第4期(總第167期)煤化工No.4(Total No.167)2013年8月Coal Chemical IndustryAug.2013寧東煤在煤氣化工藝中的應用分析張玉柱,黃斌(神華寧夏煤業(yè)集團煤炭化學工業(yè)分公司,寧夏靈武750411)摘要對寧夏寧東礦區(qū)煤種進行了工業(yè)分析和灰成分分析，介紹了寧東地區(qū)不同煤種在德士古氣化廢鍋工藝、四噴嘴水煤漿氣化工藝及GSP氣化工藝中的應用情況。工業(yè)應用結(jié)果表明:寧東煤是較好的氣化原料煤;不同氣化技術(shù)對煤質(zhì)要求不同,水煤漿氣化工藝要求煤不僅有良好的成漿性能,且黏溫曲線要溫和;GSP氣化技術(shù)對煤種的適用性更寬些。在實際運行中,通過不同煤種的配比,寧東地區(qū)煤種可以適合多種煤氣化技術(shù)。關(guān)鍵詞寧東煤 ,GSP氣化,德士古氣化,四噴嘴水煤漿氣化文章編號:1005-9598 (2013) -04- 02204中圈分類號 :TQ54文獻標識碼:B營煤的成漿濃度最低,流動性最差。所以,寧東礦區(qū)大引言部分煤種更適合干煤粉氣化技術(shù)。神華寧夏煤業(yè)集團(簡稱神寧)寧東煤化工基地1.2 煤的工業(yè)分析已投產(chǎn)的3個煤化工項目分別采用德士古水煤漿氣選擇寧東礦區(qū)紅柳礦、靈新礦羊腸灣礦、梅花井化廢鍋工藝、四噴嘴水煤漿氣化工藝及GSP干煤粉氣礦的4種煤樣進行煤質(zhì)分析對比，煤樣的工業(yè)分析列化工藝,在建的幾個項目分別采用德士古水煤漿激冷于表1。工藝和HT-L粉煤氣化工藝，這些項目均選用寧東煤作為氣化原料。盡管已研發(fā)出多種煤氣化技術(shù),以實表1寧東礦區(qū)煤樣的工業(yè)分析現(xiàn)對煤質(zhì)的廣泛適應性,但在實際運行中,不同的氣煤樣M./% M.s/% A.s/% Var/% FCs/%化技術(shù)對煤質(zhì)還是有不同的要求?，F(xiàn)對寧東煤在煤氣紅柳礦燒19.087.81 18.89 28. 9857. 67化工藝中的應用情況進行全面分析,以期為氣化用煤靈新礦煤20.23 8.04 9.22 33. 5660. 31的選擇提供參考。羊腸灣礦煤16.40 8.04 12.09 33.78 58. 21梅花井礦煤17.81 7.39 23. 2836. 1449. 061寧東煤的特點及主要指標1.1 寧東煤的特點從表1可以看出.紅柳礦和靈新礦煤的全水較其寧東礦區(qū)煤種以不黏結(jié)煤為主,并有相當儲量的他2個礦高,不利于干粉煤氣化水分的控制及水煤漿變質(zhì)程度較低長焰煤。煤質(zhì)變化較大,全水10%~24%，氣化煤漿濃度的提高。梅花井煤的灰分較高,無法用灰分11%~29%,硫0.3%~2.3%。寧東礦區(qū)大部分煤種于水煤漿氣化,靈新礦、羊腸灣礦煤灰分低,有利于水由于內(nèi)水含量高、可磨指數(shù)高等因素,制備水煤漿時,煤漿和干煤粉氣化的排渣及控制。需要經(jīng)過洗選或配煤。大量實驗證明,寧東礦區(qū)中只1.3 煤中灰成分分析有羊一礦煤、羊二礦煤棗泉礦煤成漿性較好,配制成1.3.1 灰分、灰熔融性溫度(見表2)質(zhì)量分數(shù)60%左右水煤漿的流動性和穩(wěn)定性較好;紅煤中灰成分與煤質(zhì)特性密切相關(guān),不同的灰成分柳礦、梅花井原煤和洗選煤成漿濃度次之,但其水煤組成影響著煤的灰熔融性溫度與黏溫特性。由表2可漿黏度高,流動性和穩(wěn)定性都較差;靈新礦煤和清水以看出,四礦煤灰成分中,Si02的含量都較高,靈新礦中國煤化工收稿日期:2013-05-05CNMHG作者簡介:張玉柱(1964一),男, 寧夏中衛(wèi),高級工程師,學士, 1990年本科畢業(yè)丁中國初業(yè)大子?；蠈I(yè).現(xiàn)從事煤化工生產(chǎn)管理工作, E-mail: kacey05@126. com。2013年8月張玉柱等:寧東煤在煤氣化工藝中的應用分析表2煤中灰成分分析和灰熔融性溫 度檢測結(jié)果SO3Si02 Ti02 Fe20,Al203CaOMg0變形溫度 軟化溫度 半球溫度 流動溫度煤樣%/9/%DT/'CST/CHT/CFT/C紅柳礦9.9 34.38 1.02 l6.37 9.2213.914. 061 1171 137.11391 151靈新礦2.3861.061.214.9618.36 3.90 2. 641 1971 2271 2321245羊腸灣礦5.18 39.77 1. 5411.42 14.52 13.72 4. 691 1641 1771 1811 198梅花井礦5.61 51.84 1. 327.6017. 307.23 3. 631 20612181 2241 250為最高,Si02質(zhì)量分數(shù)達61. 06%,靈新礦煤灰中另一流動性及穩(wěn)定性也有嚴格的要求,煤質(zhì)的可磨指數(shù)要酸性氧化物A1203的含量也是最高的。羊腸灣煤灰成分適中，以減少在制備與輸送過程中的粒度級配的失中Ca0、Mg0等堿性氧化物含量高。采用靈新礦煤需要調(diào)。粒度級配的失調(diào)會導致煤漿流動性變差,容易分較高的氣化反應溫度。4個礦煤灰的流動溫度都低于層。原煤內(nèi)水的增加會導致煤漿濃度降低,影響氣化1 300 C ,基本可以適用于液態(tài)排渣的氣流床氣化技術(shù)”。效率。在相同反應條件下,灰分每增加1%, 氧耗將增1.3.2 灰分的黏溫曲線分析大0.7%~0.8%,煤耗增大1.3%~1. 5%,同時合成氣的4種煤樣的煤灰黏溫特性檢測結(jié)果見圖1。從圖有效成分降低。當灰分過高時,容易導致廢熱鍋爐水1可以看出，紅柳煤在相同溫度下煤灰黏度最低,且冷壁管結(jié)渣嚴重而停車。廢鍋氣化流程的輻射廢鍋因隨著溫度升高,灰黏度迅速降低。羊腸灣煤的黏溫曲內(nèi)部特殊的設(shè)計,連接氣化爐與輻射廢鍋的喉管較線較陡,說明其黏溫特性與紅柳煤相似,都在溫度較長,在灰渣由氣化爐進人輻射廢鍋時,會因熱損失造低時,灰黏度較高。梅花井煤的黏溫曲線較為平緩,說成灰渣溫度降低,黏度增大,導致氣化爐結(jié)渣無法穩(wěn)明其灰黏度隨著溫度的升高緩慢降低。所以,可以利定運行,需選用DT與FT溫差適中的煤種。如果DT用不同煤種的黏溫特性，來滿足氣化爐掛渣的要求,與FT溫差太小，當氣化爐運行溫度偏低時,易出現(xiàn)灰梅花井煤有利于爐壁渣層的穩(wěn)定,并且更適合操作溫渣在喉管處黏度增加而結(jié)渣;如果DT與FT溫差太度變化時,使流動性較好。大,要實現(xiàn)液態(tài)排渣,需要較高的操作溫度,會造成有效氣成分降低、氣化爐爐磚壽命短等問題[。德士古氣化工藝還要求煤灰的黏溫特性好,原煤可磨指數(shù)高，10 000成漿性能好,且能夠?qū)崿F(xiàn)在較低溫度下的液態(tài)排渣。21 000在該裝置運行前期,對各礦原煤進行了成漿性試1 00驗和煤種試燒。其中,因紅柳礦煤成漿性差,梅花井煤灰分較高,無法應用于該氣化技術(shù)。經(jīng)過反復實踐摸0|索發(fā)現(xiàn)，當煤灰分<12%、灰熔融性溫度<1 300 C、DT與FT溫差大于25 C時，氣化爐運行較為穩(wěn)定,不1000 1 1001200 1300 14001500 1600溫度/C.會出現(xiàn)結(jié)渣現(xiàn)象。在寧東各礦中,羊腸灣礦煤最為適-- 紅柳礦-●-靈新礦合,當原煤灰分偏高時,需摻混一定比例精煤,以降低-▲-羊腸灣礦-◆- 梅花井礦灰分,在控制成本的前提下,保證了氣化爐穩(wěn)定運行，實現(xiàn)了該裝置的長周期穩(wěn)定運行。神寧25萬t/a甲圖1煤灰黏溫特 性檢測結(jié)果醇裝置氣化用煤檢測情況列于表3。2寧東煤在煤氣化工藝中的應用2.2 寧東煤在四噴嘴水煤漿氣化激冷工藝中的應用神寧第2套60萬t/a甲醇裝置采用的是四噴嘴2.1 寧東煤在德士古水煤漿氣化廢鍋工藝中的應用水煤漿氣化技術(shù)。多噴嘴對置式氣化技術(shù)是由華東理寧東煤化工基地最先投產(chǎn)的25萬t/a甲醇裝置工大學開發(fā)的一種水煤漿氣化技術(shù),相比于德士古氣采用德士古水煤漿氣化廢鍋工藝。由于廢鍋內(nèi)部結(jié)構(gòu)化技術(shù),其優(yōu)勢在于:(1)噴射煤漿誦過撞擊流強化了復雜,采取輻射和對流兩種形式換熱,因此對氣化煤傳質(zhì)與傳熱中國煤化工氐;(3)負荷調(diào)節(jié)質(zhì)要求較高。速度快范YHCNMH G現(xiàn)在- -對燒嘴停對于水煤漿氣化工藝，要求煤的成漿性要好,對用狀態(tài)下,另一對燒嘴正常工作,增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定- 24-煤化工2013年第4期表3神寧25萬ta甲醇裝l氣化用煤檢測情況采樣時間M./%As/9Var/%DT/CST/CHT/CFT/C煤種及配煤2012-11-0115. 546. 9130. 531 1591 1721 180I 188羊一區(qū)精中塊煤2012-11-0219. 0415. 3832. 961 1421 1521 158I 169羊一區(qū)末煤2012-11-0315. 7832. 7838. 571 2861304.1 3331 359石槽村末煤2012-12-0116. 065. 4530. 211 1861 2501 2601 2912012-12- 0218. 9115. 0333. 311 1551179.1184.1 1942012-12-0316.6625. 3S38. 151 2641 3001 3101 322012-12-0619. 8224. 9935. 171 2721 2921335.梅花井末煤注:煤種取樣為入廠原煤,灰分> 15%的煤種需要摻混精煤,降低灰分。性;(4)由于單個燒嘴處理的煤量相對較少,燒嘴的使時,為保證液態(tài)排渣,需提高操作溫度,且灰分增加會用壽命更長。造成渣量及熱負荷增大,導致爐膛耐火磚、下降管燒由于同是水煤漿氣化工藝,對水煤漿的質(zhì)量要求損的問題出現(xiàn),裝置無法長周期穩(wěn)定運行[2]。通過對是- - 致的,煤質(zhì)對氣化過程的影響相似。但多噴嘴氣實際運行考察發(fā)現(xiàn),在羊腸灣煤灰分<15%時,該裝置化爐采用激冷流程.氣化爐與激冷室通過激冷環(huán)及下運行穩(wěn)定,可實現(xiàn)較長周期的運行。因此,當原煤灰分降管連接,在結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢,使得其對煤種的適應性偏高時,通過摻混一定比例洗精煤,以降低灰分,來保較德士古廢鍋流程氣化爐更寬-些。該氣化裝置設(shè)計證裝置穩(wěn)定運行。神寧60萬t/a甲醇裝置氣化用煤原煤灰分< 18%,但在實際生產(chǎn)中,當煤灰分超過15%檢測情況列于表4。表4神寧60萬ta甲醇裝置氣化用煤檢測情況M,/%A.s/%ST/C .HT/C .2012-12- 1017. 463.0932. 15 .1132.1 1471 1531 1612012-12-1117. 66.14. 5533. 411 1601 1691 1751 1952012-12-1217. 4912. 16.1 1181 1381 1451 1502012-12-1318. 6813.6931. 9111631 1681 1772012-12-1417. 6010. 6930.91.1106.1 1291 1331 1482012-12-1518. 5611.19.31. 67.11241 1461 1512012-12-1611. 97 .32. 251 128.11392012-12-1817. 239.8131.151 1271 1321 1351 1432012-12-1917. 7410. 4431. 561131.1 13711502012-12-2016. 708.9730. 921 1621176.注:主要采用羊腸灣煤,根據(jù)灰分< 18%的要求,必要時進行摻混,有的數(shù)據(jù)采用摻混后的煤種進行檢測。2.3寧東煤在 GSP干煤粉氣化工藝中的應用6%。在原煤加工成直徑小于200 μm的粉煤顆粒時,過神寧50萬t/a煤制烯烴項目的氣化裝置采用西高的含水量會降低顆粒的流動性,在煤粉儲存及輸送門子GSP粉煤氣化技術(shù)。GSP 氣化爐的燃燒室采用膜過程中,容易造成架橋和堵塞,而在氣化反應過程中,式水冷壁結(jié)構(gòu),燃燒室底部連接激冷室,采用空間激又需要一定的水分來推動氣化反應的速度,可有效調(diào)冷、文丘里洗滌和部分冷凝相結(jié)合的粗合成氣洗滌除節(jié)氫碳比，因此這是一個矛盾,在氣化反應過程中,需塵系統(tǒng)，相較于前述兩種爐磚襯里的水煤漿氣化爐要補人適量的蒸汽來推動氣化反應。雖然GSP干煤粉型,該爐可以承受較高的操作溫度。由于其具有可承氣化可以適應亭龍惋馳件淚麻和更高灰分的原料受更高的爐溫和水冷壁保護的內(nèi)壁,具有以渣抗渣的煤,但如果中國煤化工灰分在氣化過程特性,因此,決定了對原料煤的適應性也更為廣泛。中本身不能，CNM H.C還要帶走顯熱，對于GSP干煤粉氣化，要求干煤粉的水分低于大量灰渣增大了后續(xù)渣水處理系統(tǒng)的負荷,既增加了2013年8月張玉柱等:寧東煤在煤氣化工藝中的應用分析-25 -氧氣消耗,又降低了有效氣的產(chǎn)率,因此氣化爐的總該技術(shù)。在對紅柳礦煤進行試燒的過程中發(fā)現(xiàn)，因其效率會有所損失,需要綜合考慮。GSP氣化爐的操作灰熔融性溫度較低,灰渣在1 250 C以上黏度很低,流溫度遠高于煤的灰熔融性溫度,灰熔融性溫度對GSP動性強,使水冷壁掛渣渣層較薄,系統(tǒng)波動易造成水冷氣化技術(shù)幾乎沒有影響，但該技術(shù)對煤灰的黏溫特壁損壞。經(jīng)不同煤種的試用和技術(shù)人員的不斷摸索,性有一-定要求。若煤樣的黏溫曲線太陡，即在溫度升在使用梅花井礦和羊腸灣礦的混合原煤時，將灰分控高時，黏度下降過快,則不利于高溫條件下的水冷壁制在<20%,既能防止氣化爐因煤灰分過高,導致排渣的渣層穩(wěn)定;如果氧煤比的大幅度波動頻繁出現(xiàn),則系統(tǒng)負荷太高,出現(xiàn)堵塞和磨損,又能防止水冷壁掛存在損壞水冷壁的風險。因此,要求煤灰的黏度隨溫渣不好,燒損水冷壁,氣化爐的生產(chǎn)負荷滿足系統(tǒng)設(shè)度變化平緩,避免突變,以利于水冷壁渣層的穩(wěn)定,計需求。鑒于以上經(jīng)驗，神寧烯烴公司采取配煤的方達到其“以渣抗渣”的目的。式,來穩(wěn)定煤質(zhì)(主要指標灰分在20%以內(nèi)),而不強調(diào)從技術(shù)上講,GSP干煤粉氣化對煤種的適應性很過分劣質(zhì)煤的使用,從而達到系統(tǒng)效率的優(yōu)選。神寧廣泛,但實際操作中發(fā)現(xiàn).并非所有煤種都能適用于50萬t/a煤制烯烴項目氣化用煤檢測情況見表5。表5神寧50萬t/a煤制烯烴項目氣化用煤檢測情況干煤粉煤灰熔融性溫度日期灰分揮發(fā)分硫水分DTSTHTFT配煤方式/%/%_ /% /%/C./C/C/C2012-12-1215.83 33.65 0.86 4.711159116611731191羊沫煤:梅沫煤:梅精煤(3:2:1)2012-12-13 16. 5233. 440.84 4. 70羊沫煤:梅沫煤:梅精煤(3:2:2)2012-12-14 17.90 34.13 0.92 4. 501167118711931212羊沫煤:梅沫煤:梅精煤(4:2:1)2012-12-1518.1633.71 0.68 4. 8811691186119012122012-12-16 19. 39 33. 150.90 4. 3811261186119512252012-12-18 17.82 33.43 1.04 4. 51144118211921208羊沫煤:梅沫煤:梅精煤(4:2:2)2012-12-2017.14 33.54 0.80 4.621157116811771204羊沫煤:梅沫煤:梅精煤(5:2:1)3結(jié)論與建議去,在備煤設(shè)計系統(tǒng)處理能力上,應充分考慮煤粉干燥工藝工作負荷。為了提高全裝置的效率,可采取洗寧東煤可作為水煤漿氣化的原料,但由于內(nèi)水含選配煤的方式來調(diào)整煤質(zhì)。量高,變質(zhì)程度低,普遍存在成漿性差。選擇與之匹配的添加劑，可改善成漿性能;原煤灰分較高,作為原料參考文獻:煤在濕法氣化技術(shù)上應用受限,可考慮在裝置區(qū)配套[1]賀永德現(xiàn)代煤化工技術(shù)手冊[M].第2版.北京:化學建洗煤廠,洗后煤不脫水直接制漿,以提高氣化效率。工業(yè)出版社,2011.寧東煤還可以作為干煤粉氣化原料,應用時應注[2]解京選,武建軍.煤炭加工利用概論[M].北京:中國礦意煤的黏溫特性;其次,原煤灰分高,且內(nèi)水較難除業(yè)大學出版社, 2008.Analysis of the Ningdong Coal Applied in the Gasification ProcessZhang Yuzhu and Huang Bin(Coal Chemical Company, Shenhua Ningxia Coal Group, Lingwu Ningria 750411, China)Abstract The paper summarized the general conditins of the Ning Dong Energy and Chemical Base, focuing onthe charateristics of the Ningdong coal which was used to prepare coal water中國煤化rhe Texaco gasif.cation with four nozles and also for the GSP pulverized coal gasification.TYHCN M H Cinglong coal was .suitable for diferent gasification processes.Key words Ningdong coal, GSP gaifcaion, Texaco gaifcation