煤质对壳牌煤气化工艺操作的影响

王 龙

(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037000)

引 言

煤气化工艺作为我国高效利用清洁煤炭资源的重要方式、方法之一，近年来国内外针对煤气化工艺的研究越发的深入。煤气化工艺是指在一定的外界环境条件下，施加一定的温度、压力、压强等条件，将经过处理的原材料转化为具备更多使用用途的气态化工艺。截止目前我国常见的煤气化工艺可以根据实际的反应、生成过程中所添加的催化剂种类或计量上的不同，分为部分气化和完全气化两类。针对煤气化工艺来说，壳牌自20世纪初期便开始了有关煤气化工艺的研究工作，直至目前已经成功构建了数个成功的煤气化工艺装置。并通过数十种方案的不间断实验，向世界证明了该煤气化方法的适用性情况。目前，壳牌煤气化工艺已经被我国某煤化工有限公司投入运行。随着壳牌煤气化工艺在其应用中的不断深入，其中存在的问题也愈发的展露出来，其中煤质对于壳牌煤气化工艺操作的影响尤为明显。

1 壳牌煤气化工艺操作的工艺流程及反应原理

1.1 壳牌煤气化工艺操作的工艺流程

目前常见的壳牌气化工艺流程中，用作原料的煤在处理后经氮气带去后续进行磨煤和干燥的系统中，在该系统环节中操作对于煤粉的要求通常需要控制在0.05 mm～0.1 mm以下，水分指标<2.05%后，被运送到常压过度仓后，经3.56 MPa～3.67 MPa的氧气喷射后进入气化炉内进行反应[1]。在气化炉内，原料煤与空分纯度为95的灰质在1 500 ℃及2.78 MPa下的恒定条件下发生气化，后再经气化内分子变化、脱硫等工艺得到目标合成气，其工艺流程如图1所示。

图1 壳牌煤气化工艺流程

1.2 壳牌煤气化工艺操作的反应原理

在实际操作中，是煤粉、氧气(O)以及蒸汽在气化过程中接受高温加压会发生转换反应的原理所制成的。由此，能够对煤气化工艺环节造成较为明显影响的因素应控制在煤质、外界环境、灰分颗粒等问题上，其中对于煤气化工艺操作影响最为明显的就是煤质所带来的影响[2]。

2 煤质对壳牌煤气化工艺操作的影响

根据实际的壳牌煤气化工艺操作的理解、实践，目前我国煤气化操作中，影响煤质的因素主要包括以下几个方面：

2.1 煤的可磨性指数

煤的可磨性是指在一定状态下将煤体研磨成煤粉的可供研磨指数。这一指数是进行后续煤体加工的重要参数之一，是影响后续煤体煤气化工艺操作进行的重点，在这一环节中，操作人员通常会在操作进行前进行煤体可磨性指数测试。壳牌煤气化工艺中要求煤体颗粒情况如表1所示。

表1 壳牌煤气化工艺中要求煤体颗粒情况

2.2 煤体的灰分性指数

煤体的灰分指数是指煤质在经完全燃烧过程后所剩余的煤质残渣比，是将煤质中全部可燃物经完全燃烧后，矿物质灰化的产物。在壳牌煤气化工艺操作过程中，设计者采用了“以渣抗渣”的创新水冷壁保护模式，在这一模式中炉内在煤质充分燃烧后将灰渣挂在炉体内部，从而形成一层天然的保护膜，进而为炉体打造抗渣的作用[3]。但是在这一环节中，根据煤质的灰分程度不同也会对炉体造成不同程度的影响，影响程度如表2所示。

表2 灰分程度不同对炉体造成不同程度的影响

2.3 煤体的发热量情况

煤体的发热量水平对后续的气化环节也有着重要的影响，例如，水煤浆中可以用于气化反应的进料中大都含有35%左右的水平，并在空气干燥基位针对该区域的发热量不得少于每公斤22/5 MJ[4-5]。例如，在温度一定的情况下，煤渣的黏合度情况随着燃烧中二氧化硫(SO2)、三氧化二铝(AL2O3)等物质的含量增加而随之发生改变，挥发分过高会在一定程度上增加煤质自燃、自爆的几率，这就要求在实际的煤气化操作中针对挥发分进行良好的处置同时将煤质存放在相对惰性的气体中来，并将煤渣粘度控制在10 Pa～25 Pa之内，并针对存放煤质的区域进行严密的监控，避免因煤质的自燃、自爆对煤气化企业造成较为恶劣的后果。

2.4 煤的工业性及其影响元素分析

煤质的反应活性，是指在相应条件下煤质与不同介质间相互作用的反应能力情况，在煤质汇总O、C或者N的含量越高，其影响越明显，所以，在实际的应用中操作人员大都应用通入CO2方式进行有关煤质活性的测试，通常情况下，煤质的活性越好，越有利于其煤气化工艺产物的生成，与此同时，由于CO2与煤质大量接触会提升实际反应中的效率，所以CO2也可以作为实际操作中的煤质催化剂，来帮助煤气化工艺操作的顺利进行。

2.5 煤的固定碳指数及煤的灰熔点和灰渣粘温等问题

这一指数通常情况下向人们展现了煤质在煤气化工艺操作过程中的转化程度，是确定煤炭的质量、用途等参数的重要指标，通常情况下其操作温度大都控制在135 ℃左右，以正常运行的同时保证顺利的渣体排除[6-7]。在实际的测量过程中，煤质固定碳的含量等于挥发后煤质剩余的物质量除去灰分剩余物质的量，这一数值的大小直接的关系到了煤气化装置的经济收益情况，例如，在某一煤气化换煤过程中，如果固定碳指数的变化过大，并且炉内氧、碳的比例情况十分难以控制，就会造成较为明显的炉内温度超标，损坏炉内设施的同时为煤气化操作带来较为明显的安全隐患问题。与之相类似的，煤的灰熔点和灰渣粘温等问题，都会对设备的使用寿命、煤气化质量等造成较为明显的影响。

3 结语

随着我国针对煤气化工艺研究的不断深入，壳牌煤气化装置在我国已经得到了较为广泛的普及，但是随之而来的问题也愈发的受到人们的关注，尤其是煤质问题对煤气化工艺操作中的影响问题，要如何根据我们煤质实际情况，针对壳牌煤气化装置的适应性作出适配，在保证煤气化工艺操作安全、稳定运行的同时，达到气化收益、效率的最高成为了我国煤气化工艺操作、研究人员所研究的重点问题。

参考文献：

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[4] 潘强,杨红波,任淑荣.宁东矿区煤质与气化技术的匹配性研究[J].洁净煤技术,2013(2):36-38.

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[6] 张鸿儒,张洪刚,郭零.煤质对壳牌煤气化工艺操作的影响[J].科技创新导报,2012(11):27.

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