气化条件对等离子体煤气化的影响

2012年第2期化学工程与装备2012年2月Chemical Engineering& Equipment气化条件对等离子体煤气化的影响李松栋',庞先勇(1.太原工业学院化学与化工系,山西太原0300082.太原理工大学化学工程与技术学院,山西太原030024)摘要:在立式反应器中考察了反应器结构,供煤量,水蒸气供量和煤粉粒度对等离子体煤气化的影响结果显示:在其它条件一定的条件下,立式反应器结构为4,供煤量为666kg/h,水蒸气供量为10.00kg/h煤粉粒度较小时气化效果较好。关键词:气化条件;等离子体:;煤气化煤气化是一个吸热过程,必需供入体系热量。对于常规响制约了等离子体煤气化工业化的进程,因此有必要首先通的煤气化方法来说,是通过燃烧部分煤供热而实现的,这样过实验考察各种因素(如煤种、供煤速率、工作气体供量、将导致产物气中C含量的增加。与常规煤气化工艺相比,发生器功率、水蒸气供量、实验装置、工作气体中的氧气浓等离子体辅助下的煤气化主要是依靠等离子体提供热量,同度、温度及煤粉粒度等)对等离子体煤气化过程的影响,从时应用等离子炬的高温、高能和高密度活性粒子的特点r使而寻找较优的操作条件。关于煤种,发生器功率,工作气体得体系具有很高的反应性,很容易与煤发生作用,使得煤气供量,工作气体中的氧气浓度和温度的影响已有研究,化过程易于进行”.鉴于此,本文主要讨论了一些气化条因此本论文不再对上述方面内容进行讨论。下面分别从反应件对等离子体煤气化的影响,初步确定等离子体煤气化的气器结构,供煤量,水蒸气供量,煤粉粒度等方面研究等离子化条件。体煤气化的气化条件。1实验部分1.1实验原料能耗和煤的转化程度,以及产物中H2和C的含量是煤实验使用的气化剂为空气和水蒸气。煤为大同煤,其工气化的重要控制指标,正是由于各种因素对于这些指标的影业分析和元素分析结果见表1表1实验用煤的工业分析和元素分析工业分析/%元紊分析/%2.248.0724.5427.3665.1572.984.2010.920.381.2主要反应装置化有一定的影响,同种装置的不同结构对煤气化也有一定的等离子体反应装置由等离子体发生器,反应器,水封积影响,我们对立式反应器进行了不同方式的改进,探求了反灰装置和尾气、煤渣处理装置组成。具体见文献应器的最佳结构。1.3实验条件本实验采用的等离子体发生器功率为45kW,工作气体表2立式反应装置的工作方式为空气,工作气供量为1415Nm,工作气体压力为03Mpa工作方式做中国煤化工水蒸气位置1号测温点的温度为1200K下旋流气位CNMHG2实验结果与讨论小盘气以上旋流气位2.1反应器结构的影响径向水蒸气位上旋流气位反应装置是煤气化的影响因素之一,不同的装置对煤气切向上旋流气位水蒸气位李松栋:气化条件对等离子体煤气化的影响图1中的横坐标代表立式反应器的4种工作方式,主要活化程度相对降低,结果造成H2和C0总含量增加缓慢,碳针对供煤方式,供水蒸气和旋流气的相对位置及进入方式进转化率急剧减小。一定程度上说,产物H2和c0总含量的增行了调整,具体如表2所列。由图1可知,方式2和3碳转加是以煤的较大消耗为代价的,从经济的角度考虑是不合算化率都比较低,并且3的C含量最高H和C的含量最低,的。综合考虑,当供煤量为6.66kg/h时,气化结果较好因此不采用方式3,方式2和1,4相比,C2的含量虽然较低,但H和C0的含量和碳转化率不如它们高,产品气质量30不高,因此也不采用这种方式,1和4两种工作方式相比碳转化率都较高,但是方式1的H和C0的总含量比4要低,2且C02的含量比4要高,所以最终选择使用工作方式4.以决2后均采用方式4的反应装置进行实验如21312606.57.075859020供煤速率,kg/h图2供煤量对煤气化的影响16122.3水蒸气供量对煤气化的影响不同工作方式30图1立式反应器工作方式对煤气化的影响彩从实际的运行情况看,供煤采用负压输送,由于反应体系中高温气体膨胀产生的压力增加,倾斜向上供煤或沿反应妄器径向水平供煤将会使供煤体系由负压向正压转化,导致送煤过程阻力增大,不利于煤的输送,另一方面考虑到延长反应的接触时间,我们最终采用了沿反应器的切向方向供煤方供水蒸气速率,kg/h从四种工作方式来看,水蒸气位置越高越有利于煤气化图3水蒸气供量对煤气化的影响反应,原因在于水蒸气位置高有利于等离子炬与水蒸气进行作用,使得水蒸气得到活化,气化反应更容易进行。由图3可以看出,在水蒸气供量为10.00kg/h附近时,2.2供煤量对煤气化的影响H和C0的含量及碳转化率均处于最高点,而CO2的含量变化供煤量也是影响煤气化的重要因素之一,它直接影响着趋势趋于平缓。产品气的含量和碳转化率,因此对供煤量的选择进行了实等离子炬中含有大量的离子、自由基、活性原子或原子验团和激发态分子等活性组份,当等离子体输入功率一定时,从图2可以看出:H和C0含量的增加趋势比较缓慢,它们在等离子炬中的含量也是一定的。水蒸气供入量较小时碳转化率急剧减小,且通过计算可知,H2和00总含量的增不足以与全部的活性组分作用.请成鴻费,导致煤气化反应加量比供煤量的增加量小得多。原因可能是:一方面,气化速率下降中国煤化工上小;随着水蒸气供入结果取决于分散在等离子体活化体积内的煤粉密度,当供煤量的增加CNMHG反应速率上升,H量增加,活化体积内煤粉密度虽增加,但由于活化体积较小,和CO含量也上升;但是当水蒸气供入量过大时,过量的水活化体积内煤量增加较小;另一方面,煤量的增加使得煤的分子与活性基团碰撞频率增加,会使活性基团淬灭,降低反李松栋:气化条件对等离子体煤气化的影响应速率,导致H2和00的含量下降总接触面积增大,有利于在表面进行的多相煤气化反应发2.4煤粉粒度对煤气化的影响生,气化率提高。煤粉粒度也是影响煤气化的一个重要因素,特别是在本3小结实验装置中,由于煤粉在反应器中停留时间较短,因此粒度通过研究发现,立式反应器中等离子体煤气化过程的较的影响显得尤为重要。本文在各种条件相同情况下,选取了优操作条件(在其它条件一定的条件下)为反应器结构为4,125μm和75μm的煤粉进行了实验,其气化结果在图4给供煤速率为66kg/h,水蒸气供量为10.00kg/h,煤粉粒度出为75μm。H参考文献50彩[1]王胜,申曙光,庞先勇,等,等离子煤气化工艺条件下弧温计算和试验对比[J.煤炭转化,2002,25(4)￥2427-31.2]邱介山,何孝军,马腾才.煤的水蒸气等离子体气化研究现状和前景[J.煤炭转化,2002,25(4:1-7.[3] XIE Kechang, LU Yongkang, TIAN Yajun. Study o f coalconversion in an are plasma jet [l. Energy Sources煤粉粒度,μm202,24(12):1093-1098.图4煤粉粒度对煤气化的彩响[4]李松栋,庞先勇,鲍卫仁,等.煤在新型等离子体反应器内的气化[J].太原理工大学学报,2004,35(5)从图4可以看出,与125μm煤的气化相比,粒度为10-51275μm煤的气化结果较好,H2和C0的含量有所提高,同时5]申曙光,王胜,庞先勇,等.煤在直流电弧等离子体碳转化率也有所提高。原因可能是,随着煤粉粒度的减小,中的气化[J].煤炭转化,2003,26(1):45-47煤的比表面积增大,使反应中的气相气化剂与固相煤颗粒的〔上接第183页)环保宣传栏和宣传牌,受到了市创建领导小组的好评:庆城多形式、多触角延伸至社会各个角落的活动,辖区每位公民杜区的退休老教师陈本崇关心环保、热心公益事业,在他的都积极参加,为增强全民环保意识,弘扬环境文化,在全社影响下许多家庭被评为“绿色文明家庭”会形成保护环境的氛围起到了很好的推动作用(5)广泛宜传,人人参与。为让环保意识深入人心,3结束语我区以绿色系列创建活动为载体,广泛开展环保宣传工作创建“绿色社区”是新时期加强城市建设,提高居民生是以世界环境日、世界地球日等宜传日为契机开展宣传;活质量,促进经济、社会与环境协调发展的需要,是把可持二是结合中华环保世纪行活动进行宜传;三是采取贴近生续发展战略落实到社区的重要举措。由于区委、区政府措施活、贴近群众的宣传方式,开展“环保进社区”活动进行宣有力,赏罚分明,调动了基层创建“绿色社区”的积极性,传;四是成立鼓楼区环境保护协会,这是福州市各区(县)全区上下刮起了一阵阵“绿色风”全区上下再接再厉,继级第一个成立的环保协会四年来我区共举办各种大型宜传续营造良好的人中国煤化工身边,不断巩日纪念活动13场,环保进社区宣传活动16次,此外,我们固和提高“绿色4CNMHG天更蓝、水还发挥社区市民学校和宜传栏的作用,全区共出环保专刊更清、地更绿、树更多、花更艳、城更美700多期,举办各类环保知识专题讲座420多次。通过这些