無煙煤內(nèi)在質(zhì)量與煤棒制氣關(guān)系研究及實踐

洪 鑒

(云南云天化紅磷化工有限公司 云南開遠(yuǎn) 661699)

1 現(xiàn)狀

1.1 無煙煤管控指標(biāo)

云南紅磷化工公司無煙煤管控指標(biāo)是根據(jù)技改后裝置實際情況制定的，主要指標(biāo)為全硫、水分、空干基固定碳、灰熔點，具體控制指標(biāo)見表1。

表1 無煙煤管控指標(biāo)

由于該裝置原設(shè)計使用原料為焦炭，以上指標(biāo)是參照焦炭進(jìn)行控制的，其中灰熔點、固定碳含量根據(jù)無煙煤實際情況進(jìn)行了調(diào)整，固定碳含量、灰熔點、硫含量作為關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行控制。

1.2 不同無煙煤制作的煤棒與造氣制氣效果比較

云南紅磷化工公司采用無煙煤制作的煤棒是腐殖酸煤棒，主要生產(chǎn)工藝：褐煤與NaOH溶液生成具有黏結(jié)性的腐殖酸鈉作為黏結(jié)劑，與粉碎后的無煙煤粉煤混合，然后送入漚化庫漚化，漚化后的混合料經(jīng)煤棒成型機(jī)擠壓生產(chǎn)出煤棒，煤棒經(jīng)烘干塔烘干后輸送至造氣工段。在采用煤棒制氣過程中，時常會出現(xiàn)無煙煤中固定碳含量、灰熔點、硫含量等關(guān)鍵指標(biāo)一致，而制作出的煤棒強度不一致，或制作出的煤棒冷強度一致，但制氣效果大不相同等情況。較為典型的情況比較如下。

(1)無煙煤及制作出的煤棒質(zhì)量指標(biāo)

把2種制氣效果不同的無煙煤分別稱為FM001、FM002，其制得的煤棒分別稱為FM001煤棒、FM002煤棒。兩種無煙煤質(zhì)量指標(biāo)見表2，兩種無煙煤棒質(zhì)量指標(biāo)見表3。

表2 兩種無煙煤質(zhì)量指標(biāo)

表3 兩種無煙煤棒質(zhì)量指標(biāo)

(2)造氣制氣效果

造氣制氣效果從單爐發(fā)氣量、半水煤氣中CO2含量、造氣噸氨旋風(fēng)灰量、噸氨煤棒消耗量等4個維度進(jìn)行比較，結(jié)果見表4。

表4 造氣制氣效果比較

從表4可看出，在無煙煤管控指標(biāo)相差不大、制得的煤棒各質(zhì)量指標(biāo)基本接近的情況下，造氣單爐發(fā)氣量相差1 050 m3/h(標(biāo)態(tài))，半水煤氣中CO2體積分?jǐn)?shù)相差0.70%，噸氨旋風(fēng)灰量相差147.63 kg，噸氨煤棒消耗量相差0.223 t。

在實際操作中，發(fā)現(xiàn)使用FM002煤棒制氣時，造氣爐阻力大，爐溫?zé)o法提高，發(fā)氣量較低，帶出物多，從造氣爐排出的爐渣不成型(全部或大部分呈沙狀)。

1)充分了解牧區(qū)基本情況。如主要用途，水文(水質(zhì))條件，草場以及畜群結(jié)構(gòu)，井深、涌水量、水泵揚程、出水量和動力匹配等問題，避免設(shè)備水土不服而造成的投資浪費。從目前的分析來看，推廣提水設(shè)備，應(yīng)該以小型為主，戶用為主，生產(chǎn)生活兼顧。機(jī)型、組件或互補系統(tǒng)應(yīng)符合牧民的使用管理水平，做到一般用戶買得起、用得上、有效益。

2 無煙煤管控指標(biāo)研究

為解決以上存在的問題，對煤棒制作及無煙煤管控指標(biāo)進(jìn)行了研究。

2.1 增加黏結(jié)劑用量、改變制液配比的試驗

型煤生產(chǎn)裝置添加腐殖酸鈉黏結(jié)劑過程分為制液和放液兩個步驟。制液是將褐煤、液堿及水放置在同一個罐內(nèi)，用蒸汽加熱至95 ℃以上反應(yīng)4 h，生成腐殖酸鈉黏結(jié)劑。放液是將腐殖酸鈉黏結(jié)劑從罐內(nèi)放到無煙煤煤粉中攪拌均勻后漚化48 h以上。云南紅磷化工公司共有4臺制液罐，每臺制液罐理論容積為14.3 m3，制液方式為每臺制液罐加6 m3水、0.8 m3液堿、6斗褐煤(約4.2 t)，放液方式為每罐黏結(jié)劑配120 t無煙煤煤粉。

在出現(xiàn)上述情況后，首先考察了黏結(jié)劑用量的影響。在制液方式不變的前提下，保持原黏結(jié)劑用量，將無煙煤煤粉用量從每罐120 t分別調(diào)整為100、80 t，結(jié)果表明造氣制氣情況變化不大，反而因黏結(jié)劑用量過大，出現(xiàn)漚化煤水分含量高，煤棒成型機(jī)處理率大幅下降，制得的煤棒水分含量過高、冷強度低等情況。

接著考察了提高黏結(jié)劑濃度的影響。在制液時增加液堿和褐煤用量，先增加0.1 m3液堿、半斗褐煤，即每罐加6 m3水、0.9 m3液堿、6.5斗褐煤，然后再把液堿用量提高至1.0 m3，褐煤量增加至7斗，結(jié)果造氣制氣效果均無大的變化，反而帶來新的問題：黏結(jié)劑濃度提高后，黏結(jié)劑流動性不足，放液時不均勻；黏結(jié)劑濃度提高后，加入褐煤反應(yīng)較劇烈，容易產(chǎn)生黏結(jié)劑外溢等情況。

以上研究表明，腐殖酸鈉黏結(jié)劑不是導(dǎo)致造氣爐發(fā)氣量不足、煤耗高等情況的主要原因，通過增加腐殖酸鈉黏結(jié)劑用量，調(diào)整腐殖酸鈉黏結(jié)劑制作配比，不能從根本上解決問題。

2.2 添加膨潤土的試驗

膨潤土是一種黏土巖，亦稱蒙脫石黏土巖，其具有一定的黏結(jié)性，因此部分使用型煤制氣的合成氨裝置采用膨潤土作為添加劑。為解決云南紅磷化工公司造氣生產(chǎn)中存在的問題，在保持腐殖酸鈉黏結(jié)劑添加量不變的情況下，加入部分膨潤土作為添加劑進(jìn)行試驗，添加方式是無煙煤進(jìn)入破碎機(jī)前增加1臺給料機(jī)，膨潤土通過給料機(jī)計量后與無煙煤一起破碎混合，再加入腐殖酸鈉黏結(jié)劑一起漚化。根據(jù)相關(guān)企業(yè)的經(jīng)驗，試驗中膨潤土的添加量為無煙煤質(zhì)量的2%時，造氣制氣效果無明顯改觀。將膨潤土的添加量提高至無煙煤質(zhì)量的3%，造氣制氣效果仍無改觀，而且煤棒固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降了約1%。

2.3 無煙煤灰組分與煤棒制氣的關(guān)系

借鑒氣流床氣化技術(shù)對原料煤中氧化鐵含量、硅鋁比等指標(biāo)進(jìn)行控制，云南紅磷化工公司對無煙煤灰分中各金屬的含量與制氣效果進(jìn)行了比較分析。選取制氣效果較好的FM001無煙煤及制氣效果較差的FM002無煙煤進(jìn)行跟蹤分析，無煙煤灰分中主要成分的分析結(jié)果見表5(10組數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值)。

表5 無煙煤灰分中主要成分的分析結(jié)果

從表5數(shù)據(jù)可知，F(xiàn)M002的Fe2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)較FM001的高1.97%，F(xiàn)M002的Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)較FM001的低2.01%，F(xiàn)M002的CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)較FM001的高2.89%。為驗證這3個指標(biāo)是否影響造氣制氣效果，云南紅磷化工公司采購無煙煤時，除了控制常規(guī)的全硫、水分、空干基固定碳含量以及灰熔點外，對Fe2O3、Al2O3、CaO等含量參照FM001的指標(biāo)進(jìn)行了控制，結(jié)果造氣制氣效果有了大幅改觀，因此基本確定是這3個指標(biāo)影響了造氣制氣效果。

結(jié)合無煙煤來源及價格，取消了Fe2O3含量指標(biāo)，控制Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥26%，CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤3%，基本能滿足制氣要求。同時發(fā)現(xiàn)，在無煙煤中添加洗精煤也會使制得的煤棒質(zhì)量不佳，導(dǎo)致出現(xiàn)單爐發(fā)氣量降低、半水煤氣中CO2含量升高、噸氨旋風(fēng)灰量增大、噸氨煤棒消耗量上升等問題。因此在控制以上指標(biāo)的同時，要求所采購的無煙煤中不允許添加洗精煤。通過一系列管控措施，造氣工段基本未再出現(xiàn)發(fā)氣量差、吹風(fēng)阻力大、帶出物多、噸氨煤棒消耗量高等情況。

3 結(jié)語

造氣是合成氨生產(chǎn)的龍頭，其成本占合成氨生產(chǎn)成本的60%以上，其運行狀況對企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生巨大的影響。固定層間歇式氣化技術(shù)是一個非常復(fù)雜的氣固相反應(yīng)，受多種影響因素的控制，其中最主要的影響因素是原料。通過本次試驗研究，在取得明顯經(jīng)濟(jì)效益的同時，云南紅磷化工公司的技術(shù)人員、管理人員進(jìn)一步加深了對入廠原料管控的認(rèn)識，使入廠原料的管控質(zhì)量有了大幅提高。