煤質對殼牌煤氣化工藝操作的影響

摘 要:本文闡述了殼牌煤氣化的工藝原理及氣化工藝裝置的特點，簡單討論介紹了煤質對Shell煤氣化工藝的影響。

關鍵詞:殼牌 煤氣化 原料煤 煤質

中圖分類號:TD3文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(b)-0027-01

1 引言

煤炭氣化是潔凈、高效利用煤炭的最主要途徑之一，國內外發(fā)展了各種不同的煤氣化工藝。煤氣化是指在一定的溫度和壓力等條件下，將經過適當處理的原料煤轉化為具有多種用途的氣態(tài)產物的工藝過程。按照氣化過程中是否加入氣化劑或加入氣化劑量，以及煤中可燃成分轉化為煤氣的程度，將煤氣化分為部分氣化和完全氣化兩大類[1]。

自20世紀50年代起，殼牌公司就參與了氣化技術的開發(fā)。當時，該公司開發(fā)了油位原料的殼牌氣化技術，并成功的建成了多套裝置。1976年，殼牌公司建成處理煤量為6t/d的試驗裝置，利用該裝置試驗了30多種不同的煤種，充分證明了此方法的廣泛適用性[2]。目前，河南龍宇煤化工有限公司殼牌煤氣化是國內最大的投產運行的煤制甲醇氣化裝置，經過近四年來的生產運行發(fā)現(xiàn)煤質對殼牌煤氣化工藝操作存在很大的影響。

2 煤質對殼牌煤氣化化工藝操作的影響

Shell煤氣化工藝以干煤粉為原料、純氧及蒸汽作為氧化劑，液態(tài)排渣，屬加壓氣流床氣化。送進氣化爐，煤粉、氧氣及蒸汽在氣化爐高溫加壓條件下發(fā)生碳的氧化及各種轉化反應。氣化爐內部約1400～1500℃的高溫煤氣由循環(huán)氣體激冷，經輸氣管道，然后進入合成氣冷卻器作進一步冷卻，同時產生高、中壓蒸汽。從氣化爐出來的合成氣中所攜帶的少量灰分顆粒，經陶瓷濾芯過濾器中分離除去，然后合成氣經濕法洗滌系統(tǒng)，處理后的合成氣送后續(xù)工序。

2.1 煤的可磨性與可磨性指數(shù)

煤的可磨性是指煤研磨成粉的難易程度?？赡バ允敲杭庸だ眠^程的一個重要指標，是制粉系統(tǒng)設計與運行中的一個主要參數(shù)。某一種煤的可磨性指數(shù)是將煤磨碎到與標準煤同一細度所消耗電能的比值?？赡バ灾笖?shù)越小，說明煤的可磨性越好，將煤磨碎到與某標準細度所消耗的能耗低，煤越容易被磨到殼牌煤氣化裝置燃燒氣化所需粒度的煤粉。但是殼牌煤氣化對于粉煤粒度有一定的要求，適合殼牌煤氣化的粉煤粒度為:大于10微米小于90微米的粉煤占80%左右。煤粉粒度過大，粉煤反應不完全且在輸送過程中磨損設備嚴重和流動性能差不易輸送，同時粉煤過細也會導致流動性不好并且容易帶來積灰影響等。

2.2 煤的灰分

煤的灰分，是指煤完全燃燒后剩下的殘渣。是煤中可燃物完全燃燒，煤中礦物質(除水分外所有的無機質)在煤完全燃燒過程中經過一系列分解、化合反應后的產物，灰分也稱為灰分產率。由于Shell煤氣化為保護水冷壁，采用以渣抗渣，如果灰分含量太低，爐內掛渣不好，起不到爐壁的保護作用，影響氣化爐的使用壽命?；曳趾看螅矔购铣蓺饫鋮s器積灰明顯，致使換熱效果差等，也增大了后工序14單元除渣單元的負荷和15單元干法除灰系統(tǒng)的負荷，增加了結渣和堵灰的幾率，同時灰分含量大，灰渣帶走大量的熱，氣化增大比氧耗和比煤耗，降低了熱效率，影響裝置的生產能力。對于單煤煤種，隨著煤種灰分產率的上升，煤的可磨性指數(shù)升高[3]。這說明灰分高，對磨煤和氣化都有較大影響，能耗增大，嚴重時可導致氣化爐產渣量過大而出現(xiàn)氣化爐停車事故。

2.3 揮發(fā)分

煤的揮發(fā)分是指煤中有機質在高溫下裂解產生的氣態(tài)及蒸汽產物，它是反映煤的變質程度的重要標志。揮發(fā)分的高低，是影響反應活性的一個重要因素，揮發(fā)分越高，對氣化反應越有利，但揮發(fā)分高對粉煤的貯存影響較大。依據(jù)生產經驗，粉煤的儲存必需在惰性環(huán)境條件下，否則極易引起煤粉自燃和爆炸，所以在長期停車或缺少氮氣的情況下，必需對12單元粉煤加壓系統(tǒng)粉煤儲倉進行嚴密監(jiān)控，防止發(fā)生燜燃、自燃甚至爆炸。

2.4 煤的反應活性

煤的反應活性是指在一定條件下，煤與不同的氣化介質(如CO、CO2、H2、水蒸汽)相互作用的反應能力，通常在一定溫度下，以一定量流速通入CO2。用CO2的還原率來表示煤的反應活性，CO2還原性越高，煤的活性越好。

在煤氣化中主要反應如下:

C+O2→CO2-Q

C+CO2→2CO+Q

C+2H2O→2H2+CO-Q

其中C與CO2反應生成CO的反應是一個可逆反應，其平衡取決于溫度和壓力[4]。提高反應溫度，降低反應壓力和原料的反應活性，有利于CO的生成。同時，在可逆反應碳與二氧化碳反應生成一氧化碳中，煤粉越細，二氧化碳與碳粉接觸面增大，也就是說，二氧化碳與碳粉反應的機率增多，正反應速率增大，有利于CO的生成，煤粉越細給輸送及積灰都帶來影響。

2.5 固定碳

固定碳是煤轉化程度和確定煤炭質量用途的的標志，固定碳含量是指從測定煤樣除去水分和揮發(fā)分后所得殘渣中減去灰分后的殘留物。固定碳的多少直接影響裝置運行的經濟性，影響氣化負荷及煤氣組分，特別在換煤種過程中，如果固定碳差別太大，氧碳比不易控制，造成氣化爐超溫，損壞氣化爐附件。河南龍宇煤化工使用CO2代替N2作為輸送煤粉的載氣，這樣就增加了CO2+C=2CO的反應，降低了氧耗，降低有效煤氣中的雜質含量，提高了煤氣中有效氣含量，同時降低下游消除有效氣中雜質工藝的負荷，有效地提高殼牌煤氣化裝置運行的經濟性。

2.6 煤的灰熔點和灰渣粘溫特性

灰熔點和粘溫特性是煤氣化很重要的指標?；胰埸c是指煤灰的軟化、熔融的溫度。粘灰熔點高，煤灰的軟化、熔融溫度高，氣化操作溫度高，氧耗比大，比煤耗大，對設備的使用壽命很大影響。粘溫特性是指煤的灰分在不同溫度下熔融時，液態(tài)灰所表現(xiàn)的流動性，一般用灰粘度表示?；以硿靥匦圆?，液態(tài)渣在流動過程中隨著溫度的降低，黏度直線上升、灰渣流動性減弱，大量渣掛在水冷壁，積渣過多時可能導致垮渣，堵塞落渣口，氣化正常生產受到影響，嚴重時甚至導致停車?；以硿靥匦员硎净艺扯扰c溫度的關系，灰粘度隨溫度變化太敏感，灰渣粘溫特性差，對氣化操作溫度要求比較苛刻，氣化可操作溫度范圍較窄，不易于操作。

3 結語

殼牌煤氣化裝置，已在我國得到了較快的發(fā)展，隨著殼牌煤氣化裝置的開車運行，在生產中也暴露了不少實際問題，特別是煤質對殼牌煤氣化工藝操作的影響，單一的煤種不能完全適合殼牌煤氣化裝置的生產需要，殼牌煤氣化裝置對煤質有一定的適應性，通過配煤技術可以穩(wěn)定殼牌煤氣化裝置生產的操作。隨著生產經驗的不斷積累和技術改進，相信殼牌煤氣化技術一定會實現(xiàn)長周期高負荷穩(wěn)定運行。

參考文獻

[1]許祥靜，劉軍主.煤炭氣化工藝.北京:化學工業(yè)出版社，2005，3:1-3.

[2]唐宏青．煤化工工藝技術評述與展望．燃料化學學報，2001，29(1):1-5．

[3]張妮妮.煤的可磨性指數(shù)變化及破碎機理研究.浙江大學，2006.

[4]朱之培，煤化學，上海，上海科學出版社，1984，274-277.