PDF《地下气化煤种固定床空气和纯氧气化试验研究》

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) 地下气化煤种固定床空气和纯氧气化试验研究 ! 戢绪国, 步学朋, 应幼菊, 邓一英, 边文, 文芳, 王鹏(煤炭科学研究总院北京煤化学研究所, 北京 ! !'

) 摘要: 在)! ** 加压固定床气化炉装置上, 对鹤壁三矿、 孙村矿、 华丰矿和朝阳矿等地下气化的 煤种进行了空气和纯氧气化试验研究, 取得的气化指标可供地下气化的可行性研究和工程设计参 考.

关键词: 固定床;

煤种试验;

地下气化;

空气与纯氧气化 中图分类号: +,--%.% 文献标识码: /

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! 前言煤炭地下气化是一种化学采煤法.近年来, 我 国相继在若干矿区进行地下气化试验与开发 [!―'

] . 为了指导地下气化的工作, 在地上固定床气化炉中 进行煤种的气化试验, 以取得相关数据, 对鹤壁三 矿、 孙村、 华丰十六层、 华丰四层、 朝阳等矿先后进行 了相关煤种气化试验研究.下面介绍固定床气化小 试研究的结果. &

煤质分析与试验过程 &

.! 煤质分析 煤种含水量均低, 鹤壁三矿煤灰分较高, 朝阳矿 煤、 华丰矿十六层、 四层煤灰分中等, 孙村矿煤灰分 较低.发热量华丰四层煤、 朝阳煤、 鹤壁三矿煤、 华 丰十六层煤、 孙村煤从低到高依次递升: 华丰四层煤 为&

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. $% YIZWA 为最高.挥发 分排序从鹤壁三矿、 华丰四矿、 朝阳、 华丰十六层、 孙 村煤煤种依次上升, 最低为鹤壁三矿 !$. '

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%.(X[.焦渣特征鹤壁三矿煤为 X, 孙村 矿煤和朝阳矿煤为 %, 华丰四层煤为 (, 华丰十六层 煤葛金焦型为 D, 诸煤种均具有较强和很强的粘结 性.从元素分析结果看, 固定碳含量依孙村煤、 鹤壁 三矿煤、 朝阳煤、 华丰十六层煤、 华丰四层煤的顺序 降低.鹤壁三矿煤、 朝阳煤、 孙村煤的硫含量均低, 第&

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! 收稿日期: 作者简介: 戢绪国 (!-X$―) , 男, 湖北武汉人, 高级工程师, 学士, 主要从事煤炭气化和燃气净化技术的开发与研究工作. 万方数据 而华丰四层、 华丰十六层煤硫含量均高, 华丰十六层 煤硫含量大于 ! , 为高硫煤.从煤质的反应活性 看, 鹤壁三矿煤反应活性最低, 依华丰十六层煤、 华 丰四层煤、 孙村煤和朝阳煤的顺序递增, 朝阳煤反应 活性最高.煤灰熔融性温度分析结果显示: 孙村煤 的灰熔融性温度最高, 朝阳煤灰熔融性温度最低, 其 他煤居中. #$# 工艺流程 煤种气化试验是在 %&

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(( 加压固定床气化 炉装置上进行的.试验系统包括气化炉、 加煤、 排灰、 气化剂准备、 煤气冷却净化、 煤气的计量与分析、 仪表及自动控制等主要部分.经破碎、 筛分制备成 的原料煤加入煤箱.在气化炉操作过程 中, 煤由输煤螺旋给料机输送入气化炉, 无级调速电 机可灵活调节加煤速度;

蒸馏水经计量后经柱塞泵 送蒸汽发生器产生蒸汽再去蒸汽过热器过热;

空气 和来自钢瓶的氧气经气体质量流量计计量后与过热 蒸汽混合进入气化炉, 与灰渣层换热后与炽热的煤 焦发生气化反应.气化过程生成的灰渣经螺旋输灰 器排入灰箱.气化产生的高温煤气在与新加入的煤 料换热后离开气化炉顶部, 在间接换热式煤气冷凝 冷却器中被冷却, 分离出冷凝液后, 经沉降罐进一步 脱除夹带的液固杂质.煤气经背压式压力控制器自 动减压后由流量计计量后, 点火炬放散.少量减压 煤气经进一步净化、 干燥后, 由气相色谱仪进行煤气 组成及煤气中含硫组分的分析.试验的主要操作参 数包括加煤量、 气化剂流量、 氧气浓度、 汽氧比等, 试 验过程测试煤气流量、 煤气组成、 煤气中水量、 灰渣 量及其成分等. + 试验结果 +$&

试验概况 具有粘结性的煤在气化炉内干馏段受热过程 中, 具有颗粒间的结焦成块、 成团的倾向, 使气化剂 进入和气体分布不能正常实现, 气固接触不良, 生产 不能获得应有的产量和质量, 严重时不能正常生产. 弱粘结性的煤, 气化炉还能适应, 中等粘结性的煤 种, 通过采用搅拌耙, 可实现正常生产;

而对于强粘 结性煤种, 固定床气化炉难以操作. 地下气化过程中也存在干燥区、 干馏区、 还原 区、 氧化区、 灰区.煤在干馏区同样会经过粘结结焦 过程, 这与地面固定床气化炉中的干馏层是一样的, 但在地下气化过程中, 自身结焦粘结的煤层会继续 提供相似的固体表面供气体接触和完成反应, 因为 气体的流通断面是较为宽敞的气化通道, 它不会明 显受到煤的粘结和结焦的影响, 因此, 粘结性煤在地 下气化过程中一般情况下是可操作的. 为了实现诸煤种的固定床气化操作, 在试验程 序上进行了必要的技术处理, 先将部分原煤进行干 馏处理, 使其破粘而得到半焦, 将该部分半焦与一定 量的原煤混合作为气化原料.半焦的存在使煤粒之 间得到隔离, 从而避免煤干馏过程的结焦而影响试 验操作, 混合原料在气化炉中进行常规的气化试验, 取得试验数据.气化所得数据经数学模型的校验和 必要修正, 进而得到诸煤种的气化特性结果. +$# 试验结果与讨论 (&

)试验结果 试验结果见表 &

, 气化性质见表 #.可以看出, 在!个煤矿煤的空气气化煤气中, 鹤壁煤由于煤种 反应活性低, 灰熔融性温度不是很高, 因此气化效果 稍差, 煤气低热值为 .孙村煤由于灰分 和水分均较低, 固定碳含量较高, 因此气化所得煤气 产率较高, 煤气低热值达 .华丰煤两组 煤所得煤气中硫化物高.鹤壁煤、 华丰煤、 朝阳煤都 因原煤固定碳含量偏低、 灰分较高, 因而导致煤气产 率均不高. 汽氧比是影响固定床气化炉煤灰结渣行为和排 灰操作的决定因素, 也是影响气化过程运行经济性 的重要因素.为保证气化炉的安全操作, 试验参数 从较高的汽氧比开始, 逐步降低汽氧比, 提高炉温, 直至出现合适的结渣状态, 结合气化炉不同汽氧比 操作时的产气量和组成, 得到特定煤种的汽氧比. 得到鹤壁煤纯氧气化较佳汽氧比为 +$+ 01/(+ , 所得 单位质量煤气产率为 &

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孙村煤纯氧气化较佳汽氧比 +$'

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$ ,3 (+ /01, 煤气低热值 .纯氧气化煤气产 率从高到低是孙村煤, 鹤壁煤和朝阳煤, 这是与原煤 固定碳组成高低顺序相同. 焦油产率高低原因主要与其原煤挥发分高低有 关, 总的趋势是原煤挥发分高, 焦油产率也高.空气 气化煤气中的

45 浓度高于 6# 浓度, 纯氧气化煤气 ・

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+ 年 万方数据 中! 浓度高于 #$, 这主要与气化剂组成有关.蒸 汽分解率空气气化普遍比纯氧气化时高, 这是为了 维持炉内较高温度所致;

纯氧气化时蒸汽分解率属 于正常水平.气化效率与煤气产率有关, 但主要是 与原煤固定碳含量的高低有关. 表%不同煤种气化试验数据 气化煤种 鹤壁孙村华丰朝阳项目空气 纯氧 空气 纯氧 空气 空气 纯氧 入炉煤粒度&

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固定床气化炉气化试验取得的煤气组成与工业 过程相接近, 试验消耗指标可用于指导生产过程, 其 可为地下气化的可行性研究、 设计和生产操作条件 的选择提供参考依据. 从煤气用途看,

8 个煤矿煤空气气化煤气热值 较低, 可用作工业燃气, 纯氧气化生产的煤气中 ! 和#$ 含量高, 因此其主要用途将是用于化工合成 如生产合成氨、 甲醇等高附加值产品, 也可用作城市 煤气的掺混气. 参考文献: [%] 徐永生/ 煤层气和煤炭地下气化综合开发的研究 [=] / 煤气与热力, %99(, (%) : %1― ./ [ ] 赵守国, 杜金业, 王阁/ 我国煤炭地下气化试验的进 展与反应过程 [=] / 煤气与热力, ..., (*) : % ― %*/ [*] 王本志/ 煤地下气化技术的发展与应用 [=] / 煤气与热 力, .. , (*) : *9― 8./ ・

9 ( ・ 第 期戢绪国等: 地下气化煤种固定床空气和纯氧气化试验研究 万方数据 ........