加工利用
氣化：氣化反應(yīng)條件的選擇
2014-06-09 14:51:25
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一、水煤漿濃度隨著煤漿進(jìn)入氣化爐的水，一部分參與化學(xué)反應(yīng)，一部分蒸發(fā)，所需要的熱量由氧化燃燒熱提供，水煤比對(duì)合成氣組分和冷煤氣效率起著決定性作用。提高水煤漿濃度，冷煤氣效率上升，這是由于減少了過量的水份帶入氣化爐，使氧、煤燃燒作用于氣化反應(yīng)的比例增加，故氣化效率和有效氣（CO+H2）也相應(yīng)提高。但煤漿濃度的提高又引起了其粘度升高，不利于貯運(yùn)，且多耗電。雖然向水煤漿中添加活化劑可降低煤漿粘度改善其流動(dòng)性。但會(huì)使生產(chǎn)成本上升。綜合各方面要求，一般水煤漿濃度控制在60%～65%，添加劑為萘磺酸鹽或木質(zhì)素類。二、氧煤比所謂氧煤比就是指進(jìn)入氣化爐的氧氣和煤的比例，更確切地說應(yīng)是氧碳原子比。氧煤比對(duì)碳轉(zhuǎn)化率、冷煤氣效率、煤氣中CO2含量，產(chǎn)氣率均有影響。 從上圖可以看出,氧煤比對(duì)碳轉(zhuǎn)化率影響很明顯,氧煤比增加,碳轉(zhuǎn)化率顯著上升,這是因?yàn)槿紵磻?yīng)所產(chǎn)生的熱量成為吸熱氣化反應(yīng)所必須的熱量,當(dāng)氧煤比增加到一定值后曲線趨于平緩. 從上圖可以看出，產(chǎn)所率隨著氧煤比增加而增加，到一定值開始下降，那是因?yàn)榇藭r(shí)煤氣中H2被燃燒成水的緣故。 冷煤氣效率是指煤氣化后，煤氣中可燃燒的含碳?xì)怏w中的碳與煤氣中總碳量之比。從上圖可以看出：氧煤比增加、冷煤氣效率增加，但當(dāng)高到一定值時(shí)，冷煤氣效率反而下降，那是因?yàn)檠趺罕冗^高，一部分碳完全氧化生成CO2使煤氣有效成份降低而降低了氣化效率。 從圖可見：氧煤比提高，氣化溫度相應(yīng)提高，是因?yàn)檠趸瘎×曳懦鰺崃慷啵箽饣瘻囟壬摺?/span> 從上圖看，煤氣中CO2含量隨氧煤比增加而降低，到一定值開始上升，原因和冷煤氣效率一致。 從圖可以看出，比氧耗和比煤耗都有一格最佳點(diǎn)，先降后升，這是因?yàn)檠趺罕仍酱螅a(chǎn)生有效氣就越多，但到一定值后，反而將有效氣氧化成無用的組分，因此需要用來生成有效氣的氧氣和原料煤就越多，于是比氧耗和比煤耗增加。實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐證明，氧碳比對(duì)各氣化指標(biāo)的影響各有不同，其最佳值也處于不同位置。對(duì)提高碳轉(zhuǎn)化率，氧碳比最佳值為0.96~0.97對(duì)提高冷煤氣效率,氧碳比最佳值為0.94~0.96對(duì)提高有效氣產(chǎn)量,氧碳比最佳值為0.91~0.93對(duì)降低CO2量,氧碳比最佳值為0.90對(duì)降低比煤耗,氧碳比最佳值為0.93~0.95對(duì)提高產(chǎn)氣率,氧碳比最佳值為0.94~0.96綜合以上因素,最佳氧碳比為0.96由于實(shí)際生產(chǎn)中還存在著其它反應(yīng)的相互影響及熱量損失等原因，氧碳比應(yīng)高于理論值，一般控制在0.96～1.02為宜。三、煤粉粒度煤粉粒度對(duì)碳的轉(zhuǎn)化率有很大影響，因?yàn)槊毫Ｔ诜磻?yīng)區(qū)停留時(shí)間和固—?dú)夥磻?yīng)的接觸面積與煤粒尺寸關(guān)系密切相關(guān)。對(duì)大顆粒的煤粒，離開噴嘴所具有較大的動(dòng)能，在氣化爐停留時(shí)間比小顆粒短，另一方面比表面積也小，必然導(dǎo)致小顆粒煤轉(zhuǎn)化率大于大顆粒，細(xì)顆粒（＜200目）含量多對(duì)氣化有利。但細(xì)顆粒多將使水煤漿的表觀粘度增大，不利于制備及貯運(yùn)高濃度的水煤漿，所以一般控制在細(xì)顆粒含量為50%左右。四、氣化壓力水煤漿氣化反應(yīng)是體積增大的反應(yīng)，提高壓力對(duì)化學(xué)反應(yīng)的平衡不利，但是，目前工業(yè)上普遍采用加壓操作，其原因是：1、提高壓力可以增加反應(yīng)物濃度，加快反應(yīng)速度，同時(shí)會(huì)增加反應(yīng)物在氣化爐內(nèi)的停留時(shí)間，碳轉(zhuǎn)化率提高，對(duì)氣化有利。2、采用加壓氣化，噴嘴霧化效果好，不利于降低氣體中甲烷的含量和提高碳的轉(zhuǎn)化率，提高有效氣產(chǎn)率。3、加壓氣化氣體體積縮小，氣化爐容積不變時(shí)，氣化爐生產(chǎn)強(qiáng)度高，也減少了熱損失。4、加壓氣化生產(chǎn)出的煤氣壓力高，大大減小壓縮煤氣時(shí)動(dòng)力消耗。5、對(duì)碳與水蒸汽、碳與CO2、甲烷水蒸汽轉(zhuǎn)化等體積增大的反應(yīng)化學(xué)平衡不利，但對(duì)氣化影響最大的逆變換反應(yīng)則無影響。但氣化壓力提高，對(duì)設(shè)備的材料及制造要求更嚴(yán)格，因此選擇氣化壓力需從系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果來考慮。目前，世界上氣化壓力有四個(gè)等級(jí)，魯南化肥廠2.7MPa，日本宇都、上海焦化廠4.0MPa，渭河化肥廠6.5MPa，最高是8.5Mpa。五、氣化溫度氣化溫度是水煤漿部分氧化過程十分重要的控制指標(biāo)。水煤漿與氧的反應(yīng)，其化學(xué)反應(yīng)是朝著反應(yīng)物濃度降低的方向進(jìn)行，為增加反應(yīng)推動(dòng)力，必須提高反應(yīng)溫度。而且為了保證灰渣呈熔融狀態(tài)，便于液態(tài)排渣，氣化溫度必須在灰熔點(diǎn)T4以上，但溫度太高會(huì)：1、產(chǎn)品氣中有效成分降低，CO2含量上升。2、比氧耗增加，反應(yīng)溫度降低100℃，氧耗可降低10%。3、熔渣粘度過低，對(duì)耐火磚沖刷侵蝕將加劇，使其壽命縮短，當(dāng)氣化溫度超過1400℃時(shí)，耐火磚會(huì)出現(xiàn)裂紋、剝落甚至爆炸。綜上所述，一般氣化爐操作溫度控制在1350℃～1400℃。 |
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