煤質(zhì)對殼牌煤氣化工藝操作的影響

王 龍

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

引 言

煤氣化工藝作為我國高效利用清潔煤炭資源的重要方式、方法之一，近年來國內(nèi)外針對煤氣化工藝的研究越發(fā)的深入。煤氣化工藝是指在一定的外界環(huán)境條件下，施加一定的溫度、壓力、壓強(qiáng)等條件，將經(jīng)過處理的原材料轉(zhuǎn)化為具備更多使用用途的氣態(tài)化工藝。截止目前我國常見的煤氣化工藝可以根據(jù)實(shí)際的反應(yīng)、生成過程中所添加的催化劑種類或計(jì)量上的不同，分為部分氣化和完全氣化兩類。針對煤氣化工藝來說，殼牌自20世紀(jì)初期便開始了有關(guān)煤氣化工藝的研究工作，直至目前已經(jīng)成功構(gòu)建了數(shù)個(gè)成功的煤氣化工藝裝置。并通過數(shù)十種方案的不間斷實(shí)驗(yàn)，向世界證明了該煤氣化方法的適用性情況。目前，殼牌煤氣化工藝已經(jīng)被我國某煤化工有限公司投入運(yùn)行。隨著殼牌煤氣化工藝在其應(yīng)用中的不斷深入，其中存在的問題也愈發(fā)的展露出來，其中煤質(zhì)對于殼牌煤氣化工藝操作的影響尤為明顯。

1 殼牌煤氣化工藝操作的工藝流程及反應(yīng)原理

1.1 殼牌煤氣化工藝操作的工藝流程

目前常見的殼牌氣化工藝流程中，用作原料的煤在處理后經(jīng)氮?dú)鈳ズ罄m(xù)進(jìn)行磨煤和干燥的系統(tǒng)中，在該系統(tǒng)環(huán)節(jié)中操作對于煤粉的要求通常需要控制在0.05 mm～0.1 mm以下，水分指標(biāo)<2.05%后，被運(yùn)送到常壓過度倉后，經(jīng)3.56 MPa～3.67 MPa的氧氣噴射后進(jìn)入氣化爐內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)[1]。在氣化爐內(nèi)，原料煤與空分純度為95的灰質(zhì)在1 500 ℃及2.78 MPa下的恒定條件下發(fā)生氣化，后再經(jīng)氣化內(nèi)分子變化、脫硫等工藝得到目標(biāo)合成氣，其工藝流程如圖1所示。

圖1 殼牌煤氣化工藝流程

1.2 殼牌煤氣化工藝操作的反應(yīng)原理

在實(shí)際操作中，是煤粉、氧氣(O)以及蒸汽在氣化過程中接受高溫加壓會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)換反應(yīng)的原理所制成的。由此，能夠?qū)γ簹饣に嚟h(huán)節(jié)造成較為明顯影響的因素應(yīng)控制在煤質(zhì)、外界環(huán)境、灰分顆粒等問題上，其中對于煤氣化工藝操作影響最為明顯的就是煤質(zhì)所帶來的影響[2]。

2 煤質(zhì)對殼牌煤氣化工藝操作的影響

根據(jù)實(shí)際的殼牌煤氣化工藝操作的理解、實(shí)踐，目前我國煤氣化操作中，影響煤質(zhì)的因素主要包括以下幾個(gè)方面：

2.1 煤的可磨性指數(shù)

煤的可磨性是指在一定狀態(tài)下將煤體研磨成煤粉的可供研磨指數(shù)。這一指數(shù)是進(jìn)行后續(xù)煤體加工的重要參數(shù)之一，是影響后續(xù)煤體煤氣化工藝操作進(jìn)行的重點(diǎn)，在這一環(huán)節(jié)中，操作人員通常會(huì)在操作進(jìn)行前進(jìn)行煤體可磨性指數(shù)測試。殼牌煤氣化工藝中要求煤體顆粒情況如表1所示。

表1 殼牌煤氣化工藝中要求煤體顆粒情況

2.2 煤體的灰分性指數(shù)

煤體的灰分指數(shù)是指煤質(zhì)在經(jīng)完全燃燒過程后所剩余的煤質(zhì)殘?jiān)龋菍⒚嘿|(zhì)中全部可燃物經(jīng)完全燃燒后，礦物質(zhì)灰化的產(chǎn)物。在殼牌煤氣化工藝操作過程中，設(shè)計(jì)者采用了“以渣抗渣”的創(chuàng)新水冷壁保護(hù)模式，在這一模式中爐內(nèi)在煤質(zhì)充分燃燒后將灰渣掛在爐體內(nèi)部，從而形成一層天然的保護(hù)膜，進(jìn)而為爐體打造抗渣的作用[3]。但是在這一環(huán)節(jié)中，根據(jù)煤質(zhì)的灰分程度不同也會(huì)對爐體造成不同程度的影響，影響程度如表2所示。

表2 灰分程度不同對爐體造成不同程度的影響

2.3 煤體的發(fā)熱量情況

煤體的發(fā)熱量水平對后續(xù)的氣化環(huán)節(jié)也有著重要的影響，例如，水煤漿中可以用于氣化反應(yīng)的進(jìn)料中大都含有35%左右的水平，并在空氣干燥基位針對該區(qū)域的發(fā)熱量不得少于每公斤22/5 MJ[4-5]。例如，在溫度一定的情況下，煤渣的黏合度情況隨著燃燒中二氧化硫(SO2)、三氧化二鋁(AL2O3)等物質(zhì)的含量增加而隨之發(fā)生改變，揮發(fā)分過高會(huì)在一定程度上增加煤質(zhì)自燃、自爆的幾率，這就要求在實(shí)際的煤氣化操作中針對揮發(fā)分進(jìn)行良好的處置同時(shí)將煤質(zhì)存放在相對惰性的氣體中來，并將煤渣粘度控制在10 Pa～25 Pa之內(nèi)，并針對存放煤質(zhì)的區(qū)域進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控，避免因煤質(zhì)的自燃、自爆對煤氣化企業(yè)造成較為惡劣的后果。

2.4 煤的工業(yè)性及其影響元素分析

煤質(zhì)的反應(yīng)活性，是指在相應(yīng)條件下煤質(zhì)與不同介質(zhì)間相互作用的反應(yīng)能力情況，在煤質(zhì)匯總O、C或者N的含量越高，其影響越明顯，所以，在實(shí)際的應(yīng)用中操作人員大都應(yīng)用通入CO2方式進(jìn)行有關(guān)煤質(zhì)活性的測試，通常情況下，煤質(zhì)的活性越好，越有利于其煤氣化工藝產(chǎn)物的生成，與此同時(shí)，由于CO2與煤質(zhì)大量接觸會(huì)提升實(shí)際反應(yīng)中的效率，所以CO2也可以作為實(shí)際操作中的煤質(zhì)催化劑，來幫助煤氣化工藝操作的順利進(jìn)行。

2.5 煤的固定碳指數(shù)及煤的灰熔點(diǎn)和灰渣粘溫等問題

這一指數(shù)通常情況下向人們展現(xiàn)了煤質(zhì)在煤氣化工藝操作過程中的轉(zhuǎn)化程度，是確定煤炭的質(zhì)量、用途等參數(shù)的重要指標(biāo)，通常情況下其操作溫度大都控制在135 ℃左右，以正常運(yùn)行的同時(shí)保證順利的渣體排除[6-7]。在實(shí)際的測量過程中，煤質(zhì)固定碳的含量等于揮發(fā)后煤質(zhì)剩余的物質(zhì)量除去灰分剩余物質(zhì)的量，這一數(shù)值的大小直接的關(guān)系到了煤氣化裝置的經(jīng)濟(jì)收益情況，例如，在某一煤氣化換煤過程中，如果固定碳指數(shù)的變化過大，并且爐內(nèi)氧、碳的比例情況十分難以控制，就會(huì)造成較為明顯的爐內(nèi)溫度超標(biāo)，損壞爐內(nèi)設(shè)施的同時(shí)為煤氣化操作帶來較為明顯的安全隱患問題。與之相類似的，煤的灰熔點(diǎn)和灰渣粘溫等問題，都會(huì)對設(shè)備的使用壽命、煤氣化質(zhì)量等造成較為明顯的影響。

3 結(jié)語

隨著我國針對煤氣化工藝研究的不斷深入，殼牌煤氣化裝置在我國已經(jīng)得到了較為廣泛的普及，但是隨之而來的問題也愈發(fā)的受到人們的關(guān)注，尤其是煤質(zhì)問題對煤氣化工藝操作中的影響問題，要如何根據(jù)我們煤質(zhì)實(shí)際情況，針對殼牌煤氣化裝置的適應(yīng)性作出適配，在保證煤氣化工藝操作安全、穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，達(dá)到氣化收益、效率的最高成為了我國煤氣化工藝操作、研究人員所研究的重點(diǎn)問題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 萬國鵬,宋強(qiáng).煤的成分對Shell煤氣化工藝操作的影響分析[J].化肥設(shè)計(jì),2017(4):32-35.

[2] 王偉.Texaco煤氣化爐堵渣問題探討[J].能源化工,2017(3):16-20.

[3] 諸葛杰源,湯吉祥.煤質(zhì)變化對殼牌粉煤氣化工藝的影響[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2014(24):169-170.

[4] 潘強(qiáng),楊紅波,任淑榮.寧東礦區(qū)煤質(zhì)與氣化技術(shù)的匹配性研究[J].潔凈煤技術(shù),2013(2):36-38.

[5] 周朋燕.合成氨煤氣化工藝評述及工藝方案的選擇[J].山西化工,2012(5):67-70.

[6] 張鴻儒,張洪剛,郭零.煤質(zhì)對殼牌煤氣化工藝操作的影響[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2012(11):27.

[7] 張進(jìn)春.氣流床煤氣化工藝性能穩(wěn)健優(yōu)化與控制研究[D].長沙：中南大學(xué),2011:170.