腐植酸钠煤棒的制作和气化控制要点

腐植酸钠煤棒的制作和气化控制要点 第1期(总第104期) 2003年2月 No.1(TotalNo.104) Feb.2003 腐植酸钠煤棒的制作和气化控制要点 喻永林 (湖南省化肥工业总公司,长沙410007) 摘要在分析合成氨生产煤棒制气的原料处理,气化工艺和设备特点的基础上,详细论述了煤 棒制气中应 重点注意的问题.’ 关键词煤棒制气腐植酸钠工艺 文章鳙号;1005—9598(2003)01—0037—05中图分类号:TQ534文献标识码:A 引言 随着工业生产的发展,优质无烟煤块日益供不 应求,价格也一再攀升,而且一些以块煤为原料制气 的企业中,从块煤中筛出的无烟粉煤也堆积如山,不 加利用则造成资源的浪费和资金的积压,因此,如何 用无烟粉煤成型生产合成氨成为摆在氮肥企业面前 的一个重要课题.在这种形势下,以人造型煤代替块 煤造气是降低化肥生产成本的一项重要措施. 湖南省小氮肥行业采用煤棒制气是从2O世纪 7O年代初期开始,3O年来,立足粉煤资源,坚持不懈 开发推广煤棒制气生产合成氨,不断改进设备和气 化工艺,提高生产水平,目前全省近6O家小氮肥厂 都采用煤棒制气生产氮肥.我省小氮肥企业总体来 说设备水平较低,能在激烈的市场竞争中立足,应该 说利用粉煤制成煤棒造气对我省小氮肥的生存和发 展起了重要作用. 煤棒气化技术的优点主要在于: (1)使粉煤用于氮肥生产,一方面大大降低了 生产成本,另一方面充分利用了粉煤资源. (2)和碳化煤球相比,不需掺石灰,既降低了成 本,又提高了煤的发热值.半水煤气中有效成分提高 了,CO含量一般为7,8,CO含量>30, 降低了半水煤气单耗,从而降低了压缩电耗,提高了 CO:利用率. 收稿日期:2002—08—26 作者简介:喻永林,1968年毕业于武汉大学,教授级高工,享 受国务院政府津贴专家,总工程师,长期从事合成氨技术工 作.指导了多家氮肥厂的煤棒气化改造. (3)设备投资少,占地小,不需烘干,也不需蒸 汽,操作简便. (4)煤棒既可单烧,也可与块煤混烧,初期气化 工艺手段也可不作很大的调整,绝对不会出大的问 题.煤棒设备也可先装一两台,等摸出经验后再全部 装上去,这样,初期投资较少,也不会有投资风险. 煤棒在强度和固定碳含量上不及块煤,刚制出 的煤棒其水分含量高达13,14,在煤棒制气 中要针对煤棒的这些特点,采取相应的措施,对气化 工艺进行相应的调整.2O世纪7O年代以来,通过对 我省的煤棒气化的工艺和设备反复摸索探讨,不断 改进,使气化水平不断提高,取得了满意的效果.以 澧县氮肥厂为例,以山西煤和本省煤7:3比例制 棒,2000年在开四台2400造气炉的情况下,全年 生产合成氨41134t,其中产碳铵152057t,商品液 氨5775t,单炉超过万t的能力. 当阳化肥厂在此基础上采用100山西粉煤制 棒造气,开七台半炉(2400五台,2610二台半), 日均产氨340t,吨氨耗煤棒1550kg,若扣除煤棒 中加入的约6的水分,折合成氨耗粉煤1457kg. 全烧煤棒单炉产氨达45t/d.该厂山西粉煤目前到 厂价265元/t,而山西块煤到厂价超出450元/t,如 块煤吨氨单耗按1250kg计,煤棒加工费用按每吨 40元计,现用煤棒和原用块煤造气相比,吨氨降低 原料成本超过120元.一天光此一项降低成本即有 四万多元,经济效益十分显着. 1煤棒的技术经济评价 煤棒制作由于不需加入石灰,大大降低了加工 费用,而且加工设备简单紧凑,占地少,耗电也低,节 ?38?煤化工2003年第1期 省投资与人力.吨煤加工成本一般为4O元左右,其 中,除去配件费用2,3元外,粘结剂,电力,人工各 约三分之一. 入炉煤固定碳含量是十分重要的指标,采用腐 植酸钠作为煤棒粘结剂,几乎不增加入炉煤的灰分, 优质煤棒固定碳含量可达6O以上,有利于利用含 灰分稍高的原煤.应用煤棒制出的半水煤气,其有效 成分比用碳化煤球制气提高4,5,相对增加 了压缩机的生产能力和改善了变换工艺条件. 煤棒在制作过程中受到了较大的挤压和磨擦 力,水分渗透均匀,使成型后的煤棒具有一定的强 度.同时,由于煤棒含水分达12左右,成型后塑性 好,在运输过程中和入炉加炭时破碎率都较低.同 时,煤灰分中的Si0.,A1O.在高温下具有良好的烧 结性,加入腐植酸粘结剂后,煤棒在热态下仍有较好 的强度,可以满足气化工艺对人炉原料的要求. 入炉原料的化学活性除取决于煤本身的性质 外,还与它的内孔隙率有密切关系,煤棒的孔隙率比 块煤高得多,煤棒入炉后,经干燥干馏过程,煤棒中 的水分逐渐蒸发而形成多孔结构,这就为煤与空气, 蒸汽等气化剂的反应提供了更多的机会,增加了气 化反应的速率. 腐植酸粘结剂的加入,对提高原料的气化活性 有好处;和原来使用清水煤棒相比,热稳定性也有明 显提高.此外,可能是加入量少的原因,未发现因钠 的带入使灰熔点有明显下降的报导. 由于煤棒气化活性较高,造气炉内温度不必控 制过高,亦能满足气化反应的要求.为了尽量多产 气,产好气,从煤棒气化工艺控制来说,煤棒造气要 有一些疤,但一般不会形成大疤死疤,灰渣多孔疏 松,比较易于处理.? 和块煤造气相比,煤棒中水分高达12左右, 其强度和气化性能也不如块煤,因此,它的气化强度 比块煤造气低,气体中甲烷含量也较高.但由于粉煤 的价格远低于块煤,从经济上来说,利用煤棒造气还 是合算的. 总的来说,煤棒是目前小氮肥厂粉煤成型的重 要方法之一,湖南省小氮肥厂目前普遍采用的煤棒 制气,在同等管理水平下,其能耗和经济效益优于使 用碳化煤球制气的企业. 2煤棒的制作 原料煤的性质,特别是其固定碳含量,化学活 性,机械强度,热稳定性,灰熔点,块度等对气化反应 有较大的影响.煤棒块度比较均匀,它的孔隙率也比 块煤高得多,人炉经干燥,干馏后形成多孔结构,比 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面积很大,其粘结剂的组分也有一定提高气化活 性的作用,能降低气化温度,提高气化强度.但其固 定碳含量,机械强度,热稳定性等方面和块煤相比有 较大差距,必须加以弥补,以某厂用煤为例,原料煤 分析数据列于表1. 表1某厂原料煤分析数据(块煤和棒煤对比) 块煤1 块煤2 棒煤1 棒煤2 因此,首先要选好煤源.常德地区是湖南省最后 上煤棒的地区,但它的煤棒气化水平却是湖南省较 好的,其中一个主要原因,就是他们用了一部分山西 原煤.而当阳化肥厂能达到高水平制气的重要原因 之一也就是他们用了1009,6的山西粉煤.山西煤固 定碳含量高,化学活性好,是造气的首选原料,但山 西煤为砂性,硬度大,弹性高,亲水性差,成型效果不 好,一直影响着山西煤作为煤棒原料用于造气.2O 世纪9O年代以来,我们开发出腐植酸钠作为煤棒粘 结剂,同时在原料中将亲水性煤和砂性煤合理搭配, 使用山西煤制作煤棒造气得以成功,煤棒气化水平 也有了较大的提高.从目前应用情况看来,山西煤所 占比例越高,气化水平发挥越好,可见原煤的选择对 造气水平的提高有重大作用. 图1煤棒制造的流程简圈 在煤棒加工过程中,必须认真把好除矸,配煤, 粉碎,加添加剂,堆沤,水分控制,煤棒直径和冷煤棒 入炉等各个环节. 煤的破碎要足够细,特别是山西煤,硬度大,弹 性高,亲水性差,成型的效果不好,必须将原煤粉碎 到3mm以下,增加粒子接触表面,改善其成型性 能. 7992=:; 船 鼹 钾 钾 孙 嬲他?他 6777 弱??吼 ? 2003年2月喻永林:腐植酸钠煤棒的制作和气化控制要点?39? 目前较好的煤棒成型粘结剂是腐植酸钠,以泥 炭,褐煤,风化煤等为原料.在制备桶中加人约1/3 热水,投入固碱,待其溶解后,加进褐煤,通人蒸汽提 温,制成含腐植酸钠的混合液.原料的加入量视其腐 植酸含量和造气用煤的成型性能而定. 堆沤使粘结剂和水分有足够的时间均匀渗人原 煤颗粒,这是保证煤棒热稳定性的一个必不可少的 环节,以山西煤为主作造气原料,堆沤时间不应少于 48h. 煤棒直径以18mm,22mm为宜,过大人 炉后难以烧透,会使返焦增多,煤棒机头出料口直径 刚开始为18mm,随着煤棒机运行的磨损,出料口 会逐渐变大,当大于22mm就应更换机头,以保 证煤棒的质量. 煤棒的强度对造气水平影响很大,是企业生产 的主要控制指标,煤棒强度的测定,一般可采取落下 试验,每次取棒样1O个,从1m高度反复落下至纵 向破碎裂开,一般以6次以上为合格,合格率达到 9O即可. 干煤棒人炉也很重要,刚制出的煤棒水分在 14左右,为使其水分在人炉前迅速蒸发,现一般 企业都配有足够数量的空心斗车,每台造气炉配5O 台车,由于从棒机中刚制出的煤棒温度较高,在空心 斗车中水分蒸发较快,到人炉时煤棒水分可以降低 2,既增加了其冷态强度,也增加其热稳定性,避 免了人炉后水分急剧蒸发所造成的粉化,也减少了 干燥干馏层厚度,增厚了炉内有效炭层,提高了制气 强度.一般来说,煤棒水分降低2,煤耗可降低 4,5. 江南地区春季雨水多,阴雨时节露天堆放的煤 炭水分高达10以上,这样的原料将无法添加足够 的粘结剂.因此,要配套足够的煤棚,一般10000t 合成氨生产能力应配备3000m,4000ITI.面积的 煤棚. 为满足煤棒加工过程中的上述工艺要求,煤棒 设备要配套流程要合理布置,要便于操作. 3煤棒气化工艺要点 3.1吹风量 在制气过程中,吹风为制气反应提供热量,是控 制制气过程的关键,保证合适的风量是增加炭层蓄 热量,提高气化水平的前提. 在制气循环中,吹风百分比的确定.受到造气炉 及管网系统的阻力,燃料特性,蒸汽流量等诸多因素 的影响,因此应采用科学试验的方法,对本厂各台造 气炉确定合适的吹风百分比. 根据煤气炉热平衡的关系,吹风气量和半水煤 气产量的关系,以0.95---1.0为宜,显然,要保持较 高的煤气产量必须要保证足够的吹风量,但过高的 吹风量一是受到吹风在循环中所占百分比的限制, 再则是受煤棒强度的限制.所以我们还是要特别强 调煤棒质量,煤棒质量好,炭层不易吹翻,带出物少, 吹风效率高.一般来说,吹风带出物的碳损失可以做 到小于4. 系统阻力过大,或是煤棒质量不好,被迫降低空 速,延长吹风时间,这是最不可取的.这不但缩短了 制气时间,也易在吹风过程中产生副反应,即在吹风 后再发生以下反应: CO2+C一2Co一164.95kJ 不但消耗了碳,而且损失了大量热量,有用的 CO又白白地放空.所以煤棒气化同样要创造条件, 在不吹翻炭层的前提下尽可能加大吹风速度,减少 c()和C接触的时间,降低吹风气中CO,提高吹风 效率.由于煤棒制气需要蒸发的水分大大高于块煤, 因此煤棒气化的吹风量相应会多一些,如何严格控 制好吹风,降低吹风气中的CO就是一个值得重视 的问题.1998年测出的澧县氮肥厂吹风气成分列于 表2. 表21998年浸县氮肥厂吹风气成分 吹风气成分CO2COO2N2CHl 由表2可知,吹风气中C0高达8.9,我们当即 提出整改意见,通过调整风机,实现强风短吹,吹风 气中CO已降到4.8%,5.5%.所以,只要措施得 当.煤棒制气中吹风气CO完全可以控制在6%以 内. 在保证有足够的人炉风量的前提下,才能产生 较好的半水煤气气量和气质,在我省煤棒气化条件 下,半水煤气中CO含量<8,C0含量>30. 3.2蒸汽流量 制气阶段是水蒸气和赤热的碳进行反应,合理 的调节蒸汽流量要注意两个概念:一是单位时间内 所分解的蒸汽量;二是蒸汽分解率,它首先是从提高 蒸汽利用率,降低消耗的角度提出来的.从增产节能 的角度出发,我们希望在较高的蒸汽分解率的情况 下.产出最多的半水煤气. ?4O?煤化工2003年第1期 半水煤气中过高的H:含量必然会造成蒸汽消耗 过高,目前有的厂半水煤汽中H.高达41~-’45, 显然是很大的浪费,煤棒本身含有较高的水分,再加 上过量的蒸汽进入造气炉,使炉温下降加剧,既引起 蒸汽分解率下降,也影响半水煤气的气量和气质.一 般来说,煤棒气化中H.含量不大于40比较合 理. 从提高蒸汽分解率的角度来说,蒸汽量越大,炉 温波动越大.蒸汽流速过大,必然蒸汽分解率下降, 未分解的蒸汽又带走气化层的热量,导致气化层温 度急剧下降而使煤气质量,产量明显降低,煤耗和蒸 汽消耗增加. 在努力提高蒸汽分解率的同时,也要防止因过 分追求蒸汽分解率的提高而使蒸汽用量过少,从而 影响半水煤气产量和造成结疤.事实上,在高炉温的 条件下大量通人蒸汽,也是提高产气能力的一个手 段.关键是在吹风和蒸汽用量的调节中,如何找到一 个最佳的结合点. 3.3循环时间分配 在确定了合理的吹风量,吹风时间及蒸汽用量 的情况下,确定合理的循环时间分配也是很重要的. 合理的循环时间分配,对稳定炉况,尽可能减少 热损失,稳定制气效率起很重要的作用,各厂设备和 操作条件不同,循环时间分配也不能照搬,表3列出 了我省部分煤棒气化厂循环时间分配的数据. 表3部分氮肥厂造气工段的循环时间分配数据 当阳 岳市 永州 嘉兴 安乡 汨罗 澧县 从表3中可以看出,各厂具体情况不同,差异很 大.总的来说,在制气阶段:上吹过程煤气将气化层 的热量及温度移向炭层上部,提高了炉顶温度,所以 不能过长,否则气体带出显热增加,气化层上移,破 坏了炉内反应区温度的正常分布.对烧煤棒来说,上 部炉面温度过高,会使刚加入的煤棒遇高温而其中 水分受热急剧蒸发,使煤棒胀裂而粉化,这需要严格 把关.下吹过程,蒸汽吸收了炉面的热量,降低了炉 顶温度同时将气化层的高热量移向炭层底部,使吹 风过程中上层的高温区向下移动.由于降低了炉面 温度,减少了气体带出的热损失,保证了足够干馏干 燥层使煤棒能缓慢的蒸发水分,这对稳定煤棒的完 整及稳定气化层高温区的位置十分有利,也利于炉 内热量的积蓄.如果下吹时间过长,气化层高温区下 移,将提高炉底温度,煤气带出显热增加,使炉篦易 受热变形损坏. 在生产正常情况下,吹风结束进入上吹时,炭层 中积存了大量热量,炭层温度也高,所以上吹阶段出 口气体所带走显热要大,而下吹阶段炭层中积存了 热量已被反应利用了一部分,气化层温度也较低,这 样下行出口的气体带走的显热要少,所以一般情况 下上吹不利于热量积蓄.因此要求上下吹的比例,下 吹要比上吹长一些,这一点对于煤棒制气厂尤其重 要.这里要强调一点的是,下吹时间的增加必须和下 吹蒸汽用量大小相匹配,由于入炉蒸汽自调的厂家 不多,在确定了减压后(一般情况下),蒸汽总管达到 0.039MPa,0.059MPa的前提下,应尽可能关小 下吹蒸汽阀门,确保上吹后炉温下降但仍能保持较 高的蒸汽分解率,这样和下吹时间的增加相配合,达 到稳定气化层,提高蒸汽分解率,节约蒸汽消耗及保 持炉内气化层仍有合适的温度的目的,使整个气化 进程平稳进行.上下吹比例及其蒸汽用量是否合适, 可以通过观察炉况的变化,特别是根据上下吹蒸汽 分解率的情况得以验证,一般来说顶底温度不超过 350C及250C,上下吹蒸汽分解率比较接近,相差 不超过8,较为合适. 当然对于煤的灰熔点实在很低,煤质太差的厂 家,可适当增加上吹,减少下吹以避免气化层温度过 高,而造成结疤,灰熔点大于1300C的煤,按上述方 法进行操作是能取得较好效果的.因此在保证人炉 煤质稳定的前提下,各厂根据自己厂煤质的情况,可 以使煤棒制气能力提高到一个新的水平. 3.4区别不同情况,摸索最佳工艺,实现优化操作 湿煤棒制气要求维持较高的干燥干馏层及适宜 的炉面温度,因此,改用煤棒时应当对气化工艺作相 应的调整,要保持适宜的炉面温度,足够的干馏干燥 层,稍高的炉底温度,适当的蒸汽用量和风量,气化 工艺上应遵循上吹(蒸汽)强而(时间)短,下吹(蒸 汽)弱而(时间)长的原则,维持适当的火层,加炭和 出灰也要作相应的调整. 但要特别注意的是,在氮肥生产中,造气工序和 其他工序相比具有比较强的特殊性,煤气化反应复 杂,影响因素多,气化条件时常变化,各厂设备,管 线,煤源,蒸汽,人员等条件都大不一样,因此煤气炉 3434334 455O4O5 O689565 u4 OO62176 uu2uu22 358978O 2l1l112 OO6585O u5u24u5 }}l 2003年2月喻永林:腐植酸钠煤棒的制作和气化控制要点?41? 各项工艺参数至今没有形成也无法形成统一的,明 确的尺度和准确的界定,各厂都是根据自身的实际 情况,去选择工艺条件和确定各项参数.对于如何学 习别厂的经验,既不能默守陈规,也不能生搬硬套. 只能在吃透新技术和本厂实际情况的基础上,调整 和改进气化工艺条件,摸索最佳工艺,掌握其规律, 实现优化操作,才能达到较理想的效果. FabricationandProcessFeaturesofGasProductionofSodiumHumateCoalRod YUYong—lin (HunanFertilizerindustryCo.,Changsha410007) AbstractBasedonthefeedtreatment,gasificationprocessandequipmentduringgasificationofcoal rodinammoniasynthesisproduction,theproblemstObehighlynotedingasificationofcoalrodaredis— cussedindetail. Keywordscoalrod,gasification,sodiumhumate ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,l,,,,,l,,,,,?,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, (上接第32页)充水,蒸汽,清洗剂至系统循环流量 为15m./h,20m./h时,此后,根据堵塞物的清洗 程度和溶液温度补充蒸汽,清洗剂,并逐渐减少,结 束前45min60min停止通蒸汽,加清洗剂.在阀 门井1处不断捞出渣物. 4结语 物而引起的设备,管道堵塞问题. 参考文献: [1] [23 [:3-1 炼焦煤气厂管道,设备在生产过程中可能不同 程度会出现因焦油,萘,煤灰等堵塞而影响正常生产 的问题.采用由适当的有机溶剂+n—SAA+助剂而 组成的清洗剂能较好地处理因焦油,萘和粉尘混合 库成熙.炼焦化学产品回收与加工[M3.北京:冶金工 业出版社.1985.5,6. 金叶玲.周勤,王召祥.煤焦油清洗剂的研{II口].适 用技术市场.1997.11:22,24. 金叶玲,周勤,王召祥.小化肥厂水煤气煤焦油清洗 剂的研制[J].化学清洗.1998.14(2):40~43. 余存烨.石化设备油垢化学清洗技术分析[J].化学清 洗,2000,16(1):21,26. ThePreparationandApplicationofCoalTarCleaningAgent SHIHong—?wenFENGWan—?NenHUZhong?—yu (DepartmentofChemicalEngineeringofXiangtanPolytechnicUniversity,Xiangtan411201) AbstractAkindofself—madecoaltarcleaningagentanditsspecialtywereintroduced.Itsapplication inacitygasfactorywasdiscussedindetail.Ithasmanyadvantagesinsecurity,convenienceandhigheffi — ciencytOdisposethecoaltarandnaphthaleneblockedinthepipe—line. Keywordscoaltar,cleaningagent,preparation,application 寮 毒 毒 掌 蒂芥蒂 赡- I} I} I} I} 蒂蒂蒂