第48卷第5期化肥設(shè)計oct.20102010年10月Chemical Fertilizer des23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71004)摘要:研究了水煤漿氣化技術(shù)操作參數(shù)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(zhuǎn)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(shù)的影響;對各參數(shù)之間的最佳搭配進(jìn)行了優(yōu)化;確定了各個量的最佳操作值,為氣化裝置低能耗、高效益運行提供依據(jù)。關(guān)鍵詞:水煤漿氣化;煤漿濃度;氧煤氣;壓力;碳轉(zhuǎn)化率中圖分類號:TQ545文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1004-8901(2010)05-0023-04Influence of Pressure, Coal Slurry Concentration and Ratio of Oxygen/ CoalWater Coal Slurry GasificationCUI Yi- huaNorth-West Chemical Research Institute, Xian Shanti 710054 China)Abstract: Author has studied the optimizing route for operating parameters of water coal slurry gasification technolotion rate, cold coal gas efficiency, 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(yīng)性廣等優(yōu)點近年來得量,然后才能根據(jù)煤漿濃度值確定干煤的進(jìn)料量。到大規(guī)模工業(yè)化推廣應(yīng)用。水煤漿氣化屬于氣流11氧煤比(氧碳比氧漿比)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(fù)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(shù)之一。在其他條件系錯綜復(fù)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、氧漿比)不僅決定停留時間、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(biāo)定耗氧量的方法置的平穩(wěn)、低能耗運行。氣化效率、碳轉(zhuǎn)化率冷煤之一。合理設(shè)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(shù)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(shù)之間配合得恰到好處時,才能夠?qū)嵞柋壤?以生成高比例含量的(CO+H2)合成氣,現(xiàn)裝置的高效生產(chǎn)。筆者僅就煤漿濃度、氣化壓也可以通過氧碳比氧漿比來標(biāo)定計量,三者對氣力氧煤比3個因素對氣化操作的影響加以分析,以化生產(chǎn)的作用相同,只是作為不同場合的術(shù)語。有期得到最佳綜合操作條件實現(xiàn)裝置節(jié)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(jì)運行中國煤化工1煤漿濃度、氧煤比與氣化溫度的關(guān)系作者CNMHG人03年畢業(yè)于沈陽化工學(xué)阮化上程系,L程卿,從學(xué)化⊥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(shè)計等工作24化肥設(shè)計2010年卷見圖1、圖2”和圖31。2煤漿濃度、氧煤比、氣化壓力的影響1400一種煤氣化技術(shù)氣化效果的好壞,須通過一1360系列指標(biāo)來判斷,水煤漿氣化技術(shù)可以通過碳轉(zhuǎn)化率、冷煤氣效率、氧耗、煤氣組成等氣化數(shù)據(jù),供技術(shù)使用者判斷裝置的運行情況,指導(dǎo)后續(xù)工序氧煤比/kg·kg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用的燃料熱值之比,它是衡量煤氣化過程能量合理1250利用的重要標(biāo)志。水煤漿作為氣化所用的燃料來源,直接關(guān)系到裝置的高效、經(jīng)濟(jì)運行,因此煤漿濃11500.20度與氣化效率之間有著直接的關(guān)系,見圖51。氧碳比/kg·kg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(jì)與否的重要指標(biāo)。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(jì)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()成正比氣化壓力升高有利于CH標(biāo),又是一個重要的氣化工藝參數(shù)。煤粉粒度愈的生成降低了需要碳燃燒反應(yīng)提供的熱量,耗氧小煤漿濃度愈高黏度愈大其相應(yīng)的碳轉(zhuǎn)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。隨著煤媒漿濃度的提高帶人氣化利用率的關(guān)系見圖621爐的水含量逐漸減少,氣化溫度隨之逐步上升。有0.18關(guān)煤漿濃度與氣化溫度的關(guān)系見圖40。2140.16814501401.02.03.04.05.06.071300中國煤化工5860626466687072-用率的關(guān)系煤漿濃度/%CNMHG23單吒與喊化平時大示圖4煤漿濃度與氣化溫度的關(guān)系碳轉(zhuǎn)化率是所有煤氣化技術(shù)追求的一個高境第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(zhuǎn)化率。碳轉(zhuǎn)化率高,相應(yīng)資源的利用率就高,合成氣質(zhì)量就好。金保升等“碳轉(zhuǎn)化率高的煤氣化裝置(ZL30200820161844.4)”專利中裝置通過多級循環(huán)返料,旨在特別提高煤氣化裝置的碳轉(zhuǎn)化率。有關(guān)氧煤比與碳轉(zhuǎn)化率的關(guān)系見圖71氣化壓力p/MPa1.10氣化壓力,p/MPa氧煤比/kg·kgt圖9氣化壓力與租合成氣組成的關(guān)系圖7氧煤比與碳轉(zhuǎn)化率的關(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(C0+H2)含量的多少是媒氣化技術(shù)核要指標(biāo)。氣化反應(yīng)生成煤氣的化學(xué)能與氣化用煤心價值的體現(xiàn),(CO+H2)是煤氣化下游工藝的主的化學(xué)能之比稱為冷煤氣效率,煤氣、煤的化學(xué)能可要原料來源。對于某個煤氣化裝置來說,在進(jìn)料量采用相應(yīng)的低位發(fā)熱量。提高冷煤氣效率煤的化學(xué)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(zhuǎn)化為煤氣的化學(xué)能相應(yīng)也提高了煤的能越大經(jīng)濟(jì)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)系見圖1021。從而實現(xiàn)節(jié)能降耗。筆者回歸了氧煤比與(CO+H2)摩爾百分含量的關(guān)系,見圖8286258.75′0.850.951.051.15氧煤比/kg·kg圖10氧煤比與冷煤氣效率的關(guān)系0.50.60.8氧煤比/kgkg27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(jì)指標(biāo)之一,該指25氣化壓力與粗合成氣組成的關(guān)系標(biāo)多通過試燒來確定。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1.9質(zhì)量越好。由于個別有害組分可以幫助操作人員判斷操作工況,以調(diào)節(jié)最佳操作條件,故生產(chǎn)中既要達(dá)到粗合成氣成分好,還要兼顧到設(shè)備和人員中國煤化工對操作溫度、壓力等因素的耐受,以實現(xiàn)各條件的CNMHGL05 I15最佳組合。氣化壓力與粗合成氣組成的關(guān)系見氧煤比/kgkg圖11氧煤比與產(chǎn)氣率的關(guān)系化肥設(shè)計2010年第48卷3關(guān)系圖表的分析低。因此氧煤比不能無限制地降低,否則影響液態(tài)排渣,導(dǎo)致渣堵裝置無法穩(wěn)定運行甚至導(dǎo)致停爐,(1)煤漿濃度、氣化壓力、氧煤比3個重要參數(shù)這在生產(chǎn)上是最不可取的。對其他氣化參數(shù)的影響,從圖3、圖5可以看出:氣化溫度、氣化效率隨著煤漿濃度的增大而上升;從結(jié)語圖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(guī)模生產(chǎn)圖可知隨著壓力增大氧耗降低,氧氣利用率隨之應(yīng)用的煤氣化技術(shù),其裝置最佳操作參數(shù)在不斷優(yōu)提高粗合成氣組分隨著壓力各自變化;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(shù)相對氧煤比的走勢,影響不一,但影響產(chǎn)中通過調(diào)節(jié)、設(shè)定手段使壓力煤漿濃度、氧煤比趨勢相同。等關(guān)鍵參數(shù)處于最佳運行值,并使各參數(shù)之間實現(xiàn)(2)煤漿濃度是煤氣化最原始的參數(shù)煤漿濃最佳搭配既能控制好爐溫,延長設(shè)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)過程中煤達(dá)到較高的碳轉(zhuǎn)化率,實現(xiàn)出口氣高(C0+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(dǎo)意義不大,不必過多考慮。參考文獻(xiàn):(3)氣化壓力是原始參數(shù)之一氣化壓力在裝[1]許世森張東亮,任永強(qiáng)大規(guī)模煤氣化技術(shù)[M]北京:化學(xué)工置最初設(shè)計時確定,對未來的運行操作有決定性作業(yè)出版社.20用。一旦壓力確定,至始至終保持恒定,生產(chǎn)過程2】王同章,魏牧菘魏琪等煤炭氣化原理與設(shè)備M]北京:中中僅通過與氣化壓力有關(guān)的曲線圖來確定產(chǎn)物走國機(jī)械工業(yè)出版社,2001勢,作為選擇氣化壓力的依據(jù)。如圖9(b)為實[3]許祥靜,劉軍.煤炭氣化工藝[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版杜,2004際操作壓力下的數(shù)據(jù),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社,2008摩爾數(shù)并非一定成比例變化,但組分量是一致5]王會民對德士古水煤漿加壓氣化工藝的認(rèn)識[J].大氮肥的”,裝置生產(chǎn)過程中氣化壓力幾乎不變。因此氣化壓力的變化對整個氣化的影響甚微,短期微變造6何期,金晶,張忠,等水媒氣化爐人口參數(shù)對出口合成氣成的影響可以不予考慮。[7]張慶水煤漿加壓氣化過程的平衡組成[門].煤化工,1993(3)(4)氧煤比關(guān)系到氣化原料的進(jìn)料,是一個需[8]尚愛娟德士古水煤漿氣化爐溫度控制的探討[門].化學(xué)工業(yè)與要嚴(yán)格控制和依據(jù)的參數(shù),對裝置操作影響頗大。工程技術(shù),2007(8)從圖1~圖8可以看出,各個量均隨氧煤比增大而9]金保升樸桂林,肖睿等碳轉(zhuǎn)化率高的煤氣化裝置p中國增長,可見氧煤比是考量裝置操作情況和經(jīng)濟(jì)效益Z-:200820161844.4.2009.07.22.的一個關(guān)鍵值。于海龍等通過建立模型對氧煤10徐紅東,長貴多元料漿氣化工藝過程的模擬[]1化肥設(shè)計,2008.46(2):9比進(jìn)行了數(shù)值模擬,結(jié)果發(fā)現(xiàn)氧煤比對氣化爐出口(1]于海龍趙翔,周志軍,等氧煤比對水煤漿氣化影響的數(shù)值模氣體組成影響很大。氧煤比越低,其出口(CO+擬[刀.煤炭學(xué)報,2004.(10)H2)含量越高;氧煤比降低,爐內(nèi)平均爐溫迅速降收稿日期:2010-06-26(上接第22頁)(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階段,在高壓段進(jìn)行尿素合成和NH3及CO2回體不銹鋼廣泛用于尿素高壓設(shè)備以及相應(yīng)的管道,收;在中壓段和低壓段進(jìn)行尿素提純和NH2及CO2已具有工業(yè)化批量生產(chǎn)能力國內(nèi)國外均可滿足尿回收CO2轉(zhuǎn)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(tǒng)單獨設(shè)置1個框架,更加節(jié)能環(huán)保。2臺甲4結(jié)語銨冷凝器副產(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(tǒng)(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)點是:①汽提壓力較低汽提效率較塔中國煤化工高壓氨泵及高壓高電耗較少;②高壓圈設(shè)備較少,占地面積少布甲銨CNMHG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:2010-06-30