原料煤的性质对Shell煤气化工艺操作的影响

2009年10月Oct.2009第32卷第5期Vol.32 No.5原料煤的性质对Shell煤气化工艺操作的影响胡长胜(大唐能源化工有限责任公司，北京，00000摘要介绍煤质以及煤灰的性质对Shell煤气化工艺操作的影响,原料煤的选择原则及更换煤种的注意事项。关键词原料煤性质Shell煤气化工艺 影响Shell 煤气化对煤种有广泛的适应性,它几乎但挥发分高对粉煤的贮存影响较大,时间一长,极可以气化从无烟煤到褐煤的各种煤,但煤的活性、易引起煤粉自燃和爆炸。结渣性.灰熔融性、水分、灰分以及灰的组分等煤1.4 总硫质特性对Shell煤气化装置的稳定、经济运行起着煤中硫的存在,在气化环境中形成so2、H2S重要的作用。如何选好原料煤,稳定原料煤质是和coS。硫含量过高，会增加后系统煤气的净化煤气化生产的难题。以下从气化原理和操作人手及脱硫的负荷,且造成输送管道的腐蚀,发生煤气探讨原料煤对工艺操作的影响。泄漏和激冷循环气压缩机入口过滤器压差高。1.5 固定碳.1煤质对 Shell煤气化工艺操作的影响固定碳是煤转化程度的标志，Shell工艺没有1.1 水分对煤的固定碳做严格的要求,但固定碳的多少直原煤中水含量的多少对原煤的输送和下料影接影响装置运行的经济性,影响气化负荷及煤气响较大,煤湿度过大,会造成堵料,影响生产，且根组分,特别在换煤种过程中，如果固定碳差别太据Shell煤气化炉粉煤加压输送对水含量的要求大,氧碳比不易控制,造成气化炉超温,损坏气化(含水量<2%),必然造成磨煤干燥负荷加大,增炉附件。如果使用CO2作为载气输送煤粉,增加加生产成本。了CO2+C= 2C0的反应,降低了氧耗,提高了煤1.2灰分气中有效气含量(6%~9%),如果使用固定碳高灰分是煤中的惰性物质,其含量的高低对气的煤种,可以尝试超负荷运行,提高装置运行的经化反应影响不大,但灰分高增加了除灰、除渣单济性。元的负荷,增加了堵灰和结渣的几率,也影响装置的生产能力;同时厌渣带走大量的热,增加了煤2煤灰的组成对 Shell煤气化工艺操作的影响耗氧耗,降低了热效率。由于Shell煤气化为保煤灰是一种多矿物组成的物质,也是多种化护水冷壁.采用以清抗渣,如果灰分含量太低,炉合物的混合物,主要是由SiO2、Al2O3、Fe2O3 ,CaO、内挂渣不好,起不到炉壁的保护作用,影响气化炉MgO.TiO2、及Na20、K2O等组成。煤灰组成- -般的使用寿命。对气化反应无多大影响，但其中某些组分含量过1.3 挥发分高会影响煤灰的熔融特性,造成气化炉渣口排渣挥发分是煤中的有机质加热到一定的温度挥中国煤化工200000发出的气态及蒸汽产物,它是反映煤的变质程度MHC N M H G年出生.1996年毕业的重要标志。挥发分的高低,是影响反应活性的于郑州I.业大学化I I.艺专业,现在大唐能源化上有限责任公同一个重要因素,挥发分越高,对气化反应越有利。工作。 联系电话:13911762938。第5期胡长胜.原料煤的性质对Shell煤气化工艺操作的影响307不畅或渣口堵寒。对助熔剂及加人量的选择,应1)添加CaO%量:(53.35 + 28.17)%/(4.87结合煤灰组成,通过添加某些组分(--般选用碱性+1.42+3.8+ X)%=5,X=6.2。组分),调整煤灰的相对组成，以改善灰的熔融特2)添加CacCO3 %量:6.2/(56/100)= 11.07。3)添加石灰石量(按石灰石中含CaCO3为2.1煤灰的熔融性90%计算)11.07/90%= 12.3,则每100t煤中需添煤灰的熔触性是与煤灰化学组成相关的-一个加12.31石灰石。重要指标,对煤的气化和燃烧有很大影响。- -般2.2煤灰的结渣性而言,煤灰中酸性组分SiO2、Al2O3、TiO2和碱性组煤灰在气化炉的结渣性与煤中灰的熔融性有分Fe2O3 ,CaO, MgO. Na20等的比值越大,灰熔点关,但生产实践表明灰熔点并不能完全反映煤在越高。煤灰中铁的化合价对煤灰熔融性有很大的气化妒内的结渣情况,有的煤种煤灰熔点较低但影响,在强氧化性气氛下(铁以Fe203 的形式存在气化中反而易结渣。在)或者在强还原性气氛下(铁以单质铁的形式存研究表明,煤的结濟性与灰中易熔成分的总在)会使灰的熔融点比半还原性条件下(铁以FeO量有很大的关 系,这就说明煤在炉内的结渣倾向的形式存在)高出许多,这是由于Fe0可与灰中的除了与操作条件、煤的熔点有关外,还与煤中的灰Al2O3 .SiO2生成一种低熔点的二价铁与铝的硅酸分含量有较大的关系。有的煤由于含灰量高,结盐。Shell 煤气化属熔渣.气流床气化,为保证气渣性的分析结果与气化炉试验均证明该煤很容易化炉能顺利排渣.气化操作温度要高于灰熔点约结渣,不好气化,但经洗煤降灰后,结渣性良好,实100~ 150心。如果灰熔点过高,势必要求提高气践证明气化时也不易结渣。化温度,从而影响气化炉的运行经济性。因此灰熔渣的黏度是反映结濟指数的一个重要指熔点低对气化排渣有利。对高灰熔点的煤,- -般标,而“临界黏度"下的温度高低是结清性的一个可以通过添加助熔剂来改变煤的熔融特性,以保重要控制参数,在该温度下冷却中的熔渣从牛顿证气化炉的正常运行。但其中一些组分超过一-定流体变为假塑性固体,形成结渣。的含量之后就会达到“饱和”， 如加人石灰石到-定量后,灰中氧化钙占主导地位,反而会使煤灰熔3原料煤的选择及更换煤种点升高。从较简单的施特诺K系数判别法来计综上所述,为了增加装置运行的经济性和操算石灰石的加入量:K = (SiO2 + Al2O3)/(Fe2O3 +作的稳定性,可以根据以下条件选择原料煤:①水CaO+ Mg0),由于K>5为难熔灰,所以控制K≤含量<8%;②固定碳> 50%;③灰分< 30%;④5,如果K>5,补石灰石使K=5。如果K<5,基(SiO2 + Al203)/( Fe2O3 + CaO + MgO) <6.5,否则需本不用添加石灰石。以下以鹤壁八矿、六矿煤质要加入较多的石灰石;⑤SiO2/A2O3控制在1.8~为例,计算加入石灰石量。鹤壁煤煤灰组成见表2.3。出于经济或煤的供应考虑,许多煤气化厂希l。表1鹤壁煤煤灰组成望运行期间能够在几个煤种之间切换,事实证明，即使是2个最佳操作温度区间范围大体相同的煤组成SiO2 FeO2 AlOTO2 Ca0MgO八矿52.56 4.5 28.64 2.24 4.62 2. 24种之间也很难实现平稳切换。荷兰Buggenum电六矿53.35_ 4.87 28.17 1.42 3.8厂气化装置1997年6月至1999年8月间非计划鹤壁八矿煤添加石灰石量的计算:停车8次,其中5次都是更换煤种过程中停的车。1)添加Ca0%量:(52.56 + 28.64)%/(4.5+所以在更换煤种时,在用煤种和备用煤种的灰分2.24+4.62+ X)%=5,X=5.24。含量.固定碳、(SiO2 + Al2O3)/(Fe203 + CaO +2)添加CaCO3量:5.24/(56/100) =9.36。MgO) SiQ/ALO.应尽量的接近.再及时调整氧煤3)添加石灰石量(按石灰石中含CaCO3 为比,将中国煤化工区域之内,保90%计算):9.36/90% = 10.4,则每100t煤中需添.护好才HCNMHG实现平稳切换加10.4t石灰石。的。在河南煤业化工集团中原大化公司500kt甲鹤壁六矿煤添加石灰石量的计算:醇项目Shell 煤气化装置运行中,曾平稳的实现了3082009年第32卷鹤壁八矿煤和鹤壁六矿煤之间的更换.且操作参Shell干粉加压煤气化工艺在选择好原料煤数未做太大的改变,但在一次鹤壁八矿煤向一混并稳定煤质,根据计算结果配比均匀加入适量的煤转换的过程中,由于两煤种之间煤质及灰质差石灰石,根据工况调整好氧煤比的情况下,维护好别较大,加上氧煤比调节不及时,造成气化炉渣口关键设备及尤备机动设备的安全运行,还是能够堵渣口压差高而跳车。实现稳定长周期运行的。INFLUENCES OF FEED COAL PROPERTIES ON OPERATION OF .SHELL COAL GASIFICATION PROCESSHu Changsheng( Dalang Energy Chemical Co., Ld., Beijing , 10000)Abstract Presents the influences of coal quality and coal ash properties on the operation ofShell coal gasification process, and presents also the selection of feed coal as well as attentions thatshould be paid to for replacing coal species.Key words: feed coal, properties, Shell coal gasification process ，influences煤制天然气.上演千亿投资大战2009年5月.石化产业振兴规划出台,将煤制天然气列为煤化工的五类示范T程之一,并指出要重点抓好现有的示范工程。尽管国家对煤制天然气项目的审批-肖持非常谨慎的态度,至今为止仍然没有任何-家煤制犬然气获得国家发改委的最终核准,但中国能源企业在这个领域的巨大投资热情丝毫未减。自2008 年以来.各大能源企业在煤制天然气领域掀起千化亿投资大战。目前国内规划的煤制大然气项目已经有近10个,合计产能约为2x 10°mr/a,任何一个皆斥资逾百亿。我国能源结构的特点是富煤少油贫气,从宏观上讲.以煤为原料生产天然气,将会作为LPG(液化石油天然气)和常规天然气的替代和补允。发展煤制犬然气符合国家能源政策,在适合的条件下开展煤制天然气项目,国家是支持的。在目前国内煤炭资源转化为能源产品的方式中,煤制天然气项目的能源利用率优势明显。在发电、煤制油.煤制甲醇和二甲醚煤制大然气等项目中.煤制天然气的能斌效率最高.达50% ~ 52%。专家认为,我国现在的煤炭需求量已经相当巨大.而内地的各大煤矿却出现了煤炭资源紧张的局面。各大煤矿已经没有新的煤炭资源地.几乎有煤的地方就有煤井。有1/3的煤井已经尤煤叮采.还有1/3的煤井出现断层,13个国家级煤炭基地也出现了煤炭资源紧张的局面。如果煤炭主产区还集中在山西.陕西等地.面作为拥有国40%煤炭资源的新疆和有望成为下一-个煤炭霸主的内蒙占的煤炭产得出来却运不出来.对国家大量依靠煤炎的能源现状是个严峻的考验，各大能源企业也因此纷纷瞄上两地。煤制天然气等煤化I项日可以就地转换能源,解决煤炭运不出来这个问题。据统计,新疆淮东煤电煤化工业园区现已引发超过40家国内大型能源企业的激烈争夺。.本刊. .重庆华强拟建硫酸磷铵装置技改项目重庆华强化肥有限公司在原綦江化肥总厂的基础上.通过资产重组成立的股份制民营企业,是一一个以生产化肥为主的化T.企业。重庆华强硫酸磷铵装置节能降耗技改项目总投资约1.4亿元,计划包括两项内容:-是对现有设备老化、.能耗高的80kt硫铁矿制酸装置实施技术改造.使之达到120k/a 硫酸的生产能t”其对珈1ienL.硒--铵装置进行技术改造.新增120kt磷酸二铵装置.同时对磷酸系统进行改造。技改中国煤化工旧采用国内成熟、可靠、先进的生产技术，选用国产自动化程度高的设备,在现有生产，YHCNMHG征土地,水电等公用工程配套设施齐全。泸天化集团公司泸天化报社张星芒