鲁奇加压气化用型煤工业应用研发展望

2020-01-14焦多瑞伊犁新天煤化工有限责任公司新疆伊宁835000

化工管理 2020年12期

焦多瑞（伊犁新天煤化工有限责任公司，新疆伊宁835000）

在大力倡导绿色低碳技术的时代背景下，煤气化技术的应用能够比较有效地实现煤炭清洁转化利用。在气化途径中，可以实现煤炭向清洁气体产品的高效转化。以鲁奇加压气化技术为例，这一技术的热效率高、氧气消耗低，能够更加高效的合成甲烷气体和一氧化碳气体。在实际技术开发过程中，无烟块煤是良好的鲁奇加压气化材料。但是随着我国煤炭市场供需格局的发展变化，企业未降低成本，必须寻找更加经济的气化原料，而廉价粉煤成型后能够发挥与无烟块煤相一致的效果。

1 型煤生产

1.1 生产技术

在生产型煤的过程中，其生产技术主要由煤料的性质和型煤的应用场景而决定。所以至今已经衍生出多种粉煤成型技术。总的来说，在型煤生产过程中，都是以成型温度为标尺，按这一参数对行为的生产技术进行划分，又可以大致划分为热压成型技术和冷压成型技术，前者主要是通过快速加热促使粉煤发挥自身的黏结性能，这样粉煤就能够在极短的时间内产生数量不匪的胶质体并在适当压力的作用下被压制成型。总的来说热压型煤主要是对原料煤的黏结性具有较高的要求，黏结性过高可能会导致型煤在压力作用下产生大幅度的变形，而黏结性太低则会导致型煤的强度不符合相应要求。而后者对于作用温度同样具有较高的要求，在室温或远低于煤料产生胶质体的温度下，在适应压力作用的情况，将煤料直接压制成型。和高压成型技术截然不同，冷压成型对于煤料的黏结性要求不那么严苛，而且主要作用条件取决于煤料的塑性和弹性，经过实验表明，煤在冷压成型作用下的成型特性和塑性成正比，和弹性成反比。比如说，在日常生活中比较常见的泥炭等年轻煤种塑性较高，在冷压作用下能够直接被压制成型。以德国黑水泵公司的经典操作为例，其将成功压制的褐煤煤砖专用于鲁奇气化炉的工业生产中，取得了较好的成效。而对于弹性较好、塑性较差的煤来说，其很难被压密实，所以不太适用冷压成型的方法。

1.2 型煤黏结剂

在整个作用流程中，黏结剂的主要作用是借助煤粉颗粒而表现出良好的冷热性能。结合我国现阶段的行为年阶级研发情况来说，少增加或不增加型煤灰分的制备方式已经成为一种常态，这也符合了其生态性和经济性的要求，并能够在一定程度上改善煤的品质。有机型黏结剂和无畸形黏结剂在现阶段的行业发展中都应用广泛，而通过对二者的融合更能够发挥不同黏结剂的价值优势，实现多重优点型煤的制造。

2 鲁奇加压气化用型煤研发

2.1 鲁奇气化用型煤的研发进展

针对适用于鲁奇气化粉煤成型的相关技术，诸多的学者与研究人员已经进行了大量的研究工作。其中以田亚鹏学者为首的团队通过义马长焰煤为基础原料，在添加经过改进的专业复合黏结剂后生产出了冷强度等各项指标性能十分优良的气化型煤。田斌、许德平等学者带领团队以亲水有机高分子原料为黏结剂成功制备气化用型煤，并且成功通过小型实验设备实现了鲁奇炉加压运行工况的模拟，并成功考察了型煤的气化以及渣块特征。曹敏等学者则通过开发新工艺以及新型黏结剂，成功以晋城无烟煤为基础原料制成高强防水气化型煤。王东升等学者也通过自主研发的复合添加剂成功通过新疆长焰煤制备出高强度型煤。并且通过实验表明了型煤具有十分理想的冷压强度、热强度和浸水强度。王峰带领的学者团队则成功的在添加膨润土、腐殖酸和小麦淀粉作为黏结剂后，采用伊犁长焰煤和尼勒克气煤为原料制备出气化型煤。除此之外，多家企业也进行了工业试烧工作，对气化型煤进行大力研发。

2.2 研究问题分析

在鲁奇加压气化用型煤工业的发展过程中，阻碍研发进程的主要有以下三方面的要素：

2.2.1 缺乏理论基础

经过大量的研究，显示粉煤成型的作用原理其实简单来说就是煤与煤、煤与黏结剂分子间力的作用。一般情况下，粉煤成型需要经过惯性变形和黏弹塑性变形两个阶段过程，每一个相应过程都会为粉煤施加不同的作用力，这一现象还无法用现阶段的理论知识给出准确解释。而且，专家学者将黏结剂与粉煤间的作用力主要归纳为固体桥联联结力、静电吸引力、液体桥联联结力，以此来解释粉煤冷压成型。但是实际上型煤质量是否满足鲁奇气化的要求还取决于酶的机械性质、表面特性及弹性等因素，这也侧面印证了现阶段对鲁奇加压气化用型煤的理论支撑不足，很难寻找多变量复杂系统的最优解。

2.2.2 专有质量参数标准缺失

结合我国的型煤质量参考指标来说，其不具备全面的标准，现阶段比较受到认可的是常压固定床气化用型煤质量行业标准，但是这一标准体系并不是针对鲁奇气化型煤而确立的。在常压型煤质量体系中，领域中比较常用的参数并不能够真正映射出鲁奇气化过程对型煤质量的要求，就比如说“落下强度”、“冷抗压强度”和“热稳定性”，作为某种衡量标准而言，具有较强的局限性。所以，为了进一步完善型煤质量的指标，“冷态浸水强度”、“热态浸水强度”、“热态耐磨强度”等概念被相继提出，但是其实效性还有待商酌，鲁奇气化型煤的研发工作还处于摸索阶段。

2.2.3 型煤试烧操作经验缺乏

型煤和块煤具有比较显著的性质差异，通过对其在反应活性、碎裂特征方面的差异分析，推断出在工业燃烧过程中要对方案和方法等进行必要调整，但是我国现阶段对于试烧操作的经验还比较贫乏，数据失准成为一种频发现象。

3 技术研发方向

在我国的鲁奇加压气化用型煤工业发展进程中，“黏结剂+冷压成型”的形式一般被认作是粉煤成型的最佳方式。采用该技术实现型煤气化，工作的难点主要聚焦在研制黏结剂的方面。客观来说，我国现阶段对这一工作重难点的突破还处于瓶颈，短期内难以取得显著进展。面对这种情况，相关行业的人员唯有借助更换粉煤成型的工艺来填补黏结性能不足的弱项这一发展方案。具体来说，可以采用“有黏结剂冷压成型+高温碳化”对鲁奇气化用型煤进行工艺创新。之所以提出这种方法，主要是煤颗粒的大分子结构在作用过程中发生了明显的变化，最终形成了和块状煤结构比较相似的稳定化学键。所以说，型煤的物理化学性能从宏观维度上来看与块煤比较相近，其性能都比较优良。正由于这种性质，水蒸气并不会作为型煤质量的干扰因素，所以，现阶段的工艺水平能够满足实验的基本要求，并推动气化炉工作的有效开展，黏结剂的作用便显得不那么重要。但是，相关研究人员必须深刻意识到碳化过程的引入虽然会降低黏结剂的成本，但同时会提高生产成本，在接下来的研究中必须找准抵消型煤生产成本上涨的发展方向。