煤成分对Shell煤气化工艺的影响 煤成分对Shell煤气化工艺的影响

煤成分对Shell煤气化工艺的影响

  • 期刊名字:化肥工业
  • 文件大小:344kb
  • 论文作者:项爱娟
  • 作者单位:河南中原大化集团有限责任公司
  • 更新时间:2020-07-10
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论文简介

第33卷化肥工业第6期煤成分对Shell 煤气化工艺的影响项爱娟(河南中原大化集团有限责任公司濮阳457004)摘要介绍了 工业上体现煤成分的工业分析和元素分析所包含的分析项目和元素组成,并分析了它们对Shell 煤气化工艺的影响情况。关键词煤成分Shell煤气化工艺影响Efect of Coal Composition on Shell Coal Gasification ProcessXiang AlijuanAbstract A presentation is given of the analytical items and elementary composition included inindustrial and elementary analysis , which reflect the coal composition, and an analysis is conducted oftheir effect on the Shell coal gasification process.Keywords coal composition Shell coal gasification process effect近年来,国内先后引进了10多套洁净利用煤.1 煤的水分及其对Shell煤气化工艺的影响炭资源的Shell煤气化工艺,除湖北双环已在运行1.1.1 煤的水分外,其它尚在筹建中。虽然Shell煤气化工艺对煤煤的水分包括游离水和结晶水,游离水又可种适应性较广,气化炉对活性与灰融性温度相适分为外在水分和内在水分。外在水分是指附着于宜( <1 500 C)的煤都能很好地气化,但该工艺煤的颗粒表面的水膜或大的毛细孔(直径> 10-5对煤种仍有一定的要求 ,不同的煤质对Shell气化cm)中的水分,其蒸汽压与纯水的蒸汽压相同,在炉和相关设备的设计操作和经济运行密切相关。常温下就很容易失去。内在水分是指吸附或凝聚煤是由多种有机物和矿物质组成的复杂混合在煤颗粒内部毛细孔(直径< 10-5 cm)中的水分,物,许多有机物无法详细分析确定,而只能“集中由于毛细孔的吸附作用,其蒸汽压低于纯水的蒸说明"。这种“集中说明”体现在工业上便是采用汽压,要在高于纯水的正常沸点的温度下才能除2种最重要和最普通的分析方法,即工业分析和尽,所以较难蒸发除去。结晶水是指煤中矿物质元素分析,分析所得结果是用以表征煤的化学组所含的结晶水或化合水,通常要在200 C以上才成和性质的最基本数据。因此,本文着重介绍这能析出,在工业分析中不予考虑。2种分析方法所包含的分析项目和元素组成及它1.1.2煤的水分对 Shell煤气化工艺的影响们对Shell煤气化工艺的影响情况。Shell煤气化工艺采用干煤粉进料,要求进气化炉的煤粉水含量低于2%。就气化炉而言,在1煤工业分析包含 的项目及对Shell煤气化工特殊情况下,煤粉水含量允许稍高于该值,但不能艺的影响偏离太多,否则会影响粉煤流化,极可能出现煤粉根据CB3715-1983 ,煤的工业分析是指煤的粘连而造成输送困难。原料煤的水分含量通常高水分(M)、灰分(A)、挥发分(V)及固定碳(FC)4中国煤化工化炉所要求的合个分析项目的总称。某的水分含量,尤TYHCNMHG本文作者的联系方式:lptao@ etang. com第33卷化肥工业第6期其是外在水分含量,直接影响煤的运输成本和制显热,使煤的热效率降低。且煤中灰分含量越高,粉能耗。原煤运输成本越大,气化煤耗、氧耗越高,气化炉1.2煤的灰分 及其对Shell煤气化工艺的影响和灰渣处理系统负荷越重,严重时会影响气化炉1.2.1煤的灰分的正常运行。煤灰中某些组分含量过高会影响煤煤的灰分是指煤的内在矿物质和外来矿物灰的熔融特性,造成气化炉渣阀排渣不畅或堵塞。质,内在矿物质又分原生和次生矿物质。原生矿Shell煤气化炉采用水冷壁结构,利用煤气化物质是指原始成煤植物含有的矿物质,一般不超反应初期熔融^飞灰在壁上形成固体渣层使膜式壁过1% ~2% ;次生矿物质是指在成煤过程中进入与炉膛隔离,以减少热量损失,同时在故障期间热煤层的矿物质,约在10%以下。外来矿物质是指负荷变化大时首先造成固体渣层被熔化或者加采掘过程中混人煤中的矸石,约5% ~ 10% ,高的厚,从而保护炉壁免受损坏。如果煤中灰分含量在20%以上。太低,固体保护渣层形成不好,使气化炉的热损变(1)煤灰的化学组成大,冷煤气效率降低,而且不利于炉壁的抗渣保煤灰主要由SiO2、AL2 O,、Fez O3、CaO、Mg0、护,影响气化炉使用寿命。TiO2、Na20、K20等酸性和碱性的化学组分组成,尽管Shell煤气化工艺对煤灰含量要求不是-般酸性组分高于碱性组分,(Fe2O3 +CaO +很严格(煤灰含量可高达30%以上) ,中原大化集Mg0 + K,0 + Na20)/(SiO2 + AI203 + TiO2)的比团有限责任公司根据预选煤的情况,其设备设计值称为碱酸比。按无水基煤灰含量25. 5% (收到基23.5% )的煤(2)煤灰的熔融性及熔化后的粘性进行设计。根据荷兰DEMKOLEC电厂实际运行由于煤灰是由许多化合物组成的混合物,没经验,该工艺最优化的煤灰含量为9% ~19%,当有一个固定的熔点,只有一个相当宽的熔化温度煤中灰分含量低于8%时,中压蒸汽量将会增加,范围,煤灰成分在- -定温度下能形成共熔体。也就表明膜式壁固体保护渣层极可能形成不理将煤灰与糊精混合,塑成- -定大小的三角形想,将出现不是期望的运行情况。所以,当飞灰含锥体,加热可测得煤灰变形温度(T)、软化温度量低于8%时,建议执行飞灰强制循环作业。如(T2)、星半球温度(T])和流动温度(T) ,工业上果投产后实际煤灰含量偏高设计值较多,限制气一般选软化温度T,作为衡量煤灰熔融性的主要化炉负荷的瓶颈将是除灰和除渣系统的处理能指标。煤灰的熔融性与煤灰的化学组成之间的关力。系最密切,灰分中酸性成分比例越大(即碱酸比(2)煤灰熔点及渣粘性的影响越小) ,熔化温度范围就越高,反之越低。按照煤煤中灰分含量和成分虽然对煤气化反应本身灰分熔融温度高低,煤-般分为易熔灰分(Tz≤影响不大,但还必须保证适宜的煤渣流动(粘1 100 C)、中等熔融灰分(T2为1 100~1 250度),所以灰分,尤其是灰分成分,对所要求的C)、难熔灰分(T2为1250 ~1500 C)和耐熔灰Shell 气化温度有主导影响。Shell 煤气化属熔渣、分(T2>1 500 C)。气流床气化,为确保灰分熔化、气化炉排渣顺畅,除熔融温度外,煤灰熔化后的粘度及粘度与气化操作温度要高于T。100~150C。选用T温温度的关系也是重要指标。对于液态排渣的工业度低的煤对Shell煤气化排渣有利,最好选用中低锅炉,正常排渣要求的粘度为5-10 Pa.s,最高灰熔点的煤。如果煤灰熔点温度过高,势必要求不超过25 Pa●s, 灰熔融体在重力作用下停止流提高气化温度,影响气化炉的运行经济性,也不利动的粘度约为100 Pa.s。于排渣。故对高灰熔点的煤,可以通过添加助熔1.2.2煤灰组分对 Shell煤气化工艺的影响剂调节煤灰的碱酸比例以改变煤的熔融特性,从(1)煤灰含量的影响而保证气化的的工省二行时竹熔剂及加入量的煤灰是煤中的惰性物质,其含量和组成对气选中国煤化工化反应本身影响不大,但灰分高的煤在气化过程YHCNMHG合低成本原则,中.中产生的灰渣量增加,势必带走部分潜热(碳)和原大化集团有限责任公司选择以石灰石(碳酸7第33卷化肥工业第6期钙)形式提供的CaO作为助熔剂。添加助熔剂将组成,主要由碳氢、氧、氮和硫5个元素组成,元或多或少增加运行成本和建设投资,但可以通过素分析也可包括氯和其它元素。降低气化炉操作温度、节约氧耗和煤耗来补偿。2.2煤元素组成对 Shell煤气化工艺的影响中原大化集团有限责任公司助熔剂加人量,采用(1)碳、氢含量煤灰分中不超过25%的助熔剂比例(利用灰分中碳、氢是煤被燃烧、气化生成合成气的主要反CaO的百分率定义)来设计。应元素,碳、氢含量高,相对煤耗低。总之,对于液态排渣的Shell煤气化炉,选择(2)氧含量灰熔融温度低和灰渣流动性好的煤对生产有利。原煤特性影响碳转化的首要因素是煤中的氧1.3煤的挥发分及其对 Shell煤气化工艺的影响含量。在实际操作中,设计煤要求的正常气化温1.3.1煤的挥发分度(1 500~1 700 C)由氧气和煤(即煤中的碳)煤样在隔绝空气的条件下加热至一定温度并的比率来控制和保证。所以,如果实际原煤中氧恒温一定时间,煤中受热分解析出的有机质即为挥含量低(属正常) ,较多的氧将通过气化剂强射流发分。挥发分与水不同,它不是煤中的固有物质,(氧气和蒸汽)提供,即氧耗增加。为防止CO过而是在特定条件下煤受热后挥发出的有机质及其多转化为CO2,总氧耗在多数情况下要稍低一些。分解的产物,其数量和成分随加热条件而变化。(3)硫含量1.3.2煤的挥发分对 Shell煤气化工艺的影响煤中硫以天然硫化铁、有机硫和硫酸盐形式挥发分是煤加热后挥发出的有机质及其分解出现,有机硫可能占总量的20% ~80%。煤中硫产物,能大致代表煤的变质程度。一般而言,挥发在气化环境中形成H2S和COS,随合成气进入后分越高,煤化程度越浅煤质越轻,反应活性越好,系统,如果硫含量过高,会给后工序的煤气净化及对气化反应越有利。但由于Shell 煤气化采用高脱硫带来负担,并直接影响煤气净化系统设备的温气化,气体在炉内的停留时间比较短,所以气固材料选择投资成本及运行成本。所以,对煤中硫之间的扩散反应是控制碳转化的重要因素,因而含量的选择,应结合净化装置的设计及投资综合对煤粉粒度要求较高,而对挥发分及反应活性要考虑。求不是很严格。(4)卤化物和微量元素1.4煤的固定碳及其对 Shell煤气化工艺的影响氯等卤化物和其它微量元素作为无机物(例1.4.1 煤的固定碳如灰分中的NaCl)处理,不进入气相,除了潜在的固定碳是指从煤中除去水分、灰分和挥发分结渣问题外,对气化反应没有影响,所以中原大化后的残留物。与挥发分- -样,固定碳不是煤中的集团有限责任公司的合成气冷却器基于氯化物和固有成分,而是热分解产物,不仅含有碳,还包含氟化物的共有含量<0.1%设计。由于渣中含有氧、氦、氢、硫和氯等元素,所以它与煤中碳含量的氯化物,所以Shell煤气化除渣系统设备选材为耐概念不同。腐蚀的双相钢。其它元素与甲醇项目下游的水处1.4.2煤的固定碳对 Shell煤气化工艺的影响理系统的设备有关。煤的固定碳含有多种元素,每种元素对Shell煤气化工艺都存在-定的影响,因而在元素分析3结语组成中讨论各元素对该工艺的影响情况。Shell煤气化工艺是我国引进国外的先进技术,为洁净利用煤炭资源的技术之一- ,消化和吸收2煤元素分析所包含的组成及部分组成对该技术对我国发展新型煤化工和合理利用煤炭资Shell煤气化工艺的影响源有重要意义。随着我国各地相继引进该技术,2.1 煤元素分析所包含的组成将中国煤化工的操作和技术管煤元素分析提供煤的基本成分度量,指出煤理,3T8艺的了解和掌握中用于气化反应和转化为气相的每种有机成分的以及,C NM HG运行提供参考。量。通常煤的元素组成实际上仅指有机质的元素(收稿日期2006-08 -15)

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