陳朝南

（中海油惠州石化有限公司，廣東惠州 516086）

煤氣化生產(chǎn)是借助于煤、氣化劑通過(guò)多種反應(yīng)后實(shí)現(xiàn)的有機(jī)物轉(zhuǎn)化過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，能夠?qū)嵉玫揭谎趸?、二氧化碳、甲烷與氫氣等多種產(chǎn)物。目前，從世界范圍上來(lái)看，煤炭資源儲(chǔ)量豐富的國(guó)家有很多，借助于氣化處理模式，不但可以獲得更為清潔的能源，同時(shí)也有利于解決區(qū)域經(jīng)濟(jì)模式與能源模式結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)的問(wèn)題。針對(duì)我國(guó)這樣多煤少油的國(guó)家，采用煤氣化生產(chǎn)技術(shù)更能夠適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的客觀需求。新型煤氣化生產(chǎn)模式相比于傳統(tǒng)模式更適應(yīng)行業(yè)發(fā)展需求，但是其對(duì)于煤質(zhì)、煤種卻具有一定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，現(xiàn)就煤種、煤質(zhì)對(duì)煤氣化生產(chǎn)技術(shù)的影響特征進(jìn)行分析。

1 煤種對(duì)氣化生產(chǎn)的影響

煤種對(duì)氣化生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生各種復(fù)雜的影響，主要體現(xiàn)在熱值、組分以及消耗指標(biāo)等具體方面。

1.1 煤種對(duì)組分、熱值的影響

不同類型的煤種在煤氣化過(guò)程中會(huì)對(duì)產(chǎn)物的熱值、產(chǎn)率產(chǎn)生不小的影響。根據(jù)一般生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，煤階較低時(shí)，煤氣中的甲烷、二氧化碳含量相對(duì)比較高，而一氧化碳則較低，此時(shí)根據(jù)熱值分別進(jìn)行排位，劃分為褐煤、煙煤與無(wú)煙煤。根據(jù)煤化程度來(lái)進(jìn)行劃分的煤種，揮發(fā)分較高時(shí)，熱解煤的產(chǎn)率也會(huì)相應(yīng)地增加，熱解煤當(dāng)中的甲烷含量會(huì)隨之增加。在降低化學(xué)活性時(shí)，氣化反應(yīng)的溫度也會(huì)隨之發(fā)生變化，向著有利于甲烷生產(chǎn)的方向發(fā)展，煤種對(duì)高溫火焰區(qū)溫度的影響如圖1。

圖1 煤種對(duì)高溫火焰區(qū)溫度的影響

大多數(shù)情況下，煤氣產(chǎn)率會(huì)隨著煤氣化水平發(fā)生變化，揮發(fā)分較低的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)變?yōu)榻褂陀袡C(jī)物的產(chǎn)品增加，此時(shí)揮發(fā)分會(huì)下降，轉(zhuǎn)化為有機(jī)物的數(shù)量降低，生成的煤氣量增加。如果煤化程度進(jìn)一步加強(qiáng)，則會(huì)導(dǎo)致二氧化碳的含量下降，此時(shí)脫除二氧化碳后的煤氣產(chǎn)率會(huì)相應(yīng)地增加。

1.2 煤種對(duì)消耗指標(biāo)的影響

煤種的選擇也會(huì)對(duì)各種消耗指標(biāo)產(chǎn)生影響。根據(jù)煤氣化生產(chǎn)的化學(xué)過(guò)程特征來(lái)看，其本身屬于吸熱反應(yīng)，隨著煤質(zhì)的變化，會(huì)出現(xiàn)固定碳含量的波動(dòng)，此時(shí)相應(yīng)的煤氣化過(guò)程中的水蒸氣、氧氣需求也會(huì)相應(yīng)地增加。根據(jù)這個(gè)特征來(lái)看，一些煤種反應(yīng)過(guò)程中更容易放熱，利于正反應(yīng)的進(jìn)行，通過(guò)降低氧氣消耗量的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)成本控制以及經(jīng)濟(jì)效益的提升。

2 煤質(zhì)對(duì)氣化生產(chǎn)的影響

2.1 粒徑對(duì)氣化生產(chǎn)的影響

一般來(lái)說(shuō)，氣化爐的設(shè)計(jì)往往需要與不同類型的煤質(zhì)相互匹配，所以氣化爐對(duì)于原煤的粒徑會(huì)存在一定的要求。比如說(shuō)常規(guī)移動(dòng)氣化爐對(duì)于粒徑的要求為10～100mm，這些煤塊相對(duì)更為均勻，而流化床氣化爐生產(chǎn)過(guò)程中則要求顆粒更小的細(xì)煤，氣流床應(yīng)該控制在0.1mm左右。粒徑越小，煤的比表面積就越高，反應(yīng)介質(zhì)接觸面積也會(huì)相應(yīng)的增加。另外，吸附與擴(kuò)散的速度也會(huì)相應(yīng)的增加，導(dǎo)致氣化反應(yīng)的速率增加。在粒徑相對(duì)較小的情況下，氣化床的床層阻力會(huì)發(fā)生變化，這不利于單爐生產(chǎn)能力的提升。另外，還會(huì)導(dǎo)致水蒸氣的消耗量增加。煤的粒徑較大，傳熱的效率會(huì)降低，此時(shí)煤的內(nèi)外溫差會(huì)增加，在有效的時(shí)間內(nèi)不會(huì)完全氣化，導(dǎo)致氣化過(guò)程發(fā)生疊加現(xiàn)象，此時(shí)碳含量還會(huì)進(jìn)一步增加，導(dǎo)致產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率下降。粒徑分布對(duì)于產(chǎn)物也會(huì)產(chǎn)生影響，如果存在粒徑分布的范圍寬泛的情況，則容易出現(xiàn)風(fēng)洞、偏析等問(wèn)題，這些問(wèn)題一旦出現(xiàn)會(huì)顯著削弱氣化強(qiáng)度，進(jìn)而導(dǎo)致氣流帶出大量的小煤粒。

2.2 含水量對(duì)氣化生產(chǎn)的影響

一般來(lái)說(shuō)，要求煤種含水量要盡可能小，這樣一來(lái)就可以避免水分加熱處理過(guò)程中帶走大量的熱量，同時(shí)也會(huì)增加氧氣的消耗量，增加生產(chǎn)的成本。但是，考慮到生產(chǎn)過(guò)程中也存在一些特殊情況的煤，這些煤的熱穩(wěn)定性較差，加熱處理后容易出現(xiàn)煤氣攜帶粉塵的問(wèn)題，所以一定比例的含水量也是必不可少的。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，含水量控制在3%～5%能夠有效提升生產(chǎn)效率，同時(shí)避免煤氣攜帶粉塵的問(wèn)題，使得煤具有良好的流動(dòng)狀態(tài)。

2.3 灰分對(duì)氣化生產(chǎn)的影響

灰分對(duì)于氣化生產(chǎn)具有阻礙作用。根據(jù)生產(chǎn)原理來(lái)看，灰分含量較高，會(huì)導(dǎo)致氣化劑與原料的接觸面積下降，從而出現(xiàn)氣化速率下降的問(wèn)題。排出爐外的部分與殘?zhí)剂棵芮邢嚓P(guān)，氣化效率與凈煤氣的產(chǎn)率有關(guān)。除此之外，煤種的灰分含量較高，會(huì)導(dǎo)致氣化爐、排灰系統(tǒng)發(fā)生磨損與消耗，這會(huì)導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)原先的設(shè)計(jì)壽命，提前損壞或者報(bào)廢。根據(jù)研究表明，灰分當(dāng)中的金屬氧化物對(duì)于氧化反應(yīng)的催化劑也會(huì)產(chǎn)生影響，氧化劑的含量較高，催化的整體性能也會(huì)更為突出，其中起到主要催化作用的材料是堿金屬與堿土金屬。

2.4 硫分對(duì)氣化生產(chǎn)的影響

氣化生產(chǎn)中，煤種絕大多數(shù)的硫都會(huì)成為硫化氫氣體進(jìn)入煤氣中。所以，氣化生產(chǎn)產(chǎn)物的硫化氫含量往往與原材料的含硫量相關(guān)聯(lián)。較高的硫化氫含量會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程中污染處理的成本快速增加，同時(shí)也會(huì)存在催化劑中毒失效的風(fēng)險(xiǎn)，甚至?xí)?dǎo)致管道腐蝕，帶來(lái)嚴(yán)重的生產(chǎn)安全問(wèn)題。由此可見(jiàn)，含硫比例對(duì)于氣化生產(chǎn)也會(huì)產(chǎn)生不小的影響。

2.5 灰熔點(diǎn)對(duì)氣化生產(chǎn)的影響

灰熔點(diǎn)又稱為灰燒融性，一般是指煤灰當(dāng)中酸性成分含量的影響，隨著灰熔點(diǎn)的增加，其會(huì)導(dǎo)致煤氣化生產(chǎn)過(guò)程中更容易出現(xiàn)結(jié)渣的問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致煤氣整體質(zhì)量下降。針對(duì)灰熔點(diǎn)較高的煤，采取較高氣化溫度來(lái)進(jìn)行處理，能夠提升反應(yīng)的效率并控制水蒸氣的消耗量。相對(duì)的，較低灰熔點(diǎn)的煤，則需要添加更多的水蒸氣來(lái)滿足生產(chǎn)過(guò)程的控制需求。

2.6 黏結(jié)性對(duì)氣化生產(chǎn)的影響

黏結(jié)性主要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的氣流分布產(chǎn)生影響，如果黏結(jié)性較強(qiáng)，那么意味著更容易出現(xiàn)大塊結(jié)合的問(wèn)題，導(dǎo)致分工不均勻，工況更容易出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)。如果黏結(jié)性適中，則在滿足基本生產(chǎn)要求的同時(shí)降低工藝設(shè)計(jì)的要求。

2.7 化學(xué)活性對(duì)氣化生產(chǎn)的影響

化學(xué)反應(yīng)活性是指煤炭在不同條件下的化學(xué)反應(yīng)能力。根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，褐煤的化學(xué)活性最高，無(wú)煙煤的最小?；瘜W(xué)反應(yīng)活性與氣化處理溫度和原材料的消耗量相關(guān)，氣化反應(yīng)的速度快，可以在更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到平衡，也更容易滿足氣化強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。

2.8 機(jī)械強(qiáng)度與氣化生產(chǎn)的影響

機(jī)械強(qiáng)度對(duì)于氣化生產(chǎn)也會(huì)產(chǎn)生影響。大多數(shù)情況下，高階煤的機(jī)械強(qiáng)度更高，而中等煤化水平的焦煤往往機(jī)械強(qiáng)度較小。機(jī)械強(qiáng)度的影響主要體現(xiàn)在抗碎能力方面，是否更容易被粉碎成粉末，這也會(huì)影響煤氣化生產(chǎn)過(guò)程中的損失量。另外，較強(qiáng)的機(jī)械性能可能存在導(dǎo)致氣化爐操作異常問(wèn)題，這也不利于后期設(shè)備的維修與養(yǎng)護(hù)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，煤氣化生產(chǎn)對(duì)于煤質(zhì)煤種具有不同的要求，但是這并不意味著較劣質(zhì)的煤炭原材料無(wú)法參與生產(chǎn)，通過(guò)科學(xué)的技術(shù)調(diào)整，往往可以匹配不同類型的煤質(zhì)與煤種原材料，在實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)與統(tǒng)籌的基礎(chǔ)上，促進(jìn)煤氣化生產(chǎn)的過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的雙豐收，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)化調(diào)整做出積極的貢獻(xiàn)。