第29卷第16期甘肅科技2013年8月Gansu Science and TechnologyAug.2013水煤漿氣流層加壓氣化技術(shù)簡介林玉波(甘肅化工高級技工學(xué)校,甘肅蘭州730046)摘要:隨著中國煤炭工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和對循環(huán)經(jīng)濟(jì)及環(huán)境保護(hù)的日益重視,開展煤化工提高煤炭資源潔凈高效利用,是煤炭工業(yè)延伸產(chǎn)業(yè)鏈的主要方向和途徑。煤氣化是重要的煤化工基礎(chǔ)技術(shù),廣泛應(yīng)用于甲醇氮肥等化工生產(chǎn)中。對水煤漿氣流層加壓氣化技術(shù)、生產(chǎn)原理及工藝條件的選擇進(jìn)行了充分的論證。關(guān)鍵詞:水煤漿;德士古;氣化過程;影響因素;氧煤比;氣化效率中圖分類號:TQ113水煤漿氣流床氣化是指煤或石油焦等固體碳?xì)浠衔镆运簼{或水炭漿的形式與氣化劑(高純度Cnhs+(m+4-2)02=(m-n)CO2+的氧氣及空氣)一起通過噴嘴,氣化劑高速噴出與2B2O+CDS+Q煤漿并流混合霧化,在氣化爐內(nèi)襯有耐火材料的反應(yīng)室中進(jìn)行火焰型非催化部分氧化反應(yīng)的工藝過氣化過程的基本反應(yīng)即部分氧化反應(yīng)的代表式程。具有代表性的工藝技術(shù)有水煤漿加壓氣化技是:術(shù)、兩段式水煤漿氣化技術(shù)和多噴嘴煤漿氣化技術(shù)。CmHnSr+202-mC0+(2-r)H2+rh.s它們當(dāng)中以水煤漿加壓氣化技術(shù)開發(fā)最早、在世界范圍內(nèi)的工業(yè)化應(yīng)用最為廣泛。就德士古水煤漿氣經(jīng)過前面所述的反應(yīng),氣化爐中的氧氣已完全化中的化學(xué)反應(yīng)原理及生產(chǎn)中的影響因素進(jìn)行論消耗,這時主要進(jìn)行的是煤焦、甲烷等與水蒸汽述氧化碳發(fā)生的氣化反應(yīng),生成CO和H2氣化爐內(nèi)的反應(yīng)2主要影響因素及生產(chǎn)工藝條件的選德士古水煤漿加壓氣化屬氣流床氣化。濃度為擇60%-70%的水煤漿和9.6%的氧氣,通過德土古2.1煤質(zhì)燒嘴混合后噴射霧化進(jìn)入氣化爐發(fā)生部分氧化反煤的性質(zhì)對氣化過程有很大的影響。隨著氣化應(yīng),生成以CO和H2為有效組分的粗合成氣。在氣工藝選取的不同煤品質(zhì)的要求也不盡相同。主要化爐內(nèi)的反應(yīng)一般認(rèn)為是由煤的裂解和揮發(fā)份的燃從煤中的總水分煤中的固定炭煤中的揮發(fā)物煤燒及氣化反應(yīng)三部分組成。中的灰分以及煤的熱值等方面進(jìn)行分析。煤的裂解反應(yīng)如下:煤的總水分包括外水和內(nèi)水。外水對德士古煤CmHnSr=(-)CH, +(m)C+氣化沒有影響但如果波動太大對煤漿濃度有一定影響,而且會增加運(yùn)輸成本,應(yīng)盡量降低。而煤的內(nèi)rH2s-Q水是煤的結(jié)合水,以吸附態(tài)和化合態(tài)形式存在于煤揮發(fā)分與高濃度的氧完全燃燒后煤氣中只含中。內(nèi)水是影響成漿性能的關(guān)鍵因素,內(nèi)水越高成有少量的甲烷(一般在0.1%以下),而不含焦油、漿性能越差制備的煤漿濃度越低,對氣化時的有效酚、高級烴等可凝聚產(chǎn)物。氣體含量、氧氣的消耗和高負(fù)荷運(yùn)行均不利。煤裂解后生成的煤焦一方面和剩余的氧氣發(fā)生煤的固定碳與可揮發(fā)物之比稱為燃料比。當(dāng)煤燃燒反應(yīng),生成CO、CO2等氣體,放出反應(yīng)熱;另一化程度增加時它也顯著增加。煤中的揮發(fā)分高有利方面煤焦、又和水蒸汽、CO2等發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成于煤的氣化和V山中國煤化工發(fā)分太高的CO、H2煤種容易自燃CNMHG煤的燃燒反應(yīng)煤中的灰分由于升溫、熔化及轉(zhuǎn)化要消耗煤在第16期林玉波:水煤漿氣流層加壓氣化技術(shù)簡介氧化反應(yīng)中所產(chǎn)生的反應(yīng)熱,所以灰分含有率越高,分的煤種,以保證氣化運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。煤的總發(fā)熱量就越低,煤化特性也較差。同時,灰分典型的灰渣組成見表1,在日常煤灰及典型的含量的增高,不僅會增加廢渣的外運(yùn)量,而且會增加灰渣中,其SO2Al2O3、CaO和Fe2O3的組成約占灰渣對耐火磚的侵蝕與磨損,還會使生產(chǎn)系統(tǒng)黑水中分組成的90%-95%,它們的含量的相對變化對灰的固體含量增高,加重黑水對管道、閥門、設(shè)備的磨熔點(diǎn)影響極大,因此許多學(xué)者常用四元體系SO2損,也容易造成結(jié)垢堵塞現(xiàn)象,因此應(yīng)盡量選用低灰Al2O3-CaO-Fe2O3來研究灰的黏溫特性。表1典型的灰渣組成單位:%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))組分A203Fe203K,020P2O組成37~6016~330.9-1.93-151.2-2.90.3-3.60.2~1.90.1-2.4般認(rèn)為,灰分中Fe2O3、Ca0、M0的含量越綜合以上各種因素,當(dāng)添加劑選擇為木質(zhì)素磺多,灰熔點(diǎn)越低;SO2、Al2O3含量越高,灰熔點(diǎn)越高。酸銨時,水煤漿濃度一般控制在60%-65%。對于灰熔點(diǎn)高于1400℃的煤則需要使用助溶2.3氧煤比劑,以降低煤的灰熔點(diǎn)。助溶劑的種類及用量要根氧煤比即氣化1kg干煤所用氧氣的標(biāo)準(zhǔn)立方米據(jù)煤種的特性確定,一般選用氧化鈣(石灰石)或氧數(shù)單位為Nm3/kg干煤。氧煤比對碳轉(zhuǎn)化率、冷煤化鐵作為助溶劑。加入助溶劑后氣化溫度的降低將氣效率煤氣中CO2含量,產(chǎn)氣率均有影響。使單位產(chǎn)氣量和冷煤氣效率提高、氧耗明顯降低,但隨著氧煤比增加,燃燒反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量成為同時也會使碳轉(zhuǎn)化率稍有降低,排渣量加大過量加吸熱反應(yīng)所必需的熱量碳轉(zhuǎn)化率顯著上升,當(dāng)氧煤入石灰石還會使系統(tǒng)結(jié)垢加劇。比增加到一定值后,曲線轉(zhuǎn)化率趨于平緩,冷煤氣效除了以上影響因素外,煤的發(fā)熱量即熱值,也是率增加。冷煤氣效率是指煤氣化后煤氣中可燃燒的煤的主要性能指標(biāo)之一,其值與煤的可燃組分有關(guān),含碳?xì)怏w中的碳與煤氣中總碳量之比,當(dāng)氧煤比高熱值越高每千克煤生產(chǎn)有效氣量就越大。到一定值時,冷煤氣效率反而下降,這是因為氧煤比2.2水煤漿的性質(zhì)及濃度過高,一部分碳完全氧化生成二氧化碳使煤氣中的煤漿濃度是德士古氣化法極為重要的工藝參有效成份降低。同時煤氣中氫氣被燃燒成水后產(chǎn)氣數(shù)。對煤漿的輸送來說,因為煤漿泵的啟動對煤漿率也開始下降。的臨界黏度有一定的要求,一般水煤漿黏度控制在從氧煤比與比煤耗之間的關(guān)系考慮,兩者之間1Pa·s左右。煤漿的流變性質(zhì),是選用輸送煤漿管有一個先降后升的過程。這是因為氧煤比越大,產(chǎn)徑的重要依據(jù),同時煤漿的流變性能又與煤種、煤粉生有效氣就越多,但到一定值后,反而將有效氣氧化的細(xì)度、含固量添加劑種類及濃度等參數(shù)有關(guān)成無用的組分,因此需要用來生成有效氣的氧氣和在水煤漿制備過程中,通過加入木質(zhì)素磺酸鈉、原料煤就越多,于是氧煤比和比煤耗都增加。腐植酸鈉、硅酸鈉或造紙廢液等添加劑來調(diào)節(jié)水煤根據(jù)水煤漿部分氧化反應(yīng)可知,理論上氧原子漿的粘度、流動性和穩(wěn)定性。因為所加入的添加劑數(shù)等于碳原子數(shù)即氧碳比應(yīng)該為1.0。因此,實(shí)際具有提高煤粒的親水性作用,使煤粒表面形成一層生產(chǎn)中的氧煤比為1.0左右較為合適。水膜,從而容易引起相對運(yùn)動,提高煤漿的流動性。2.4氣化壓力但是添加劑的加入往往會影響煤漿的穩(wěn)定性,在實(shí)水煤漿氣化反應(yīng)是體積增大的反應(yīng),提高壓力際制備過程中,有時添加兩種添加劑能同時兼顧降對化學(xué)反應(yīng)的平衡不利,但是,目前工業(yè)上普遍采用低粘度和保持穩(wěn)定性的雙重目的。由于水煤漿粘度加壓操作,其原因是及各種流變特性與煤種有密切的關(guān)系,在確定選用提高壓力,可以增加反應(yīng)物濃度,加快反應(yīng)速何種添加劑前,必須根據(jù)具體煤種通過試驗方可選度從而降低生成氣中甲烷的含量,提高氣化效率。定采用加壓氣化,噴嘴霧化效果好,有利于降低氣體中在較低的氣化溫度下,增加煤漿濃度,可以提高甲烷的含量和提高碳的轉(zhuǎn)化率,提高有效的氣產(chǎn)率。氣化效率。一般煤粒度愈細(xì),煤漿濃度愈高碳轉(zhuǎn)化由于加壓氣化氣體體積縮小,氣化爐容積不變時氣率或氣化效率愈高但是也會引起煤漿黏度劇增,給化爐生產(chǎn)強(qiáng)中國煤化工氣壓力高大大氣化爐加料帶來困難。因此不同的煤種都有一個減小壓縮煤CNMHG最佳粒度和濃度,需預(yù)先進(jìn)行實(shí)驗選擇(下轉(zhuǎn)第34頁)甘肅科技第29卷在(4)式中我們看到有3個方程,卻又6個變以下方程。量:3個力的大小、3個方向,因此次方程組屬于多向沿Y軸,大小已知,沿Z軸的轉(zhuǎn)矩為零?？山庖粤谐鲆韵路匠獭Ｔ诒疚闹杏没诙畏叫偷倪z傳算法解出方程Fh1+L2×Fh2+L3XFh3=T組。下面就將這種算法作以下說明其中最優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)及目標(biāo)為使得3個水平分力在(6)式中,同樣可以用遺傳算法的出的二次方的和最小在第一次循環(huán)時取跟同一數(shù)量Ph2級的10個數(shù)組,經(jīng)行第一次運(yùn)算,取出最優(yōu)值;在進(jìn)行下一數(shù)量級的運(yùn)算循環(huán)3次就可以認(rèn)為是最優(yōu)4總結(jié)及力的合成解F、Fh2、Fh2。到此我們已經(jīng)得到了3個水平經(jīng)過以上力的分解分析,我們得出了3個繩索分力的大小及方向。在給定期望時,分別沿著Z軸的分力大小Fu1,F2,Y軸方向水平移動時,物體所受的3個水平的F3,及在水平面的分力大小及方向Fh、F2nn2,在分力替換后的合力方向沿Y軸,大小已知,沿Z軸完成以上的分力時,可以合成3個繩索的受力。為的轉(zhuǎn)矩為零?？梢粤谐鲆韵路匠?。下一步繩索的受力分析奠定基礎(chǔ)。L, XFh,+L xFh2+Ly X Fhy=T(5)參考文獻(xiàn):Fh,+ Fh2 +Fh[1]張海英,劉祚時,林桂娟,等.群體機(jī)器人研究的現(xiàn)狀在(5)式中,我們可以應(yīng)用(4)式的解法解出和發(fā)展[J].電子技術(shù),2004,20(2):110-112.Fh1、Fh2、Fh3[2]范欽珊陳建平理論力學(xué)[M]高等教育出版社Z軸方向旋轉(zhuǎn)時,物體所受的三個水平的分力[3]陽明盛,羅長童最優(yōu)化原理與方法[M]北京科學(xué)替換后的合力為零,沿Z軸的轉(zhuǎn)矩已知?？梢粤谐龀霭嫔?上接第17頁)需要說明的是雖然加壓氣化對碳與水蒸汽、碳能維持較低的操作溫度。最適宜的操作溫度是使液與二氧化碳、甲烷水蒸汽轉(zhuǎn)化等體積增大反應(yīng)的化態(tài)灰渣的黏度低于250MPa·S的溫度。由于煤灰學(xué)平衡均不利,但對氣化影響最大的逆變換反應(yīng)則的熔點(diǎn)和灰渣黏溫特性不同,操作溫度也不相同,工無影響。業(yè)生產(chǎn)中,氣化溫度一般控制在1300~1500℃。由于氣化壓力的提高,對設(shè)備的材料及制造要2.6氣化時間求更嚴(yán)格,因此選擇氣化壓力需從生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)固體的氣化速率要比油氣化慢的多,因此,煤氣效果進(jìn)行綜合考慮。目前,水煤漿加壓氣化依據(jù)其化所需時間要比油氣化長,一般為油氣化時間的1.5不同的工藝流程,所選擇的壓力范圍為2倍。水煤漿在德士古爐內(nèi)的氣化時間一般為8.5MPa。10s之間,它取決于煤的顆粒度、活性以及氣化溫25氣化溫度度和壓力煤、甲烷、碳與水蒸氣、二氧化碳的氣化反應(yīng)均參考文獻(xiàn):為吸熱反應(yīng)氣化反應(yīng)溫度高有利于這些反應(yīng)的進(jìn)[1]陳五平無機(jī)化工工藝上冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版行。若維持高爐溫,則須提高氧煤比。氧用量增加社,2000氧耗增大,冷煤氣效率下降。因而,氣化反應(yīng)溫度不[2]田鐵?；瘜W(xué)工藝[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,200.能過高。氣化反應(yīng)溫度過低,則影響液態(tài)排渣。氣[3]朱寶軒,霍琪化工工藝基礎(chǔ)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出化溫度選擇的原則是保證液態(tài)排渣的前提下,盡可版社,2004中國煤化工CNMHG