浅析煤质对鲁奇加压气化炉的影响
新疆庆华集团有限公司潘连冬李群祥
摘要：本文阐述了煤质、煤种对鲁奇加压气化工艺操作的影响，以及不同工艺要求对于煤种及操作的要求。
关键词：鲁奇气化煤质挥发分灰熔点
一．前言
由于鲁奇气化炉在国内的广泛应用，尤其是近几年内蒙、新疆、贵州等地煤化工快速发展，而且以鲁奇气化工艺居
多，但是各地煤种的差异导致部分工艺操作存在一些问题，在此对该问题进行客观分析，进而在生产运行中不断优化
工艺流程、改进操作方法，保证装置能够安全稳定长周期
运行。
二．. 煤的工业成分对鲁奇气化操作的影响
1、煤中挥发份：
挥发分越高转化为焦油的有机物越多。
煤焦油产生大约在320℃开始，在450℃时达到最大值。
温度高于400℃
时，生成的脂肪类碳氢化合物随挥发份升高煤热解失重（即
脱挥发份数量增加）焦油产量增加，剩余半焦在炉内随温
度升高生成一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷。
焦油产量
和干馏层温度和干馏层高度，气化炉内的反应温度（即灰
熔点）有关。
当原料挥发份高时，则转入到焦油，轻油和
酚中去的碳就愈多，而转入到煤气中去的碳量就愈少，煤气的产率就低，当在较高的压力和较低的温度下进行气化，碳原子易生成多原子分子转入到焦油轻油或酚中，因此煤气的产率也会降低。
2、煤中固定碳：
煤中碳含量高，灰分含量下降，有利于制气，但随着碳含量升高煤的活性降低，炉内反应速度减慢，煤在炉内的停留时间增加，燃烧层拉长，还原层、干馏层缩短，同时容易引起气化炉出口温度高、灰锁温度高、灰中残碳增加、夹套耗水量增加，当碳含量达到45％以上时，燃烧层、还原层床层拉长，干馏层缩短或消失，焦油产量降低，有利于煤气水处理，同时煤气产率增加，蒸汽分解率提高。
3、原料煤中水分：
煤中所含的水份随煤的碳化度加深而减少,水分较高的煤,挥发份往往比较高,则进入气化层的焦碳的气孔率也大,因而使反应速度加快,生产的煤气质量较好,另外,在气化一定的煤质时,其焦油和水分存在着一定的关系,水分太低,会使焦油产率降低,由于加压气化炉的生产能力很高,煤在各层的加热速度很快,一般在20~40℃/min之间,因此对一些热稳定性差的煤,为防止热解,就要求煤中含有一定的水分,但煤中过高的水分又会给气化带来不良的影响.
1）、过高的水分,增加了干燥所需要的热量,从而增加
了氧气消耗量,降低了气化的效率。
2）、水分过大,煤处于潮湿状态,易形成煤粉粘结,不便煤的筛分,使入炉粉煤量增加，气化炉出口粗煤气带出的尘含量增大，不利于后系统的处理。
3）、入炉煤水份过高,干燥不能充分,这样将导致干馏过程不能正常进行,而未充分干馏的煤直接进入气化段后,又会降低还原层的温度,最终导致甲烷生成反应,二氧化碳及水蒸汽的还原反应速度大大降低,煤中水分超过临界值时,煤在气化炉中就不可能得到完全的干燥,因此在煤准备阶段应严格控制煤中水分不能大于其临界值。
4、煤中灰分：
煤中的灰分是煤中所有可燃物质完全燃烧以及煤中矿物质在一定温度下产生一系列分解化合等复杂反应后剩下来的残渣.可见,煤的灰分是一种废物,它在煤气化过程中也会带来有害的影响:
1）、煤中灰分高,不但降低了煤的热值,而且增大了运输费用。
2）、煤中灰分增大,灰渣中的碳含量也增大了,这样增加了碳的损失,降低了气化效率。
3）、煤中灰分高,随着带出的显热也增大,从而加大了热损失。
随着煤中灰分的增大,加压气化的各项消耗指标,如蒸汽消耗,氧气消耗,煤耗等都有所上升,而净煤气的产率下降.
4）、对气化生产影响最大的还数灰分的灰熔点.
对于固态排渣的气化炉,其要求原料煤灰熔点越高越好,当气化灰熔点低的煤时,在气化炉的燃烧层内,灰分可能产生熔融.形成粘稠性物质并结成大块,这就是通常所讲的结渣。
在固态排渣的气化炉内结渣,不但会造成排渣困难,而且还会给生产操作带来其他危害。
a. 由于形成的渣块透气性差,使得汽化剂不能均匀分布在
气化炉横截面,导致工况恶化。
b.由于布气不均, 气化过程不能在正常状态下进行,使得煤
气成分波动大，不利于后系统煤气成份的控制。
c.熔融的灰渣易将碳块包裹,碳块未能充分反应而被带出炉
外,使灰渣中含碳量增高。
灰熔点的高低取决于灰分的组成,在灰分的组成中SiO2和Al2O3能增高灰熔点,因其能增加灰渣粘度。
而CaO和MgO则能降低灰渣的灰熔点。
5）、矸石含量：煤矸石中氧化钙、氧化铁可作为助熔剂对结焦起促进作用，可以降低煤的灰熔点。
矸石多为防止气化炉结渣，必须提高汽氧比降低气化温度，同时焦油产量增加，蒸汽耗量增加，蒸汽分解率降低，煤气产率降低，影响煤气成份。
5、煤的热稳定性
热稳定性是指煤在经受高温和温度急剧变化所产生的粉碎程度。
热稳定性差的煤在气化炉内容易粉化,给气化生
产带来不利的影响, 煤的热稳定性将直接影响到煤气中带出物的多少，煤的热稳定性差气化时却增加了反应表面积,从而提高了气化强度。
6、煤的粘结性的影响
煤的粘结性是指煤在高温下干馏粘结的性能,粘结性煤在气化炉上部加热到300~400度时,会出现粘结和膨胀,使煤变成一种高粘度的液体,使得较小的煤块聚结成大块,从而导致气流分布不均匀和阻碍料层的下移,使气化过程恶化.因此煤的粘结对煤气化是一个不利的因素.一般加压气化用煤采用自由膨胀指数小于1的不粘煤,若气化弱粘煤,则需在炉上部增设破粘的搅拌装置,但破粘装置现仅能处理自由膨胀指数小于7的煤,对于一些强粘结性的煤,其破粘效果也不佳。
7、气化用煤的粒度
原料煤粒度大小与比表面积之间的关系.原料煤的粒度小,则其比表面积大,有利于传热和传质,对气化有利。
1）粒度大小与其加热速度之间的关系
粒度的大小对干馏层的加热速度及焦油产率有很大的影响.粒度愈大,则加热愈慢,在粒度内部和外表之间的温差愈大,使得颗粒内的焦油蒸汽扩散阻力和停留时间增加,因此加油的热分解增加.
2）粒度与气化炉生产能力之间的关系
原煤粒度愈小,越易被产生的煤气带出炉外,带出物增大,则会降低汽化炉的生产效率。
可见,原料煤的粒度限制了气化炉出口煤气的流速。
3）煤粒度的大小对各项汽化指标的影响
煤粒愈小,小粒愈多则煤气带出物越多,使煤气产率降低,汽化效率降低.此外,由于粉煤易造成灰份集中,致使汽
化粉煤高的煤,水蒸汽和氧气的消耗量增加,煤耗也高。
4）煤的粒度大于50㎜偏多气化不完全，其次，5-13㎜和大于50㎜粒度偏高容易产生小颗粒充填大颗粒间隙现象，使得床层的空隙率减小,阻力显著增加,同时还会使燃料床层透气性不均匀,使床层易产生沟流,烧穿现象.因此要控制好入炉煤的最大粒度与最小粒度之比,鲁奇加压气化一般要求原料煤的粒度范围为:最大粒度与最小粒度之比不大于8。
8、煤的化学活性的影响
化学活性是指同气化剂反应时的活性,也就是指碳与氧气,二氧化碳或水蒸汽互相作用时的速度.煤种不同,其反应性是不一样的。
碳的组织及形态,特别是其气化壁的微细组织的发达程度,对碳的反应性影响最大。
一般煤的碳化程度愈浅,其形成的焦碳质的气孔率愈大,及其内表面积愈大,则该煤种反应性愈高。
反应性愈高,反映为煤发生反应的起始温度愈低,常见的几种煤的起始反映温度为: 褐煤 :649℃次烟煤 732℃半无烟煤 788℃，
煤的起始反应温度愈低,气化温度亦愈低,从而有利于CH4的生成.而生成甲烷的反应放除大量的热,其又促进了其他气化反应的进行,从而降低了气化过程的氧气好量，提高了氧气的利用率。
在气化温度相同时,煤焦碳质反应愈高,气化反应速度进行得愈快,反应接近平衡的时间愈短,因此反应性高的煤,气化炉的生产能力大。
反应活性对气化过程的影响,在温度比较低的条件下,反应比较显著,当温度升高时,温度对反应速度的影响显著提加强,这时相对的降低了反应性的影响程度。
三．结束语
鲁奇加压气化炉对煤种的要求、粒度的要求是关系工艺操作、设备运行及安全的关键所在，所以从源头上解决煤粒度、稳定的煤质，从而保证气化工段及后续工段工艺指标的稳定以及设备、装置的长周期满负荷高效稳定运行。
参考文献:
1.邓渊.《煤炭加压气化》
2..冶金院校统编材.《煤化学》
3.任富强.《加压气化新编》
4.煤炭工业出版社 .《煤炭化验手册》
5.化学工业出版社《现代煤化工生产技术》付长亮张爱民。