潞安煤氣化及灰熔融特性研究.pdf

1、煤氣化作為潔凈、高效利用煤炭的主要途徑之一，是生產(chǎn)城市煤氣、化工合成用原料氣、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電用燃?xì)獾闹匾绞?。目前，山西潞安集團(tuán)540萬噸/年煤基合成油產(chǎn)業(yè)化項目已進(jìn)入實施階段，而煤氣化作為大規(guī)模合成油項目的前段工藝有著非常重要的作用。由于氣化工藝的多樣性以及煤結(jié)構(gòu)成分的復(fù)雜性，煤的性質(zhì)將直接影響氣化產(chǎn)物的組成與氣化工藝的配置。因此，進(jìn)行潞安煤氣化及灰熔融特性研究對潞安合成油項目氣化爐型選擇和氣化工藝優(yōu)化有重要的意義。本課題的研究成果將對

2、潞安540萬噸/年煤基合成油項目的氣化工藝選擇和操作參數(shù)確定提供重要的理論依據(jù)。
　　本課題選取高灰熔點的潞安煤，對其氣化特性和灰熔融特性進(jìn)行了研究。為研究潞安煤灰的灰熔融特性，采用灰熔點測試儀、XRD射線衍射儀，考察了配煤、添加助熔劑對灰熔融溫度以及礦物組成的影響，并對高溫下礦物質(zhì)的演變規(guī)律進(jìn)行了分析;采用熱重分析儀，考察了反應(yīng)溫度、灰含量、助劑、配煤對氣化活性的影響，并建立了合適的氣化動力學(xué)模型;為研究間歇和連續(xù)兩種煤氣化工藝

3、過程中的煤氣化反應(yīng)性變化，采用固定床反應(yīng)器和滴管爐，考察了反應(yīng)溫度、停留時間、蒸汽濃度等對氣化反應(yīng)性的影響。
　　主要研究結(jié)果如下:
　　(1)隨著助熔劑Fe2O3、MgO、CaO添加量的增加灰熔融溫度(AFT)變化趨勢不同。當(dāng)助熔劑Fe2O3、CaO、MgO添加量分別為15％、7％、15％時，潞安煤的灰流動溫度可以降到1400℃以下，能夠滿足氣流床液態(tài)排渣的要求。配煤比與灰熔融溫度不呈線性關(guān)系。在配煤比為1∶1時灰熔融溫度

4、降到1400℃以下，能夠滿足其氣流床液態(tài)排渣的要求。配煤比為1∶1時，隨著反應(yīng)溫度的升高，石英、硬石膏衍射峰逐漸消失，鈣長石、鐵橄欖石衍射峰逐漸明顯，并且鈣長石與石英等礦物質(zhì)之間易發(fā)生低溫共熔，形成低熔點的晶體使得煤灰熔點降低。
　　(2)脫灰后煤焦微孔數(shù)量增加，比表面積減小，孔容增大。反應(yīng)初期煤焦的反應(yīng)速率高于脫灰煤焦，而到反應(yīng)后期煤焦反應(yīng)速率卻比脫灰煤焦的低。反應(yīng)速率存在一個極值點，升高溫度能使煤焦達(dá)到極值點的時間縮短。添加助

5、劑后煤焦反應(yīng)活性明顯升高，F(xiàn)e2O3對煤焦氣化的催化作用最大，MgO和CaO的催化作用次之。配入神木煤焦后，氣化活性升高。CO2濃度增加，煤焦反應(yīng)速率增加。采用縮核動力學(xué)模型、均相模型對煤焦碳轉(zhuǎn)化和反應(yīng)時間的關(guān)系進(jìn)行了擬合，得出縮核模型有較好的擬合效果。
　　(3)固定床反應(yīng)器中，停留時間對氣體組成、碳轉(zhuǎn)化率隨著停留時間的延長，H2、CH4體積分?jǐn)?shù)逐漸降低，CO2體積分?jǐn)?shù)逐漸升高，而CO體積分?jǐn)?shù)變化與反應(yīng)溫度有關(guān)。隨著停留時間的延

6、長，碳轉(zhuǎn)化率逐漸升高，氣體熱值先增加后降低，在停留時間為40min時有最大值。滴管爐中，隨著蒸汽煤比的增加，煤氣中CH4產(chǎn)量基本不變，H2、 CO、CO2的產(chǎn)量先增加后降低。碳轉(zhuǎn)化率、氣體熱值的轉(zhuǎn)化率與H2、 CO、CO2的產(chǎn)量變化相似。隨反應(yīng)溫度的增加，H2、CO產(chǎn)量變化較為明顯，CO2、CH4產(chǎn)量變化幅度較小，并且最大氣體產(chǎn)量所對應(yīng)的蒸汽煤比的值也隨之增加。隨著蒸汽濃度的增加，氣體產(chǎn)量先增加后降低。反應(yīng)溫度對氣體產(chǎn)量的影響較蒸汽濃度