国家科学进展2023年7期

浅谈气化的影响因素

杨一红 许洪伟

山东华鲁恒升化工股份有限公司 253000

摘要

结合我公司气化装置多年运行实际情况，从加强原料煤质量管理，选择适当的操作温度等方面论述气化的影响因素。

关键词：煤气化  影响因素 注意事项及要点

煤的气化工艺是一种以煤或煤为主要原料，用氧（空气，富氧空气，纯氧），水蒸气或氢作为气化剂，在较高的温度下，由固态煤转变成气燃料。煤气化的本质。这是一种利用氧气供给，将煤炭部分氧化，变成一种具有潜在化学能量的燃料。

煤炭气化技术是今后煤炭净化利用技术的重要组成部分，也是最清洁的煤炭转化和利用方法。煤的气化产品在电力生产、城市供热、燃料电池、液体燃料和化学原料的综合利用上都具有十分重要的意义，因此煤气化技术将在今后的清洁煤技术中占有举足轻重的地位。

煤的物理、化学作用分为：干燥脱水、挥发份、挥发份、残炭（或半焦）的气化。

在此期间，煤粉在350~450℃的高温下，煤的裂解开始了，其中有一种挥发份（焦油和煤气）析出:

煤→CH4+CMHN+焦油+ (CO、H2S、H2) +焦炭或半焦

煤的气化是一种由热解产生的挥发份和残余焦炭粒子与气化剂之间的复合反应。与燃烧时维持一定数量的氧不同，气化反应是在低氧条件下进行的，所以煤气化的主要产品为 CO,H2,CH4,C02，以及少量的水。

煤中其它元素如硫、氮等可以与还原气化剂发生反应，产生H2S, COS,N2,NH3, HCN等，在较低的气化温度（低于650" C）时，气化气体中也会包含一定量的未分解的焦油、酚类等。尽管这种物质含量很低，但是会对后续的气体净化和纯化工艺产生直接的影响，所以必须要尽可能的排除。下面是一些主要的因素对煤气化的影响。

根据我厂气化炉的长期生产实践，发现气化炉存在着大量的结渣现象，导致汽化炉无法顺利排渣，导致汽化炉停炉。笔者认为，煤质、操作温度是影响炼焦设备长期稳定运转的重要原因。

1煤化程度对煤气化的影响

一煤化程度对煤气化的反应速度有很大的影响。张林仙等通过对中国六类具有代表性的煤化程度进行了研究，结果显示：煤化率越高，煤层中的含碳量和含氧量越小，煤层中的缩合芳烃结构越多，煤层的石墨化程度越高，煤层的煤层石墨化程度越大，煤层的气化反应性也就越低。但是，一些学者则认为，煤层对气化反应性能的影响并不明显。Takayuki认为，低煤化煤种的气化反应性并不一定比高煤化程度煤种更好，而煤焦的反应性不但与煤层的危险有关，而且与煤层中的氧官能团、无机化合物的含量也有关系。另外，焦炭的氧化程度对半焦的活性有一定的影响。Teresa等将三种不同的烟煤分别进行了氧化处理，并比较了它们的反应性能，实验结果表明：该工艺能改善烟煤的气化反应性能，较高的氧化温度和较长的时间对其气化性能有较好的促进作用。他相信，这是因为手氧化作用使得煤焦炭的比表面积更大，从而改善了反应速率。

2煤质对气化的影响

2.1灰分

灰分是一种不能直接参与气化反应的惰性物质，它需要燃烧煤炭在氧化过程中产生的反应热量，从而使其融化。煤灰中的灰分含量越高，其活性组分越少，如果将其送入气化炉，其煤灰产量越高，其灰分越多，其灰分越多，其碳转化率越低。其中，渣量过大、操作温度不适宜是导致本公司气化炉长时间不稳定的重要因素。

2.2灰熔点

德士古煤气化装置采用了液体排渣技术，因此，提高炉温对炭质的转化和排渣的顺利进行是有益的。但是，如果工作温度太高，就会影响到耐火材料的使用寿命。煤灰的熔点通常在50~70℃以上，这取决于炉渣的粘温和煤粉的化学活性。因此，合理的灰熔点是影响气化炉能否顺利排渣的关键因素。

2.3水分

煤炭的含水量由表层的水和内部的水组成。表面含水量的不稳定会导致煤浆浓度的变化，表面含水量的急剧增加，煤浆的浓度下降，汽化效率下降，表面含水量急剧下降，浆液浓度增加，粘性增加，滚简筛通不畅，导致煤浆外泄，造成原料浪费，对环境造成污染。存储水是指煤炭内部的水分，也就是与煤炭相结合的水，以化学形态存在于煤中，其含水量高，也会导致运输成本的提高。另外，内水对成浆性能有很大的影响，含水量越大，则成浆性能越差，流动性也就越差。

在工业中，为满足泵输送的低粘度，制得的煤浆浓度较低。含水量对制浆的浓度有很大的影响，而煤粉的浓度对气化炉的产率有很大的影响。

3操作温度对气化炉的影响

煤气化炉存在着大量的灰渣，致使汽化炉无法顺利排渣，导致汽化炉停炉。选择汽化温度时，应尽量降低汽化温度，同时保持液体排渣。在气化炉的运行中，炉温的控制尤为关键，直接影响到气化炉是否能够长时间、平稳地运转，只有把温度问题处理好，才能保证气化炉长时间、高负荷运转。

在气化时，煤炭中的碳和氧气发生反应，释放出热量，从而产生高温，将煤灰熔化为液体残渣。炉渣的形成，一方面会引起空气的不均匀分配，容易形成一个风洞，引起局部的温度过高，从而影响到正常的气化工作，甚至会造成停炉。

3.1仪表

在气化炉的正常运转中，必须确保仪器的正常工作，不能有故障。炉膛中的还原气体会对热电偶造成很大的伤害，因此，在每次使用之前，必须对热电偶进行检验，避免出现错误的仪表，从而影响到正常的操作。另外，通过热电偶的氮气流量要调节到最优，氮气的大小会影响到测量的精度。

3.2看工艺气的成分变化趋势

在气化炉的出气过程中，氢、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等的在线分析中，其组成较为稳定，若其组成发生了很大的变化，则说明其温度发生了很大的变化，需要进行相应的调整。氢含量不得大于1%。工艺气体中甲烷的比例较小，而甲烷则是反应炉内温度变化的最好指标，当甲烷含量增加时，则表示炉温下降，而甲烷含量下降，表明炉温上升。

3.3渣的变化

炉渣是气化炉的产品，它能直接反应出炉膛内的温度，一般粗渣的尺寸在5~8毫米之间，这样的渣子占到了总的7%~8%，说明炉温刚刚好，应该维持这样的状态。当粉煤粒径减小，大粒径减少时，表明炉温升高，应降低氧煤比；当粉煤粒径增大，大粒径增大时，表明炉温较低。若发现有针状渣，则说明渣口已变小，有阻塞，可适当增加炉温，使渣口慢慢恢复。

3.4气化炉压差变化

当炉温达到一定的温度时，汽化炉的压力就会达到一个平衡。炉膛温度越低，渣口会越小，压力越大，气体的组成也越复杂。

在气化炉的实际操作中，要综合考虑氧煤比和炉温，而不能一概而论。笔者认为，在对煤组成、煤浆浓度、煤灰熔点进行分析后，应确定最佳工作温度。至少在一定的时期内，要有一个相对小的最优温度区间，并有一个固定的氧-煤比率。从而可以避免在气化炉运行时出现较大的波动，使装置的工艺运行平稳。

结束语

总之，煤气化炉能否安全、长时间、高负荷地工作，关键在于选用合适的煤种，生产出合格的水煤浆、调节氧煤比、控制炉温，从而保证气化炉能顺利地排渣，生产出合格的工艺气体。只有确保这些关键要素，才能确保气化炉的长时间、高负荷运转。

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