煤氣化技術(shù)進(jìn)展

1、煤氣化技術(shù)進(jìn)展李永恒 ( 湖南湘氮實(shí)業(yè)有限公司，湖南株洲 412005) 2001-09-16當(dāng)前化肥生產(chǎn)形勢(shì)嚴(yán)峻，企業(yè)為了生存和發(fā)展，從降低化肥生產(chǎn)成本著手，狠抓造氣技術(shù)改造。為此，本文介紹一些技術(shù)先進(jìn)、效益好的煤氣化方法，供大家借鑒。1 德士古水煤漿氣化技術(shù)兗礦魯南化肥廠的德士古水煤漿加壓氣化裝置于 1993 年投入運(yùn)行，經(jīng)過幾年的摸索，取得了較好的成果。國家為了推廣德士古技術(shù)，專門成立了“水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心”。該中心設(shè)計(jì)出多種完整的方案，供我國中小型化肥廠技術(shù)改造時(shí)選用。1.1水煤漿氣化原理水煤漿氣化屬于氣流床氣化技術(shù)，即水煤漿與氣化劑 ( 純氧 ) 經(jīng)特殊噴嘴混合后，快

2、速進(jìn)入氣化爐反應(yīng)室，遇室內(nèi)灼熱的耐火磚瞬間燃燒，直接發(fā)生火焰反應(yīng)。微小的煤粒與氣化劑在火焰中并流流動(dòng)，煤粒在火焰中來不及相互熔結(jié)就迅速發(fā)生氣化反應(yīng)，反應(yīng)在數(shù)秒鐘內(nèi)完成。此間放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)幾乎是同時(shí)進(jìn)行的。因此，水煤漿中的碳基本上全部參加了反應(yīng)，高溫下所有干餾產(chǎn)物都迅速分解轉(zhuǎn)變?yōu)榫嗨簹獾慕M分，所以產(chǎn)生的煤氣中只含有極少量的CH4。1.2水煤漿氣化特性(1) 該氣流床氣化的特點(diǎn)是每顆煤粒均被氣流隔開，能單獨(dú)膨脹、軟化、燃燒盡而形成熔渣，與鄰近的顆?；ゲ幌喔伞Ｈ剂项w粒不易在塑性階段凝聚和熔結(jié)。因此，燃料的粘結(jié)性、機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性等不會(huì)對(duì)氣化過程產(chǎn)生影響。(2) 氣化爐結(jié)構(gòu)簡單。該技術(shù)關(guān)鍵設(shè)

3、備氣化爐屬于加壓氣流床濕法加料液態(tài)排渣，不需要機(jī)械傳動(dòng)裝置。(3) 開停爐方便，加減負(fù)荷較快。(4) 煤種適應(yīng)性較廣，可以利用無煙粉煤、煙煤、次煙煤、石油焦、煤加氫液化殘?jiān)茸髟稀?5) 相同條件下，半水煤氣價(jià)格低。(6) 碳轉(zhuǎn)化率高。該工藝的碳轉(zhuǎn)化率為97 98。(7) 煤氣質(zhì)量好。 CO+H2含量 80， 且 H2 與 CO含量之比約為 0.77 ，可以對(duì) CO全部或部分進(jìn)行變換， 以調(diào)整其比例用來生產(chǎn)合成氨、甲醇等。另外后系統(tǒng)氣體的凈化處理也很簡單。(8) 德士古水煤漿氣化是在高壓(4.0 6.7MPa)下進(jìn)行，單爐產(chǎn)氣量較高，容易形成規(guī)?；a(chǎn)。目前單爐日氣化200t 煤的氣化爐已在

4、運(yùn)行中。(9) 三廢排放物中有害物質(zhì)較少。1.3進(jìn)展情況魯南化肥廠對(duì)德士古水煤漿氣化技術(shù)進(jìn)行了改造，為我國煤氣化技術(shù)的發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。自1995年以來，該廠的德士古裝置多次創(chuàng)出了新紀(jì)錄，合成氨日產(chǎn)量最高達(dá)到346.68t，1999 年生產(chǎn)合成氨107846 t。德士古水煤漿氣化技術(shù)已很成熟，國內(nèi)外已建成了多套德士古裝置。該技術(shù)在魯南化肥廠的成功應(yīng)用，為大中小化肥廠提供了成功的經(jīng)驗(yàn)。2 常壓間歇式流化床技術(shù)該技術(shù)是國內(nèi)開發(fā)的常壓粉煤氣化技術(shù)，其特點(diǎn)是不用氧氣，以空氣和蒸汽為氣化劑，對(duì)013 mm粉煤進(jìn)行氣化。生產(chǎn)過程只有吹風(fēng)和制氣。該技術(shù)已在我國煤氣工業(yè)上應(yīng)用，完全可應(yīng)用于化肥生產(chǎn)。原化工部化肥

5、工程技術(shù)中心曾派專家到現(xiàn)場(chǎng)考察，并在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)流化床所產(chǎn)的半水煤氣進(jìn)行了測(cè)定。其成分() 如下：從以上分析數(shù)據(jù)看，制得的半水煤氣可作為生產(chǎn)合成氨的原料氣。該技術(shù)的特點(diǎn)是： 以各種粉煤 ( 粉焦 ) 為原料， 而且可以做到蒸汽自給。氣化時(shí)沒有干餾過程，焦油和酚等有機(jī)物在高溫區(qū)燃燒干凈，不需要建焦油和污水處理系統(tǒng)。所以工程投資和煤氣成本與固定床煤氣爐相比可節(jié)約 30以上。另外還具有操作簡單和設(shè)備維修量小等優(yōu)點(diǎn)。原理與流程：氣化爐開爐前先用油點(diǎn)火升溫，當(dāng)氣化爐內(nèi)部溫度達(dá)到要求時(shí)，粉煤由螺旋機(jī)送入爐內(nèi)底部。經(jīng)過預(yù)熱的空氣和過熱蒸汽交替從爐底進(jìn)入，分別進(jìn)行吹風(fēng) ( 放熱 ) ，制氣 ( 吸熱 ) 。流程如下

6、：第一廢鍋和第二廢鍋所產(chǎn)蒸汽，經(jīng)減壓后進(jìn)入蒸汽緩沖罐，再進(jìn)入蒸汽過熱器，最后進(jìn)入氣化爐作氣化劑。若該技術(shù)應(yīng)用于化肥生產(chǎn)， 不但能解決我國化肥行業(yè)的煤炭資源問題 ( 可以利用本地廉價(jià)粉煤 ) ，而且也可大幅度降低化肥生產(chǎn)成本，保護(hù)環(huán)境。3 焦載熱循環(huán)流化床制氣工藝由清華大學(xué)煤燃燒工程研究中心與鞍山焦化耐火材料設(shè)計(jì)研究院及鞍山鍋爐廠合作，共同開發(fā)的焦載熱循環(huán)流化床制氣新技術(shù)，小試成功后， 1997 年在清華大學(xué)試驗(yàn)廠，完成了每小時(shí)處理2 t煤的中間試驗(yàn)，效果較好。該技術(shù)工藝流程為：粉煤由煤倉底部螺旋加煤機(jī)送入提升段，與底部進(jìn)入的提升用空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，生成的熱半焦被提升至頂部分離裝置。分離下來的熱

7、半焦大部分通過J 型閥進(jìn)入氣化罐，其余進(jìn)入流化床鍋爐燃燒。進(jìn)入氣化罐的熱半焦被從罐底進(jìn)入的蒸汽流化生成水煤氣。焦載熱制氣工藝是兩個(gè)快速循環(huán)流化床的有機(jī)結(jié)合，利用高溫焦炭為載熱體，為粉煤干餾及部分氣化提供熱量，制取優(yōu)質(zhì)煤氣。特別是通過 S 型閥和 L 型閥，將提升段和氣化罐可靠地隔斷，而通入少量蒸汽又可實(shí)現(xiàn)熱半焦的流通，從而將提升段和氣化罐連在一起，巧妙地實(shí)現(xiàn)了干餾、氣化反應(yīng)與燃燒反應(yīng)的有機(jī)結(jié)合。該技術(shù)與循環(huán)流化床鍋爐配合，以粉煤為原料，聯(lián)供廉價(jià)的水煤氣及蒸汽作為合成氨的原料氣。不僅技術(shù)先進(jìn)，而且經(jīng)濟(jì)合理。擬在平安化肥廠建設(shè)一套每小時(shí)處理5 t煤的制氣裝置。4 謝爾干粉煤氣化技術(shù)謝爾干粉煤氣化技

8、術(shù)是目前世界上較為先進(jìn)的第二代粉煤氣化技術(shù)之一，氣化過程也是在高溫加壓下進(jìn)行的。其進(jìn)料方式是將粉煤磨成 0.1mm以下的細(xì)粉，高壓氮?dú)馔ㄟ^特殊的噴嘴將粉煤送進(jìn)爐膛，與純氧及蒸汽在高溫高壓下進(jìn)行放熱和吸熱氣化反應(yīng)，最終生成水煤氣 (CO+H290 ) 或半水煤氣。該技術(shù)工藝流程較簡單，原煤經(jīng)破碎后送至磨煤機(jī)，磨成的細(xì)粉被熱空氣干燥，由高壓氮?dú)鈱⒏擅悍鬯腿藲饣癄t，另外高壓氧氣和中壓過熱蒸汽混合后也由噴嘴噴人爐內(nèi)。爐口1500的高溫煤氣被冷煤氣冷卻至900后進(jìn)入廢鍋，然后再進(jìn)入干式除塵器和洗滌系統(tǒng)。該技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)。(1) 煤種適應(yīng)性強(qiáng)。煙煤、次煙煤、褐煤、無煙煤等均可。(2) 采用水冷壁結(jié)構(gòu)，僅在

9、向火一面有一層薄的耐火涂料層。正常操作時(shí)依靠掛在水冷壁的熔渣層保護(hù)金屬冷壁，不需要砌筑昂貴的耐火磚。(3) 由于是干法進(jìn)料，不需要龐大的制漿系統(tǒng)，降低了生產(chǎn)成本。(4)氣化爐使用壽命長，不需要備用爐。單爐氣化能力大，一臺(tái)氣化爐日產(chǎn)合成氨600t 以上。(5)氣化效率高，碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)到99以上，生成的煤氣中 CH4 含量低。另外，污染少，有利于三廢治理。5 灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)是中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)。5.1特點(diǎn)(1) 氣化爐是一個(gè)單段流化床，在爐內(nèi)同時(shí)完成煤的破粘、脫揮發(fā)分、氣化和灰的團(tuán)聚等4 個(gè)過程，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單。(2) 氣化劑 ( 空氣或氧

10、氣 ) 從氣化爐底部進(jìn)入，使?fàn)t內(nèi)形成一個(gè)局部高溫區(qū)，促使灰團(tuán)聚成球形，從而保證灰與煤的有效分離，提高了碳的利用率。(3) 水蒸氣從分布板進(jìn)入氣化爐，形成一個(gè)周邊的相對(duì)低溫區(qū)，有效地防止了爐內(nèi)結(jié)渣。另外爐內(nèi)半焦量較多，使得過程操作穩(wěn)定，抗負(fù)荷波動(dòng)能力強(qiáng)。(4) 高溫煤氣夾帶的細(xì)粉煤大部分經(jīng)旋風(fēng)除塵系統(tǒng)捕集下來，并通過料腿返回氣化爐，再進(jìn)行燃燒氣化，碳的利用率高。煤氣中少量粉塵經(jīng)二次除塵后送出。(5) 氣化爐出口溫度適中，煤氣經(jīng)廢鍋后進(jìn)入洗滌系統(tǒng)。(6) 該技術(shù)煤種適應(yīng)性強(qiáng)，凡是小于8mm的各種煤均可氣化，對(duì)煤種無特殊要求。(7) 氣化強(qiáng)度高 ( 是固定床煤氣爐的 35 倍 ) ，氣化溫度適中，可

11、以在爐內(nèi)預(yù)脫硫。三廢污染小，有利于環(huán)保。(8) 投資少，僅是引進(jìn)的粉煤氣化技術(shù)的40 70，容易推廣應(yīng)用。5.2原理與流程根據(jù)射流原理，將氣化劑 ( 空氣加蒸汽、氧氣加蒸汽、富氧空氣加蒸汽 ) 從爐體底部吹入，使由螺旋機(jī)送入爐內(nèi)的煤產(chǎn)生沸騰氣化，在灰團(tuán)聚分離裝置中形成床內(nèi)局部高溫區(qū)，實(shí)現(xiàn)煤的破粘、揮發(fā)物逸出、氣化和灰的團(tuán)聚成球，借助重量的差別達(dá)到灰球與煤粒的分離，并連續(xù)排出含碳量低的灰渣。煤氣夾帶的飛灰經(jīng)旋風(fēng)分離后再返回爐內(nèi)氣化。該技術(shù)流程如下：5.3試驗(yàn)情況已完成日處理1 t煤的小型試驗(yàn)和24 t煤的中間試驗(yàn)，以及相配套的冷態(tài)試驗(yàn)。近期在陜西固城氮肥廠，建設(shè) 2400mm常壓氣化爐工業(yè)化示范

12、裝置， 2001 年可得到工業(yè)示范成果。另外還在云南解放軍化肥廠建設(shè)一套2400mm加壓氣化爐工業(yè)示范裝置。6 恩德粉煤氣化技術(shù)恩德粉煤氣化技術(shù)是在溫克勒氣化技術(shù)基礎(chǔ)上，經(jīng)過較大的改進(jìn)和完善后，得到的一種獨(dú)特的新型粉煤 (0 10mm)氣化技術(shù)。該技術(shù)的工藝流程與原理是：粉煤被送至氮?dú)饧訅好芊獾臍饣癄t煤倉，通過底部的3 個(gè)螺旋加煤機(jī)將煤加入氣化爐底部錐體。根據(jù)煤氣熱值要求，氣化劑可采用空氣和蒸汽、過熱蒸汽與純氧( 或富氧空氣 ) 。如果采用富氧空氣為氣化劑，純氧在富氧風(fēng)機(jī)吸入側(cè)與空氣混合，加壓到 40kPa 后送氣化爐前與廢鍋?zhàn)援a(chǎn)的 240過熱蒸汽混合，分別進(jìn)入一次風(fēng)噴嘴和二次風(fēng)噴嘴。一次風(fēng)噴

13、嘴位于加煤機(jī)下方，共6個(gè)，在爐體均布，一次風(fēng)沿均線方向入爐并呈螺旋形上升，氣化劑與粉煤進(jìn)行流化，發(fā)生燃燒反應(yīng)和加熱反應(yīng)，生成水煤氣或半水煤氣。大粒徑煤在爐底錐體附近形成密相段并成旋風(fēng)沸騰狀，繼續(xù)進(jìn)行氣化反應(yīng)。少量細(xì)粉煤和小粒徑煤在爐體中上部與噴入的二次風(fēng)發(fā)生反應(yīng)。煤中夾帶的煤矸石等雜質(zhì)及反應(yīng)后的灰渣落到氣化爐底部，由螺旋出渣機(jī)排入密閉灰斗，定期排出爐外。少部分未反應(yīng)完全的細(xì)粉煤隨煤氣從爐上帶出， 經(jīng)旋風(fēng)除塵器， 將其中較大粒徑煤分離下來，返回氣化爐底部， 再次氣化。爐下溫度為800950，爐上溫度為9501080。煤氣進(jìn)入廢鍋，出廢鍋煤氣溫度約為300( 此熱還可利用) ，再進(jìn)入洗滌塔經(jīng)冷卻除

14、塵后去氣柜。朝鮮使用恩德粉煤氣化技術(shù)已有30 多年。該技術(shù)成熟可靠。產(chǎn)品已系列化，單爐生產(chǎn)能力有10000 、 20000、40000m3h。中國黎明機(jī)械廠與朝鮮合作，共同在中國推廣恩德粉煤氣化技術(shù)。7 富氧連續(xù)氣化技術(shù)常壓固定層煤氣爐用富氧空氣進(jìn)行連續(xù)氣化技術(shù)已在多廠使用過，目前淮南化肥廠、解放軍化肥廠仍在用此技術(shù)制半水煤氣。其優(yōu)點(diǎn)是，氣化強(qiáng)度大，可以使發(fā)氣量提高一倍以上，經(jīng)濟(jì)效益好。富氧空氣與煤燃燒發(fā)生放熱反應(yīng)的同時(shí)，蒸汽與灼熱的煤發(fā)生吸熱反應(yīng)，兩反應(yīng)基本達(dá)到平衡時(shí)，氣化過程便會(huì)連續(xù)平穩(wěn)進(jìn)行。為使半水煤氣成分符合要求，富氧空氣中的O2 含量應(yīng)控制在47 52。實(shí)現(xiàn)富氧氣化后，由于沒有吹風(fēng)燃

15、燒炭損失，氣體帶出物減少和灰渣含碳量降低。而且因氣體空速低，可使用6 25mm碎煤進(jìn)行氣化，使炭的利用率提高，煤耗降低。由于該技術(shù)是連續(xù)氣化，煤氣爐溫度較穩(wěn)定，蒸汽分解率比間歇式固定層煤氣爐高。另外所有煤氣全部進(jìn)入廢鍋，廢鍋副產(chǎn)蒸汽量大 ( 原中氮廠下吹煤氣不經(jīng)過廢鍋 ) ，合成氨系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)蒸汽自給。該技術(shù)選用自動(dòng)加煤機(jī)和不停爐下灰裝置，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)氣化。另外取消了許多自動(dòng)閥門，簡化了工藝流程，減少了系統(tǒng)故障率，從而減少了設(shè)備維修費(fèi)用。研究富氧空氣連續(xù)氣化技術(shù)的可行性，效益是首要問題。因?yàn)楦谎鯕饣夹g(shù)早在60 年代就有許多廠使用過，最后都因制氧成本高而停用。過去都采用深冷法制氧，生產(chǎn)成本高。9

16、0 年代初，變壓吸附制氧裝置的問世，為富氧氣化技術(shù)的應(yīng)用帶來了希望。于是成都齊益科技研究設(shè)計(jì)所于1992 年首次提出煤 ( 焦 ) 富氧連續(xù)氣化及氣體凈化方案，并申請(qǐng)了國家專利。1996 年四川大竹氮肥廠將變壓吸附制氧工藝應(yīng)用于該廠煤氣爐獲得成功，2000 年 6 月通過國家技術(shù)鑒定和工程驗(yàn)收。專家組一致認(rèn)為該項(xiàng)目是以煤( 焦) 為原料的中、小氮肥廠實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的一項(xiàng)重大技術(shù)創(chuàng)新。煤質(zhì)對(duì) Texaco 氣化裝置運(yùn)行的影響及其選擇張繼臻，種學(xué)峰 ( 兗礦魯南化肥廠，山東滕州 277527) 2002-03-160引言Texaco水煤漿加壓氣化技術(shù)煤質(zhì)的好壞直接影響到正常的生產(chǎn)操作和經(jīng)濟(jì)效益。魯南

17、Texaco裝置從1993 年 4 月 20 日投料成功以來，煤質(zhì)曾是困擾滿負(fù)荷、長周期、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。我國其他三套Texaco 煤氣化裝置也出現(xiàn)了同樣的問題。本文談?wù)劽嘿|(zhì)對(duì)Texaco煤氣化工藝的影響，國內(nèi)2 套大型 Texaco 煤氣化裝置對(duì)煤質(zhì)選擇的經(jīng)驗(yàn)，供大家參考。1 Texaco 水煤漿加壓氣化工藝對(duì)煤質(zhì)的要求Texaco 氣化是氣流床濕法加料，液態(tài)排渣的加壓煤氣化技術(shù)。無煙煤由于反應(yīng)活性低，碳轉(zhuǎn)化率低，可磨指數(shù)小，不適宜于水煤漿加壓氣化。褐煤的內(nèi)在水分含量較高，內(nèi)孔表面大，吸水能力強(qiáng)，成漿時(shí)，煤粒上能吸附的水量多。因而，在水煤漿濃度相同的條件下，自由流動(dòng)的水相對(duì)減少，以致流動(dòng)

18、性較差，若使其具有相同的流動(dòng)性，則煤漿濃度必然下降，即褐煤的成漿性差。故褐煤在目前尚不宜作為水煤漿加壓氣化的原料。適宜于水煤漿加壓氣化的是煙煤，而煙煤中最適宜氣化的是長焰煤、氣煤等。即使是長焰煤、氣煤，如果煤的灰熔融溫度很高 (>1400) ，且灰渣的粘度很大，也不宜選用Texaco 氣化法氣化。1.1主要指標(biāo)煤質(zhì)適應(yīng)性的主要指標(biāo)如下。(1)發(fā)熱量達(dá) 25.12MJ kg 一般的煙煤 ( 原煤 ) 都能達(dá)到這個(gè)要求，精煤更是如此 ，越高越好。(2)灰熔融溫度 FT 在 1300為宜。過高或過低都不利于氣化，( 魯化的優(yōu)化指標(biāo)為 11001250) 。(3) 煤中灰量不得高于 15 20，

19、越低越好。魯南現(xiàn)用的是精煤，灰含量一般在7左右。灰含量高會(huì)導(dǎo)致比煤耗、比氧耗增大，灰分愈多，隨灰渣而損失的碳量就愈多?；液棵吭黾?1，氧耗增加 0.7 0.8 ( 體積分率 ) ，生產(chǎn)成本上升，同時(shí)增加了三廢治理的工作量。1.2次要指標(biāo)(1) 全水分含量越低越好。煤的成漿濃度隨著內(nèi)在水分含量的增大而降低，內(nèi)在水分低的煤易于制取高濃度水煤漿。隨著水煤漿濃度的提高，煤氣中有效氣體成分增加，氣化效率提高，氧氣耗量下降。(2) 揮發(fā)分含量越高，越利于Texaco 氣化反應(yīng)，增加煤氣產(chǎn)率。優(yōu)化指標(biāo)為Vdaf >37。(3) 固定碳含量越高越好。(4) 液渣粘度維持在 1525Pa·s

20、之間，以維持正常的液態(tài)排渣。(5) 煤中有害元素硫、氯、砷、汞、氟等越低越好。(6) 可磨指數(shù)越大越好，越大，煤越易磨碎，可提高煤磨機(jī)的產(chǎn)量，降低耗電率。2 Texaco 煤氣化工藝對(duì)原料煤的四個(gè)關(guān)鍵要求2.1成漿性影響煤成漿性的因素很多，如煤的變質(zhì)程度，煤的灰分含量，內(nèi)在水分含量，灰成分，煤的粒度分布，制備水煤漿用水特性，制漿溫度，攪拌時(shí)間、強(qiáng)度，添加劑的種類、用量等，且有些因素之間是密切相關(guān)的。其中最關(guān)鍵的是煤的種類、添加劑的型號(hào)及量。性能好的煤漿要有高的煤含量、低粘度，表觀流動(dòng)性、穩(wěn)定性好，析水率低等。作為Texaco 水煤漿加壓氣化工藝要求煤漿濃度在60以上，粘度小于 1000cP。變

21、質(zhì)程度淺的煤，內(nèi)表面大，吸附水多，不易制得高濃度煤漿，年老煤親水性官能團(tuán)少，與水的結(jié)合力弱，也不易制得高濃度煤漿。一般變質(zhì)程度較深，內(nèi)在水分含量較低的年輕煙煤較易制出高濃度的水煤漿。煤的內(nèi)水含量越高，煤中OC 比越高，含氧官能團(tuán)和親水官能團(tuán)越多，空隙率越大，煤的制漿難度越大。目前較為通用評(píng)價(jià)成漿性難易程度的數(shù)學(xué)模型如下：D=7.5+0.5M ad 0.05HGI式中Mad煤的分析基最高內(nèi)在水分；HGI煤的哈氏可磨指數(shù)；D成漿難度指數(shù)。當(dāng) D4時(shí)，煤易成漿； 4<D7，成漿難易程度一般； 7<D10，煤難于成漿； D10，極難成漿。根據(jù)成漿難度指數(shù)，可以大概推算理論上可制得的最高煤漿

22、濃度(C) ：C 771.2D魯南的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為Texaco 煤氣化原料用煤的最高內(nèi)在水分Mad8為宜。制備水煤漿時(shí)，加入添加劑可以改善水煤漿性能，添加劑有較強(qiáng)的分散性和穩(wěn)定性。煤種對(duì)添加劑的選擇性也很強(qiáng)，一種煤用某種添加劑可以制得性能優(yōu)越的水煤漿，但換一種煤卻不一定行。國內(nèi)已開發(fā)了數(shù)十種水煤漿添加劑，以萘系列、木質(zhì)素系列、丙烯酸系列、造紙黑液系列為最多。魯南水煤漿制備使用的是造紙黑液系列。2.2反應(yīng)活性 ( 碳轉(zhuǎn)化率 )煤粒在氣化爐內(nèi)的反應(yīng)時(shí)間一般為58 s，這樣短暫的反應(yīng)時(shí)間，只有反應(yīng)速度很快才能達(dá)到較高的碳轉(zhuǎn)化率，而提高反應(yīng)溫度又受到耐火材料使用壽命、設(shè)備材質(zhì)和運(yùn)行周期的限制，因此Texac

23、o 氣化原料要求有較高的反應(yīng)活性，才能使氣化反應(yīng)在瞬間完成。煤反應(yīng)性的表示方法很多，我國采用CO2介質(zhì)與煤進(jìn)行反應(yīng)，以CO2 的還原率來表示煤的反應(yīng)性。煤對(duì)CO2還原率越高 (a 值越大 ) ，煤的反應(yīng)性越好。煤反應(yīng)性主要與煤化程度有關(guān)，一般煤的反應(yīng)性隨著煤化程度的加深而降低。煤中礦物質(zhì)含量和組成對(duì)反應(yīng)也有影響，礦物質(zhì)含量高，降低了煤中固定碳含量，使反應(yīng)性降低。而礦物質(zhì)中的堿金屬化合物對(duì)碳與CO2的反應(yīng)起催化作用，使煤的反應(yīng)性提高。煤的反應(yīng)性隨溫度的升高而增加。 一般情況下，適宜于 Texaco 氣化用煙煤在 1000時(shí)，a50；在 1100時(shí)，a68；在 1250時(shí)，a98，以保證碳的轉(zhuǎn)化率

24、達(dá)到 98。式中a CO2還原率；a CO2中雜質(zhì)含量，；r 反應(yīng)后氣體中剩余CO2 量，。2.3渣對(duì)耐火材料襯里的腐蝕性腐蝕性渣可導(dǎo)致耐火材料襯里蝕損率高，即使在最佳操作溫度下也是如此。耐火磚蝕損率隨溫度增加而加快。因氣化爐耐火材料非常昂貴 ( 國產(chǎn)磚，單爐500550 萬元；進(jìn)口磚在1000 萬元左右 ) ，所以選擇沒有腐蝕性渣的煤作為氣化原料，并且在低溫下操作氣化爐，使耐火材料的蝕損率降到最小，延長氣化爐的運(yùn)行周期。一般渣油氣化爐的高鋁質(zhì)(Al2O3)向火面耐火磚容易受到熔渣侵蝕，因?yàn)槿墼幸埠邢喈?dāng)量的Al 2 O3。熔渣中含的CaO及 Fe2 O3 組分侵入耐火磚，與耐火磚中的MgO

25、組分生成MgFe2O4 ，后者的耐磨損性比MgO低。一般認(rèn)為，耐火磚中的尖晶體MgAl2O4 對(duì)熔渣的侵蝕作用具有一定的抵御性。然而，熔渣中的Fe2O3 侵入磚，F(xiàn)e3+取代了耐火磚中的Al 3+ ，這種置換作用導(dǎo)致磚體膨脹，造成耐火磚脆裂。主要組分為Cr2 O3 的耐火磚，受熔渣侵入耐火磚使晶間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，性能退化，造成耐火磚脆裂。主要組分為Cr2O3 、Al 2O3 及 ZrO2的耐火磚，一般能經(jīng)受熔渣的侵蝕。耐火磚氧化鉻含量越高，受熔渣的侵蝕程度就越輕。然而，耐火磚氧化鉻含量高，其抵御剝落的能力弱。從上述可以看出， 高鐵和高鋁灰渣比高鈣低鋁灰對(duì)鉻磚腐蝕輕。耐火磚經(jīng)歷上述物理變化后，爐內(nèi)

26、溫度較大幅度變化造成的所謂“熱沖擊”作用，也會(huì)導(dǎo)致耐火磚發(fā)生剝落。為了減少耐火磚的剝落，需加入助熔劑來降低灰渣的灰熔融溫度，鐵或鎂助熔劑優(yōu)于鈣助熔劑。2.4SGC結(jié)垢性SGC 結(jié)垢性是指對(duì)合成氣冷卻器的結(jié)垢程度，嚴(yán)重的結(jié)垢將阻止熱傳遞，降低效率，并在洗滌塔中出現(xiàn)問題，降低氣體冷卻溫差。若使用燃?xì)馔钙絀GCC 聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的廠家，將造成燃?xì)馔钙絿?yán)重結(jié)垢，降低效率，甚至引起透平機(jī)的動(dòng)平衡改變，被迫停車檢修，影響運(yùn)行周期。3Texaco 煤氣化工藝最關(guān)鍵的因素煤灰的熔融性、粘溫特性Texaco 煤氣化工藝對(duì)原料煤要求中， 最關(guān)鍵的因素是煤的灰熔融性及其粘溫特性。這個(gè)因素決定了氣化爐的關(guān)鍵控制變量溫度

27、，以及氣化爐能否順利排渣，耐火磚能否長周期使用等，最終決定原料煤能否適用于Texaco 氣化。3.1影響煤灰熔融溫度的因素及計(jì)算方法在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，國內(nèi)外學(xué)者已總結(jié)出煤灰組成(Al 2O3、 SiO2、 CaO、 MgO、Fe2 O3、 K2O、 Na 2O、TiO 等) 影響灰熔融溫度的規(guī)律。具體如下。(1)Al2O3、 TiO 含量高的煤灰，其熔融溫度也高，當(dāng)Al 2O3 >40時(shí)，煤灰的FT 必定超過1500。(2)SiO2 含量的影響沒有Al 2O3 那樣顯著。SiO2>40的煤灰其熔融溫度較SiO2 <40煤灰的熔融溫度高。SiO2 含量大于60時(shí)， SiO2的

28、增加看不出熔融溫度有規(guī)律的變化。(3) 煤灰中的CaO大多是以CaSiO3 形態(tài)存在，而CaSiO3 熔點(diǎn)較低。所以，CaO含量愈高，煤的灰熔融溫度愈低。反過來，由于CaO本身熔點(diǎn)較高 (2590) ，如果CaO含量高于50，則熔融溫度升高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，(SiO 2 Al 2O3)>3，且SiO2 含量 >50的煤灰，當(dāng)CaO含量在20 25時(shí)，煤灰熔融溫度最低，CaO含量超過這個(gè)范圍時(shí)，煤灰熔融溫度開始提高。當(dāng)(SiO2 Al 2 O3)<3.0，CaO含量在30 35時(shí)，煤灰熔融溫度最低，當(dāng)CaO含量超過這個(gè)范圍時(shí)，再增加CaO，煤灰熔融溫度開始提高。(4) 由于煤灰中

29、的 MgO含量一般很少， MgO又和 SiO2 形成低熔點(diǎn)硅酸鹽，所以也起降低灰熔融溫度的作用。(5) 氧化鐵和 SiO2可以形成一系列低熔點(diǎn)的硅酸鹽，所以氧化鐵起降低灰熔融溫度的作用。在弱還原氣氛中，F(xiàn)e O 以 FeO的形態(tài)存23在，與其他價(jià)態(tài)的鐵相比，F(xiàn)eO具有最強(qiáng)的助熔效果。如果煤灰中的CaO、堿金屬氧化物等助熔組分含量較高，且硅鋁比較高，在Fe2O3 含量較低時(shí)，就能使煤灰熔融溫度很低；對(duì)于硅鋁比較低，且CaO、堿金屬氧化物等助熔組分含量亦較低的煤灰，在Fe2 O3 含量較高時(shí)，才能使其熔融溫度最低。特別是氧化鐵含量低于20的煤灰，F(xiàn)e2O3 含量每增加1，煤灰的ST 溫度平均降低1

30、8。因此，煤灰的熔融溫度是隨Fe2 O3 含量增高而降低，煤灰的顏色也是隨Fe2O3 含量增高而加深。 這就是為什么煤漿的灰熔融溫度比原料煤的灰熔融溫度低4080的原因( 磨機(jī)磨煤時(shí)部分鐵屑進(jìn)入煤漿中) 。(6)K2O和Na2O含量增高，煤灰熔融溫度顯著下降，每增加1，煤灰的FT 溫度平均降低17.7 。(7) 硫在煤灰中起降低熔融溫度的作用。煤灰熔融溫度的計(jì)算方法長期以來，除實(shí)測(cè)外，國內(nèi)外學(xué)者做了大量研究工作，提出了幾種根據(jù)煤灰化學(xué)組成預(yù)測(cè)煤灰熔融溫度的方法。如姚星一、王文森根據(jù)我國煤灰組成特點(diǎn)，提出了灰熔融溫度FT 計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式：(1) 、(2) 適用于b(b即為Fe2O3 +CaO+M

31、gO+KNaO)小于30的煤灰。(3)式適用于b 大于30的煤灰；如果(2.5b+20Al2 O3)<332 ，應(yīng)再加上2332一(2.5b+20Al2O3);如果 (3.3b +10SiO2 )<475 ，應(yīng)再加上2475 (3.3b+10SiO2)，這些經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算出的FT 值一般和實(shí)測(cè)值之差在100以內(nèi)。Winegartner和 Rhodes，Sondreal和 Ellman分別利用大量美國煤樣的分析數(shù)據(jù)，通過回歸分析，得到能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)煤灰熔融溫度的預(yù)測(cè)方程；Vincent研究了新西蘭煤灰化學(xué)組成和熔融溫度之間的關(guān)系。他根據(jù)特定煤田的煤灰組成，利用多元回歸法、逐步回歸法來預(yù)測(cè)煤

32、灰熔融溫度。平戶瑞穗根據(jù)煤灰中主要化學(xué)成分如CaO、Fe2 O3 、Al 2 O3 和SiO2 與熔融溫度之間的關(guān)系建立了多元回歸方程( 相關(guān)系數(shù) r 0.95) ，能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)煤灰熔融溫度。3.2灰渣的粘溫特性科技工作者通過大量的研究，分析了煤灰各組分對(duì)灰渣粘度的綜合影響并回歸出許多經(jīng)驗(yàn)公式，其中較為常用的是灰渣粘度為250Pa·s 所對(duì)應(yīng)的溫度t 250：通過 t 250 的高低大致可以判斷灰渣流動(dòng)性能。t 250 低說明氣化爐在較低的溫度下即可順利排渣。WattFereday等人對(duì)灰渣成分對(duì)粘度的影響進(jìn)行了回歸，得出如下關(guān)系式：根據(jù)煤灰渣成分計(jì)算不同溫度下的灰渣粘度已成為

33、判斷煤種能否適應(yīng)于Texaco 氣化過程及確定氣化爐操作溫度范圍的重要依據(jù)。4 配煤技術(shù)在 Texaco 煤氣化工藝中的應(yīng)用優(yōu)化 Texaco 配煤的理論依據(jù)是灰熔融溫度、粘溫特性和熔渣的腐蝕性。配煤質(zhì)量的預(yù)測(cè)是基于揮發(fā)分、灰分、發(fā)熱量、灰熔融溫度等與單煤有較好的可加性( 即可加權(quán)平均 ) 而得的。根據(jù)Texaco 爐對(duì)煤質(zhì)的要求及煤質(zhì)適應(yīng)性的主要指標(biāo)，兼顧其他指標(biāo)，選擇價(jià)格最優(yōu)或灰分最少，運(yùn)用線性規(guī)劃模型來求解單煤配比，所得結(jié)果的誤差在工業(yè)生產(chǎn)允許的范圍內(nèi)，并可在試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)一步校正。配煤、摻焦可以使不能適應(yīng)Texac 。氣化工藝的單煤或石油焦等低品質(zhì)原料氣化，并可保持Texaco 爐的操作穩(wěn)定和長周期運(yùn)行，減少或不用助熔劑，降低氧耗、 煤耗等優(yōu)點(diǎn)。 由于石油焦和低碳煤的價(jià)格低廉，商業(yè)性較好， 美國灘帕電廠、 日本宇部氨廠已將石油焦與煤混合制漿作為Texaco氣化爐進(jìn)料。操作運(yùn)行情況良好。尤其是日本宇部氨廠在石油焦?jié){中加入助熔劑( 鍋爐飛灰和石灰粉) 進(jìn)行石油焦氣化試驗(yàn)獲得成功后，于1996 年 9 月直接使用石油焦?jié){作為氣化爐進(jìn)料，工藝運(yùn)行情況良好。5 Texaco 工業(yè)化裝置對(duì)煤質(zhì)選擇的實(shí)例介紹5.1陜西渭化 Texaco 裝置的煤質(zhì)選擇陜西渭河化肥廠