水煤漿氣流層加壓氣化技術(shù)簡(jiǎn)介

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(jiǎn)介林玉波(甘肅化工高級技工學(xué)校,甘肅蘭州730046)摘要:隨著(zhù)中國煤炭工業(yè)產(chǎn)業(yè)結構調整和對循環(huán)經(jīng)濟及環(huán)境保護的日益重視,開(kāi)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技術(shù),廣泛應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(guò)程;影響因素;氧煤比;氣化效率中圖分類(lèi)號:TQ113水煤漿氣流床氣化是指煤或石油焦等固體碳氫化合物以水煤漿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(guò)噴嘴,氣化劑高速?lài)姵雠c2B2O+CDS+Q煤漿并流混合霧化,在氣化爐內襯有耐火材料的反應室中進(jìn)行火焰型非催化部分氧化反應的工藝過(guò)氣化過(guò)程的基本反應即部分氧化反應的代表式程。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它們當中以水煤漿加壓氣化技術(shù)開(kāi)發(fā)最早、在世界范圍內的工業(yè)化應用最為廣泛。就德士古水煤漿氣經(jīng)過(guò)前面所述的反應,氣化爐中的氧氣已完全化中的化學(xué)反應原理及生產(chǎn)中的影響因素進(jìn)行論消耗,這時(shí)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,生成CO和H2氣化爐內的反應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(guò)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(guò)程有很大的影響。隨著(zhù)氣化應,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。主要化爐內的反應一般認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。煤的裂解反應如下:煤的總水分包括外水和內水。外水對德士古煤CmHnSr=(-)CH, +(m)C+氣化沒(méi)有影響但如果波動(dòng)太大對煤漿濃度有一定影響,而且會(huì )增加運輸成本,應盡量降低。而煤的內rH2s-Q水是煤的結合水,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。內水是影響成漿性能的關(guān)鍵因素,內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(shí)的有效酚、高級烴等可凝聚產(chǎn)物。氣體含量、氧氣的消耗和高負荷運行均不利。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(chēng)為燃料比。當煤燃燒反應,生成CO、CO2等氣體,放出反應熱;另一化程度增加時(shí)它也顯著(zhù)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,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煤的燃燒反應煤中的灰分由于升溫、熔化及轉化要消耗煤在第16期林玉波:水煤漿氣流層加壓氣化技術(shù)簡(jiǎn)介氧化反應中所產(chǎn)生的反應熱,所以灰分含有率越高,分的煤種,以保證氣化運行的經(jīng)濟性。煤的總發(fā)熱量就越低,煤化特性也較差。同時(shí),灰分典型的灰渣組成見(jiàn)表1,在日常煤灰及典型的含量的增高,不僅會(huì )增加廢渣的外運量,而且會(huì )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(huì )使生產(chǎn)系統黑水中分組成的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(mén)、設備的磨熔點(diǎn)影響極大,因此許多學(xué)者常用四元體系SO2損,也容易造成結垢堵塞現象,因此應盡量選用低灰Al2O3-CaO-Fe2O3來(lái)研究灰的黏溫特性。表1典型的灰渣組成單位:%(質(zhì)量分數)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般認為,灰分中Fe2O3、Ca0、M0的含量越綜合以上各種因素,當添加劑選擇為木質(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(shí),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(lèi)及用量要根氧煤比即氣化1kg干煤所用氧氣的標準立方米據煤種的特性確定,一般選用氧化鈣(石灰石)或氧數單位為Nm3/kg干煤。氧煤比對碳轉化率、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(zhù)氧煤比增加,燃燒反應所產(chǎn)生的熱量成為同時(shí)也會(huì )使碳轉化率稍有降低,排渣量加大過(guò)量加吸熱反應所必需的熱量碳轉化率顯著(zhù)上升,當氧煤入石灰石還會(huì )使系統結垢加劇。比增加到一定值后,曲線(xiàn)轉化率趨于平緩,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之一,其值與煤的可燃組分有關(guān),含碳氣體中的碳與煤氣中總碳量之比,當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(shí),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(guò)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(shí)煤氣中氫氣被燃燒成水后產(chǎn)氣數。對煤漿的輸送來(lái)說(shuō),因為煤漿泵的啟動(dòng)對煤漿率也開(kāi)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(gè)先降后升的過(guò)程。這是因為氧煤比越大,產(chǎn)徑的重要依據,同時(shí)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度、含固量添加劑種類(lèi)及濃度等參數有關(guān)成無(wú)用的組分,因此需要用來(lái)生成有效氣的氧氣和在水煤漿制備過(guò)程中,通過(guò)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(lái)調節水煤根據水煤漿部分氧化反應可知,理論上氧原子漿的粘度、流動(dòng)性和穩定性。因為所加入的添加劑數等于碳原子數即氧碳比應該為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動(dòng),提高煤漿的流動(dòng)性。2.4氣化壓力但是添加劑的加入往往會(huì )影響煤漿的穩定性,在實(shí)水煤漿氣化反應是體積增大的反應,提高壓力際制備過(guò)程中,有時(shí)添加兩種添加劑能同時(shí)兼顧降對化學(xué)反應的平衡不利,但是,目前工業(yè)上普遍采用低粘度和保持穩定性的雙重目的。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,可以增加反應物濃度,加快反應速何種添加劑前,必須根據具體煤種通過(guò)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化率,提高有效的氣產(chǎn)率。氣化效率。一般煤粒度愈細,煤漿濃度愈高碳轉化由于加壓氣化氣體體積縮小,氣化爐容積不變時(shí)氣率或氣化效率愈高但是也會(huì )引起煤漿黏度劇增,給化爐生產(chǎn)強中國煤化工氣壓力高大大氣化爐加料帶來(lái)困難。因此不同的煤種都有一個(gè)減小壓縮煤CNMHG最佳粒度和濃度,需預先進(jìn)行實(shí)驗選擇(下轉第34頁(yè))甘肅科技第29卷在(4)式中我們看到有3個(gè)方程,卻又6個(gè)變以下方程。量:3個(gè)力的大小、3個(gè)方向,因此次方程組屬于多向沿Y軸,大小已知,沿Z軸的轉矩為零?？山庖粤谐鲆韵路匠?。在本文中用基于二次方型的遺傳算法解出方程Fh1+L2×Fh2+L3XFh3=T組。下面就將這種算法作以下說(shuō)明其中最優(yōu)化的標準及目標為使得3個(gè)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(shí)取跟同一數量Ph2級的10個(gè)數組,經(jīng)行第一次運算,取出最優(yōu)值;在進(jìn)行下一數量級的運算循環(huán)3次就可以認為是最優(yōu)4總結及力的合成解F、Fh2、Fh2。到此我們已經(jīng)得到了3個(gè)水平經(jīng)過(guò)以上力的分解分析,我們得出了3個(gè)繩索分力的大小及方向。在給定期望時(shí),分別沿著(zhù)Z軸的分力大小Fu1,F2,Y軸方向水平移動(dòng)時(shí),物體所受的3個(gè)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(shí),可以合成3個(gè)繩索的受力。為的轉矩為零?？梢粤谐鲆韵路匠?。下一步繩索的受力分析奠定基礎。L, XFh,+L xFh2+Ly X Fhy=T(5)參考文獻:Fh,+ Fh2 +Fh[1]張海英,劉祚時(shí),林桂娟,等.群體機器人研究的現狀在(5)式中,我們可以應用(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軸方向旋轉時(shí),物體所受的三個(gè)水平的分力[3]陽(yáng)明盛,羅長(cháng)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軸的轉矩已知?？梢粤谐龀霭嫔?上接第17頁(yè))需要說(shuō)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、甲烷水蒸汽轉化等體積增大反應的化態(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則的熔點(diǎn)和灰渣黏溫特性不同,操作溫度也不相同,工無(wú)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,對設備的材料及制造要2.6氣化時(shí)間求更嚴格,因此選擇氣化壓力需從生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟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其化所需時(shí)間要比油氣化長(cháng),一般為油氣化時(shí)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的氣化時(shí)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均參考文獻:為吸熱反應氣化反應溫度高有利于這些反應的進(jìn)[1]陳五平無(wú)機化工工藝上冊[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(guò)高。氣化反應溫度過(guò)低,則影響液態(tài)排渣。氣[3]朱寶軒,霍琪化工工藝基礎[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