噴射氣化爐氧氣氣化甘蔗渣黑液的研究

研究論文]●黑液氣化●噴射氣化爐氧氣氣化甘蔗渣黑液的研究農光再李許生王雙飛(廣西大學(xué)輕工與食品T程學(xué)院，廣西南寧，530004)摘蔞:以工業(yè)氧氣為氣化劑，以噴射氣化爐為反應設備.進(jìn)行甘蔗濟黑液氣化研究。氣化試驗的設備包括噴射氣化爐、噴射槍.黑液輸送系統、氧氣預熱系統和燃氣收集系統。試驗結果表明:預熱溫度到s00C以上，點(diǎn)火均取得成功，氧氣與黑液比率為(質(zhì)址) 0.4~ 0.6,黑液濃度70%，黑液流址30 kgh時(shí)，碳轉化率為89.7% ~91.0%，產(chǎn)氣率為0.96- 1.07 m'/kg.氣化氣熱效率為74.7% ~ 49.8%，爐溫在作者簡(jiǎn)介:農再光先生，820~ 1350C范圍內變化。在讀博士研究生;主要研關(guān)鍵詞:甘蔗渣;黑液;氣化;回收:氧氣;氣化妒究造紙黑液的處理和應中團分類(lèi)號: X793文獻標識碼: A文章編號: 0254-5082200811-0037-03月。Gasification of Bagasse Pulping Black Liquor with Oxygen- eject GasiferNONG Guang-zai LI Xu-sheng WANG Shuang-fei( Institute of Light Industry and Food Engineering, Gunangxi University, Narning, Guangxi Zhuang Autonomous Region, 5000)(◆Email: wangsf@gxu.edu.cn)Abstract: Gasification of black liquor with oxygen is one of the important methods to improve the energy eficiency and reduce the pollutants inpulp mill, and is the fundamental technology to convert black liquor into automotive fuels, such as dimethyl ether or ethanol. In this work, a pilottrial of bagasse pulping black Liquor gasification with oxygen-eject gasifier was caried out. The equipments were mainly comprised of an oxygen-eject gasifier, an atomising inallatin, an oxygen preheating system, a black liquor feding system and a gas clletion system. The experimentresults showed that: (1) The black liquor can be ignited scssully with oxygen cjection when the temperature of gasifer was preheated to(orabove) 500C. (2) While the mass ratio of oxygen and black liquor is 0.5, and the flow of black liquor is 30 kg/h, the gas compositionis (v%):CO: 23, CO: 37.2, H: 388, CH: 0.53,. HS: 0.67, CH&: 0.3; Carbon conversion rate is 90.0%; the thermal eficiency of the gas is 62.5%;operating temperature is 1200 ~ 1250C.Key words: bagasse; black liquor; gasification; recovery; oxygen; gasifier黑液氣化向收技術(shù)是近20年發(fā)展的高效率能量1試驗回收技術(shù)，該技術(shù)把高效的燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系l.1 原料與試劑統與潔凈的黑液氣化技術(shù)結合起來(lái)，具有高效熱能利用效率和發(fā)電效率，又具有很好的環(huán)保性能2]。采用(1)甘蔗渣黑液氧氣氣化造紙黑液，得到的燃氣熱值較高，能提高聯(lián)取自廣西南糖股份有限公司, 28 °Be'。元素組合氣化發(fā)電系統的發(fā)電效率134,同時(shí)，這種燃氣比較成(質(zhì)量分數)為C: 36.8%; H: 3.8%; 0: 36.4%;容易凈化，能進(jìn)-步生產(chǎn)甲醇、二甲醚和氫氣等內燃N: 0.45%; S: 0.99%; Na: 18%; Cl: 3.41%; 其機燃油15-6]和燃料電池燃料(7-8]?？梢?jiàn)，氧氣氣化黑液他: 0.59%。是提高黑液熱能利用效率的有效辦法，是將黑液轉化(2)試劑為內燃機燃油和燃料電池燃料的基礎技術(shù)。本試驗在中國煤化工硝酸、氧化鈣、甲醛、氧氣，97.5% (I借鑒Texaco水煤漿煤氣化工藝的基礎上，采用常樂(lè )氧MYHCNMHG'氣氣化工藝，以氧氣為氣化劑，以噴射氣化爐為反應設備，進(jìn)行甘蔗渣黑液氣化研究。收稿日期: 208-07-23修改稿)《中國造紙》2008 年第27卷第II期.●37.研究論文業(yè)用)。電熱保溫層1.2 主要儀器和設備噴射黑液氣化試驗的設備包括.7個(gè)系統:①氣流床(噴射)氣化流量表國(碘射槍爐;②黑液噴射槍;③黑液的輸送和計量系統;④氧氣的計量和預熱系統;⑤燃氣收集系統;⑥氣家氣開(kāi)果液化爐爐溫探測系統(為探溫電偶);⑦黑液氣體分析儀器(為氣相色譜儀)。圖I為氣流床黑液氣化試驗裝置圖，圖2為黑液氣化爐爐體及附帶設備。圖1氣流床黑液氣化試驗裝置圖圖2黑液 氣化爐爐體及附帶設備1.2.1噴射槍黑液氧氣噴射燃燒槍屬于黑液2.2 氣化氣的冷卻、收集和處理氣流床(噴射)氣化裝置的核心設備18.9]。噴射槍為加氣化氣首先進(jìn)入冷卻管，與循環(huán)冷凝水發(fā)生熱有隔熱層的三流式噴槍。燒嘴的耐受溫度為1200C,交換，使溫度下降到低于100C，此時(shí)，氣化氣中的采用碳素鋼材料;非燒嘴部分耐受溫度為800心，采水蒸氣冷凝成熱水， 進(jìn)入水氣分離器。在水氣分離器用普通鋼材料。燒嘴部分采用普通鋼焊條焊接，非燒內，熱水存積在分離器底部，氣化氣沿著(zhù)管道向上流嘴部分采用銅焊條焊接，噴射槍實(shí)物照片見(jiàn)圖3。動(dòng)，取樣后,被送入尾氣焚燒爐進(jìn)行焚燒處理。2.3氣化氣和灰分的成分 分析采用氣相色譜分析121氣化氣樣品，采用ABC分析法分析灰分的溶水部分(主要成分是Na20(NaOH)Na2CO3、Na2S);采用元素分析儀分析不溶水灰分(主要成分是硅酸鹽和炭)的含碳量鬥。2.4數據的處理 .圖3具有隔熱層的噴射槍的實(shí)物照片(1)氣化氣高熱值2]1HHV = (Xcox 3018 + Xx, x 3052 + Xc;H x 9500+1.2.2黑液氣化爐Xc;n,x 16820) x 0.01 x 4.1868氣化爐是黑液氣化的核心設備，由燃燒室和補充式中，HHV為氣化氣高熱值(kJ/m), Xco、反應室構成。氣化爐的主體由耐火磚和耐高溫混凝土X、XcH.、Xcx分別為氣化氣中CO、H、CH4和構成18-10],氣化爐的總高度為2460 mm,爐體外徑為CH4的體積分數。950 mm,燃燒室和補充反應室的內徑為500 mm,燃(2)碳的轉化率燒室高1700 mm,補充反應室高350 mm。黑液氣化爐碳的轉化率是衡量黑液在氣化過(guò)程中的轉化程以鎂磚為主要材料，以耐高溫水泥為黏結材料，以纖度。氣化過(guò)程中，黑液中的碳元素轉變?yōu)槿細庵械木S毯作為外層保溫材料1"。co. CO2、CH,和其他碳氫化合物141,未轉化的碳元素以碳酸鈉或者其他形式存留在灰分中。因此，碳2試驗方法的轉化率可以按下式計算I9。2.1氣化爐預熱和黑液點(diǎn)火燃燒用煤氣與氧氣混合燃燒預熱氣化爐，分別預熱到碳轉化率=轉化碳量黑液的含碳量500C、600心、700C、800C，在不停止供給煤氣的情況下，由頂部噴人霧化黑液和經(jīng)過(guò)預熱的氧氣，使.中國煤化工:碳量-灰分含碳量。0HCNMHG黑液燃燒。[5)廣飛年China Pulp & Paper Vol.27 No.11, 2008研究論文]產(chǎn)氣率，即每千克干燥黑液所產(chǎn)生的干燥氣化氣表1 氧氣和黑液比率對試驗結果的影響體積(m/kg)%",用Y表示: .氧氣與黑液氣化氣成分(體積分數)%熱值爐溫 燃氣效y= .干氣化氣體積質(zhì)量比cO CO2 H2 CH4 HS CH。/MJm°心率/%干燥黑液的質(zhì)量0.426.729.8 42.0 0.60 0.63 0.27 9338.9 820 74.70.521.8 37.9 38.8 0.53 0.67 0.3 8314.8 1210 62.5由碳平衡原理，經(jīng)計算演變得:0.614.8 48.5 35.2 0.51 0.71 0.21 6937.4 1350 49.822.4x C% x碳的轉化率12x(&co+Xco,+Xcn,+2Xc;)參考文獻式中，C%為干燥黑液含碳質(zhì)量分數。由于氣化[1] Joelsson J M, Gustavsson L. Co2 emission and oil use reductionhrough black liquor gasification and energy eficiency in pulp and paper氣的成分較多，為了簡(jiǎn)便，把含量很小的所有組分集industy[J. Resoures, Consevation and Recyele, 2008, 52(5): 747合看作乙烷組分。[2] Berglin N, Berntsson T. CHP in the pulp industry using black(4)氣化氣的熱效率9-2)liquor gasification: thermodynamic analysis []. Aplied Thermal氣化氣的熱效率，是氣化氣所含有熱量占黑液含Eninering, 1998, 1811): 947有熱量總值的百分率，用X表示。3] Lorson H, et al. Black liquor recovery bygicaiono[J. TppiJ, 1997, 80(12): I11_1kg 干燥黑液xY x氣化氣熱值A=- 1kg 干燥黑液x黑液的熱值x 100% .4] Harvey s, Facchini B. Predicting black liquor gasfcation combinedcycle powerhouse performance accounting for of-design gas turbine3結果與討論operation[J]. Applied Thermal Eninceing, 2004, 24(1): II[5] JinY J, et al. Synthesis of liquefied petroleum gas via methanol/3.1 氧氣 與黑液比率對試驗結果的影響dimethlyl ether frorm natural gas[J]. Fuel Proesing Technology, 2004,保持煤氣流量為0.2 m2/min,煤氣流量與氧氣的體85 (8/9/10); 1I51積比為1:2,需要約30 min才能使爐內溫度達到600C。[6] Lu W z, et al. Simulation and experiment study of dimethyl ether爐體預熱溫度到500C以上，點(diǎn)火均取得成功。synthesis from syngas in a fluidized-bed reactor{J]. ChemicalEngineering Science, 2004,0 59 (2/23): 5455表1為在黑液流量為30 kg/h.黑液濃度為7] Andersson E, Harvey s. Comparison of pulill-integrated hydrogen70%、氧氣預熱溫度為200C的條件下，氣化氣組.production from gasified black liquor with stand-alone production成、熱值、爐溫和燃氣效率隨氧氣與黑液質(zhì)量比的變from gaied bioass[] Energy, 2007,32 (4): 399化情況。[8] Landalv. I Black liquor gasifcation[(C] // Presentation at the SYNBIOS表1數據顯示，CO、H2 和CH4含量隨氧氣與黑conference. Stockholm, Sweden, 2005液質(zhì)量比增大而降低，CO2 含量隨氧氣與黑液質(zhì)量比9] 許世森，等.大規模煤氣化技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2006增大而增大，氣化氣的熱值和燃氣效率隨氧氣和黑液[10] Liang X T, et al. Modeling of failure in a high temperature black liquor質(zhì)量比增大而減小，爐溫隨氧氣和黑液的質(zhì)量比增大gasifer refractory lning[]. Engineering Failure Analyis, 2007, 14而上升。(7): 1233[11]梅枳有色冶煉爐M], 北京:冶金T業(yè)出版社, 19943.2 碳轉化率和產(chǎn)氣率在氣化過(guò)程中碳轉化率和產(chǎn)氣率的變化不大,在([2]肖睿煤加樂(lè )部分氣化試驗研究與數值模擬[D]南京東南大學(xué)，氧氣與黑液質(zhì)量比為0.4~ 0.6的范圍內，碳的轉化率[13]馬科隆Ew,格雷斯TM.最新堿法制漿技術(shù)[M.曹邦威,譯.北京:為89.7% ~91.0%，產(chǎn)氣率為0.96~ 1.07 m'/kg。中國輕T業(yè)出版社，1998[14] Jarvinen M, et al. Black liquor devolatilization and swelling -a4結論detailed droplet model and experimental validation[J]. Biomass andBioenergy, 2003, 24 (6); 495預熱溫度到500C以上，點(diǎn)火均取得成功，當氧[15] Kuang J P, et al. Catalytic mechanism of sodium compounds in black氣與黑液比率為(質(zhì)量比) 0.4~0.6、黑液濃度70%、黑液流量30kg/h時(shí)，碳轉化率89.7%~ 91.0%，產(chǎn)氣中國煤化Ilak iquor suyD Eneresy(2):247 CPP率0.96~1.07 m/kg,氣化氣熱效率為74.7% ~ 49.8%,MHCNMHG爐溫在820~1350C范圍內變化。(責任編輯:常青)《中國造紙》2008年第27卷第I1期●39..