浅析煤种、煤质对气化的影响

第42卷第7期化工技术与开发Vol 42 No. 72013年7月Technology Development of Chemical IndustryJul.2013浅析煤种、煤质对气化的影响申凤山(陕西延长石油集团有限责任公司,陕西西安710075)摘要:分析了原料煤煤种、煤质如粒径、水分含量、灰分含量、黏结性及灰熔点等指标对气化过程、气化结果的影响,了解这些影响因素对气化技术的选择、生产操作及技术经济有积极的作用关键词:煤种;煤质;气化;影响中图分类号:TQ546献标识码:A文章编号:1671-9905(201307-003602煤的气化是指利用煤或半焦与气化剂(氧气、水烷的生成蒸气和氢气等)进行多相反应将有机物转变为一氧般而言,煤气产率随着煤化程度加深而增加化碳、二氧化碳、氢、甲烷等的过程。煤炭气化过程因为挥发分低,转变为焦油的有机物就越少,生成煤可用下式表示气的碳量就多,煤气产率增加;同时随着煤化程度的C+CH+CO+CO2+H,+H,O加深,煤气中的二氧化碳含量降低,在脱除二氧化碳世界范围内煤炭资源储量丰富,通过气化可提后净煤气的产率增加"。高煤炭的价值,使其成为可与石油天然气竞争来生1.2煤种对消耗指标的影响产高附加值化工产品的原料。气化是煤化工领域的气化过程的主要反应有水蒸汽的分解反应如式龙头,是煤炭综合洁净利用的关键。新型煤化工产(1)(2)和二氧化碳的还原反应如式(3)业的广泛发展,使煤气化技术呈现出百花齐放的态C+H,O=CO+H,-Q势。但没有一种气化技术是极其优秀的,各有利弊,C+2H,O=CO2+2H2-Q(2)不同气化技术总有与其最适应的煤种、煤质。了解C+CO =2C0-0煤种、煤质对气化工艺的影响,对气化技术的选择上述吸热反应均由碳和氧燃烧反应来提供热生产过程和技术经济有积极的作用量。随着煤变质程度的加深,固定碳含量增加,由上不同煤种的组成、结构特点和性质差异很大,是述反应式可知气化所用的水蒸汽和氧气量也增加影响煤气产量、质量、生产操作条件、消耗指标及气同时,年轻煤种反应性好,有利于放热反应(如CH4化反应速率等方面的重要因素。生成反应)的进行,这样就减少了氧气消耗量。1不同煤种对气化的影响2煤质对气化的影响1.1煤种对煤气组分、热值和产率的影响21煤的粒径对气化的影响不同煤种在相同的气化条件下所产生的煤气组不同气化炉对原料煤粒径要求不同。移动床分、热值和产率各不相同。煤阶越低煤气中甲烷和气化炉要求10-100m且较均匀的煤块,流化床气二氧化碳含量越高,一氧化碳含量越低,那么所产煤化炉要求0-8mm细煤粒,气流床则要求小于0.1mm气热值高低顺序依次为褐煤、烟煤和无烟煤。这是的粉煤。因为煤化程度越低的煤种,挥发分含量越高,热解煤煤的粒径越小,其比表面积越大,与反应介质的气产率越高,而热解煤气中甲烷的含量高。同时低接触面积增大,同时吸附和扩散速度加快,加快了气阶煤种的化学活性高,气化反应温度低也有利于甲化反应速率。但粒径过小,会增加气化炉床层阻力作者简介:申凤山(1983-),男,陕西榆林人,2010年北京化工大学材料科学与工程专业中国煤化工气化技术工作g022@163cm,电话:18792975096YHCNMHG收稿日期:2013-04-08第7期申凤山:浅析煤种、煤质对气化的影响和煤气带岀物的损失,不利于提高单炉生产能力,排渣的气化炉来说,一般要求灰熔点越高越好,因而且,会增加水蒸汽和氧气的消耗量。煤的粒径过为灰熔点低的煤容易结渣,降低煤气质量。对灰熔大,传热速度慢,煤粒内外温差大,在有效的时间点高的煤,可采用较高的气化温度,从而提高煤的反内不能完全气化,会引起气化过程叠加,使灰渣中应性和反应速率,同时降低了水蒸汽消耗量。相反,的碳含量増加,降低了碳转化率,降低了煤气产率。对灰熔点较低的煤,为防止煤灰熔融结渣,必须保持再者粒径分布对气化产生很大的影响,如粒径分布气化炉氧化层温度低于灰熔点,需要增加进气化炉范围宽,易造成气化炉加料时岀现沟流或风洞,甚的水蒸汽量来维持温度,从而増加了水蒸汽消耗量至产生偏析现象,影响煤气质量,降低气化强度。粒对于液态排渣来说,一般要求灰熔点较低为好,当然径分布宽,也会增加气流带出的小煤粒。灰渣的黏温特性也很重要。22煤中水分含量对气化的影响煤的结渣性与灰熔点有一定的关系。一般而言,般要求煤中水分含量越小越好,因为水分会灰熔点越低煤结渣性越强。对移动床气化炉,结成增加水蒸汽带走热量,增加氧气消耗,降低气化效的大渣块会破坏床层的透气性,严重时甚至影响排率。但对一些热稳定性差的煤,加热时破裂产生煤渣。渣块包裹了未气化的原煤料使灰渣中的残碳粉而使出炉煤气带粉尘,而要求煤中带有一定量的量增加。对流化床来说,即使是少量小块结渣,也会水分。同时对于流化床和气流床气化时,煤中水分影响炉内的正常有序流化状态。含量应小于5%,使煤在输送时能保持自由流动状26煤的黏结性对气化的影响对于移动床气化炉,如果原料煤在气化炉内黏23煤中灰分含量对气化过程的影响结成大块,会导致床层气流分布不均匀,工况恶化;煤中灰分含量高,对气化过程有诸多不利的影对流化床来说,若黏结成颗粒或块,则破坏了正常的响。气化过程中由于部分碳表面被灰分覆盖,减少了流化状态;气流床对煤的黏结性要求不高因碳与气化剂接触面积,使气化速率降低。排出炉外的2.7煤的反应性(化学活性)对气化的影响灰渣中残碳量随灰分含量增加而相应增加,使气化效煤的反应性是指在一定温度下煤与不同介质率和浄煤气产率下降。另外煤中灰分含量高,加剧了(二氧化碳、水)发生化学反应的能力。研究结果表气化炉和排灰系统的腐蚀和磨损,缩短设备使用寿明,煤的反应性一般随原煤变质程度的加深而降低,命。同时灰分髙,灰渣带岀的显热也会增加,使气化不同煤种的反应性顺序为:褐煤>烟煤>无烟煤过程热损失增加,增加氧气消耗量,热效率降低因为低阶煤的结构疏松,且具有丰富的过渡孔和大研究表明,灰分中一些金属氧化物对气化反应孔,则反应的比表面积大,气相扩散阻力小,使气化有催化剂的作用,氧化物含量越高,催化效果越好,剂容易扩散到这些反应表面。而且低阶煤中高活性起催化作用的主要是碱金属和碱土金属,碱金属中的含氧官能团比例高。另一方面国外研究者发现不催化作用最好的是钾,其次是钠。同煤种在900℃,MPa时与CO2的反应速率随碳含24硫分对气化的影响量的增加而降低。煤在气化时,煤中约80%的硫以H2S、CS2等形但 Takarada等对不同煤的气化反应性进行研式进入煤气中,所以,硫含量高的煤,气化生成的煤究分析认为,低煤化程度煤的反应性未必一定高于气中硫化物含量也高,会加大下游工段净化的成本高煤化程度煤。和负担,而且,硫化物会使催化剂中毒,还会腐蚀设般来说化学活性越高的煤,气化温度也越低备管道,所以,气化用煤中硫含量越低越好从而有利于甲烷生成反应的进行,降低氧气的消耗2.5灰熔点和结渣性对气化的影响量。在相同的气化温度条件下,煤的反应性越高,气化反应速度越快,达到反应平衡的时间越少,能极大煤的灰熔点即煤灰熔融性,一般情况下煤灰提高气化炉的气化强度中SiO2、A2O3酸性成分含量高,其灰熔点高。而Fe2O3、CaO、MgO等碱性成分含量高,则灰熔点低。2.煤的机械强中国煤化工响灰熔点是气化用煤的一个重要指标。对于固态般来说HCNMHG较大,而(下转第41页第7期李林:常用气体脱水干燥工艺介绍及应用41贵州化工,2005,302):4246.7]徐绍生.仪表空气露点高的原因及分析大氮肥,3]邱树峰,童新洋,张石柱.氯化氢、乙炔混合气干燥新2006,29(3):180-181工艺聚氯乙烯,2011,399):22-238]罗小军,刘晓天,万书华.分子筛吸附法在高酸性天然[4]蔡永久.氯气处理工艺改进[氯碱工业,2011,478)气脱水中的应用门石油与天然气化工,2007,36(2)15-19「5]胡晓敏,陆永康,曾亮泉.分子筛脱水工艺简述门天[⑨]张强,王明亮,曹新峰.变压吸附技术在乙炔脱水工艺然气与石油,2008,26(1):39-41中的应用[J聚氯乙烯,2011,396:12-156]朱东生,彭德其,范忠雷,何露,曾力丁.分子筛吸附[0屠原祯,石军雄,Pism膜在天然气脱水中的应用干燥氢气的工艺条件优化[华南理工大学学报(自然C1999年中国动力工程学会膜分离技术在工业气体科学版),2005,33(9):77-81生产中的应用技术交流会论文集[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页中等煤化程度的肥煤、焦煤机械强度最小。抗碎能耗、气体成分、碳转化率、有效气产率、环保要求和产力弱的煤在输送和入气化炉时易产生粉末,使煤气品定位综合分析比较,才能做岀经济、可靠的选择。带出损失量増加,还会破坏料层的透气层性能进而参考文献影响气化炉的正常操作。]许祥静,刘军.煤炭气化工艺[M北京:化学工业出版社,热稳定性差的煤容易在加热时破碎成粉末,阻碍气流的畅通,增加床层阻力和气流带出物损失量,2]郭树才煤化工工艺学围北京:化学工业出版社,降低气化效率,影响正常操作3]徐振刚,步学明煤炭气化[M]北京:化学工业出版社3结语4]张庆庚,李凡.煤化工设计基础[M.北京:化学工业出不同煤种、煤质与气化技术的配合性、适应性十版社,2012分重要。不同的气化技术由于气化炉结构、工艺流[5]贺永德.现代煤化工技术手册M北京:化学工业出版程和操作条件不同,其适应的煤种、煤质也不同。充社,2010分了解气化用煤的特性,结合气化炉的操作条件、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中国煤化工CNMHG