第33卷化肥工業(yè)第6期煤成分對(duì)Shell 煤氣化工藝的影響項(xiàng)愛娟(河南中原大化集團(tuán)有限責(zé)任公司濮陽(yáng)457004)摘要介紹了 工業(yè)上體現(xiàn)煤成分的工業(yè)分析和元素分析所包含的分析項(xiàng)目和元素組成,并分析了它們對(duì)Shell 煤氣化工藝的影響情況。關(guān)鍵詞煤成分Shell煤氣化工藝影響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近年來(lái),國(guó)內(nèi)先后引進(jìn)了10多套潔凈利用煤.1 煤的水分及其對(duì)Shell煤氣化工藝的影響炭資源的Shell煤氣化工藝,除湖北雙環(huán)已在運(yùn)行1.1.1 煤的水分外,其它尚在籌建中。雖然Shell煤氣化工藝對(duì)煤煤的水分包括游離水和結(jié)晶水，游離水又可種適應(yīng)性較廣,氣化爐對(duì)活性與灰融性溫度相適分為外在水分和內(nèi)在水分。外在水分是指附著于宜( <1 500 C)的煤都能很好地氣化,但該工藝煤的顆粒表面的水膜或大的毛細(xì)孔(直徑> 10-5對(duì)煤種仍有一定的要求 ,不同的煤質(zhì)對(duì)Shell氣化cm)中的水分,其蒸汽壓與純水的蒸汽壓相同,在爐和相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)操作和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行密切相關(guān)。常溫下就很容易失去。內(nèi)在水分是指吸附或凝聚煤是由多種有機(jī)物和礦物質(zhì)組成的復(fù)雜混合在煤顆粒內(nèi)部毛細(xì)孔(直徑< 10-5 cm)中的水分,物,許多有機(jī)物無(wú)法詳細(xì)分析確定,而只能“集中由于毛細(xì)孔的吸附作用,其蒸汽壓低于純水的蒸說(shuō)明"。這種“集中說(shuō)明”體現(xiàn)在工業(yè)上便是采用汽壓,要在高于純水的正常沸點(diǎn)的溫度下才能除2種最重要和最普通的分析方法,即工業(yè)分析和盡,所以較難蒸發(fā)除去。結(jié)晶水是指煤中礦物質(zhì)元素分析,分析所得結(jié)果是用以表征煤的化學(xué)組所含的結(jié)晶水或化合水,通常要在200 C以上才成和性質(zhì)的最基本數(shù)據(jù)。因此,本文著重介紹這能析出,在工業(yè)分析中不予考慮。2種分析方法所包含的分析項(xiàng)目和元素組成及它1.1.2煤的水分對(duì) Shell煤氣化工藝的影響們對(duì)Shell煤氣化工藝的影響情況。Shell煤氣化工藝采用干煤粉進(jìn)料,要求進(jìn)氣化爐的煤粉水含量低于2%。就氣化爐而言,在1煤工業(yè)分析包含 的項(xiàng)目及對(duì)Shell煤氣化工特殊情況下,煤粉水含量允許稍高于該值,但不能藝的影響偏離太多,否則會(huì)影響粉煤流化,極可能出現(xiàn)煤粉根據(jù)CB3715-1983 ,煤的工業(yè)分析是指煤的粘連而造成輸送困難。原料煤的水分含量通常高水分(M)、灰分(A)、揮發(fā)分(V)及固定碳(FC)4中國(guó)煤化工化爐所要求的合個(gè)分析項(xiàng)目的總稱。某的水分含量,尤TYHCNMHG本文作者的聯(lián)系方式:lptao@ etang. com第33卷化肥工業(yè)第6期其是外在水分含量,直接影響煤的運(yùn)輸成本和制顯熱,使煤的熱效率降低。且煤中灰分含量越高,粉能耗。原煤運(yùn)輸成本越大,氣化煤耗、氧耗越高,氣化爐1.2煤的灰分 及其對(duì)Shell煤氣化工藝的影響和灰渣處理系統(tǒng)負(fù)荷越重,嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響氣化爐1.2.1煤的灰分的正常運(yùn)行。煤灰中某些組分含量過(guò)高會(huì)影響煤煤的灰分是指煤的內(nèi)在礦物質(zhì)和外來(lái)礦物灰的熔融特性,造成氣化爐渣閥排渣不暢或堵塞。質(zhì),內(nèi)在礦物質(zhì)又分原生和次生礦物質(zhì)。原生礦Shell煤氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu),利用煤氣化物質(zhì)是指原始成煤植物含有的礦物質(zhì),一般不超反應(yīng)初期熔融^飛灰在壁上形成固體渣層使膜式壁過(guò)1% ~2% ;次生礦物質(zhì)是指在成煤過(guò)程中進(jìn)入與爐膛隔離,以減少熱量損失,同時(shí)在故障期間熱煤層的礦物質(zhì),約在10%以下。外來(lái)礦物質(zhì)是指負(fù)荷變化大時(shí)首先造成固體渣層被熔化或者加采掘過(guò)程中混人煤中的矸石,約5% ~ 10% ,高的厚,從而保護(hù)爐壁免受損壞。如果煤中灰分含量在20%以上。太低,固體保護(hù)渣層形成不好,使氣化爐的熱損變(1)煤灰的化學(xué)組成大,冷煤氣效率降低,而且不利于爐壁的抗渣保煤灰主要由SiO2、AL2 O,、Fez O3、CaO、Mg0、護(hù),影響氣化爐使用壽命。TiO2、Na20、K20等酸性和堿性的化學(xué)組分組成,盡管Shell煤氣化工藝對(duì)煤灰含量要求不是-般酸性組分高于堿性組分,(Fe2O3 +CaO +很嚴(yán)格(煤灰含量可高達(dá)30%以上) ,中原大化集Mg0 + K,0 + Na20)/(SiO2 + AI203 + TiO2)的比團(tuán)有限責(zé)任公司根據(jù)預(yù)選煤的情況,其設(shè)備設(shè)計(jì)值稱為堿酸比。按無(wú)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進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)荷蘭DEMKOLEC電廠實(shí)際運(yùn)行由于煤灰是由許多化合物組成的混合物,沒(méi)經(jīng)驗(yàn),該工藝最優(yōu)化的煤灰含量為9% ~19%,當(dāng)有一個(gè)固定的熔點(diǎn),只有一個(gè)相當(dāng)寬的熔化溫度煤中灰分含量低于8%時(shí),中壓蒸汽量將會(huì)增加，范圍,煤灰成分在- -定溫度下能形成共熔體。也就表明膜式壁固體保護(hù)渣層極可能形成不理將煤灰與糊精混合,塑成- -定大小的三角形想,將出現(xiàn)不是期望的運(yùn)行情況。所以，當(dāng)飛灰含錐體,加熱可測(cè)得煤灰變形溫度(T)、軟化溫度量低于8%時(shí),建議執(zhí)行飛灰強(qiáng)制循環(huán)作業(yè)。如(T2)、星半球溫度(T])和流動(dòng)溫度(T) ,工業(yè)上果投產(chǎn)后實(shí)際煤灰含量偏高設(shè)計(jì)值較多,限制氣一般選軟化溫度T,作為衡量煤灰熔融性的主要化爐負(fù)荷的瓶頸將是除灰和除渣系統(tǒng)的處理能指標(biāo)。煤灰的熔融性與煤灰的化學(xué)組成之間的關(guān)力。系最密切,灰分中酸性成分比例越大(即堿酸比(2)煤灰熔點(diǎn)及渣粘性的影響越小) ,熔化溫度范圍就越高,反之越低。按照煤煤中灰分含量和成分雖然對(duì)煤氣化反應(yīng)本身灰分熔融溫度高低,煤-般分為易熔灰分(Tz≤影響不大,但還必須保證適宜的煤渣流動(dòng)(粘1 100 C)、中等熔融灰分(T2為1 100~1 250度),所以灰分,尤其是灰分成分,對(duì)所要求的C)、難熔灰分(T2為1250 ~1500 C)和耐熔灰Shell 氣化溫度有主導(dǎo)影響。Shell 煤氣化屬熔渣、分(T2>1 500 C)。氣流床氣化,為確?；曳秩刍?、氣化爐排渣順暢，除熔融溫度外,煤灰熔化后的粘度及粘度與氣化操作溫度要高于T。100~150C。選用T溫溫度的關(guān)系也是重要指標(biāo)。對(duì)于液態(tài)排渣的工業(yè)度低的煤對(duì)Shell煤氣化排渣有利,最好選用中低鍋爐,正常排渣要求的粘度為5-10 Pa.s,最高灰熔點(diǎn)的煤。如果煤灰熔點(diǎn)溫度過(guò)高,勢(shì)必要求不超過(guò)25 Pa●s, 灰熔融體在重力作用下停止流提高氣化溫度,影響氣化爐的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性,也不利動(dòng)的粘度約為100 Pa.s。于排渣。故對(duì)高灰熔點(diǎn)的煤,可以通過(guò)添加助熔1.2.2煤灰組分對(duì) Shell煤氣化工藝的影響劑調(diào)節(jié)煤灰的堿酸比例以改變煤的熔融特性,從(1)煤灰含量的影響而保證氣化的的工省二行時(shí)竹熔劑及加入量的煤灰是煤中的惰性物質(zhì),其含量和組成對(duì)氣選中國(guó)煤化工化反應(yīng)本身影響不大,但灰分高的煤在氣化過(guò)程YHCNMHG合低成本原則,中.中產(chǎn)生的灰渣量增加,勢(shì)必帶走部分潛熱(碳)和原大化集團(tuán)有限責(zé)任公司選擇以石灰石(碳酸7第33卷化肥工業(yè)第6期鈣)形式提供的CaO作為助熔劑。添加助熔劑將組成,主要由碳?xì)?、氧、氮和?個(gè)元素組成,元或多或少增加運(yùn)行成本和建設(shè)投資,但可以通過(guò)素分析也可包括氯和其它元素。降低氣化爐操作溫度、節(jié)約氧耗和煤耗來(lái)補(bǔ)償。2.2煤元素組成對(duì) Shell煤氣化工藝的影響中原大化集團(tuán)有限責(zé)任公司助熔劑加人量,采用(1)碳、氫含量煤灰分中不超過(guò)25%的助熔劑比例(利用灰分中碳、氫是煤被燃燒、氣化生成合成氣的主要反CaO的百分率定義)來(lái)設(shè)計(jì)。應(yīng)元素,碳、氫含量高,相對(duì)煤耗低?？傊?對(duì)于液態(tài)排渣的Shell煤氣化爐,選擇(2)氧含量灰熔融溫度低和灰渣流動(dòng)性好的煤對(duì)生產(chǎn)有利。原煤特性影響碳轉(zhuǎn)化的首要因素是煤中的氧1.3煤的揮發(fā)分及其對(duì) Shell煤氣化工藝的影響含量。在實(shí)際操作中,設(shè)計(jì)煤要求的正常氣化溫1.3.1煤的揮發(fā)分度(1 500~1 700 C)由氧氣和煤(即煤中的碳)煤樣在隔絕空氣的條件下加熱至一定溫度并的比率來(lái)控制和保證。所以，如果實(shí)際原煤中氧恒溫一定時(shí)間，煤中受熱分解析出的有機(jī)質(zhì)即為揮含量低(屬正常) ,較多的氧將通過(guò)氣化劑強(qiáng)射流發(fā)分。揮發(fā)分與水不同,它不是煤中的固有物質(zhì)，(氧氣和蒸汽)提供,即氧耗增加。為防止CO過(guò)而是在特定條件下煤受熱后揮發(fā)出的有機(jī)質(zhì)及其多轉(zhuǎn)化為CO2,總氧耗在多數(shù)情況下要稍低一些。分解的產(chǎn)物,其數(shù)量和成分隨加熱條件而變化。(3)硫含量1.3.2煤的揮發(fā)分對(duì) Shell煤氣化工藝的影響煤中硫以天然硫化鐵、有機(jī)硫和硫酸鹽形式揮發(fā)分是煤加熱后揮發(fā)出的有機(jī)質(zhì)及其分解出現(xiàn),有機(jī)硫可能占總量的20% ~80%。煤中硫產(chǎn)物,能大致代表煤的變質(zhì)程度。一般而言,揮發(fā)在氣化環(huán)境中形成H2S和COS,隨合成氣進(jìn)入后分越高,煤化程度越淺煤質(zhì)越輕,反應(yīng)活性越好,系統(tǒng),如果硫含量過(guò)高,會(huì)給后工序的煤氣凈化及對(duì)氣化反應(yīng)越有利。但由于Shell 煤氣化采用高脫硫帶來(lái)負(fù)擔(dān),并直接影響煤氣凈化系統(tǒng)設(shè)備的溫氣化,氣體在爐內(nèi)的停留時(shí)間比較短,所以氣固材料選擇投資成本及運(yùn)行成本。所以,對(duì)煤中硫之間的擴(kuò)散反應(yīng)是控制碳轉(zhuǎn)化的重要因素,因而含量的選擇,應(yīng)結(jié)合凈化裝置的設(shè)計(jì)及投資綜合對(duì)煤粉粒度要求較高,而對(duì)揮發(fā)分及反應(yīng)活性要考慮。求不是很嚴(yán)格。(4)鹵化物和微量元素1.4煤的固定碳及其對(duì) Shell煤氣化工藝的影響氯等鹵化物和其它微量元素作為無(wú)機(jī)物(例1.4.1 煤的固定碳如灰分中的NaCl)處理,不進(jìn)入氣相,除了潛在的固定碳是指從煤中除去水分、灰分和揮發(fā)分結(jié)渣問(wèn)題外,對(duì)氣化反應(yīng)沒(méi)有影響,所以中原大化后的殘留物。與揮發(fā)分- -樣,固定碳不是煤中的集團(tuán)有限責(zé)任公司的合成氣冷卻器基于氯化物和固有成分,而是熱分解產(chǎn)物,不僅含有碳,還包含氟化物的共有含量<0.1%設(shè)計(jì)。由于渣中含有氧、氦、氫、硫和氯等元素,所以它與煤中碳含量的氯化物,所以Shell煤氣化除渣系統(tǒng)設(shè)備選材為耐概念不同。腐蝕的雙相鋼。其它元素與甲醇項(xiàng)目下游的水處1.4.2煤的固定碳對(duì) Shell煤氣化工藝的影響理系統(tǒng)的設(shè)備有關(guān)。煤的固定碳含有多種元素,每種元素對(duì)Shell煤氣化工藝都存在-定的影響,因而在元素分析3結(jié)語(yǔ)組成中討論各元素對(duì)該工藝的影響情況。Shell煤氣化工藝是我國(guó)引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù),為潔凈利用煤炭資源的技術(shù)之一- ,消化和吸收2煤元素分析所包含的組成及部分組成對(duì)該技術(shù)對(duì)我國(guó)發(fā)展新型煤化工和合理利用煤炭資Shell煤氣化工藝的影響源有重要意義。隨著我國(guó)各地相繼引進(jìn)該技術(shù),2.1 煤元素分析所包含的組成將中國(guó)煤化工的操作和技術(shù)管煤元素分析提供煤的基本成分度量,指出煤理,3T8藝的了解和掌握中用于氣化反應(yīng)和轉(zhuǎn)化為氣相的每種有機(jī)成分的以及，C NM HG運(yùn)行提供參考。量。通常煤的元素組成實(shí)際上僅指有機(jī)質(zhì)的元素(收稿日期2006-08 -15)