壓力、煤漿濃度、氧煤比對水煤漿氣化的影響

第48卷第5期化肥設計Oct,20102010年10月Chemical Fertilizer des瓜力、煤漿濃度、氧煤比對水煤漿氣化的影響崔意華(西北化工研究院,陜西西安710054)摘要:研究了水煤漿氣化技術(shù)操作參數的優(yōu)化途徑;分析了氣化壓力、煤漿濃度、氧煤比(氧碳比、氧漿比)對碳轉化率、產(chǎn)氣率、冷煤氣效率、合成氣有效組分含量等水煤漿氣化參數的影響;對各參數之間的最佳搭配進(jìn)行了優(yōu)化;確定了各個(gè)量的最佳操作值,為氣化裝置低能耗、高效益運行提供依據。關(guān)鍵詞:水煤漿氣化;煤漿濃度;氧煤氣;壓力;碳轉化率中圖分類(lèi)號:TQ545文獻標識碼:A文章編號:1004-8901(2010)05-0023-04Influence of Pressure, Coal Slurry Concentration and Ratio of Oxygen/ Coal onWater Coal Slurry GasificationCUI Yi-hua(North- West Chemical Research Institute, Xian Shanti 710054 China)Abstract: Author has studied the optimizing route for operating parameters of water coal slurry gasification technology has analyzed thegasification pressure, water slurry concentration, oxygen/ coal ration( oxygen/earbon ratio, oxygen/ slurry ratio )on the carbon conversion rate, gas produc-iciency, and effective components of synthetic gas and so on optimization was made for optimal formula between each parame-ter:has determined the optimal operating parameter for each value, it provides the basis for running at low energy consume and with high benefit.Key words: water coal slurry gasification; coal slurry concentration; oxygen/coal ratio; pressure; carbon conversion rate水煤漿氣化是一種先進(jìn)成熟的潔凈煤技術(shù),因制好氧煤比就控制了氣化溫度、氧氣和煤漿的質(zhì)量流具有運行經(jīng)驗豐富、煤種適應性廣等優(yōu)點(diǎn)近年來(lái)得量,然后才能根據煤漿濃度值確定干煤的進(jìn)料量。到大規模工業(yè)化推廣應用。水煤漿氣化屬于氣流1.1氧煤比(氧碳比、氟漿比)與氣化溫度床氣化工藝,采用濕法進(jìn)料,高溫高壓下氣化的操氧煤比(氧碳比、氧漿比)是水煤漿氣化技術(shù)生作方法,其工況復雜,影響因素頗多各因素之間關(guān)產(chǎn)中需要控制的重要操作參數之一。在其他條件系錯綜復雜。溫度、壓力、煤種、煤漿濃度、氧煤比、恒定的條件下,氧煤比(氧碳比、氡漿比)不僅決定停留時(shí)間燃燒室形狀和尺寸等因素均能影響到裝了氣化爐的操作溫度,而且也是標定耗氧量的方法置的平穩、低能耗運行。氣化效率碳轉化率冷煤之一。合理設定該值可以從源頭上降低消耗、增大氣效率、氧耗、煤氣組成等氣化參數的好壞直接受效益?？刂蒲趺罕?氧碳比、氧漿比)對氣化生產(chǎn)的到煤漿濃度、氧煤比的操控。只有這2組互為影響、作用就是控制進(jìn)料的氧元素與碳元素的質(zhì)量或者相互制約的參數之間配合得恰到好處時(shí),才能夠實(shí)摩爾比例,以生成高比例含量的(CO+H2)合成氣,現裝置的高效生產(chǎn)。筆者僅就煤漿濃度、氣化壓也可以通過(guò)氧碳比、氧漿比來(lái)標定計量,三者對氣力氧煤比3個(gè)因素對氣化操作的影響加以分析,以化生產(chǎn)的作用相同,只是作為不同場(chǎng)合的術(shù)語(yǔ)。有期得到最佳綜合操作條件實(shí)現裝置節能降耗和經(jīng)關(guān)氧煤比(氧碳比氧漿比)與氣化溫度之間的關(guān)系濟運行1煤漿濃度、氧煤比與氣化溫度的關(guān)系作者簡(jiǎn)介:崔意華(1975年-),男陜兩富平人,2003年畢業(yè)于沈陽(yáng)化工學(xué)院化學(xué)工程系,工程師,從事煤化工技術(shù)的研發(fā)和煤化工項原料煤和氧氣是水煤漿氣化技術(shù)的2大原料,控目的工程設計等工作化肥設計2010年第48卷見(jiàn)圖1、圖2”和圖31。14402煤漿濃度、氧煤比、氣化壓力的影響一種煤氣化技術(shù)氣化效果的好壞,須通過(guò)系列指標來(lái)判斷,水煤漿氣化技術(shù)可以通過(guò)碳轉化率、冷煤氣效率、氧耗、煤氣組成等氣化數據,供技術(shù)使用者判斷裝置的運行情況,指導后續工序氧煤比/kg·kgi的生產(chǎn)操作。下面以煤漿濃度、氧煤比、氣化壓力圖1氧煤比與氣化溫度的關(guān)系為中心來(lái)分析三者對水煤漿氣化技術(shù)氣化效果的影響21煤漿濃度與氣化效率的關(guān)系氣化效率是指氣化所制得的煤氣熱值和所使碉1300用的燃料熱值之比,它是衡量煤氣化過(guò)程能量合理利用的重要標志。水煤漿作為氣化所用的燃料來(lái)度與氣化效率之間有著(zhù)直接的關(guān)系,見(jiàn)圖5源,直接關(guān)系到裝置的高效、經(jīng)濟運行,因此煤漿氧碳比/kg·kg1圖2氧碳比與氣化溫度的關(guān)系煤漿濃度/%圖5煤漿濃度與氣化效率的關(guān)系12141234125412741294131413341354氣化溫度/"C22氣化壓力與氧耗、氧氣利用率的關(guān)系圖3氧漿比與氣化溫度的關(guān)系耗氧量是衡量某種煤氣化技術(shù)運行經(jīng)濟與否的重要指標。耗氧量越高,氧氣有效利用率越低,12煤漿濃度與氣化溫度裝置經(jīng)濟性越差。氣化爐的生產(chǎn)能力與氣化壓力p煤漿濃度既是水煤漿氣化技術(shù)獨有的操作指的二次方根(√P)成正比氣化壓力升高有利于CH標又是一個(gè)重要的氣化工藝參數。煤粉粒度愈的生成,降低了需要碳燃燒反應提供的熱量,耗氧小煤漿濃度愈高,黏度愈大其相應的碳轉化率或量降低,氧氣利用率提高。氣化壓力與氧耗量氧氣化效率就愈高。隨著(zhù)煤漿濃度的提高帶入氣化利用率的關(guān)系見(jiàn)圖62]。爐的水含量逐漸減少,氣化溫度隨之逐步上升。有關(guān)煤漿濃度與氣化溫度的關(guān)系見(jiàn)圖4。2140.13135001.02.03.04.05.06.07.1300氣化壓力P/MPa圖6氣化壓力與氧耗量、氧利用率的關(guān)系5860626466687072煤漿濃度/%2.3氧煤比與碳轉化率的關(guān)系圖4煤漿濃度與氣化溫度的關(guān)系碳轉化率是所有煤氣化技術(shù)追求的一個(gè)高境第5期崔意華壓力、煤漿濃度、氧煤比對水煤漿氣化的影響界值,不管哪種氣化技術(shù)都在力求高的碳轉化率。碳轉化率高,相應資源的利用率就高,合成氣質(zhì)量就好。金保升等“碳轉化率高的煤氣化裝置(ZL.低餐200820161844.4)”專(zhuān)利中裝置通過(guò)多級循環(huán)返料旨在特別提高煤氣化裝置的碳轉化率。有關(guān)氧煤比與碳轉化率的關(guān)系見(jiàn)圖71。氣化壓力p/MPa求102.55.0510.00.801.10氣化壓力P/MPa氧煤比/kg·kg圖7氧煤比與碳轉化率的關(guān)系圖9氣化壓力與租合成氣組成的關(guān)系26氧煤比與冷煤氣效率的關(guān)系24氧煤比與(CO+H2)摩爾百分含量的關(guān)系冷煤氣效率是衡量氣化爐工作性能好壞的重有效氣(CO+H2)含量的多少是煤氣化技術(shù)核要指標。氣化反應生成煤氣的化學(xué)能與氣化用煤心價(jià)值的體現,(CO+H2)是煤氣化下游工藝的主的化學(xué)能之比稱(chēng)為冷煤氣效率,煤氣、煤的化學(xué)能可要原料來(lái)源。對于某個(gè)煤氣化裝置來(lái)說(shuō),在進(jìn)料量采用相應的低位發(fā)熱量。提高冷煤氣效率煤的化學(xué)一定的條件下,產(chǎn)出中(CO+H2)含量越高,下游產(chǎn)能可更多地轉化為煤氣的化學(xué)能相應也提高了煤的能越大,經(jīng)濟效益越好,原料利用率越高,單產(chǎn)越高,利用率。氧煤比與冷煤氣效率的關(guān)系見(jiàn)圖1021。從而實(shí)現節能降耗。筆者回歸了氧煤比與(CO+H2)摩爾百分含量的關(guān)系,見(jiàn)圖85.750.8-0.951.05115氧煤比/kg·kg圖10氫煤比與冷煤氣效率的關(guān)系氧煤比/kgkg127氧煤比與產(chǎn)氣率的關(guān)系圖8氧煤比與(CO+H2)摩爾百分含量的關(guān)系產(chǎn)氣率是指單位質(zhì)量的原料氣化后得到的粗煤氣量,是煤氣化技術(shù)的重要經(jīng)濟指標之一,該指25氣化壓力與粗合成氣組成的關(guān)系標多通過(guò)試燒來(lái)確定。氧煤比與產(chǎn)氣效率的關(guān)系粗合成氣組成的好壞,是衡量煤氣化技術(shù)先見(jiàn)圖112進(jìn)與否的重要因素之一。粗合成氣包含有效組分和有害組分,有效組分越高,有害組分越低,煤氣質(zhì)量越好。由于個(gè)別有害組分可以幫助操作人員判斷操作工況,以調節最佳操作條件,故生產(chǎn)中既要達到粗合成氣成分好,還要兼顧到設備和人員對操作溫度、壓力等因素的耐受,以實(shí)現各條件的750.850.951,05最佳組合。氣化壓力與粗合成氣組成的關(guān)系見(jiàn)氧煤比/kgkg圖11氧煤比與產(chǎn)氣率的關(guān)系26化肥設計2010年第48卷3關(guān)系圖表的分析低。因此氧煤比不能無(wú)限制地降低,否則影響液態(tài)排渣,導致渣堵裝置無(wú)法穩定運行甚至導致停爐,(1)煤漿濃度、氣化壓力、氧煤比3個(gè)重要參數這在生產(chǎn)上是最不可取的。對其他氣化參數的影響,從圖3、圖5可以看出:氣化溫度、氣化效率隨著(zhù)煤漿濃度的增大而上升;從結語(yǔ)圖6圖9氣化壓力與氧氣消耗粗煤氣組成的走勢水煤漿氣化技術(shù)是非常成熟并已大規模生產(chǎn)圖可知隨著(zhù)壓力增大,氧耗降低,氧氣利用率隨之應用的煤氣化技術(shù),其裝置最佳操作參數在不斷優(yōu)提高粗合成氣組分隨著(zhù)壓力各自變化;其他各圖化和提高每臺氣化爐都有1套最佳操作條件組,生均為各參數相對氧煤比的走勢,影響不一,但影響產(chǎn)中通過(guò)調節設定手段使壓力煤漿濃度、氧煤比趨勢相同。等關(guān)鍵參數處于最佳運行值,并使各參數之間實(shí)現(2)煤漿濃度是煤氣化最原始的參數煤漿濃最佳搭配,既能控制好爐溫,延長(cháng)設備的耐受,又能度主要隨煤種改變而發(fā)生變化,日常生產(chǎn)過(guò)程中煤達到較高的碳轉化率實(shí)現出口氣高(CO+H2)含漿濃度幾乎恒定因此煤漿濃度對氣化的影響純屬量低氧耗低能耗、高收益的目的。偶然,對操作的指導意義不大,不必過(guò)多考慮參考文獻(3)氣化壓力是原始參數之一,氣化壓力在裝[1]許世森張東亮任永強.大規模煤氣化技術(shù)[M].北京:化學(xué)置最初設計時(shí)確定,對未來(lái)的運行操作有決定性作業(yè)出版社,2006用。一旦壓力確定,至始至終保持恒定,生產(chǎn)過(guò)程2】王同章魏敦菘魏琪等煤炭氣化原理與設備M].北京:中中僅通過(guò)與氣化壓力有關(guān)的曲線(xiàn)圖來(lái)確定產(chǎn)物走國機械工業(yè)出版社,2001[3]許祥靜,劉軍.煤炭氣化工藝[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版勢,作為選擇氣化壓力的依據。如圖9(b)(1為實(shí)社,2004際操作壓力下的數據9(a)2為壓力下的理論分析[4]陳啟文,李聰敏、煤化工工藝(M]北京:化學(xué)工業(yè)出版值,二者之間的差別是因為氣體組分的摩爾分率與摩爾數并非一定成比例變化,但組分量是一致]王會(huì )民對德士古水煤漿加壓氣化工藝的認識[J].大氯肥的”,裝置生產(chǎn)過(guò)程中氣化壓力幾乎不變。因此氣2002(10)化壓力的變化對整個(gè)氣化的影響甚微,短期微變造61何,金品張忠孝等水煤漿氣化爐入口參數對出口合成氣的影響[]上海電力,2009(1)成的影響可以不予考慮。[7]張慶水煤漿加壓氣化過(guò)程的平衡組成[門(mén)]煤化工,1993(3)4)氧煤比關(guān)系到氣化原料的進(jìn)料,是一個(gè)需8]尚愛(ài)娟德士古水煤漿氣化爐溫度控制的探討[門(mén)]化學(xué)工業(yè)與要嚴格控制和依據的參數,對裝置操作影響頗大。工程技術(shù),200(8)從圖1~圖8可以看出,各個(gè)量均隨氧煤比增大而[9]金保升,樸桂林肖睿,等碳轉化率高的煤氣化裝置p]中國增長(cháng),可見(jiàn)氧煤比是考量裝置操作情況和經(jīng)濟效益Z-:20082016184.4.2009.07.22.的一個(gè)關(guān)鍵值。于海龍等通過(guò)建立模型對氧煤t10徐紅東門(mén)長(cháng)貴多元料漿氣化工藝過(guò)程的模擬[].化肥設計,2008.46(2):9。比進(jìn)行了數值模擬結果發(fā)現氧煤比對氣化爐出口(11于海龍趙翔周志軍,等氧煤比對水媒漿氣化影響的數值模氣體組成影響很大。氧煤比越低,其出口(C0+擬[刀].煤炭學(xué)報,2004,(10)H2)含量越高;氧煤比降低,爐內平均爐溫迅速降收稿日期:2010-06-26(上接第22頁(yè))(2)氨汽提法尿素工藝分為高壓、中壓、低壓3(4)相對于 Safurex材質(zhì),尿素級或改良型奧氏個(gè)階段,在高壓段進(jìn)行尿素合成和NH,及CO2回體不銹鋼廣泛用于尿素高壓設備以及相應的管道,收;在中壓段和低壓段進(jìn)行尿素提純和NH3及CO2已具有工業(yè)化批量生產(chǎn)能力,國內國外均可滿(mǎn)足尿回收,CO2轉化率較高氨的排放量相對較少;氨回素級不銹鋼苛刻的生產(chǎn)質(zhì)量要求。收系統單獨設置1個(gè)框架,更加節能環(huán)保。2臺甲4結語(yǔ)銨冷凝器副產(chǎn)出2種不同壓力和溫度的蒸汽,在能源利用上具有一定的優(yōu)勢。該工藝廢水處理系統(1)CO2汽提法工藝與氨汽提尿素工藝相比,的水解凈水質(zhì)量相對要好但其氨碳比較高,汽提CO2汽提法的優(yōu)點(diǎn)是:①汽提壓力較低汽提效率較塔甲銨分解率及總氨餾出率較低高壓氨泵及高壓高電耗較少;②高壓圈設備較少,占地面積少,布甲銨泵循環(huán)量較大,電耗比CO2汽提法尿素生產(chǎn)工置緊湊但其框架比氨氣提法框架高;③流程相對藝稍高一些。較短,管道材料耐高溫高壓及耐腐蝕性更優(yōu)。收稿日期:201006-30