水煤浆气流层加压气化技术简介

第29卷第16期甘肃科技2013年8月Gansu Science and TechnologyAug.2013水煤浆气流层加压气化技术简介林玉波(甘肃化工高级技工学校,甘肃兰州730046)摘要:随着中国煤炭工业产业结构调整和对循环经济及环境保护的日益重视,开展煤化工提高煤炭资源洁净高效利用,是煤炭工业延伸产业链的主要方向和途径。煤气化是重要的煤化工基础技术,广泛应用于甲醇氮肥等化工生产中。对水煤浆气流层加压气化技术、生产原理及工艺条件的选择进行了充分的论证。关键词:水煤浆;德士古;气化过程;影响因素;氧煤比;气化效率中图分类号:TQ113水煤浆气流床气化是指煤或石油焦等固体碳氢化合物以水煤浆或水炭浆的形式与气化剂(高纯度Cnhs+(m+4-2)02=(m-n)CO2+的氧气及空气)一起通过喷嘴,气化剂高速喷出与2B2O+CDS+Q煤浆并流混合雾化,在气化炉内衬有耐火材料的反应室中进行火焰型非催化部分氧化反应的工艺过气化过程的基本反应即部分氧化反应的代表式程。具有代表性的工艺技术有水煤浆加压气化技是:术、两段式水煤浆气化技术和多喷嘴煤浆气化技术。CmHnSr+202-mC0+(2-r)H2+rh.s它们当中以水煤浆加压气化技术开发最早、在世界范围内的工业化应用最为广泛。就德士古水煤浆气经过前面所述的反应,气化炉中的氧气已完全化中的化学反应原理及生产中的影响因素进行论消耗,这时主要进行的是煤焦、甲烷等与水蒸汽述氧化碳发生的气化反应,生成CO和H2气化炉内的反应2主要影响因素及生产工艺条件的选德士古水煤浆加压气化属气流床气化。浓度为择60%-70%的水煤浆和9.6%的氧气,通过德土古2.1煤质烧嘴混合后喷射雾化进入气化炉发生部分氧化反煤的性质对气化过程有很大的影响。随着气化应,生成以CO和H2为有效组分的粗合成气。在气工艺选取的不同煤品质的要求也不尽相同。主要化炉内的反应一般认为是由煤的裂解和挥发份的燃从煤中的总水分煤中的固定炭煤中的挥发物煤烧及气化反应三部分组成。中的灰分以及煤的热值等方面进行分析。煤的裂解反应如下:煤的总水分包括外水和内水。外水对德士古煤CmHnSr=(-)CH, +(m)C+气化没有影响但如果波动太大对煤浆浓度有一定影响,而且会增加运输成本,应尽量降低。而煤的内rH2s-Q水是煤的结合水,以吸附态和化合态形式存在于煤挥发分与高浓度的氧完全燃烧后煤气中只含中。内水是影响成浆性能的关键因素,内水越高成有少量的甲烷(一般在0.1%以下),而不含焦油、浆性能越差制备的煤浆浓度越低,对气化时的有效酚、高级烃等可凝聚产物。气体含量、氧气的消耗和高负荷运行均不利。煤裂解后生成的煤焦一方面和剩余的氧气发生煤的固定碳与可挥发物之比称为燃料比。当煤燃烧反应,生成CO、CO2等气体,放出反应热;另一化程度增加时它也显著增加。煤中的挥发分高有利方面煤焦、又和水蒸汽、CO2等发生化学反应,生成于煤的气化和V山中国煤化工发分太高的CO、H2煤种容易自燃CNMHG煤的燃烧反应煤中的灰分由于升温、熔化及转化要消耗煤在第16期林玉波:水煤浆气流层加压气化技术简介氧化反应中所产生的反应热,所以灰分含有率越高,分的煤种,以保证气化运行的经济性。煤的总发热量就越低,煤化特性也较差。同时,灰分典型的灰渣组成见表1,在日常煤灰及典型的含量的增高,不仅会增加废渣的外运量,而且会增加灰渣中,其SO2Al2O3、CaO和Fe2O3的组成约占灰渣对耐火砖的侵蚀与磨损,还会使生产系统黑水中分组成的90%-95%,它们的含量的相对变化对灰的固体含量增高,加重黑水对管道、阀门、设备的磨熔点影响极大,因此许多学者常用四元体系SO2损,也容易造成结垢堵塞现象,因此应尽量选用低灰Al2O3-CaO-Fe2O3来研究灰的黏温特性。表1典型的灰渣组成单位:%(质量分数)组分A203Fe203K,020P2O组成37~6016~330.9-1.93-151.2-2.90.3-3.60.2~1.90.1-2.4般认为,灰分中Fe2O3、Ca0、M0的含量越综合以上各种因素,当添加剂选择为木质素磺多,灰熔点越低;SO2、Al2O3含量越高,灰熔点越高。酸铵时,水煤浆浓度一般控制在60%-65%。对于灰熔点高于1400℃的煤则需要使用助溶2.3氧煤比剂,以降低煤的灰熔点。助溶剂的种类及用量要根氧煤比即气化1kg干煤所用氧气的标准立方米据煤种的特性确定,一般选用氧化钙(石灰石)或氧数单位为Nm3/kg干煤。氧煤比对碳转化率、冷煤化铁作为助溶剂。加入助溶剂后气化温度的降低将气效率煤气中CO2含量,产气率均有影响。使单位产气量和冷煤气效率提高、氧耗明显降低,但随着氧煤比增加,燃烧反应所产生的热量成为同时也会使碳转化率稍有降低,排渣量加大过量加吸热反应所必需的热量碳转化率显著上升,当氧煤入石灰石还会使系统结垢加剧。比增加到一定值后,曲线转化率趋于平缓,冷煤气效除了以上影响因素外,煤的发热量即热值,也是率增加。冷煤气效率是指煤气化后煤气中可燃烧的煤的主要性能指标之一,其值与煤的可燃组分有关,含碳气体中的碳与煤气中总碳量之比,当氧煤比高热值越高每千克煤生产有效气量就越大。到一定值时,冷煤气效率反而下降,这是因为氧煤比2.2水煤浆的性质及浓度过高,一部分碳完全氧化生成二氧化碳使煤气中的煤浆浓度是德士古气化法极为重要的工艺参有效成份降低。同时煤气中氢气被燃烧成水后产气数。对煤浆的输送来说,因为煤浆泵的启动对煤浆率也开始下降。的临界黏度有一定的要求,一般水煤浆黏度控制在从氧煤比与比煤耗之间的关系考虑,两者之间1Pa·s左右。煤浆的流变性质,是选用输送煤浆管有一个先降后升的过程。这是因为氧煤比越大,产径的重要依据,同时煤浆的流变性能又与煤种、煤粉生有效气就越多,但到一定值后,反而将有效气氧化的细度、含固量添加剂种类及浓度等参数有关成无用的组分,因此需要用来生成有效气的氧气和在水煤浆制备过程中,通过加入木质素磺酸钠、原料煤就越多,于是氧煤比和比煤耗都增加。腐植酸钠、硅酸钠或造纸废液等添加剂来调节水煤根据水煤浆部分氧化反应可知,理论上氧原子浆的粘度、流动性和稳定性。因为所加入的添加剂数等于碳原子数即氧碳比应该为1.0。因此,实际具有提高煤粒的亲水性作用,使煤粒表面形成一层生产中的氧煤比为1.0左右较为合适。水膜,从而容易引起相对运动,提高煤浆的流动性。2.4气化压力但是添加剂的加入往往会影响煤浆的稳定性,在实水煤浆气化反应是体积增大的反应,提高压力际制备过程中,有时添加两种添加剂能同时兼顾降对化学反应的平衡不利,但是,目前工业上普遍采用低粘度和保持稳定性的双重目的。由于水煤浆粘度加压操作,其原因是及各种流变特性与煤种有密切的关系,在确定选用提高压力,可以增加反应物浓度,加快反应速何种添加剂前,必须根据具体煤种通过试验方可选度从而降低生成气中甲烷的含量,提高气化效率。定采用加压气化,喷嘴雾化效果好,有利于降低气体中在较低的气化温度下,增加煤浆浓度,可以提高甲烷的含量和提高碳的转化率,提高有效的气产率。气化效率。一般煤粒度愈细,煤浆浓度愈高碳转化由于加压气化气体体积缩小,气化炉容积不变时气率或气化效率愈高但是也会引起煤浆黏度剧增,给化炉生产强中国煤化工气压力高大大气化炉加料带来困难。因此不同的煤种都有一个减小压缩煤CNMHG最佳粒度和浓度,需预先进行实验选择(下转第34页)甘肃科技第29卷在(4)式中我们看到有3个方程,却又6个变以下方程。量:3个力的大小、3个方向,因此次方程组属于多向沿Y轴,大小已知,沿Z轴的转矩为零。可解以列出以下方程。在本文中用基于二次方型的遗传算法解出方程Fh1+L2×Fh2+L3XFh3=T组。下面就将这种算法作以下说明其中最优化的标准及目标为使得3个水平分力在(6)式中,同样可以用遗传算法的出的二次方的和最小在第一次循环时取跟同一数量Ph2级的10个数组,经行第一次运算,取出最优值;在进行下一数量级的运算循环3次就可以认为是最优4总结及力的合成解F、Fh2、Fh2。到此我们已经得到了3个水平经过以上力的分解分析,我们得出了3个绳索分力的大小及方向。在给定期望时,分别沿着Z轴的分力大小Fu1,F2,Y轴方向水平移动时,物体所受的3个水平的F3,及在水平面的分力大小及方向Fh、F2nn2,在分力替换后的合力方向沿Y轴,大小已知,沿Z轴完成以上的分力时,可以合成3个绳索的受力。为的转矩为零。可以列出以下方程。下一步绳索的受力分析奠定基础。L, XFh,+L xFh2+Ly X Fhy=T(5)参考文献:Fh,+ Fh2 +Fh[1]张海英,刘祚时,林桂娟,等.群体机器人研究的现状在(5)式中,我们可以应用(4)式的解法解出和发展[J].电子技术,2004,20(2):110-112.Fh1、Fh2、Fh3[2]范钦珊陈建平理论力学[M]高等教育出版社Z轴方向旋转时,物体所受的三个水平的分力[3]阳明盛,罗长童最优化原理与方法[M]北京科学替换后的合力为零,沿Z轴的转矩已知。可以列出出版社(上接第17页)需要说明的是虽然加压气化对碳与水蒸汽、碳能维持较低的操作温度。最适宜的操作温度是使液与二氧化碳、甲烷水蒸汽转化等体积增大反应的化态灰渣的黏度低于250MPa·S的温度。由于煤灰学平衡均不利,但对气化影响最大的逆变换反应则的熔点和灰渣黏温特性不同,操作温度也不相同,工无影响。业生产中,气化温度一般控制在1300~1500℃。由于气化压力的提高,对设备的材料及制造要2.6气化时间求更严格,因此选择气化压力需从生产的技术经济固体的气化速率要比油气化慢的多,因此,煤气效果进行综合考虑。目前,水煤浆加压气化依据其化所需时间要比油气化长,一般为油气化时间的1.5不同的工艺流程,所选择的压力范围为2倍。水煤浆在德士古炉内的气化时间一般为8.5MPa。10s之间,它取决于煤的颗粒度、活性以及气化温25气化温度度和压力煤、甲烷、碳与水蒸气、二氧化碳的气化反应均参考文献:为吸热反应气化反应温度高有利于这些反应的进[1]陈五平无机化工工艺上册[M].北京:化学工业出版行。若维持高炉温,则须提高氧煤比。氧用量增加社,2000氧耗增大,冷煤气效率下降。因而,气化反应温度不[2]田铁牛化学工艺[M].北京:化学工业出版社,200.能过高。气化反应温度过低,则影响液态排渣。气[3]朱宝轩,霍琪化工工艺基础[M].北京:化学工业出化温度选择的原则是保证液态排渣的前提下,尽可版社,2004中国煤化工CNMHG