煤气发生炉炭层高度对制气量和氢气含量影响的试验研究

2012-09-11赵凌黄建平王凤利

河南化工 2012年3期

关键词：水煤气炭层安阳

赵凌，黄建平，王凤利

(1.安阳工学院化学与环境工程系，河南安阳455000;2.河南安阳化工集团，河南安阳455133)

煤气发生炉炭层高度对制气量和氢气含量影响的试验研究

赵凌1，黄建平1，王凤利2

(1.安阳工学院化学与环境工程系，河南安阳455000;2.河南安阳化工集团，河南安阳455133)

考察了不同炉径的UGI发生炉分别处在的不同炭层高度，找到最佳炭层高度，得到最大的制气量和最高的氢气含量，从而达到节能降耗的目的。

煤气发生炉;炭层高度;节能降耗

常压固定层床间歇式气化技术是一项传统的煤气化技术，我国从20世纪30年代开始采用，经过70多年的发展，改造创新，实践证明此种气化技术是成熟的，工艺是可行的，并且投资少、见效快，原料的适应性广，在相当一段时间内，固定床间歇式的气化技术仍是我们煤气化的主要方向［1］。

1 炭层高度

炭层高度指炉膛内可装填高度，即从灰渣层到干燥层的高度［2］。通常情况下，炭层高度等于煤气炉的高度减去空层高度。空层高度指炉内料层上表面到炉顶之间，即加料和反应生成物在炉内停留的空间。试焦器位于炉顶，在正常生产中的任何时候都可以测量空层高度。而煤气炉的高度是已知的，两项的差值就是炭层高度。

炭层高度与床层阻力成正比关系［3］。即炭层高度越高，床层阻力越大，反之则相反。煤气炉内床层阻力的大小是直接影响气化强度高低的重要因素。当煤气炉气化层温度一定时，入炉气化剂通过燃料层的速度直接影响气化反应速度，它决定于气化剂扩散过程和气化剂与燃料的接触时间。当床层阻力过大时，气化剂通过燃料层时与燃料接触时间就长，它虽然有利于蒸汽分解率的提高，但是它同时使气化剂通过燃料层的速度减慢，气化反应速度也减慢。也就是说，虽然生产出的煤气成分中有效组分较高，但是在单位时间内气化强度受到限制。反之，床层阻力过小，气化剂通过燃料层的速度过快，气化反应速度在单位时间内可以获得较高的气化强度，但是煤气中有效气体组分减少，且含有大量未分解的蒸汽。由此可见床层阻力过大或过小均不好，即炭层高度过高或过低都不好。

2 气化过程的评价指标

半水煤气是将水蒸气和空气(或富氧空气)按1∶1的比例一起吹入煤气发生炉中与赤热的C作用而产生的煤气。主要成分是CO、CO2、H2、N2，氢氮比为3∶1，是合成氨的原料。制气效率指所获得半水煤气热值与气化时所消耗的燃料所具有的热值、气化剂(蒸汽)所带入的热量、吹风阶段时积蓄于燃料层可利用热量利用三者之和之比。提高制气效率，必须提高半水煤气热值，即提高单位制气量和水煤气中的有效成份H2含量。H2是在制气阶段由水蒸气与赤热的C反应制得，H2的含量高则制气效率高。制气效率的高低决定着半水煤气质量的高低。因此，H2含量成为评价半水煤气的质量的指标。即H2含量高，半水煤气质量优。气化过程的优劣主要通过制气量和半水煤气的质量的高低来表现［4］。炭层高度对这两个指标有着重要的影响。

3 数据和分析

笔者考察了安阳化工集团、安阳九阳公司、河南心连心化肥有限公司等，得到了下面的几组不同炉径下不同炭层高度情况下的情况，详见图1～5。本文数据采用UGI型发生炉，加入山西煤，煤气炉的配置相同的基础上得到的。

由5组数据得出，不同炉径发生炉的制气量和H2含量都随炭层高度成抛物线。在最佳炭层高度时，制气量和H2含量都达到最大。即炭层高度对制气量和煤气质量有重要影响。如Φ2 650 mm发生炉最佳炭层高度在3.8 m左右;Φ2 800 mm发生炉最佳炭层高度在4.0m左右;Φ3000mm发生炉炭层高度在4.3 m左右;Φ3 200 mm发生炉最佳炭层高度在4.2 m左右;Φ3 600 mm发生炉最佳炭层高度在4.6 m左右。适宜的炭层高度不是运用公式计算出来的，而是根据经验总结出来的。炭层高度又受到多种因素的制约，只能达到某一限度范围。如果其中一个影响因素变化很大，炭层高度的范围也不一样。各个工厂由于原料不同，操作工素质不同等原因，采用的高度也不同。