26CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設(shè)計2010,20(1)型煤氣化工藝條件的優(yōu)化顏鑫*湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院株洲412004摘要型煤氣化已 占我國煤頭合成氨和聯(lián)醇生產(chǎn)的60%，介紹型煤氣化與塊煤氣化的不同、氣化特性、工藝條件優(yōu)化和型煤氣化尚待解決的問題等。關(guān)鍵詞型煤合成氨氣化技術(shù)工藝優(yōu)化近年來，煤炭生產(chǎn)企業(yè)在市場經(jīng)濟(jì)體制下的圍。 型煤氣化在合成氨和聯(lián)醇生產(chǎn)中有以下重新整合，使80%以上以無煙塊煤為原料的煤優(yōu)點(diǎn):化工企業(yè)失去了穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)無煙塊煤原料基(1)型煤氣化能夠適應(yīng)采煤機(jī)械化后煤炭資地"，導(dǎo)致市場價位居高不下，如何充分利用源粉化。充分利用資源，達(dá)到環(huán)境友好的目的。碎煤、粉煤,擴(kuò)大氣化用煤種類,降低生產(chǎn)的原(2)型煤氣化可以顯著降低煤氣中硫化物含料成本是十分重要的工作。量。實(shí)踐表明，石灰碳化型煤可吸收煤中30%雖然，目前已有成熟的德士古水煤漿氣化技~ 50%硫化物，從而降低脫硫系統(tǒng)負(fù)荷。術(shù)和殼牌粉煤氣化技術(shù)來消納粉煤，制造合成氨(3)由于型煤結(jié)構(gòu)和尺寸具有良好的均勻和聯(lián)醇的合成氣，但對國內(nèi)中小型合成氨廠來性,采用型煤能提高燃燒效率,氣化型煤與塊煤說，如果改用德士古水煤漿氣化技術(shù)或殼牌粉煤相比，灰渣中殘?zhí)剂靠捎?5% ~ 20%減少到8%氣化技術(shù)，其改造初期的巨額投資是無法承受以下，從而可節(jié)煤7% ~ 12%2]。的，因此，充分利用現(xiàn)有煤氣發(fā)生爐設(shè)備，通過(4)通過配煤來生產(chǎn)型煤，可以改變單一技術(shù)改造利用粉煤，成為中小型合成氨廠的首煤種 的性能缺陷。例如，能夠利用較多的弱粘結(jié)選。據(jù)估計，全國煤頭合成氨和聯(lián)醇生產(chǎn)企業(yè)煤生產(chǎn) 出性能優(yōu)于焦炭的型焦，利用非無煙煤生中，目前約60%的造氣原料采用型煤，且取得產(chǎn)出煤炭氣化用型煤 等[21。了良好的經(jīng)濟(jì)效益，但也有部分企業(yè)效益不明(5)采用型煤制氣，可使每噸合成氨和聯(lián)顯，主要原因就是沒有完全把握好型煤氣化的特醇的生產(chǎn)成本下降300元以上，每噸尿素成本可性，型煤氣化的工藝未達(dá)到優(yōu)化。下降180元以上。1型煤氣化的優(yōu)點(diǎn)2型煤氣化的特性型煤是用一種或數(shù)種煤與一定比例的粘合(1)型煤和無煙塊煤不同，它的固定碳含劑、固硫劑、助燃劑經(jīng)加工成一-定形狀和有一 -定量一般在60%左右，低于塊煤10%;而灰分含的理化性能(冷強(qiáng)度、熱強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、防量在30%，高出塊煤10%以上，在型煤制氣中，水性等)的塊狀燃料或原料?；以呐懦隽繒黾印Ｒ虼?，應(yīng)該保證造氣爐有型煤成型過程中，通過加人不同的添加劑，充分的排灰能力。改變原料煤的某些特性，增加反應(yīng)活性、易燃(2)對于配套的爐箅，型煤在正常工況下性、熱穩(wěn)定性，提高灰熔點(diǎn)，同時具有部分固硫氣化， -般不易結(jié)疤、結(jié)塊，氣化后渣性好,渣功能。型煤使不能用于氣化爐的粘結(jié)性煤，變成塊呈輕質(zhì)多孔狀， 渣中含碳量低。故爐箅應(yīng)具有適用的造氣型煤，從而擴(kuò)大了氣化用煤炭的范較中國煤化工功能),因此在YHCNMHG●顏鑫:教授。2004年畢業(yè)于湘潭大學(xué)化工學(xué)院獲工學(xué)碩士學(xué)位。主要從事無機(jī)化工的教學(xué)與化工工藝研究工作,已發(fā)表專業(yè)論文30多篇，出版專著3部，申報發(fā)明專利兩項。聯(lián)系方式: hnhgyanxin@ 126. com。2010 ,20(1)，顏鑫型煤氣化工藝條件的優(yōu)化27安裝爐底時，應(yīng)確保爐底內(nèi)的密封良好，防止積條件的選擇。型煤制氣過程工藝條件除了采用通灰進(jìn)入爐底運(yùn)轉(zhuǎn)部分。常的“三高一短”(高爐溫、高炭層、高風(fēng)速、(3)型煤與塊煤相比，具有粒度均勻、透短循環(huán))措施之外，還有如下特殊要求:氣性好、孔隙率高、機(jī)械強(qiáng)度普遍較高和化學(xué)活(1)使人爐蒸汽做到“上吹短而強(qiáng)，下吹性好等優(yōu)點(diǎn)。型煤粒度基本-致，可使?fàn)t膛各截弱而長”，并采用蒸汽自動調(diào)節(jié)措施。制氣各步面的溫度和氣流分布比較均勻,避免在爐內(nèi)造成驟中由于爐溫的逐漸下降，制氣反應(yīng)速度和蒸汽局部過熱或偏流而導(dǎo)致煤灰熔結(jié)[2]。型煤具有分解率都呈逐級下降的趨勢，如果蒸汽吹人的速較高的機(jī)械強(qiáng)度，有利于提高氣化強(qiáng)度。度保持均勻-致,將導(dǎo)致蒸汽分解率顯著下降,型煤的化學(xué)活性除了取決于煤本身的性質(zhì)以爐況波 動幅度增大。為降低蒸汽消耗，可采取蒸外，還與其孔隙率和比表面積有關(guān)。-般塊煤的汽自調(diào)措施，使蒸汽用量隨著制氣過程逐漸遞孔隙率僅為2% ~4%，而型煤的孔隙率普遍達(dá)減。 蒸汽流量大小與時間比例曲線見圖2。到14% ~27%，即型煤的孔隙率是塊煤的5~6倍。型煤人爐后，經(jīng)干燥干餾后，型煤中水分蒸發(fā)后形成多孔結(jié)構(gòu)，使其比表面積顯著增大,有利于與氣化劑接觸,增加了氣化反應(yīng)的速率。實(shí)t吹驗(yàn)表明，石灰碳化型煤在爐內(nèi)加熱過程中，由于吹風(fēng)吹部分碳酸鈣分解，逸出二氧化碳而增加了微孔，時間比例使孔隙率增至24%，相應(yīng)的型煤的比表面積達(dá)圉2蒸汽流量大小與時間比例示意圖9m2/g,而塊煤的比表面積僅為1m2/g。這就是石灰碳化型煤的氣化強(qiáng)度之所以能達(dá)到甚至超過此外，型煤的水分含量在8% ~10%，多于同品種塊煤的一個重要原因(2]。石灰碳化型煤無煙塊煤，需要通過爐內(nèi)的熱量把它帶走，因與同品種塊煤化學(xué)活性比較見圖1。此，人爐蒸汽通過“上吹短而強(qiáng)，下吹弱而長”可使?fàn)t內(nèi)上部的型煤得到烘干，在下吹制氣時,10氣流從爐內(nèi)上部帶走型煤中的部分水分，并經(jīng)氣區(qū)80型煤化層參與氣化反應(yīng),所以下吹制氣可采用較小的容60制氣流量[2)。(2)型煤氣化生產(chǎn)的原料氣中CO2體積分8 40塊堞數(shù)較高(特別是石灰碳化型煤),一般為9% ~11%，要把CO2體積分?jǐn)?shù)降低到9%，就必須提8高氣化層中的還原層厚度，達(dá)到提高有效氫800- 900、1000 1i00(H2 +C0) 含量和產(chǎn)氣量的目的。因此，需要圈1石灰碳化型煤 與同品種塊煤化學(xué)活性比較加高煤氣爐爐膛，加厚炭層。當(dāng)然，不同型號的(4)由于型煤含水量較高，氣化時內(nèi)部水煤氣爐的高徑比則應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)工程的要求進(jìn)行分蒸發(fā)而參與氣化反應(yīng)，加上型煤的固定炭含量設(shè)計"。較低，氣化爐溫也較低，因此，型煤制氣時蒸汽(3)采用適中的人爐風(fēng)量，風(fēng)量和風(fēng)壓的選用量較塊煤可節(jié)省約2% ~5%。用應(yīng)根據(jù)造氣爐的設(shè)備條件而定，一般來講，從(5)型煤氣化過程中粉塵較多，且氣流中φ2400mm到φ330omm造氣爐，隨著爐子的直徑焦油含量較高，因此固定層煤氣爐型煤氣化- -般增大 風(fēng)量和風(fēng)樂可適當(dāng)惝女.同時應(yīng)考慮到爐需要設(shè)置旋風(fēng)除塵器。子容易TYR中國煤化工爐況難以控制，CNMHG量和風(fēng)壓過低,3工藝優(yōu)化則不能達(dá)到應(yīng)有的生產(chǎn)能力。當(dāng)采用加氮操作時，型煤制氣的質(zhì)量主要取決于型煤造氣爐工藝型煤制氣的吹風(fēng)階段的百分 比可降低至20%以下，28CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設(shè)計2010 ,20(1)吹風(fēng)量- -般控制在40000 ~ 4500m2/ (h ●m2)3]。煤中摻燒50% ~60%型煤的方法。(4)以型煤為原料，吹風(fēng)階段的空氣流量要(2)由于型煤造氣爐的爐頂溫度要高于塊比以塊煤為原料大，吹風(fēng)時間也稍長。例如湖南煤造 氣爐100C以上，因此有必要通過聯(lián)合鍋爐智成化工有限公司，在以塊煤為原料時,進(jìn)行集中回收技術(shù)),集中回收造氣爐的上下φ3000mm爐吹風(fēng)量為30000m2/h,工作循環(huán)中吹吹煤氣的熱量。風(fēng)時間占25%左右;當(dāng)以煤棒為原料時,相同的(3)從氣體成分上看,半水煤氣中的CO2 .煤氣爐其吹風(fēng)量達(dá)到3000m2/h左右，工作循環(huán)含量要 高出同等塊煤造氣爐2%以上，使有效氫中吹風(fēng)比例增加到28%。因此,以型煤為原料設(shè)含量有所降低，所以綜合利用CO2更有必要。計的煤氣爐，其吹風(fēng)量應(yīng)比塊煤大，主要原因是(4)由于爐溫較低，其蒸汽分解率低于同.雖然型煤的透氣性好，但蓄熱能力差,必須采用等塊煤造氣爐10%。高炭層、高風(fēng)量工藝才能滿足氣化要求。在這種5結(jié)語情況下，必須相應(yīng)選擇較大功率的型煤吹風(fēng)機(jī)”。(5)型煤造氣爐的生產(chǎn)能力是衡量型煤造型煤技術(shù)是我國當(dāng)前發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)產(chǎn)業(yè)化氣爐的優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)之-一。以φ3000mm造氣爐為的七項技術(shù)之一，它具有投資少、建廠周期短、例，單爐產(chǎn)氣量可達(dá)到8000 ~ 9000m’/h,大約見效快、節(jié)能和環(huán)保效益顯著的特點(diǎn)。為同類型的塊煤造氣爐產(chǎn)氣量的70%;噸氨煤參考文獻(xiàn)棒的單耗在1.5~1.6t,下灰可燃物的含量低于8%，煤氣的帶出物低于0. 5v/d;型煤爐的運(yùn)轉(zhuǎn)趙樂群.型煤氣化造氣工程設(shè)計中的若干問題[J] .周期在2年以上。小氮肥，2008, 36 (3)2沈浚.合成氨[M] .北京:化學(xué)工業(yè)出版社，20014尚存的問題 ,年1月3李永恒.造氣技術(shù)改造方案的選擇[J] .中氮肥，2004(1)鑒于型煤制氣的單爐產(chǎn)能僅是同類型塊煤造氣爐的70%，目前多數(shù)情況下采用在塊(收稿日期2009 -05 -22)(上接第19頁)變化較大的情況下，適應(yīng)性比較強(qiáng)，實(shí)際生產(chǎn)中有好處。應(yīng)根據(jù)原料性質(zhì)調(diào)整塔底溫度和塔頂真空度?？傊?，該裝置自投產(chǎn)以來運(yùn)行平穩(wěn)，取得良(2)設(shè)計的四塔連續(xù)精餾，實(shí)際只通過前好的社 會效益和經(jīng)濟(jì)效益。為裂解燃料油的綜合三個塔便可實(shí)現(xiàn)目的產(chǎn)物的分餾，各產(chǎn)品能夠較利用提供- -種新的途徑, 其石油萘生產(chǎn)工藝和輕清晰地分割，且純度較高。但是，由于分割徹組分加氫生產(chǎn)溶劑油工藝是成功和先進(jìn)的。底，導(dǎo)致脫重組分塔塔底物料粘度大、傾點(diǎn)低，不利于操作和儲運(yùn)。(3)通過結(jié)晶器可使萘純度不斷提高，說1許杰國內(nèi)外石油蔡生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展[J] .化學(xué)工業(yè)與明分步結(jié)晶器及技術(shù)的先進(jìn)性。但是分步結(jié)晶過工程技術(shù).2002 (2)程較復(fù)雜，要實(shí)現(xiàn)較好的自動控制過程，還需結(jié)2黃又明等 . C10重芳烴綜合利用的現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J] .揚(yáng)子石油化工.2001 (3)合實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。3田稼徹. 石油萘及其下游產(chǎn)品的開發(fā)[J] .揚(yáng)子石油化(4)加氫條件較溫和。采用兩段加氫反應(yīng)中國煤化工器,將雙烯烴和單烯烴的加氫分開，使- -段反應(yīng)北京:石油工業(yè)出CNMHG壓力和溫度都較低，也減輕了每段反應(yīng)的負(fù)荷，且使催化劑處于較好的環(huán)境中，對操作和設(shè)備都(修改回稨2009 -09 -02)