粒度对壳牌气化炉气化过程的影响

2018-03-29杨明涛

山西化工 2018年1期

杨明涛

（同煤广发化学工业有限公司,山西大同 037002）

引言

在当今的社会中人们对于环境的保护意识越来越强,由于煤炭直接使用对于环境的危害非常大,因此人们开始发展更加环保的煤气化技术。在煤气化的过程中,煤炭的粒度有着非常重要的影响,并且壳牌气化炉对于煤炭颗粒的要求更高,这就需要人们研究粒度对气化过程较为具体的影响,这样才能更好地控制煤炭的粒度,让气化过程更加完善,从而增加气化的质量和效果。

1 煤气化技术简介

煤炭在我国是最为重要的能源之一,对于煤炭的利用是国家需要解决的一项重要课题。煤炭直接燃烧会对环境造成非常大的危害,于是人们根据化学反应原理将煤炭进行气化处理后再进行使用,这样就不会产生较多的有害气体,并且煤炭的利用率也有很大的提升。煤炭的这些特性更加促使人们对煤炭气化技术进行研究,如今煤气化技术已经成为煤炭处理最为重要的一项技术,对于人们的生产生活都有着很大的影响。煤气化的水平越来越高效,并且越来越环保,气化的产品已经渗入到生活的方方面面,给经济的发展带来很大的动力。煤气化的技术可以根据不同的气化炉而分成不同的几种,例如固定床气化技术、流化床气化技术和气化床气化技术等,不同的技术有着不同的优点和缺点,可以选择合适的进行气化工作。其中气流床气化技术中应用到的气化炉就是壳牌气化炉,相比于其他种类的气化炉,这种气化炉对于煤炭颗粒的要求非常高,要求入炉粒度应当要在5μm～90μm之间,若是煤炭的力度不能够满足其要求,就可能有很大的影响,气化的效率就会降低,并且对于后续的工作也带来很大的难题,因此,对于壳牌气化炉来讲,煤炭粒度的影响非常值得人们去进行讨论。

2 粒度对壳牌气化炉气化过程影响分析

2.1 粒度对于粉尘流动性的影响

对于壳牌气化炉来讲,由于其工作的设备较为精密,因此对于粉体的流动性的要求也是非常高的。粉体就是小颗粒物质的一种总称,壳牌气化炉要求的力度就是处于粉体的范围内。由于粉体相当的微小,因此其颗粒状固态的性质并不明显,相反,其具有犹如流体类似的流动性,人们也常常将粉体说成是第四类的物质。粉体能够流动是由于颗粒太小颗粒之间的相互作用力就会非常明显,这样就会造成其具有类似于流体分子之间的一些作用力,因此也就具有着一定的流动性,但是颗粒之间的受力确实较为复杂,人们难以弄清楚各种力之间的作用。对于壳牌气化炉来讲,其对煤炭颗粒的运送时采用的是密相加压气力运输,在进行运输时,需要有一定的气体保证其有一个向前的推动力,通常要选用与气化炉中进行的反应不会有影响的气体,例如惰性气体等,这样就能将煤粉送到气化炉中。由于煤粉的流动性是非常弱的,因此在进行输送的时候会有一定的困难,这就要求人们尽可能提升煤粉的流动性,保证粒度合适,确保证运送过程的完好。影响粒度流动性的因素有很多,例如粒度的水分会造成煤粉颗粒之间相互粘连,造成颗粒的增大,降低其流动性,严重时会导致运送的管道出现堵塞的现象。另外,粒度的分布也对煤粉的流动性有着一定的影响。不同粒度之间可能会有不同的静电力的作用,静电力较大的就会对带有相反电荷的小颗粒进行吸引,也会造成煤粉的颗粒变大,造成其流动性降低。不同粒度之间也是有着不同的摩擦因数,在进行输送时,也有可能会因为摩擦力的原因造成其流动性的降低［1］。

2.2 粒度对于煤气化反应的影响

在利用壳牌气化炉对煤炭进行气化时,需要对煤样粒度分布进行一定的分析,这样可以对反应中可能出现的各种元素进行预估,可以发现,当粒度有所降低时,主要元素就会跟随粒度的不同而发生改变,在进行反应的期间,会有灰分的产生,在不同的粒度中,灰分在反应后的含量会有所不同。粒度还会对煤粉的各种性质有着一定的影响,粒度越小,会使煤粉在进行反应的时候更加的完全,但是反应完成后各种剩余的残留物的成分也不相同。粒度还会对煤粉反应的温度有着一定的影响,一般来讲,粒度越大会使煤粉的熔融温度越高,反应就会更加地难以进行。不同的粒度还会有不同的表面积,这些也会对气化反应有着一定的影响,在进行一些实验以及计算后可以发现随着粒度的不断增加其表面积和体积的比例在不断地减小,但是在实际的反应中可以发现主要影响的是一些中孔和大孔,对于更小的孔径是没有太大的影响的,其影响作用可以忽略不计。空洞对于反应的影响主要体现在反应的活度上,表面积和体积的比例越大,其在进行反应时的活度就会降低,这样就会有利于反应的进行,同时,对于气体剂的扩散和在进行反应时物质传输的效率都有一定的影响。不同的孔径有着不同的反应,在选择时应当以最为合适的去进行选择,这样才能对反应的效率有一定的保证,同时还可以让反应更加完全地进行［2］。

2.3 粒度波动性对壳牌气化炉的影响

在对气化过程进行评估的时候,需要对反应的比氧耗和煤耗进行分析,其对于气化的过程有一定的作用,反映出气化过程中出现的一些问题,让人们去进行调整。比氧耗和煤耗可以由粒度的波动性进行分析,根据实验的数据分析得知粒度的波动性和这两者之间的比例有着一定的负相关的比例,随着粒度波动性的增大,比氧耗也会有一定的降低,进行分析可以得知这是由于当粒度较低的时候,煤样的堆积密度降低,这就会导致在煤粉的运输过程中产生堵塞的现象,使煤粉进入率降低。当粒度大于90μm的时候,对煤粉的波动性就会有较大的影响,但是这种波动性对于在进行反应时的各种物质的性质并不会产生很大的影响,例如其矿物的组成,熔融时的温度等都不会发生较大的改变。当粒度有所降低时,煤粉的一些物理性质就会相应发生一定的改变,会对煤粉的流动性有着较小影响,但是并不会影响到气化过程的大体,一般来看都会有着小程度上的提升,对于气化反应的增进作用并不大。当粒度非常小的时候,也会对气化反应造成一定的影响,粒度太小就会让气化炉喷嘴的流量大幅减小,降低气化反应的效率,在反应时很容易产生甲烷过多的现象,但是为了反应的进行需要对甲烷进行一定的控制,就会让气化合成的产量大大降低。可以看见,对于壳牌气化炉来讲,煤粉的粒度一定要有着一定的范围控制,让各种粒度有着较为合适的含量,这样对于气化反应来讲就会有着较好的效果,让气化产物的质量也有着较大的提升［3］。