節(jié)能科技JIENENGKEJI煤氣化特性分析王俊琪,方夢祥2(1.南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,南京210023;2.浙江大學(xué)能源清潔利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,杭州310027)摘要:煤的分級轉(zhuǎn)化技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)煤炭資源的髙效利用,還可以有效解決煤燃燒過程中的環(huán)境污染問題。文中基于煤的分級轉(zhuǎn)化,在小型流化床煤氣化試驗(yàn)臺上研究了富氧條件下汽煤比、氧煤比對床層溫度、煤氣成分、煤氣熱值等參數(shù)的影響,并與富氧氣化的結(jié)果進(jìn)行對比分析,研究表明隨著汽煤比的增加,煤氣中CO和H2的含量顯著增加;隨著氧煤比的增加煤氣的熱值顯著提高;在富氧/水蒸氣條件下產(chǎn)生的煤氣的熱值遠(yuǎn)高于富氧條件下產(chǎn)生的煤氣的熱值關(guān)鍵詞:煤氣熱值;部分氣化;煤氣成分;流化床中圖分類號:TK123文獻(xiàn)標(biāo)志碼B文章編號:1001-5523(2016)01-0044-03煤是一種含有多種成分組成的有機(jī)混合礦物,它的國內(nèi)對煤部分氣化的研究多以熱重分析為主,而在中小低活性組分反應(yīng)特性決定了氣化過程必須采用型試驗(yàn)裝置上研究的相對較少。本文以空氣、氧氣、水蒸氣的高溫、高壓和長停留時(shí)間,這會造成生產(chǎn)成本上混合物作為氣化介質(zhì),在小型流化床試驗(yàn)裝置中研究了汽煤升。若根據(jù)煤的不同組分和不同階段的反應(yīng)特性,實(shí)施煤熱比、氧煤比等因素對流化床氣化過程的影響,并與空氣氣化解、氣化和燃燒分級轉(zhuǎn)化,則可使煤氣化技術(shù)簡化和降低成的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,得出了在不同空氣、氧氣、水蒸氣條件下的本,并可以用最經(jīng)濟(jì)的方法解決煤中污染物的脫出問題。無煙煤的氣化特性。國內(nèi)外很多學(xué)者已經(jīng)對煤部分氣化進(jìn)行了大量的相關(guān)研究陳朝芬等采用高溫加壓熱重分析儀分析了不同半焦1實(shí)驗(yàn)在不同壓力下的CO2氣化特性,并計(jì)算氣化反應(yīng)動力學(xué)參實(shí)驗(yàn)在自制的小型循環(huán)流化床實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行,實(shí)驗(yàn)系數(shù);蔣海波等叫利用小型電加熱鼓泡流化床對四種劣質(zhì)煤進(jìn)統(tǒng)圖如圖1所示。實(shí)驗(yàn)裝置由氣體預(yù)熱系統(tǒng)流化床反應(yīng)器行空氣氣化試驗(yàn)試驗(yàn)表明隨著溫度的升高,各煤種氣化得本體、給料系統(tǒng)、返料系統(tǒng)、氣周分離系統(tǒng)、半焦和渣取樣系到的冷煤氣的熱值、產(chǎn)氣率冷煤氣效率和碳轉(zhuǎn)化率都有一統(tǒng)等部分組成。實(shí)驗(yàn)臺選用管徑為d89×6mm耐1035℃C定程度的增加;苑衛(wèi)軍等“在固定床氣化爐上研究了大氣壓、高溫的不銹鋼管作為反應(yīng)器。反應(yīng)器高度為2.8m,循環(huán)物料爐底鼓風(fēng)壓力等對氣化劑中水蒸氣供給的影響;徐春霞等同入口在布風(fēng)板上04m處,溢流口在布風(fēng)板上035m處,上在熱天平上研究了三種煤焦與水蒸汽、CO2及二者不同配比給料裝置位于布風(fēng)板上06m處,下給料機(jī)位于布風(fēng)板上混合氣體的氣化特性結(jié)果表明:氣化反應(yīng)溫度越高,煤焦的0.6m處主要圍干添加石故氣化反應(yīng)性越好,氣化劑配比中水蒸氣的含量越高煤焦的中國煤化工實(shí)驗(yàn)中偶沿流化床反應(yīng)CNMHG反應(yīng)性越好。器主體布置在到圓柱型反應(yīng)器44|礎(chǔ)寞到周6年節(jié)能科技lENENGKEJI筒體的中央。此外,在返料系統(tǒng)、氣固分離系統(tǒng)和氣體預(yù)熱系粒徑為09~16mm左右。統(tǒng)也均布置有熱電偶。實(shí)驗(yàn)采用玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量空氣和氧氣的流量采用測量通過蒸汽發(fā)生器的水量來確定進(jìn)入反2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析應(yīng)器的蒸汽量,空氣氧氣與水蒸氣三種不同介質(zhì)的混合在21汽媒比對氣化結(jié)果的影響預(yù)熱器中完成,預(yù)熱系統(tǒng)中裝有螺旋裝置,一方面使空氣、氧采用太原無煙煤作為試驗(yàn)煤種時(shí),空氣量為3Nm/h,氧氣和水蒸氣混合更加均勻,另一方面可以使空氣氧氣水蒸氣量為15Nm/時(shí),隨著汽煤比例的上升,床層運(yùn)行溫度略氣的混合氣體達(dá)到較高的溫度從而有利于反應(yīng)的進(jìn)行。給微降低,而煤氣中H和CO的含量則上升明顯,CH的含量煤量是通過對螺旋給料機(jī)的標(biāo)定來確定的;煤氣的取樣口位有所降低,煤氣熱值略有降低。原因是隨著水蒸氣的增加,加于系統(tǒng)的二級分離器后采用氣相色譜儀和紅外氣體分析儀快了水煤氣反應(yīng)的進(jìn)行速度,造成煤氣中CO和H2的含量分析煤氣的成分。增加,提高了碳的轉(zhuǎn)化率,但由于水蒸氣分解時(shí)會吸收熱量,造成反應(yīng)器床層溫度有所降低,甲烷的含量略有降低,所以下下,m…,在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中汽煤比的選擇應(yīng)根據(jù)煤氣成分和煤氣產(chǎn)率等因素綜合考慮。此外研究還發(fā)現(xiàn)阿,當(dāng)水蒸氣濃度較小軍軍時(shí),反應(yīng)速度與濃度呈線性關(guān)系,當(dāng)濃度增大到一定程度時(shí)密相區(qū)溫度◆出口溫度去火婦650圖1小型流化床煤氣化實(shí)驗(yàn)裝置.50.60.70.809實(shí)驗(yàn)開始時(shí),先在流化床反應(yīng)器內(nèi)放入一定量合適粒徑汽煤比/kg·kg的石英砂作為床料,然后開啟電加熱對爐體進(jìn)行加熱,同時(shí)圖2汽煤比對運(yùn)行溫度的影響開啟羅茨風(fēng)機(jī)和空氣預(yù)熱系統(tǒng),對進(jìn)入反應(yīng)器的空氣進(jìn)行預(yù)熱,當(dāng)反應(yīng)器溫度上升至600℃以上時(shí),開啟給煤機(jī)。當(dāng)床層溫度升高至90℃時(shí),打開蒸汽發(fā)生器,并通過控制進(jìn)入蒸汽發(fā)生器的水量控制蒸汽量?？諝?、氧氣和水蒸氣的混合氣體通過氣體預(yù)熱裝置使其溫度升高至400~500℃,通過控制水量、空氣量、給煤量,使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,待系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行半小時(shí)之后開始進(jìn)行取樣測試實(shí)驗(yàn)選用太原無煙煤和兗州煙煤,其工業(yè)分析和元素分汽煤比/kg:kg析見表1。實(shí)驗(yàn)用煤顆粒粒徑為0.9~1.6mm。床料石英砂的圖3汽煤比對煤氣成分的影響表1煤樣的工業(yè)分析和元素分析工業(yè)分析/%發(fā)熱量元素分析/%樣品wkj兗州煙煤1.7625.0928.5844.57中國煤化工6.55CNMHG太原無煙煤4.7220.636.6967.962560606.1期·能ESEARCH節(jié)能科技IENENGKEJI反應(yīng)速度與濃度基本無關(guān)。因此適量增加水蒸氣的濃度,率增加;另外隨著氧/煤比的增加,參與燃燒的份額也有所方面可以提高氣化反應(yīng)速率,加快水煤氣反應(yīng)的進(jìn)行;另一加大,煤氣中CO2的含量會有所增加。由于實(shí)驗(yàn)時(shí)氣化的溫方面也可以通過改變床溫來改變氣化的結(jié)果,隨著蒸汽量的度較低N2所占的比例比較大,影響了煤氣成分,所以CO、提高,CO、H2的含量明顯增加。隨著汽煤比例的增加,煤氣H2呈現(xiàn)下降趨勢?？諝?氧氣/水蒸氣氣氛氧煤比對煤氣成的熱值變化不大。但和空氣/水蒸氣氣化相比較而言煤氣分的影響見圖4,氧煤比對煤氣熱值的影響見圖5的熱值則明顯提高汽煤比對運(yùn)行溫度的影響見圖2,汽煤比23富氧條件下氣化結(jié)果對煤氣成分的影響見圖3。在同一試驗(yàn)裝置上進(jìn)行的單純富氧條件下的氣化結(jié)果22氧煤比對氣化結(jié)果的影響顯示,單純富氧條件下產(chǎn)生的煤氣的熱值在3~5MJ/Nm3之在保持蒸汽量、空氣量和床層壓降三者不變的情況下,間,而本試驗(yàn)所產(chǎn)生的煤氣的熱值在10~17M/Nm3之間,適當(dāng)增加氧煤比,煤參加燃燒的份額增大,爐膛溫度明顯升由此可見,由于水蒸氣的加入,極大的促進(jìn)了氣化反應(yīng)的進(jìn)高,在純氧/水蒸氣氣氛下的運(yùn)行溫度明顯高于空氣/氧氣行,使煤氣的熱值遠(yuǎn)高于無水蒸氣條件下富氧氣化所產(chǎn)生的水蒸氣氣氛下的溫度,溫度升高進(jìn)一步促進(jìn)了碳與二氧化煤氣的熱值。碳的反應(yīng)和水煤氣反應(yīng)的進(jìn)行,使得CO和H2含量進(jìn)一步增加CO2的含量減少。而采用純氧/水蒸氣氣化時(shí),由于不3結(jié)語存在氮?dú)獾挠绊?造成煤氣熱值明顯的升高,遠(yuǎn)高于空氣/1)隨著蒸汽/煤比例的增加,產(chǎn)生的煤氣中CO和H2水蒸氣氣氛下的熱值。在實(shí)際的工業(yè)化運(yùn)行中應(yīng)綜合考慮氧的含量明顯增加CH的含量有所降低,煤氣的熱值總體變煤比對氣化結(jié)果的各方面影響。氧/煤比對煤氣化過程存在化不大。2)在保持氧氣量和床層溫度不變的情況下,隨著氧/煤比的增加,CO和H2含量增加明顯,煤氣的熱值顯著增加。3)與同等條件下的空氣/氧氣氣化相比,由于水蒸氣爾的加入,進(jìn)一步促進(jìn)了水煤氣反應(yīng),煤氣的熱值增加也非常明顯4)煤的部分氣化與完全氣化的溫克勒爐相比,溫克勒爐的碳轉(zhuǎn)化率為80%。雖然進(jìn)行小型流化床部分氣化實(shí)驗(yàn)的420.440.460.480.50.520.540.560.580.6碳轉(zhuǎn)化率只有40%~70%,但可以將其余的碳通過燃燒加以氧煤比/Nm3kg圖4空氣/氧氣/水蒸汽氣氛氧煤比對煤氣成分的影響利用,而且可以通過改變操作條件獲得一定的碳轉(zhuǎn)化率。[1] Octave L Chemical Reaction Engineering [M]. New York: John Wi-ley&Sons, Inc, 1974.凹2]陳朝芬,孫路石,許政,等淮南煤焦在不同壓力下co2氣化反應(yīng)性J]煤一純氧/水蒸汽時(shí)煤氣熱值-富氧/水蒸汽時(shí)煤氣熱值炭學(xué)報(bào),201237(12):2097-2101圖3]蔣海波,朱治平,王月,等流化床煤氣化試驗(yàn)研究化學(xué)工程]20144(8):6064.4苑衛(wèi)軍李建勝秦利生等氣化劑中水蒸氣供給量影響分析[煤化工0450.50.5506氧煤比/Nm3·kg2009,(5):60-62圖5氧煤比對煤氣熱值的影響阿S]徐春霞,徐振剛,步學(xué)朋等.煤焦與水蒸氣及CO2共氣化反應(yīng)性研究[J煤炭學(xué)報(bào),2009,34(7):952-956兩個(gè)影響因素,一是隨著氧/煤比的增加,產(chǎn)氣率和燃燒溫重慶建筑工程中國煤化工國建筑工業(yè)出版社度增加,CO2還原反應(yīng)和焦油的二次裂解進(jìn)一步得到加強(qiáng)CNMHG增加了煤氣中CO和H2的含量使煤氣熱值升高碳的轉(zhuǎn)化收稿日期:2015-10-18究與利用2016年第1期