摘 要:本文闡述了殼牌煤氣化的工藝原理及氣化工藝裝置的特點(diǎn)，簡(jiǎn)單討論介紹了煤質(zhì)對(duì)Shell煤氣化工藝的影響。

關(guān)鍵詞:殼牌 煤氣化 原料煤 煤質(zhì)

中圖分類號(hào):TD3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)04(b)-0027-01

1 引言

煤炭氣化是潔凈、高效利用煤炭的最主要途徑之一，國(guó)內(nèi)外發(fā)展了各種不同的煤氣化工藝。煤氣化是指在一定的溫度和壓力等條件下，將經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理的原料煤轉(zhuǎn)化為具有多種用途的氣態(tài)產(chǎn)物的工藝過(guò)程。按照氣化過(guò)程中是否加入氣化劑或加入氣化劑量，以及煤中可燃成分轉(zhuǎn)化為煤氣的程度，將煤氣化分為部分氣化和完全氣化兩大類[1]。

自20世紀(jì)50年代起，殼牌公司就參與了氣化技術(shù)的開發(fā)。當(dāng)時(shí)，該公司開發(fā)了油位原料的殼牌氣化技術(shù)，并成功的建成了多套裝置。1976年，殼牌公司建成處理煤量為6t/d的試驗(yàn)裝置，利用該裝置試驗(yàn)了30多種不同的煤種，充分證明了此方法的廣泛適用性[2]。目前，河南龍宇煤化工有限公司殼牌煤氣化是國(guó)內(nèi)最大的投產(chǎn)運(yùn)行的煤制甲醇?xì)饣b置，經(jīng)過(guò)近四年來(lái)的生產(chǎn)運(yùn)行發(fā)現(xiàn)煤質(zhì)對(duì)殼牌煤氣化工藝操作存在很大的影響。

2 煤質(zhì)對(duì)殼牌煤氣化化工藝操作的影響

Shell煤氣化工藝以干煤粉為原料、純氧及蒸汽作為氧化劑，液態(tài)排渣，屬加壓氣流床氣化。送進(jìn)氣化爐，煤粉、氧氣及蒸汽在氣化爐高溫加壓條件下發(fā)生碳的氧化及各種轉(zhuǎn)化反應(yīng)。氣化爐內(nèi)部約1400～1500℃的高溫煤氣由循環(huán)氣體激冷，經(jīng)輸氣管道，然后進(jìn)入合成氣冷卻器作進(jìn)一步冷卻，同時(shí)產(chǎn)生高、中壓蒸汽。從氣化爐出來(lái)的合成氣中所攜帶的少量灰分顆粒，經(jīng)陶瓷濾芯過(guò)濾器中分離除去，然后合成氣經(jīng)濕法洗滌系統(tǒng)，處理后的合成氣送后續(xù)工序。

2.1 煤的可磨性與可磨性指數(shù)

煤的可磨性是指煤研磨成粉的難易程度。可磨性是煤加工利用過(guò)程的一個(gè)重要指標(biāo)，是制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行中的一個(gè)主要參數(shù)。某一種煤的可磨性指數(shù)是將煤磨碎到與標(biāo)準(zhǔn)煤同一細(xì)度所消耗電能的比值?？赡バ灾笖?shù)越小，說(shuō)明煤的可磨性越好，將煤磨碎到與某標(biāo)準(zhǔn)細(xì)度所消耗的能耗低，煤越容易被磨到殼牌煤氣化裝置燃燒氣化所需粒度的煤粉。但是殼牌煤氣化對(duì)于粉煤粒度有一定的要求，適合殼牌煤氣化的粉煤粒度為:大于10微米小于90微米的粉煤占80%左右。煤粉粒度過(guò)大，粉煤反應(yīng)不完全且在輸送過(guò)程中磨損設(shè)備嚴(yán)重和流動(dòng)性能差不易輸送，同時(shí)粉煤過(guò)細(xì)也會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)性不好并且容易帶來(lái)積灰影響等。

2.2 煤的灰分

煤的灰分，是指煤完全燃燒后剩下的殘?jiān)?。是煤中可燃物完全燃燒，煤中礦物質(zhì)(除水分外所有的無(wú)機(jī)質(zhì))在煤完全燃燒過(guò)程中經(jīng)過(guò)一系列分解、化合反應(yīng)后的產(chǎn)物，灰分也稱為灰分產(chǎn)率。由于Shell煤氣化為保護(hù)水冷壁，采用以渣抗渣，如果灰分含量太低，爐內(nèi)掛渣不好，起不到爐壁的保護(hù)作用，影響氣化爐的使用壽命?；曳趾看?，也會(huì)使合成氣冷卻器積灰明顯，致使換熱效果差等，也增大了后工序14單元除渣單元的負(fù)荷和15單元干法除灰系統(tǒng)的負(fù)荷，增加了結(jié)渣和堵灰的幾率，同時(shí)灰分含量大，灰渣帶走大量的熱，氣化增大比氧耗和比煤耗，降低了熱效率，影響裝置的生產(chǎn)能力。對(duì)于單煤煤種，隨著煤種灰分產(chǎn)率的上升，煤的可磨性指數(shù)升高[3]。這說(shuō)明灰分高，對(duì)磨煤和氣化都有較大影響，能耗增大，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致氣化爐產(chǎn)渣量過(guò)大而出現(xiàn)氣化爐停車事故。

2.3 揮發(fā)分

煤的揮發(fā)分是指煤中有機(jī)質(zhì)在高溫下裂解產(chǎn)生的氣態(tài)及蒸汽產(chǎn)物，它是反映煤的變質(zhì)程度的重要標(biāo)志。揮發(fā)分的高低，是影響反應(yīng)活性的一個(gè)重要因素，揮發(fā)分越高，對(duì)氣化反應(yīng)越有利，但揮發(fā)分高對(duì)粉煤的貯存影響較大。依據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，粉煤的儲(chǔ)存必需在惰性環(huán)境條件下，否則極易引起煤粉自燃和爆炸，所以在長(zhǎng)期停車或缺少氮?dú)獾那闆r下，必需對(duì)12單元粉煤加壓系統(tǒng)粉煤儲(chǔ)倉(cāng)進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，防止發(fā)生燜燃、自燃甚至爆炸。

2.4 煤的反應(yīng)活性

煤的反應(yīng)活性是指在一定條件下，煤與不同的氣化介質(zhì)(如CO、CO2、H2、水蒸汽)相互作用的反應(yīng)能力，通常在一定溫度下，以一定量流速通入CO2。用CO2的還原率來(lái)表示煤的反應(yīng)活性，CO2還原性越高，煤的活性越好。

在煤氣化中主要反應(yīng)如下:

C+O2→CO2-Q

C+CO2→2CO+Q

C+2H2O→2H2+CO-Q

其中C與CO2反應(yīng)生成CO的反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)，其平衡取決于溫度和壓力[4]。提高反應(yīng)溫度，降低反應(yīng)壓力和原料的反應(yīng)活性，有利于CO的生成。同時(shí)，在可逆反應(yīng)碳與二氧化碳反應(yīng)生成一氧化碳中，煤粉越細(xì)，二氧化碳與碳粉接觸面增大，也就是說(shuō)，二氧化碳與碳粉反應(yīng)的機(jī)率增多，正反應(yīng)速率增大，有利于CO的生成，煤粉越細(xì)給輸送及積灰都帶來(lái)影響。

2.5 固定碳

固定碳是煤轉(zhuǎn)化程度和確定煤炭質(zhì)量用途的的標(biāo)志，固定碳含量是指從測(cè)定煤樣除去水分和揮發(fā)分后所得殘?jiān)袦p去灰分后的殘留物。固定碳的多少直接影響裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，影響氣化負(fù)荷及煤氣組分，特別在換煤種過(guò)程中，如果固定碳差別太大，氧碳比不易控制，造成氣化爐超溫，損壞氣化爐附件。河南龍宇煤化工使用CO2代替N2作為輸送煤粉的載氣，這樣就增加了CO2+C=2CO的反應(yīng)，降低了氧耗，降低有效煤氣中的雜質(zhì)含量，提高了煤氣中有效氣含量，同時(shí)降低下游消除有效氣中雜質(zhì)工藝的負(fù)荷，有效地提高殼牌煤氣化裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

2.6 煤的灰熔點(diǎn)和灰渣粘溫特性

灰熔點(diǎn)和粘溫特性是煤氣化很重要的指標(biāo)?；胰埸c(diǎn)是指煤灰的軟化、熔融的溫度。粘灰熔點(diǎn)高，煤灰的軟化、熔融溫度高，氣化操作溫度高，氧耗比大，比煤耗大，對(duì)設(shè)備的使用壽命很大影響。粘溫特性是指煤的灰分在不同溫度下熔融時(shí)，液態(tài)灰所表現(xiàn)的流動(dòng)性，一般用灰粘度表示?；以硿靥匦圆?，液態(tài)渣在流動(dòng)過(guò)程中隨著溫度的降低，黏度直線上升、灰渣流動(dòng)性減弱，大量渣掛在水冷壁，積渣過(guò)多時(shí)可能導(dǎo)致垮渣，堵塞落渣口，氣化正常生產(chǎn)受到影響，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致停車。灰渣粘溫特性表示灰粘度與溫度的關(guān)系，灰粘度隨溫度變化太敏感，灰渣粘溫特性差，對(duì)氣化操作溫度要求比較苛刻，氣化可操作溫度范圍較窄，不易于操作。

3 結(jié)語(yǔ)

殼牌煤氣化裝置，已在我國(guó)得到了較快的發(fā)展，隨著殼牌煤氣化裝置的開車運(yùn)行，在生產(chǎn)中也暴露了不少實(shí)際問(wèn)題，特別是煤質(zhì)對(duì)殼牌煤氣化工藝操作的影響，單一的煤種不能完全適合殼牌煤氣化裝置的生產(chǎn)需要，殼牌煤氣化裝置對(duì)煤質(zhì)有一定的適應(yīng)性，通過(guò)配煤技術(shù)可以穩(wěn)定殼牌煤氣化裝置生產(chǎn)的操作。隨著生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累和技術(shù)改進(jìn)，相信殼牌煤氣化技術(shù)一定會(huì)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]許祥靜，劉軍主.煤炭氣化工藝.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005，3:1-3.

[2]唐宏青．煤化工工藝技術(shù)評(píng)述與展望．燃料化學(xué)學(xué)報(bào)，2001，29(1):1-5．

[3]張妮妮.煤的可磨性指數(shù)變化及破碎機(jī)理研究.浙江大學(xué)，2006.

[4]朱之培，煤化學(xué)，上海，上?？茖W(xué)出版社，1984，274-277.