褐煤气化及其影响因素分析

收稿日期:2000-03-20

作者简介:陈永国(1976-),男,昆明理工大学冶金系硕士,主要从事能源研究与开发工作。

褐煤气化及其影响因素分析

陈永国,郭森魁,何 屏

(昆明理工大学冶金系热能工程研究室,云南昆明650093)

摘 要:综述了国外有关褐煤气化影响因素的试验研究成果,并对各种影响因素进行了分析,提出了促进褐煤气化的一些建设性意见。关键词:褐煤;气化;影响因素

中图分类号:TQ54 文献标识码:A 文章编号:1004-3950(2001)01-0007-02

The Analysis of Lignite Gasification and Its Affecting Factors

CHEN Yong -guo,GUO Sen -kui,HE Ping

(Department of Metallurgy ,Kunming Universi ty of Science and Technology,Kunming Yunnan 650093,China)Abstract:The overseas experimental studies on affecting factors durin g the gasification of ligni te are summarized in this paper.The author analyzes various affecting factors and puts forward some constructive opi nion on promoting the gasification of lignite.Keywords:lignite;gasification;affecting factor

1 引 言

中国褐煤探明储藏量达1280亿t,主要集中在内蒙古、黑龙江、吉林、辽宁及云南等省区。褐

煤占中国煤炭储量的1/8,在中国煤炭资源中占有重要地位。国内外对褐煤利用技术的研究比较广泛和深入,涉及到褐煤初加工、褐煤燃烧、褐煤液化、褐煤热解与炼焦、褐煤非燃料利用、褐煤共伴生资源及其加工利用等方面的内容。随着各国政府对能源和生态环境的日益重视,合理、有效、洁净地利用褐煤是褐煤利用技术的发展方向。

目前世界能源供求发生变化,人们希望从廉价的褐煤中取得洁净能源以保护环境。在这种情况下,褐煤气化有着较广阔的发展前景。

2 褐煤气化的影响因素

211 热解条件

褐煤气化包括两个步骤:首先进行初步热解制得焦炭、焦油及煤气,然后发生焦炭的气化反应。控制焦炭反应性的因素有:活化点的浓度、活化点接近气化剂的难易程度以及无机矿物杂质的催化作用。这些因素取决于煤的等级和热解条件,亦即最终热解温度、反应时间及升温速率。

目前,人们还不是十分清楚升温速率对焦炭反应性的影响。对木材试样进行快速碳化得到的焦炭,其反应性比在相同终温下的慢速碳化得到焦炭的高。然而,煤碳化步骤中的升温速率对焦炭的反应性无显著的影响,在慢速升温条件下制得的焦炭具有稍高的反应活性。从动力学观点对碳与水蒸汽和CO 2反应进行分析,发现在低升温速率下制得的焦炭具有更高的反应速率。212 矿物质

低阶煤中含有较高的无机矿物成分,这些矿物成分在气化反应中有一定的催化作用。当主要的挥发物质从煤结构中释放出来之后,这些矿物质对于次级热解反应继续起积极的催化作用。一般说来,在煤基质中的无机矿物质的催化活动取决于它们的浓度、散布状态及化学形式。煤中的碱及碱金属元素(Li 、K 、Na 、Ca 、Ba 等)影响着焦炭的反应性,尤其是对于从低阶煤制得的焦炭。这些元素的散布程度越高,焦炭的反应性越高。在所有这些金属元素中,钙具有最大的催化作用,而镁的催化作用最小。褐煤气化反应速率随着钙含量的增加而直线上升。低阶煤的气化反应性主要受无机成分的催化作用控制。然而,随着热解加剧,金属元素的部分催化作用将失效。

专论与综述

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能源工程

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213褐煤性质

褐煤性质对气化反应有较大的影响。褐煤的高位发热值、粒度、O/C比以及炭的反应活性决定着气化反应中的碳转化率。另一方面,褐煤的高位发热值、挥发分含量及水分对气化反应温度有影响。并且,气化反应温度不同导致产气组分也不同,如较高的气化反应温度将使得产气成分中H2、CO浓度增大。

褐煤的水分一般比较多,在其加工过程中不可避免地要受其影响。含有不同水分的煤在热解过程中,得到的产品组成及产量不同,蒸发出来的水分对半焦多孔结构的形成也要产生一定的影响。

对于活性炭的催化气化以及在催化剂存在条件下铁矿石的碳热还原反应,活性炭的粒度为162L m时是最佳的。

214气化反应器的操作参数

在设计并运行新型气化反应器时,常要调整操作参数,使其达到最优化状态。其中,操作压力及产气组分两个参数在气化生产中起着重要作用。有人对产气的阻滞化作用进行了研究,他们在加压流化床气化反应器上对泥煤进行了两组试验,分别选取两种气化剂,一种为水蒸汽+产气H2、CO,另一种为C O2+产气H2、C O。在两组试验当中,气化反应速率均随着操作压力的增加而下降,但以水蒸汽作为气化剂时的气化反应速率略高一些。

3对褐煤气化的几点思考

(1)近年来,一些大型露天煤矿(如伊敏河露天矿、霍林河露天矿等)相继建成投产。到21世纪初,中国褐煤产量将会成倍增长。因此,合理和有效利用褐煤将显得越来越重要。褐煤气化是现有的褐煤利用技术中应该受到最优先考虑的一种重要方法,大致有两个方面的原因:其一是褐煤气化可将褐煤转变为更便利的能源和产品形式;其二是褐煤气化可以做到有效的/绿色生产0,如在褐煤流化床气化炉内添加石灰石、碳酸盐等脱硫剂,则在气化过程中可同时脱硫。

(2)褐煤应用的范围较广,可归纳为如下几个方面:

¹由褐煤生产城市煤气或管道煤气;

º为化工合成提供原料气,例如,褐煤气化可成为生产合成氨、尿素、甲醇和烃类的中间步骤;

»为冶金工业提供还原气(和氢气)及钢铁、机械和建筑等工业部门用的燃料气;

¼作煤炭液化用的氢气来源;

½为先进的发电过程提供洁净的煤气,是

I GCC实现商业化的关键技术之一。

(3)国内外非常重视对褐煤气化工艺的组织。其中,对于褐煤流化床气化工艺研究得比较多,美国在这方面处于国际先进水平。关于流化床气化炉,具有代表性的有过去制造合成原料气用的商业性温克勒炉。国外正开发多种煤气化新工艺,目的是扩大气化煤种,提高处理能力和转换效率,减少污染物排放。最近,为了达到大量生产的规模效益,开发方向大多朝向加压流化床气化。

(4)关于褐煤气化影响因素的试验研究显得非常必要,国内外有大量这方面的文献,主要是两点:¹热解条件对褐煤气化的影响较大,尤其是热解温度及升温速率两个因素。对于不同产地的褐煤应分别进行升温速率对焦炭反应性影响的研究,这对于指导实际气化生产非常重要。由于较高的热解温度及较长的炉内停留时间对褐煤气化不利,故应加强对褐煤的温和气化研究。

º褐煤的催化气化具有许多技术优点,它是增大气化反应速率、控制产气成分以及降低气化温度的有效方式,应寻求高效、便宜的催化剂促进气化生产。

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编者注:因篇幅关系,作者原提供的其它参考文献,不再一一列出。

专论与综述

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