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影响气化反应的因素

(2015-09-04 23:03:30)
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资料

分类: 化工资料

(1)煤质

煤的性质对气化过程有很大影响。如煤的热稳定性和粘结性。但影响较大的还是煤的变质程度和煤灰的粘温特性。

煤的变质程度影响着煤的反应活性,变质程度低的反应活性较高,变质程度高的反应活性较低。在水煤浆气化这种气流床的流动方式中,煤与气体的接触时间很短。所以要求煤有较高的反应性能。当然,如果某种煤的反应性较差,可以由粒度来弥补,粒度越小,反应速度越快,但过细的粒度会影响煤浆的浓度。

煤浆的粘温特性是指熔融态的煤灰,在不同温度下的流动特性,一般用熔融态煤灰的粘度来表示。在水煤浆加压气化中,为了保证煤灰以液态形式排出,煤灰的粘温特性是确定气化操作温度的主要依据,生产实践证明,为使煤灰从气化炉中顺利排出,熔融态煤灰粘度以不超过250厘泊尔为宜。

(2)助熔剂的影响

德士古气化工艺的一个特点是高于煤灰熔点之上进行气化,煤灰熔点高,气化炉操作温度就要提高,气化温度提高,对耐火材料的要求就更加严格。而对于现有的耐火材料来说,气化温度过高,炉内介质对耐火材料的腐蚀就会加剧。从而使耐火材料的寿命大大缩短。所以为使气化炉在一个合适的温度下进行气化,就要想办法降低煤的灰熔点。现有的方法就是添加助熔剂。在水煤浆中加入石灰石能改善灰渣的粘温特性,使液态灰渣粘度降低。但是当石灰石的添加量超过一定量时,熔渣顺利流动的范围反而缩小,熔渣粘度将随添加量的增加而增加,所以,石灰石的添加量也不宜过多,应根据不同煤种经实验后确定其添加量。对于神华煤制烯烃所采用的煤种来说不需要添加助熔剂。

(3)氧碳比的影响

在气化炉内氧气与水煤浆直接发生氧化和部分氧化反应,因此,氧碳比是气化反应非常重要的操作条件之一。随着氧碳比的增加,将有较多的煤与氧发生燃烧反应,放出较多的热量,气化炉温度随着升高,所以气化温度随氧碳比的加而增加,同时,碳转化率也随着氧碳比的增加而增加,以渐进线方式接近100%。而随着氧碳比的增加,气化效率先是增加到一定数值,然后开始降低,这是由于过量的氧气进入气化炉,导致CO2含量的增加,使有效气体成份下降,从而使得气化效率降低。

氧碳比对工艺中二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)的影响很大,对于给定的煤浆浓度,工艺气中二氧化碳含量随着氧碳比的增加而增加,而工艺气中甲烷含量随着氧碳比增加而减少。这两个指标通常用来判断氧碳比的变化和炉温高低及变化。

(4)煤浆浓度的影响

煤浆浓度是指水煤浆中固体的含量,以重量百分数表示。煤浆浓度必须适宜才能满足工业生产的需要。对于给定的氧碳比,气化炉温度随着煤浆浓度的降低而降低。这是因为煤浆浓度降低,进入气化炉的水份增多,吸收较多的热量,降低了气化炉的温度。要保持气化炉温度,就要增加氧气量,随着氧碳比的增加,工艺中CO2增加,而有效气体(CO+H)的含量及气化效率降低。煤浆浓度过高时,粘度急剧增加,流动性变差,不利输送和雾化,同时由于煤浆为粗分散的悬浮体系,存在着分散固体重力作用,而引起沉降的问题,因此水煤浆浓度过高时,易发生分层现象。故煤浆浓度也不能太高,原则是保证不沉降,流动性能好,粘度小的条件下尽可能提高水煤浆浓度。

(5)反应温度的影响

提高气化炉的温度,有利于反应的进行,降低CH4的含量,改善出口气中有效气体的组成,提高碳转化率。工艺气中甲烷含量能够表示气化炉温度。这种关系见下图。如图中所示,工艺气中甲烷含量的对数随着气化炉温度的变化而呈线性变化,但这种特定关系还受多种参数的影响,见图影响气化反应的因素

气化炉操作温度不是一个独立的变数,它与氧的用量有直接的关系,如用提高氧的用量来提高温度,进料氧碳比发生变化,即导致氧碳比过高,则有效气体成份下降,CO2含量升高。另外,气化温度过高,将对耐火材料腐蚀加剧,影响或缩短了耐火材料的寿命,甚至烧坏耐火衬里。

气化温度的选择原则是在保证液态排渣的前提下,尽可能维持较低的操作温度,由于煤种不同,操作温度也不同,工业生产中,一般为1300~1500℃。

(6)气化压力的影响

气化反应是体积增大的反应,提高压力对化学平衡不利,但生产中普遍采用加压操作,这是因为气化加压增加了反应物的浓度,加快了反应的速度,提高了气化效率;加压气化有利于提高水煤浆的雾化质量;加压下气体体积缩小,在产气量不变的条件下,可减少设备体积,缩小占地面积,使单炉发气量增大,便于实现大型化。

(7)煤的颗粒分布对碳转化率的影响

影响气化炉反应性能的另一个参数是煤的粒度分布。基于有关试验结果显示,煤浆中较大的颗粒进行转化反应时不如煤浆中较小的颗粒进行得稳定,因此限制煤浆中较大尺寸粒子的含量甚为重要。

影响气化反应的因素有煤质、煤浆浓度、氧碳比、气化温度及压力等,其中氧碳比是最主要因素,它决定了碳转化率及其它工艺参数。

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