影响德士古气化炉小时产气量的因素

第41卷第4期辽，宁化，工Vo1. 41. No.4.2012年4月L iaoning Chemical IndustryApril, 2012影响德士古气化炉小时产气量的因素赵伯平(陕西煤化集团陕化公司化肥厂，陕西渭南714100摘要:多元料浆气化炉小时产气量的大小，直接影响到企业经济效益的好坏。磨制煤浆的煤质、煤浆浓度、煤浆中固体颗粒的粒度、煤浆压力、氧气纯度、氧气压力、氧气温度、氧碳比、气化温度、气化压力、原料煤的灰熔点对多元料浆气化反应各阶段的速度都有不同程度的影响。为了提高多元料浆气化炉的小时产气量。特对上述影响因素作讨论。关键词:多元料浆;气化炉小时产气量;影响因素;讨论中图分类号: TQ 541文献标识码: A文章编号: 1004-0935 ( 2012) 04- -0358-03磨制煤浆的煤质、煤浆浓度、煤浆中固体颗粒作温度控制在最适宜温度的时候，气化反应进行的的粒度、煤浆压力、氧气纯度、氧气压力、氧气温速度就越快、气化效率就越高，可适当减少原料煤度、氧碳比、气化温度、气化压力、原料煤的灰熔在炉内停留时间,增加人炉煤的粒度,碳的转化率就点对多元料浆气化反应各阶段的速度都有不同程度会有所提高。气化炉小时产气量也会增大否则，气的影响。为了提高多元料浆气化炉的小时产气量。化炉小时产气量也会减小。特对上述影响因素作讨论[-3)。1.4全硫分的含 量对气化炉小时产气量的影响1磨制料浆煤品质对德士古气化炉小硫化物会对设备造成腐蚀，同时还会影响粗煤气的净化，但是对气化炉小时产气量的影响不大。时产气量的影响.1 原料煤固定碳、灰分、挥发分、发热量的高低2煤浆 浓度对气化炉产气量的影响对气化炉小时产气量的影响煤浆浓度是影响气化炉小时产气量的主要因在原料煤水分含量相同、氧气纯度、压力、温素之一。在氧碳比、磨制料浆的原料煤煤质、人炉度不变的条件下，固定碳含量、发热量越高，灰分、煤浆流量不变的条件下，煤浆浓度越大，煤浆中含挥发分含量越低，多元料浆气化反应的第一个阶段固量就越大，单位时间人炉有效固体量就越高，气部分氧化反应进行的速度就越快，放出的热量就越化效率就越高。多元料浆气化炉的小时产气量就越多。由于多元料浆气化反应的第二、 第三阶段热解.大。反之，多元料浆气化炉的小时产气量就越小。反应、蒸汽转化反应均为吸热反应，因此这两个阶但是煤浆的粘度也会随着煤浆浓度的增大而增大。段的反应进行的速度也就越快。气化炉小时产气量煤浆粘度增大后，煤浆的流动性差，不利于输送,也就越大。否则，气化炉小时产气量也就越小。贮存时易沉淀分离，甚至堵塞管道及阀门。从而影1.2原料煤水 分含量对多元料浆气化炉小时产气响气化炉的长周期稳定运行。此影响可通过在煤浆量的影响在原料煤固定碳含量.灰分含量.挥发分含量、中添加适量的添加剂来消除，添加剂的最适宜用量发热量大小不变，氧气纯度、压力、温度恒定的条可通过成浆实验获得。件下，原料煤水分含量越低，起在热解过程中吸收3煤浆 中固体颗粒的粒度、煤浆压力的热量就越少，蒸汽的转化率(蒸汽分解率)也就对气化炉对小时产气量的影响越高，气化炉小时产气量也就越大。否则，气化炉由化学反应工程学有关知识知，煤浆和高压高小时产气量也就越小。纯度氧气进人气化炉后，在压力为6.5 MPa，温度1.3原料煤的反 应活性对气化炉产气量的影响为1360C的条件下是按以下历程进行反应的。原料煤的反应活性越高,煤的活化能也就越低，①气化齐|YH中国煤化工流向焦粒的外在气化过程中所吸收的热量也就越低，当气化炉操壳扩散一气化cNMHG透过焦渣的外收稿日期: 2012-02-03作者简介:赵伯平(1968-)，男，工程师，陕西彬县人，1998 年毕业陕西广播电大学化工工艺专业，研究方向:煤气化工艺研究。第41卷第4期赵伯平，等:影响德士古气化炉小时产气量的因素359壳灰层而到达未反应焦粒表面一气化剂氧气及水蒸快,氧气覆盖率就对反应速度起决定作用，则氧气分气分子渗透进人焦粒的毛细孔而吸附在其内表面一→压就与反应速度成正比。即氧气分压越高,碳的部分④气化剂氧气及水蒸气分子与焦粒反应生成粗煤气燃烧反应就进行得越快。关于燃烧产物中CO和CO2-+⑤生成物粗煤气分子离开焦粒内表面渗透过焦粒的比例目前尚无统- -的见解， 但是有一点可以肯定,的毛细孔,到达焦粒外壳- +⑥到达焦渣外壳后穿过灰氧气压力高，氧气温度低是,反应产物中CO2的量就层自焦渣外壳向气流扩散。我们]知道煤的气化过程从多。该阶段产生热量就多,由于气化反应的第二、第化学反应I程学的角度来看,气化反应是-个非催化三阶段的反应均为吸热反应, 因此适当地提高人炉氧气-固相缩粒部分氧化还原反应。在其他条件不变的气压力、氧气纯度、降低氧气温度有利于气化反应的情况下，煤浆中固体颗粒的粒度越小，固定碳完全转进行。有利于提高气化炉小时产气量。化时间就越短，气化反应进行的速度就越快。增加料5气化温度、气化压力、对多元料浆.浆中固定碳的粒度,可以提高气化炉小时产气量就越气化炉小时产气量的影响高。否则，气化炉小时产气量就会减少。煤浆压力对气化炉小时产气量的大小影响不大。煤浆人工艺烧嘴气化反应的第二个主要反应:在气化炉燃烧反前的压力不应大于人工艺烧嘴氧气压力,否则煤浆会应速度比气化其他反应速度快得多，碳与二氧化碳进入氧气管线，由于开I投料时料将先于氧气入炉，的反应速度普遍认为由表面反应速度决定,煤的特如果氧气管道内有煤浆颗粒存在,那么在氧气通过管性和反应温度对此反应有决定性的影响。道进入气化炉时，则会引发事故,造成恶果。煤浆压C02+C=2C0反应的过程由二氧化碳吸附在碳粒外力必须小于氧气压力。煤浆压力过低也不利于煤浆的壳、生成络合物、发生热解、解吸、生成一氧化碳输送。因此煤浆压力应大于选定的气化炉操作压力小几步组成。提高压力会使二氧化碳的还原反应进行得更强烈。于人炉高压高纯度氧气压力。气化反应的第三个主要反应是碳与水蒸气之间4氧气压力、煤浆中水分汽化后的压的反应C+H20=CO+H,此反 应还有可能生成二次反力、氧气温度、氧气纯度对德士古应产物如 CO.、CH.等物质。一氧化碳来自反应产物和CO2与C在高温条件下反应产物组成。碳与所谓的氧气压力、煤浆中水分汽化后的压力,水蒸气之间的反应遵循Langmuir- -hinshelwood 动是指在气化反应一非催化气- -固相缩粒部分氧化还力学机理，其反应速度可表达如下:原反应的体系内，气相物质水蒸气、高纯氧气的的分压。其大小与气化炉的操作压力及气相反应物氧XHz=一1 + KHzPHz + KHzoPH20.气、水蒸汽的浓度有关，并遵循亨利定律即:k为反应常数, Kto、Ku为水蒸气和氢气被吸Px<= PanxC筑、PH2o= P操作X CH2O附常数，Pto、 Pr 分别为反应体系中水蒸气和氢气气相反应物的分压越大其穿透能力就越强。其的分压。当原料煤的化学活性较高、气化温度较低到达未反应焦粒内表面所用时间就少，气化反应进时、水蒸气浓度高时，水蒸气与碳的反应表现为反行的时间相对越长，碳的完全转化率越高。气化炉应速度与体系中水蒸气分压无关，此时提高气化压单位时间内的生产能力就大。力对多元料浆气化炉的小时产量影响不大。甲烷的为了对氧气压力、煤浆中水分汽化后的压力、生成反应是-一个体积缩小的反应，当气化炉的操作氧气温度、氧气纯度对多元料气化炉小时产气量的温度不高时，提高气化压力有利甲烷的生成。影响有一个更为清晰的了解，现对气化反应各阶段当气化温度高、原料煤活性高、水蒸气浓度低时，水蒸气与碳的反应速度就与水蒸气在碳粒表面主要反应做如下动力学分析。02与C之间的反应是氧气自气流向煤粒外壳扩的覆盖率有关，而水蒸气在碳粒表面的覆盖率由体散并被吸附在碳粒外壳上,氧气与碳的反应速度与氧系中水蒸气分压决定,在水蒸气浓度- -定的条件下气的覆盖率有关,即与氧气被吸附速度有关。当气化气化压力升高中国煤化工高，水蒸气在温度较低时,由于反应速度较低,此时有可能表现出碳粒表面的YHCNMHG与碳的反应速反应速度与氧气分压无关。当温度升高后反应速度加度就会加快。,有利于气化炉小时产气量的提高。随360 .辽宁化2012年4月着反应的进行，碳粒逐步缩小，缩小后的碳粒被反因此在选择气化温度的时候，应综合考虑影响应产物粗煤气覆盖。由此反应的历程可知，此反应气化温度的各种因素，在保证液态排渣能顺利进行完成后粗煤气会脱离缩小后的碳粒外壳向气相扩的前提下，尽可能选择较低的气化温度。散。而扩散速度高低直接影响着下一-轮反映的进行。由.上述分析可看出，气化温度对气化炉小时产此时扩散速度是影响气化炉小时产气量的决定性因气量的影响大于气化压力对气化炉小时产气量的影素。而当此反应完成后粗煤气会脱离缩小后的碳粒响。在生产过程中采用加压操作的原因有以下几点。外壳向气相扩散的时候，气相中粗煤气含量为零，(1)操作压力下，气化反应远未达到化学平衡，缩小后的碳粒外壳上粗煤气含量最大，水蒸气浓度加压操作对气化反应影响不大，但可以增大反应物几乎为零，缩小的碳粒也会逐步被灰分包裹。由扩浓度，加快反应速度,提高气化炉小时产气量。散原理知，粗煤气向气相扩散的速度会逐步加大。(2)提高气化压力有利于煤浆雾化，气相反应物随着煤浆及高压氧气连续不断地进入气化炉，在气在固相反应物 上的覆盖率,在高温条件下，加快反化温度不变的条件下，水蒸气被吸附在缩小的碳粒应速度。提高气化炉小时产气量。表面的速度也会逐步加大。此时提高气化压力至最(3)提高气化压力，气体体积小，在气化炉产气适宜压力就会增大气化炉小时产气量。量不变的条件下，可缩小设备体积。从化工热力学角度来看，气化反应第二、第三(4)加压气化可节省压缩功;煤浆气化后，粗煤阶段的反应均为吸热反应，提高气化温度有利于反气体积为所有气化剂体积的四倍,所以节省压缩功。应的进行，有利于提高气化小时产气量。但是,从但是压 力过高压缩功耗降低不明显。上述动力学分析可以看出，提高气化温度至原料煤6原料煤的灰熔点、助熔剂对气化炉扩散控制温度点后，气化温度并不是影响气化炉小小时产气量的影响时产量的主要因素。此时提高气化温度并不能有效地提高气化炉小时产气量。煤的灰熔融性是动力和气化用煤的重要指标,水煤浆加压气化炉炉温的调节是通过调节氧煤煤灰是由各种矿物质组成的混合物，没有固定的灰比来实现的，氧煤比越大，炉温就越高，气化炉小熔点，只有一个熔化的温度范围。煤灰的熔融性又时产气量就越高。但是提高气化温度至原料煤扩散称灰熔点。煤的矿物质成分不同，其灰熔点比其某控制温度点后，气化温度并不是影响气化炉小时产一单个成分灰熔点低。灰熔点是确定气流床加压气量的主要因素。此时提高气化温度并不能有效地提化炉操作温度主要参考依据。灰熔点高，为保证液高气化炉小时产气量。态排渣能顺利进行，就要提高气化炉的操作温度,此外气化温度过高还有可能导致比氧耗上升,而提高操作温度有利于气化炉小时产气量的提高。冷煤气效率下降，影响气化的经济性。气化温度过但是比氧耗、比煤耗就会上升，冷煤气效率下降，高，还会使粗煤气中水气比增大，过高的水气比不气化的经济性下降。为了提高气化的经济性，保证仅会使变换工段的换热冷却设备负荷加大，而且因气化炉排渣顺利，应添加助溶剂，降低其灰熔点。变换系统各换热设备能力既定，过量的水汽可使催参考文献:化剂破碎,增加变换炉床层阻力。过高的气化温度,[1]陈甘棠.化学反应工程学[M].北京:化学工业出版社，2007.还会使高温高压条件下使用的炉砖被腐蚀的速度加[2]曾之平.化工工艺学[MI.北京:化学工业出版社，1997.快，缩短设备的使用寿命。[3]李云倩.化工原理[M].北京:中央广播电视大学出版社，1991.Factors Affecting Hourly Output of Texaco GasifierZHAO Bo-ping( Shaanxi Coal Chemical Group Fertilier Plant, Shaanxi Weinan 714100，China)中国煤化raer many fecorsto affect the hourly output, such as quality of grinding coal slurry, coal slurry concesolid particles inslurry, coal slurry pressure, oxygen purity, oxygen pressure, oxygen temperature,YHC N M H Gion temperature,vapor pressure, raw coal ash melting point and so on. In this paper, in order to improve hourly output, above factors were discussed.Key words: Multiple slurry; Hourly output of gasifier; Factors; Discussion