煤的適應(yīng)性對水煤漿加壓氣化的影響研究

高智武 張海國 劉劍(新能能源有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014300)

煤的適應(yīng)性對水煤漿加壓氣化的影響研究

高智武 張海國 劉劍(新能能源有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014300)

煤的適應(yīng)性直接決定了水煤漿加壓氣化工藝運行效果，煤的熱量、灰分含量、元素、濃度及粉度等是水煤漿加壓氣化工藝參數(shù)的重要影響因素。本文分析了水煤漿加壓氣化的工藝原理及水煤漿的特性，概述了水煤漿加壓技術(shù)的優(yōu)缺點。

固體酸法；硫酸法；氫氟酸法；綜合對比

1 水煤漿加壓氣化工藝簡介

20世紀30年代美國德士古公司開發(fā)了較為成熟的水煤漿加壓氣化工藝，與之前傳統(tǒng)的碎煤加壓氣化工藝相比，該法的熱效率更高。我國在20世紀80年代初引進了德士古水煤漿加壓氣化的工藝和生產(chǎn)設(shè)備，開始了煤制氣的新時代。早期是應(yīng)用在合成氨的生產(chǎn)過程中，同其他的工藝技術(shù)相比，水煤漿加壓氣化工藝具有裝置結(jié)構(gòu)簡單，煤種要求范圍廣、生產(chǎn)易控制、能量利用率高等優(yōu)點，成為目前最具代表性的工藝方法。

這里以德士古水煤漿加壓氣化工藝為例，簡要介紹水煤漿加壓氣化工藝。水煤漿加壓氣化工藝的主要載體為水煤漿加壓氣化爐，氣化爐配有燒嘴與耐火磚，整個氣化爐被分割成燃燒室功能區(qū)和激冷室功能區(qū)，通過氣化爐的爐底排除煤渣。這種裝置所帶有的氣流床激冷流程在實際工作中氣化爐的激冷環(huán)和渣口很容易被堵塞，并且合成氣帶灰在運行中所帶有的灰塵超標，阻礙氣化爐功能實現(xiàn)，這些技術(shù)缺失降低了氣化爐的使用效率，但是如今已有很多企業(yè)根據(jù)發(fā)展需要加以改進，例如通過激冷室出口和洗滌塔等對灰塵超標問題進行優(yōu)化。

2 煤的適應(yīng)性對水煤漿加壓氣化工藝的影響

2.1 煤的灰分及熔點對水煤漿加壓氣化工藝的影響

未經(jīng)處理的原料煤的灰分成分有很多，包括二氧化硅、三氧化鋁、氧化鈣等。原料煤中的灰分含量的增加會引起耗氧量、煤耗量的增加，增加了氧氣及原料煤的消耗，降低了單位煤產(chǎn)生的熱值。例如，灰分每增加10%，耗氧量就會相應(yīng)的增加15%，每公斤原料煤產(chǎn)生的熱量大約會減少3700kJ。原料煤的灰分含量還跟燃燒和氣化過程中產(chǎn)生的灰渣量有直接的關(guān)系，灰分越高，灰渣量越大。當煤渣的熔點較高時，一旦出現(xiàn)爐內(nèi)溫度降低，氣化爐就會產(chǎn)生結(jié)渣現(xiàn)象。結(jié)合我國當前的水煤漿加壓氣化工藝的發(fā)展和工藝操作水平的提升，煤中灰分的質(zhì)量分數(shù)〈13%時能夠經(jīng)濟穩(wěn)定運行。

2.2 煤的構(gòu)成元素對水煤漿加壓氣化工藝的影響

煤的構(gòu)成元素主要包括碳、氫、氧、氮等，煤的含氧性主要體現(xiàn)在吸附能力的大小，煤的含氧官能團越少，煤的吸附性就越強，形成的煤漿濃度越高，但是會引起氣化率的降低，能夠起作用的有效成分變少，會降低反應(yīng)效率和熱值。氮含量決定著灰水系統(tǒng)的pH和氨的生成。pH高能減輕對系統(tǒng)的腐蝕，但使得水中的Ca2+、Mg2+以碳酸鹽的形式引起結(jié)垢，酸度高則對管道和設(shè)備的腐蝕也很嚴重。過多的氨能和生成的CO2反應(yīng)形成碳酸氫銨，在低溫下能堵塞變換工序的管道。

3 原料水煤漿技術(shù)指標

水煤漿的濃度直接影響了氣化反應(yīng)的效果，水煤漿的濃度越高，有效氣含量越高，轉(zhuǎn)化效率會提高，單位質(zhì)量的耗氧量會減少。碳的轉(zhuǎn)化率主要受到煤漿粒度大小的影響，這是因為煤漿粒度影響了煤粒在反應(yīng)爐中的停留時間和氣固反應(yīng)時的接觸效率。除此之外，粒徑大小還和煤漿的表面積有關(guān)，顆粒越小，表面積越大，煤的氣化率就越高。這些因素都是小顆粒比大顆粒更利于氣化反應(yīng)的原因。

水煤漿的流變性直接決定了水煤漿霧化噴燃的效果，因此在進行水煤漿的配制工作時，要確保煤漿的靜態(tài)粘度處在相對較大的范圍內(nèi)且不會產(chǎn)生沉淀。當煤漿處于動態(tài)時，其粘度也會降低。綜上，煤漿的顆粒大小和配制方法都會影響水煤漿的粘度，從而對煤漿的氣化性能產(chǎn)生影響。

4 水煤漿加壓氣化技術(shù)的優(yōu)勢

雖然加壓氣化的效果受到煤特性的影響，但是水煤漿加壓氣化技術(shù)存在顯著的優(yōu)勢，主要如下：第一，對煤種及煤質(zhì)要求低?？梢允褂脽熋?、焦、次煙煤等煤質(zhì)，還不受煤的產(chǎn)地及塊度大小的限制。第二，自動化程度高。加工后的煤漿可以同氧氣連續(xù)不斷地按比例進入氣化反應(yīng)爐，排渣和正常操作不影響生產(chǎn)，系統(tǒng)運行穩(wěn)定且自動化程度高。第三，單位氣體所需能耗少。由于生產(chǎn)裝置的壓力高，產(chǎn)生量大，因此產(chǎn)品具有高壓，這就減少了后續(xù)壓縮工序所需要的能耗，節(jié)省了成本。第四，產(chǎn)品有效成分含量高。通常情況下，加壓氣化產(chǎn)生的煤氣中有效成分(CO+H2)的含量可以占到80%左右，煤氣中烴類物質(zhì)含量很低，產(chǎn)品可以作為合成氨或甲醇生產(chǎn)的原料氣，也可用于聯(lián)合發(fā)電項目。第五，反應(yīng)溫度高，轉(zhuǎn)化率高。氣化爐的反應(yīng)溫度一般在1350℃，煤在經(jīng)過燃燒室后成為熔融態(tài)，碳元素的轉(zhuǎn)化率可以達到96%以上。第六，清潔生產(chǎn)水平高，有利于保護環(huán)境。由于反應(yīng)溫度和壓力高，煤種的揮發(fā)性物質(zhì)直接燃燒，不會產(chǎn)生焦油等污染環(huán)境的廢氣，反應(yīng)產(chǎn)生的廢水中主要污染物是含NH3-N。相較于其他氣化方法，本法廢水成分相對簡單，廢水產(chǎn)生量較少。

5 結(jié)語

煤的灰分、熔點、構(gòu)成元素是反映煤適應(yīng)能力的重要指標。能否制備出高濃度、低黏度水煤漿，滿足水煤漿加壓氣化工藝的要求，煤的適應(yīng)性是關(guān)鍵。水煤漿的加壓氣化法能夠顯著提高煤質(zhì)的適應(yīng)性，因此需要相關(guān)工藝人員能夠合理的調(diào)整工藝參數(shù)，根據(jù)原料的特性，充分發(fā)揮煤漿性能對氣化效果的影響作用。

[1]邢荔波.煤質(zhì)對水煤漿加壓氣化爐操作性能的影響探析[J].煤質(zhì)技術(shù).2016,(01).

[2]張麗娟,田鳳蘭,王飛榮.煤質(zhì)對水煤漿氣化工藝的影響[J].內(nèi)蒙古石油化工,2015,(07).