造气炉煤炭镀膜气化技术.doc

造气炉煤炭镀膜气化技术卢光胜注：返焦和熔融状蜂窝体渣块一起入炉气化，不仅打破了渣块不能入的常规，让人们对间歇式煤气化有了新的认识，也对渣块有了崭新认识，渣块是保温蓄热材料、相变蓄热材料、气化催化剂、脱硫剂、润滑剂等，在吹风阶段，蜂窝体渣块表面积大，相变蓄热能力强，不仅能压缩炉膛内碳层的蓄热体积，降低系统阻力，还能过热烟气，烟气在渣块附近二次燃烧，释放烟气潜热；在制气阶段，蜂窝体渣块相变放热，扩大高温制气氛围体积，提高蒸汽分解率，提高煤气品质，降低消耗。关键词：相变蓄热 高温镀膜(液态膜) 一、煤气化技术概述现有两种固体煤气化技术：固定床气化炉、气流床气化炉。1、 固定床气化炉固定床气化炉是一种间歇性的气化工艺技术，整个工艺过程有吹风燃烧(相变蓄热)、水蒸汽分解制气两个主要阶段。一般使用块煤或型煤为原料，固体原料由炉上部加入，空气自气化炉底部入炉，含有残炭的煤渣自炉底排出，床层中最高温度(一般在11001250之间)在氧化层，即氧气开始参与燃烧至含量接近为零的一段区域，之后用水蒸汽和空气作为气化剂自下而上(或自上而下)进入气化层，与燃料中的高温煤炭产生反应，生成半水煤气。破解间歇性气化工艺的关键，是如何延长高温气化氛围。2、气流床气化炉将粉煤（70%以上通过200目）用气化剂(纯氧、蒸汽)输送入炉中，以并流方式在高温火焰中进行反应，其中部分灰分可以以熔渣方式分离出来。反应可在所提供的空间连续地进行，炉内的温度很高，所产生的煤气和熔渣在接近炉温的条件下排出，煤气中不含焦油等物质，煤气中的飞灰在冷却后被分离出来。某公司shell粉煤气化炉为气流床气化炉。两者相比较，气流床的突出优点是生产能力大、煤气出口压力高，后续工艺简洁，有完善的理论基础和检测系统做支撑，产量、消耗都比较稳定；固定床还没有如此完善的理论基础和检测系统做支撑，导致各子公司之间的生产能力、消耗很不平衡。二、新理论煤炭高温镀膜(活性炭、分子筛)煤气化反应模式常规认识，固定床的气化理论、生产能力等都非常落后，已赶不上时代的发展步伐，属于被淘汰的对象，导致很少人来继续投资研究它，反观集团的发展现状，这种技术不仅没有被淘汰，还有燎原之势，这其中的奥秘又在哪里呢？信息演排发现了“返烧机械筛选返焦模式”，使这种在某公司造气使用的方法得到不断推广。“返烧机械筛选返焦模式”就是把大约2%的返焦和熔融状蜂窝体渣块一起回炉气化，渣块在高温状态下再度熔化，对参与气化的高温煤炭单体，逐个进行高温液态渣浸润镀膜处理，形成以炽热煤炭为骨架、高温液态渣为润滑剂的网状立体气化空间，这种煤炭高温镀膜煤气化反应模式，有别于现有的传统煤气化模式，是活性炭、分子筛、煤气化等技术的有机结合；固态蜂窝体渣块蓄热能力超强，在提升系统蓄热品质的同时，降低了系统阻力，优化了系统制气环境。1、三低一高现象三低：消耗低、硫含量低、上行温度低消耗低，长期稳定在1.55 t/t左右；硫含量低，全烧寺河矿煤，脱硫进口H2S含量低于2.0 g/m3；上行温度280，低于其它公司70(350-280=70)。一高：下行温度高下行温度320，高于其它公司70(320-250=70)。2、返焦和煤渣循环入炉量2%某公司在全部回收烟道灰后，还机械筛选了部分返焦，据了解，返焦掺烧量是煤炭实物量(200t)的24%，烟道灰、返焦的综合降耗效果已超过了煤炭实物量(200t)的10%，据了解，消耗低的子公司，大都在推广“返烧机械筛选返焦模式”(有别于传统的人工筛选返焦模式，机械筛选返焦时，返焦、煤渣混在一起入炉)。3、活性炭以水蒸气、二氧化碳或两者混合气体为活化剂，将含碳物料和气体在转炉或者沸腾炉内，在800-1000高温下进行碳的氧化反应，制成细孔结构发达的活性炭。反应活性强的煤，在气化和燃烧过程中反应速度快，效率高。反应活性的强弱直接影响到产气率、耗氧量、煤气成分、灰渣或飞灰的含碳量及热效率等。实验表明，随原煤变质程度的增加，其煤焦的反应活性急剧下降。年轻煤（如褐煤）因为它水分、挥发分含量高，加之结构疏松，它生成的煤焦反应比面积大，又具有丰富的过渡孔和大孔，使反应剂容量扩散到这些反应表面，因而褐煤煤焦的反应活性高。值得注意：在混合气体中少量的氧会使活性炭具有很大的孔隙。氧与碳的作用速度百倍于二氧化碳，而且因钾盐存在而大增，因此含钾的原料在含氧的气体中会剧烈反应，以致发生失控的燃烧而不是活化。各种少量化合物，例如碱金属和碱土金属的盐类，几乎全部氯化物、硫酸盐、醋酸盐和碳酸盐，还有大多酸类和氢氧化物，在气体活化中具有催化加速作用。造气炉的制气阶段与活性炭的活化阶段相似，只是最终产品不一样，氧化、还原层的炽热煤炭通过活性剂CO2、水蒸气、空气、Na2O和硫酸盐等反复活化处理，已具备相当的活性活性炭(气化层)。4、分子筛(渣块)分子筛是一种硅铝酸盐，主要由硅铝通过氧桥连接组成空旷的骨架结构，在结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴。此外还含有电价较低而离子半径较大的金属离子和化合态的水。由于水分子在加热后连续地失去，但晶体骨架结构不变，形成了许多大小相同的空腔，空腔又有许多直径相同的微孔相连，比孔道直径小的物质分子吸附在空腔内部，而把比孔道大的分子排斥在外，从而使不同大小形状的分子分开，起到筛分分子的作用，因而称作分子筛。 5A型分子筛 化学式：3/4CaO1/4Na2OAl2O32SiO29/2H2O 主要用途：(1)天然气干燥、脱硫、脱二氧化碳；(2)氮氧分离、氮氢分离，制取氧、氮和氢；(3)石油脱腊、从支烃、环烃中分离正构烃。（可再生） 渣块的化学成分与5A型分子筛化学成分相似，在气化过程中有干燥、脱硫、脱二氧化碳、助燃等作用。5、煤炭高温镀膜气化原理煤炭是混合物，没有具体的熔点，石墨的熔点是3652，杂质二硫化铁（FeS2）熔点是1171，灰熔点(弱还原性)T21350，炉内火焰温度最高在1800左右，石墨不会熔化，杂质和煤渣能迅速熔化，被熔渣包裹的煤炭，如果在气化层没有燃烧、气化，进入灰渣层冷区后，就会形成渣块残炭。5.1自动寻优功能：现有理论认为，氧化层中最高温度一般在11001250之间，这与灰熔点数据不相符，从熔融状蜂窝体渣块形态来看，渣块已完全熔化，证明炉内最高温度(弱还原状态)1350；掺烧少量渣块后，高温使煤渣再次熔化，液态的渣对炽热的煤炭进行浸润处理，在炽热煤炭表面形成一层液态膜，多余的液体物质向下流动，一直到灰渣层形成新的液态渣，在通过上吹空气、蒸汽吹成熔融状蜂窝体渣块。镀膜层和原有的氧化、还原层构成了以炽热煤炭为骨架、高温液态渣为润滑剂的网状立体气化层。液态渣在对炽热煤炭进行浸润、镀膜形成网状立体气化层的过程中，单体镀膜煤炭会发生液态流动位移，这种位移方式原来只有在氧化、还原气化层才会发生，现在因为液态渣的提前出现(人为添加渣块)，导致这种流动现象提前到来，使原有煤炭在燃烧形成孔洞后发生坍塌的现象消失了，被一种平缓的流动过程所取代，这种在氧化、还原层和干馏层之间新添加的软滑带，使燃烧、气化反应进入了一种自动寻优状态，哪里火焰温度高，哪里渣块就熔化迅速，吸收火焰高温显热就多；因为镀膜层比干馏层空隙小、密度大，气体穿越镀膜层的阻力大，寻优就是一种镀膜层范围扩大、体积增大过程，镀膜层范围越大，炉内有效气化面积越大，无效气化面积越小，气化趋于稳定，渣块残炭低。软滑带增厚，干馏层减薄，干燥层增厚，吹风烟气温度下降，上行煤气温度下降；软滑带增厚，氧化、还原、渣层厚度相对稳定，存储的高温气化能量增强，渣层的换热能力相对减弱，下行煤气温度上升。5.2高温除尘：网状立体气化层内部的单个炽热煤棒，被液态膜分隔成一个个独立气化单体，在燃烧、气化时，独立单体(炽热煤炭)产生的气体，通过液态膜过滤外排时，飞灰被液态膜吸附形成新的液态膜，使飞灰含量下降；飞灰熔化吸热，固化放热(相变蓄热)，气化层高温蓄热量越多，蒸汽转化率越高，降低消耗。5.3纯氧燃烧 （氮氧分离技术原理）氮和氧都具有四极矩，由于氮的四极矩(0.31A)比氧的(0.10A)大得多，因此分子筛对氮的吸附能力比氧强。当空气在带压状态下通过装有分子筛的吸附床时，氮气被分子筛吸附，由于氧气被吸附较少而流出吸附床，达到分离氮气获得氧气的目的。氧气(O2)穿过高温液态分子筛，进入单个独立的炽热煤炭气化单体内部，与炽热煤炭发生剧烈的纯氧燃烧反应，高温火焰温度在1800左右。燃烧、气化温度越高，气化效率越高，消耗越低，残炭值越低， 800残炭值10%（间歇式空气气化），1050残炭值5%（富氧气化），1400残炭值1%（纯氧气化）。在富氧气化试验过程中，为达到进一步降低渣块残炭值的目的，也可以通过调节入炉富氧比例(21-80%)来实现，是同一个道理。局部纯氧燃烧，当然可产生局部的渣块残炭值下降。5.4独立单体全密封气化(“温棚”效应)：氧气(O2)能通过高温液态分子筛进入单个独立的炽热煤炭气化单体内部燃烧，产生1800左右的高温火焰，N2不能通过薄膜进入单个独立的炽热煤炭气化单体内部，N2被阻隔在高温液态分子筛外面，形成单个独立炽热煤炭气化单体内部温度高于外部温度“温棚”效应。气化时热量越集中，气化温度越高，气化过程越彻底。5.5高温脱硫（FeS2分解）：资料表明，FeS2中硫的释出率随炉温升高而逐渐增加，在炉温大于1000以后，硫释出率迅速增加，1050硫释出率为47.8%，即炉温直到1050，经0.5 s加热后，FeS2仍处于分解阶段。寺河煤的硫含量在0.81.5%之间，主要以二硫化铁（FeS2）成分存在，高温液态膜内部温度高于1350，在1350高温状态下，二硫化铁（熔点1171）熔化、分解更彻底，熔化后的FeS2与O2迅速反应，生成Fe2O3、SO2，放出热量，使脱硫进口H2S含量(g/m3)降低，降低消耗。主要产量消耗比较表报表单位:生产部 报表时间：2010-1-11主要技术指标名称单位123456789煤棒固定碳63 64 63 62 62 62 65 66 64 氨醇产量t793 521 483 325 355 129 235 716 288 吨氨醇耗煤棒t/t1.690 1.645 1.583 1.509 1.673 1.561 1.537 1.626 1.536 月累计t/t1.688 1.621 1.561 1.492 1.686 1.556 1.534 1.608 1.531 吨氨醇产渣量t/t0.33 0.61 0.48 0.46 0.44 0.38 0.56 0.50 0.59 月累计t/t0.34 0.60 0.48 0.45 0.44 0.37 0.58 0.55 0.60 主要技术指标比较表报表单位：生产部 报表时间：2010-1-11主要技术指标名称1234567煤棒含量固定碳%62.5163.8163.0761.6164.7061.7