淺析煤種、煤質(zhì)對氣化的影響

第42卷第7期化工技術(shù)與開(kāi)發(fā)Vol 42 No. 72013年7月Technology Development of Chemical IndustryJul.2013淺析煤種、煤質(zhì)對氣化的影響申鳳山(陜西延長(cháng)石油集團有限責任公司,陜西西安710075)摘要:分析了原料煤煤種、煤質(zhì)如粒徑、水分含量、灰分含量、黏結性及灰熔點(diǎn)等指標對氣化過(guò)程、氣化結果的影響,了解這些影響因素對氣化技術(shù)的選擇、生產(chǎn)操作及技術(shù)經(jīng)濟有積極的作用關(guān)鍵詞:煤種;煤質(zhì);氣化;影響中圖分類(lèi)號:TQ546獻標識碼:A文章編號:1671-9905(201307-003602煤的氣化是指利用煤或半焦與氣化劑(氧氣、水烷的生成蒸氣和氫氣等)進(jìn)行多相反應將有機物轉變?yōu)橐谎醢愣?煤氣產(chǎn)率隨著(zhù)煤化程度加深而增加化碳、二氧化碳、氫、甲烷等的過(guò)程。煤炭氣化過(guò)程因為揮發(fā)分低,轉變?yōu)榻褂偷挠袡C物就越少,生成煤可用下式表示氣的碳量就多,煤氣產(chǎn)率增加;同時(shí)隨著(zhù)煤化程度的C+CH+CO+CO2+H,+H,O加深,煤氣中的二氧化碳含量降低,在脫除二氧化碳世界范圍內煤炭資源儲量豐富,通過(guò)氣化可提后凈煤氣的產(chǎn)率增加"。高煤炭的價(jià)值,使其成為可與石油天然氣競爭來(lái)生1.2煤種對消耗指標的影響產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品的原料。氣化是煤化工領(lǐng)域的氣化過(guò)程的主要反應有水蒸汽的分解反應如式龍頭,是煤炭綜合潔凈利用的關(guān)鍵。新型煤化工產(chǎn)(1)(2)和二氧化碳的還原反應如式(3)業(yè)的廣泛發(fā)展,使煤氣化技術(shù)呈現出百花齊放的態(tài)C+H,O=CO+H,-Q勢。但沒(méi)有一種氣化技術(shù)是極其優(yōu)秀的,各有利弊,C+2H,O=CO2+2H2-Q(2)不同氣化技術(shù)總有與其最適應的煤種、煤質(zhì)。了解C+CO =2C0-0煤種、煤質(zhì)對氣化工藝的影響,對氣化技術(shù)的選擇上述吸熱反應均由碳和氧燃燒反應來(lái)提供熱生產(chǎn)過(guò)程和技術(shù)經(jīng)濟有積極的作用量。隨著(zhù)煤變質(zhì)程度的加深,固定碳含量增加,由上不同煤種的組成、結構特點(diǎn)和性質(zhì)差異很大,是述反應式可知氣化所用的水蒸汽和氧氣量也增加影響煤氣產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)操作條件、消耗指標及氣同時(shí),年輕煤種反應性好,有利于放熱反應(如CH4化反應速率等方面的重要因素。生成反應)的進(jìn)行,這樣就減少了氧氣消耗量。1不同煤種對氣化的影響2煤質(zhì)對氣化的影響1.1煤種對煤氣組分、熱值和產(chǎn)率的影響21煤的粒徑對氣化的影響不同煤種在相同的氣化條件下所產(chǎn)生的煤氣組不同氣化爐對原料煤粒徑要求不同。移動(dòng)床分、熱值和產(chǎn)率各不相同。煤階越低煤氣中甲烷和氣化爐要求10-100m且較均勻的煤塊,流化床氣二氧化碳含量越高,一氧化碳含量越低,那么所產(chǎn)煤化爐要求0-8mm細煤粒,氣流床則要求小于0.1mm氣熱值高低順序依次為褐煤、煙煤和無(wú)煙煤。這是的粉煤。因為煤化程度越低的煤種,揮發(fā)分含量越高,熱解煤煤的粒徑越小,其比表面積越大,與反應介質(zhì)的氣產(chǎn)率越高,而熱解煤氣中甲烷的含量高。同時(shí)低接觸面積增大,同時(shí)吸附和擴散速度加快,加快了氣階煤種的化學(xué)活性高,氣化反應溫度低也有利于甲化反應速率。但粒徑過(guò)小,會(huì )增加氣化爐床層阻力作者簡(jiǎn)介:申鳳山(1983-),男,陜西榆林人,2010年北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)中國煤化工氣化技術(shù)工作g022@163cm,電話(huà):18792975096YHCNMHG收稿日期:2013-04-08第7期申鳳山:淺析煤種、煤質(zhì)對氣化的影響和煤氣帶岀物的損失,不利于提高單爐生產(chǎn)能力,排渣的氣化爐來(lái)說(shuō),一般要求灰熔點(diǎn)越高越好,因而且,會(huì )增加水蒸汽和氧氣的消耗量。煤的粒徑過(guò)為灰熔點(diǎn)低的煤容易結渣,降低煤氣質(zhì)量。對灰熔大,傳熱速度慢,煤粒內外溫差大,在有效的時(shí)間點(diǎn)高的煤,可采用較高的氣化溫度,從而提高煤的反內不能完全氣化,會(huì )引起氣化過(guò)程疊加,使灰渣中應性和反應速率,同時(shí)降低了水蒸汽消耗量。相反,的碳含量増加,降低了碳轉化率,降低了煤氣產(chǎn)率。對灰熔點(diǎn)較低的煤,為防止煤灰熔融結渣,必須保持再者粒徑分布對氣化產(chǎn)生很大的影響,如粒徑分布氣化爐氧化層溫度低于灰熔點(diǎn),需要增加進(jìn)氣化爐范圍寬,易造成氣化爐加料時(shí)岀現溝流或風(fēng)洞,甚的水蒸汽量來(lái)維持溫度,從而増加了水蒸汽消耗量至產(chǎn)生偏析現象,影響煤氣質(zhì)量,降低氣化強度。粒對于液態(tài)排渣來(lái)說(shuō),一般要求灰熔點(diǎn)較低為好,當然徑分布寬,也會(huì )增加氣流帶出的小煤粒?；以酿靥匦砸埠苤匾?。22煤中水分含量對氣化的影響煤的結渣性與灰熔點(diǎn)有一定的關(guān)系。一般而言,般要求煤中水分含量越小越好,因為水分會(huì )灰熔點(diǎn)越低煤結渣性越強。對移動(dòng)床氣化爐,結成增加水蒸汽帶走熱量,增加氧氣消耗,降低氣化效的大渣塊會(huì )破壞床層的透氣性,嚴重時(shí)甚至影響排率。但對一些熱穩定性差的煤,加熱時(shí)破裂產(chǎn)生煤渣。渣塊包裹了未氣化的原煤料使灰渣中的殘碳粉而使出爐煤氣帶粉塵,而要求煤中帶有一定量的量增加。對流化床來(lái)說(shuō),即使是少量小塊結渣,也會(huì )水分。同時(shí)對于流化床和氣流床氣化時(shí),煤中水分影響爐內的正常有序流化狀態(tài)。含量應小于5%,使煤在輸送時(shí)能保持自由流動(dòng)狀26煤的黏結性對氣化的影響對于移動(dòng)床氣化爐,如果原料煤在氣化爐內黏23煤中灰分含量對氣化過(guò)程的影響結成大塊,會(huì )導致床層氣流分布不均勻,工況惡化;煤中灰分含量高,對氣化過(guò)程有諸多不利的影對流化床來(lái)說(shuō),若黏結成顆?；驂K,則破壞了正常的響。氣化過(guò)程中由于部分碳表面被灰分覆蓋,減少了流化狀態(tài);氣流床對煤的黏結性要求不高因碳與氣化劑接觸面積,使氣化速率降低。排出爐外的2.7煤的反應性(化學(xué)活性)對氣化的影響灰渣中殘碳量隨灰分含量增加而相應增加,使氣化效煤的反應性是指在一定溫度下煤與不同介質(zhì)率和浄煤氣產(chǎn)率下降。另外煤中灰分含量高,加劇了(二氧化碳、水)發(fā)生化學(xué)反應的能力。研究結果表氣化爐和排灰系統的腐蝕和磨損,縮短設備使用壽明,煤的反應性一般隨原煤變質(zhì)程度的加深而降低,命。同時(shí)灰分髙,灰渣帶岀的顯熱也會(huì )增加,使氣化不同煤種的反應性順序為:褐煤>煙煤>無(wú)煙煤過(guò)程熱損失增加,增加氧氣消耗量,熱效率降低因為低階煤的結構疏松,且具有豐富的過(guò)渡孔和大研究表明,灰分中一些金屬氧化物對氣化反應孔,則反應的比表面積大,氣相擴散阻力小,使氣化有催化劑的作用,氧化物含量越高,催化效果越好,劑容易擴散到這些反應表面。而且低階煤中高活性起催化作用的主要是堿金屬和堿土金屬,堿金屬中的含氧官能團比例高。另一方面國外研究者發(fā)現不催化作用最好的是鉀,其次是鈉。同煤種在900℃,MPa時(shí)與CO2的反應速率隨碳含24硫分對氣化的影響量的增加而降低。煤在氣化時(shí),煤中約80%的硫以H2S、CS2等形但 Takarada等對不同煤的氣化反應性進(jìn)行研式進(jìn)入煤氣中,所以,硫含量高的煤,氣化生成的煤究分析認為,低煤化程度煤的反應性未必一定高于氣中硫化物含量也高,會(huì )加大下游工段凈化的成本高煤化程度煤。和負擔,而且,硫化物會(huì )使催化劑中毒,還會(huì )腐蝕設般來(lái)說(shuō)化學(xué)活性越高的煤,氣化溫度也越低備管道,所以,氣化用煤中硫含量越低越好從而有利于甲烷生成反應的進(jìn)行,降低氧氣的消耗2.5灰熔點(diǎn)和結渣性對氣化的影響量。在相同的氣化溫度條件下,煤的反應性越高,氣化反應速度越快,達到反應平衡的時(shí)間越少,能極大煤的灰熔點(diǎn)即煤灰熔融性,一般情況下煤灰提高氣化爐的氣化強度中SiO2、A2O3酸性成分含量高,其灰熔點(diǎn)高。而Fe2O3、CaO、MgO等堿性成分含量高,則灰熔點(diǎn)低。2.煤的機械強中國煤化工響灰熔點(diǎn)是氣化用煤的一個(gè)重要指標。對于固態(tài)般來(lái)說(shuō)HCNMHG較大,而(下轉第41頁(yè)第7期李林:常用氣體脫水干燥工藝介紹及應用41貴州化工,2005,302):4246.7]徐紹生.儀表空氣露點(diǎn)高的原因及分析大氮肥,3]邱樹(shù)峰,童新洋,張石柱.氯化氫、乙炔混合氣干燥新2006,29(3):180-181工藝聚氯乙烯,2011,399):22-238]羅小軍,劉曉天,萬(wàn)書(shū)華.分子篩吸附法在高酸性天然[4]蔡永久.氯氣處理工藝改進(jìn)[氯堿工業(yè),2011,478)氣脫水中的應用門(mén)石油與天然氣化工,2007,36(2)15-19「5]胡曉敏,陸永康,曾亮泉.分子篩脫水工藝簡(jiǎn)述門(mén)天[⑨]張強,王明亮,曹新峰.變壓吸附技術(shù)在乙炔脫水工藝然氣與石油,2008,26(1):39-41中的應用[J聚氯乙烯,2011,396:12-156]朱東生,彭德其,范忠雷,何露,曾力丁.分子篩吸附[0屠原禎,石軍雄,Pism膜在天然氣脫水中的應用干燥氫氣的工藝條件優(yōu)化[華南理工大學(xué)學(xué)報(自然C1999年中國動(dòng)力工程學(xué)會(huì )膜分離技術(shù)在工業(yè)氣體科學(xué)版),2005,33(9):77-81生產(chǎn)中的應用技術(shù)交流會(huì )論文集[A],1999.59-64Introduction of Frequently-used Gas Dehydration Drying Process and its ApplicationNanning Zhuangning Assets Management Co, Ltd, Nanning 530022, China)Abstract: The dehydration drying of gas had gradually become one of the basic requirements during its delivery and application, itwas widely applied. Frequently-used gas dehydration drying process was summarized, some application examples were enumeratedand their characteristics were discussedKey words: gas; dehydration drying; application(上接第37頁(yè)中等煤化程度的肥煤、焦煤機械強度最小?？顾槟芎?、氣體成分、碳轉化率、有效氣產(chǎn)率、環(huán)保要求和產(chǎn)力弱的煤在輸送和入氣化爐時(shí)易產(chǎn)生粉末,使煤氣品定位綜合分析比較,才能做岀經(jīng)濟、可靠的選擇。帶出損失量増加,還會(huì )破壞料層的透氣層性能進(jìn)而參考文獻影響氣化爐的正常操作。]許祥靜,劉軍.煤炭氣化工藝[M北京:化學(xué)工業(yè)出版社,熱穩定性差的煤容易在加熱時(shí)破碎成粉末,阻礙氣流的暢通,增加床層阻力和氣流帶出物損失量,2]郭樹(shù)才煤化工工藝學(xué)圍北京:化學(xué)工業(yè)出版社,降低氣化效率,影響正常操作3]徐振剛,步學(xué)明煤炭氣化[M]北京:化學(xué)工業(yè)出版社3結語(yǔ)4]張慶庚,李凡.煤化工設計基礎[M.北京:化學(xué)工業(yè)出不同煤種、煤質(zhì)與氣化技術(shù)的配合性、適應性十版社,2012分重要。不同的氣化技術(shù)由于氣化爐結構、工藝流[5]賀永德.現代煤化工技術(shù)手冊M北京:化學(xué)工業(yè)出版程和操作條件不同,其適應的煤種、煤質(zhì)也不同。充社,2010分了解氣化用煤的特性,結合氣化爐的操作條件、能Analysis on Influence of Coal Type and Coal Property on gasificationSHEN Feng-shan(Shaanxi Yanchang Petroleum( Group) Co. Ltd, Xi an 710075, China)Abstract: The influence of material coal type and material coal property such as particle size, water content, ash content, cakingproperty and ash fusion point on gasification process and gasification result was analyzed. It was illustrated that knowing these influencing factor could produce positive effect on selection of gasification technology, production running and technological economy.Key words: coal type; coal property; gasification technology; influence中國煤化工CNMHG