产上是最不可取的。对其他气化参数的影响,从图3、图5可以看出:气化温度、气化效率随着煤浆浓度的增大而上升;从结语图6图9气化压力与氧气消耗粗煤气组成的走势水煤浆气化技术是非常成熟并已大规模生产图可知随着压力增大氧耗降低,氧气利用率随之应用的煤气化技术,其装置最佳操作参数在不断优提高粗合成气组分随着压力各自变化;其他各图化和提高每台气化炉都有1套最佳操作条件组,生均为各参数相对氧煤比的走势,影响不一,但影响产中通过调节、设定手段使压力煤浆浓度、氧煤比趋势相同。等关键参数处于最佳运行值,并使各参数之间实现(2)煤浆浓度是煤气化最原始的参数煤浆浓最佳搭配既能控制好炉温,延长设备的耐受,又能度主要随煤种改变而发生变化,日常生产过程中煤达到较高的碳转化率,实现出口气高(C0+H2)含浆浓度几乎恒定,因此煤浆浓度对气化的影响纯属量低氧耗低能耗高收益的目的。偶然,对操作的指导意义不大,不必过多考虑。参考文献:(3)气化压力是原始参数之一气化压力在装[1]许世森张东亮,任永强大规模煤气化技术[M]北京:化学工置最初设计时确定,对未来的运行操作有决定性作业出版社.20用。一旦压力确定,至始至终保持恒定,生产过程2】王同章,魏牧菘魏琪等煤炭气化原理与设备M]北京:中中仅通过与气化压力有关的曲线图来确定产物走国机械工业出版社,2001势,作为选择气化压力的依据。如图9(b)为实[3]许祥静,刘军.煤炭气化工艺[M].北京:化学工业出版杜,2004际操作压力下的数据,9(a)2为压力下的理论分析[4陈启文李聪敏煤化工工艺[M]北京:化学工业出版值,二者之间的差别是因为气体组分的摩尔分率与社,2008摩尔数并非一定成比例变化,但组分量是一致5]王会民对德士古水煤浆加压气化工艺的认识[J].大氮肥的”,装置生产过程中气化压力几乎不变。因此气化压力的变化对整个气化的影响甚微,短期微变造6何期,金晶,张忠,等水媒气化炉人口参数对出口合成气成的影响可以不予考虑。[7]张庆水煤浆加压气化过程的平衡组成[门].煤化工,1993(3)(4)氧煤比关系到气化原料的进料,是一个需[8]尚爱娟德士古水煤浆气化炉温度控制的探讨[门].化学工业与要严格控制和依据的参数,对装置操作影响颇大。工程技术,2007(8)从图1~图8可以看出,各个量均随氧煤比增大而9]金保升朴桂林,肖睿等碳转化率高的煤气化装置p中国增长,可见氧煤比是考量装置操作情况和经济效益Z-:200820161844.4.2009.07.22.的一个关键值。于海龙等通过建立模型对氧煤10徐红东,长贵多元料浆气化工艺过程的模拟[]1化肥设计,2008.46(2):9比进行了数值模拟,结果发现氧煤比对气化炉出口(1]于海龙赵翔,周志军,等氧煤比对水煤浆气化影响的数值模气体组成影响很大。氧煤比越低,其出口(CO+拟[刀.煤炭学报,2004.(10)H2)含量越高;氧煤比降低,炉内平均炉温迅速降收稿日期:2010-06-26(上接第22页)(2)氨汽提法尿素工艺分为高压、中压、低压3(4)相对于 Safurex材质,尿素级或改良型奥氏个阶段,在高压段进行尿素合成和NH3及CO2回体不锈钢广泛用于尿素高压设备以及相应的管道,收;在中压段和低压段进行尿素提纯和NH2及CO2已具有工业化批量生产能力国内国外均可满足尿回收CO2转化率较高氨的排放量相对较少;氨回素级不锈钢苛刻的生产质量要求。收系统单独设置1个框架,更加节能环保。2台甲4结语铵冷凝器副产出2种不同压力和温度的蒸汽,在能源利用上具有一定的优势。该工艺废水处理系统(1)CO2汽提法工艺与氨汽提尿素工艺相比,的水解净水质量相对要好但其氨碳比较高汽提CO2汽提法的优点是:①汽提压力较低汽提效率较塔中国煤化工高压氨泵及高压高电耗较少;②高压圈设备较少,占地面积少布甲铵CNMHG提法尿素生产工置紧凑但其框架比氨气提法框架高;③流程相对艺稍高一些较短,管道材料耐高温高压及耐腐蚀性更优。收稿日期:2010-06-30