煤气化原理范文

煤气化原理篇1

关键词：Shell气化炉；配煤；优化模型；非线性GRG算法

【分类号】TQ533

引言

Shell粉煤气化装置属于加压气流床气化工艺，以粉煤、氧气以及蒸汽为原料，生产CO和H2为主要成分的合成气，其物理-化学变化复杂剧烈，温度压力高，投煤量大，煤种适应相对宽泛。但气化装置的设计是根据煤种、工艺、容量的不同而度身定做的，为保证系统长期稳定运行和提高效益，装置对煤质仍有严格的要求。近几年来，随着国内壳牌使用厂家陆续投产，部分厂家出现了因煤质不适应气化炉需求而影响装置稳定运行的情况。另一方面，随着煤质的劣质化趋势，优质煤炭价格不断高企。针对煤的不同特性进行合理配比，能够充分利用不同煤种，克服单煤种不适应燃烧要求的缺点，使参差不齐的原料煤接近装置设计煤种，优化使用组分，从而稳定和优化工况，减少非计划停产以及装置堵塞和结焦。同时，通过合理配煤也是降低原料价格和合理利用存煤的有效途径。

然而，不同原料煤对混煤质量指标的影响十分复杂，在实施配煤操作时，必须能够预测混煤的各项质量指标。配煤优化在热电厂、焦化、传统煤化工领域有一定的研究和应用。其中，针对焦炉配煤，刘春梅等提出了机于遗传算法的炼焦配煤优化方案【1】，以及火电厂基于粒子群算法的配煤优化方案【2】。但在Shell干粉煤气化配煤方案还较少提及。

本文针对Shell粉煤气化装置优化配煤问题，建立了一个管理决策级视角下的配煤多目标优化模型。此模型综合考虑了装置对混煤质量指标的要求、市场价格等，采用软件对模型进行求解，在满足装置对煤质要求的前提下，实现原料成本最低控制。最后，对仿真结果进行分析，以验证模型和算法的可行性。

1 配煤优化模型的建立

1.1 目标函数

1.2 约束条件

3 仿真研究

本文以Shell煤气化装置配煤优化过程为研究实例，以配煤总成本最低为优化目标，应用前文提出的模型和算法进行求解，计算最优配煤方案，实现原料效益的最大化。本文选用了用于气化的3种单煤的煤质进行分析。

根据煤质分析数据、煤质要求、煤价等条件，采取非线性GRG算法，通过计算机软件求解。其中采用了Ashizawa回归公式【5】的方法对灰熔点进行预测，同时使用SiO2+FeO3/Al2O3对煤的结渣特性进行预测。

通过计算收敛得到，其结果的原料成本最低价格为709.60元。

混煤各项指标均满足要求，验证了该方法的可行性。同时，709.60元的混煤价格，低于目前该厂的采购成本730.15元，成本下降了2.8%。说明，适当选取价格低廉的煤炭，通过合理的配煤规划，可以实现，在既满足生产对原料需求的基础上，实现成本的降低。对企业规范原料成本管理具有重要意义。

4 结论

针对Shell干粉加压气化装置实施配煤优化技术，能够有效的调节煤质指标，使参差不齐的原料煤接近装置设计煤种，从而稳定和优化工况，降低氧耗、能耗，提高气化效率，节约煤炭资源。同时，配煤使装置能够适应更多煤种，充分利用低质煤炭资源，并通过合理配置降低原料成本，取得经济效益。本文从配煤管理的角度对Shell干粉气化装置建立了配煤多目标优化模型，采用非线性GRG算法进行求解，模型中应用了灰熔点经验公式进行预测，仿真结果表明，本文的方法能够得到较好的配煤方案，在满足装置对煤质要求的前提下，可充分发挥煤炭潜能，达到节约原料提高效益的目的。

参考文献：

【1】刘春梅 基于遗传算法的炼焦配煤最优化配置研究 《制造业自动化》2012年2期

【2】孙漾等 Texaco水煤浆气化装置配煤模型及其优化 《化工学报》2010年8期

【3】Lasdon，L.S.Waren，A.D.Jain，A design and Testing of a Generalized Reduced Gradient Code for Nonlinear Programming 1978

【4】解可新等 最优化方法 1998

煤气化原理篇2

关键词：煤炭地下气化；煤层热解；孔隙结构

煤的热解是煤在利用过程中必然要发生的过程[1，2]，尤其对煤的气化有着重要的影响，热解条件对煤焦物理性质有很大的影响。煤炭地下气化是将煤层进行气化，在气化过程中存在煤层的原位热解阶段和煤层受热破碎成大尺度块煤煤焦气化阶段[3]。煤在热解过程中会发生两方面的变化[4-6]：一方面，随着温度的不断升高，煤焦内部结构逐渐由无序向有序方向发展，增加了煤焦的石墨化程度；另一方面，煤中挥发份的析出能够影响煤焦中孔隙结构的变化。而煤焦中孔隙和表面是煤焦进行气化时，气化剂与碳发生反应的通道和反应场所。在整个煤焦气化反应过程中，煤焦的孔隙结构和比表面积将影响整个反应进程。由于地下气化是将煤层进行气化，因此研究大尺度煤热解煤焦的孔隙结构有助于对煤炭地下气化的整个气化过程进行分析。本文选用乌兰察布褐煤利用自行设计可控立式管式气化炉进行了煤层模拟热解实验，利用BET测试仪，研究了大尺度煤在不同温度、压力和不同原煤粒径条件下热解煤焦的孔隙结构变化规律，皆在为我国煤炭地下气化过程中大尺度煤煤焦气化提供基础数据和科学理论依据。

1 实验部分

1.1 煤样

试验用煤样来自现场地质钻探取芯样品，将煤样制成粒径为10mm、20～30mm、30～40mm、80～90mm的煤样，煤样的煤质分析见表1-1。

表1-1 乌兰察布褐煤煤质分析

1.2 实验装置

大尺度煤热解实验在可控立式管式气化实验平台进行，见图1-1； 装置由供气部分、管式炉部分、操控平台、净化装置四部分构成。利用SSA-4300孔隙比表面分析仪（北京彼奥德电子技术有限公司生产）对煤焦孔隙结构及比表面积进行测试；实验中还用到MD-200型样品前处理器；万分之一电子天平。

1质量流量计；2水泵；3单向阀；4水蒸气发生器；5压力感应器；6气化炉炉膛；7冰水浴；8焦油冷却器；9背压阀；10多环芳烃吸收装置；11热电偶；12仪表控制器；13干燥器；14煤气取样口；15湿式气体流量计。

图1-1 热解气化实验系统

1.3 大尺度煤煤焦的制备

根据煤炭地下气化模拟实验和现场煤炭地下气化试验的研究，在煤炭地下气化过程中煤层的升温速率在5℃/min左右，因此本次实验室制备煤焦升温速率均为5℃/min，热解气氛为N2。以下是主要煤焦制备条件：

（1）不同粒径原煤煤焦制备

选取粒径为10mm、20～30mm、30～40mm、80～90mm的四份煤样，质量均为300g左右，装入自行设计的可控立式管式炉中，在氮气气氛及常压条件下以5℃/min的升温速率加热到900℃，并恒温热解1h，在氮气气氛下冷却，取出煤焦。

（2）不同压力下煤焦制备

选取粒径为30～40mm的乌兰察布褐煤煤样，质量均为300g左右，在常压、0.2MPa、0.4MPa、0.7 MPa、1.0 MPa的条件下以氮气作为热解气氛，升温速率为5℃/min升温到900℃，恒温1h后氮气冷却，取出煤焦。

（3）不同热解终温煤焦制备

选取粒径为30～40mm的煤样，以氮气为热解气氛，可控立式管式炉以5℃/min的升温速率升温，分别以900℃、1000℃、1100℃的热解终温下恒温1h，在氮气气氛下冷却，取出煤焦。

1.4 大尺度煤煤焦理化性测试

大尺度煤煤焦的孔隙和比表面积的测定是在SSA-4300孔隙比表面分析仪上进行。该仪器在相对压力[P/P0]0.01～1.0的范围内对煤焦进行静态等温吸附测量。其中液氮的饱和温度是77K，取24个压力点进行等温吸附， 通过测量在每个相对压力点下煤焦样品对氮的吸附量，确定煤焦颗粒的比表面积和孔隙结构。煤焦样品在 MD-200型样品前处理器上进行处理，调节温度为100℃，在10小时左右时将样品抽真空到5μm汞柱来排出样品孔隙中的气体杂质和内部水分。

2 结果与讨论

2.1 大尺度煤焦吸附等温曲线分析

吸附等温曲线能够反映出孔径的分布、吸附剂的表面性质以及吸附介质与吸附剂之间的相互关系。

图2-1 不同粒径乌兰察布褐煤煤焦的吸附等温曲线

煤焦的吸附等温曲线能够反映出煤焦丰富孔隙结构的信息[7]。图2-1～2-3给出了乌兰察布大尺度褐煤在常压、热解温度、加压三个不同制焦条件下煤焦的N2吸附等温曲线。可以看出，在较低相对压力（P/P0≤0.5）时，N2的吸附量曲线是缓慢增加，吸附曲线有微弱的向上凸的形状，此时由单分子层吸附向多分子层吸附过渡。当相对压力较高（P/P0>0.5）时，N2的吸附量曲线迅速上升，直至趋向饱和蒸汽压也没有出现吸附饱和的现象。这种现象说明在较低相对压力下以微孔的堵塞为主，而在较高相对压力下发生的主要是毛细凝聚和多层吸附，表明在煤焦中不但有微孔，也有比微孔大的中孔或者更大的大孔[8]。

从图2-1可以看出，在低相对压力条件下，煤焦对N2的吸附量随着原煤粒径的增加而增加。粒径为80-90mm制得的煤焦在低相对压力下的吸附量远大于其他三种粒径的煤焦；在高相对压力条件下，原煤粒径为20～30mm的煤焦的吸附量最大。在整个吸附过程中，原煤粒径为30～40mm的煤焦的吸附量最小。吸附量的不同表明原煤粒径的不同对煤焦孔隙结构的发展有很大的影响。

从图2-2可以看出，随温度的升高，煤焦对N2的吸附量虽然有所增加但是均相差不大，吸附量的增加，表明热解温度的增加有利于煤焦孔隙结构的发育。

从图2-3可以看出在低相对压力下煤焦的吸附量均很小，但随着热解压力的增加，在同一相对压力下吸附量也增加。说明热解压力的增加有利于煤焦孔隙结构的发展。然而当热解压力大于0.7MPa时，吸附量又会有所降低，表明更高压力对煤焦孔隙结构的发育起到阻碍作用。

2.2 大尺度煤焦BJH孔隙分布分析

图2-4 不同粒径原煤煤焦孔径分布图

图2-4～2-6基本以双曲线分布为主，煤焦孔径分布数量基本以小于10nm占大多数。图2-4为热解温度为900℃条件下不同原煤粒径所得煤焦的孔体积分布图，从图中可以看出，煤焦颗粒内部孔径≤2nm的孔容体积变化非常明显，原煤粒径为80～90mm的煤焦内部微孔分布最多。随原煤粒径的增加，热解所得煤焦的微孔也逐渐变得发达。当孔径≧2nm时，原煤粒径为20～30mm所得煤焦内部中孔分布最广，而原煤粒径为30～40mm的煤焦的孔分布量均低于其他三种原煤粒径制得煤焦。

图2-5可以看出，随热解终温的升高，煤焦的孔径分布量都有所提高，孔径变化范围相对集中，在孔径为2.5nm～8.0nm范围内1100℃的煤焦孔径分布量是900℃煤焦孔径分布量47.6%左右，而在孔径≧8nm时，三种温度下的煤焦内部孔径的分布量几乎没有什么变化。

图2-6可以看出，不同压力下热解煤焦的孔体积分布在4.5nm附近区域有一个孔体积分布峰，随热解压力的提高，孔体积分布峰先升高后降低，说明热解压力的不同主要对4.5nm附近的中孔起到了影响作用；同样对微孔也有很大的影响，随压力的升高微孔孔体积分布也是先增加后降低，但在压力大于0.4MPa后，微孔的孔体积分布量就开始降低。

在大尺度煤热解过程中，由于煤粒径的增加，内部出现温度梯度，温度梯度使得大尺度煤整体不能以相同升温速率升温，造成粒径为80～90mm煤焦内部达到900℃时，相对10mm粒径原煤在900℃热解停留时间比大粒径原煤的长。而小粒径原煤在较长的停留时间下煤焦会出现微晶结构从不规则相有序方向排列，从而使煤焦微孔隙结构的分布数量小于较大尺度煤煤焦的孔隙结构。

高温热解环境对乌兰察布褐煤煤焦孔径分布更加有利，当热解温度升高，煤焦颗粒内部在一定孔径范围内（2.5nm～8.0nm）孔径分布所占比例越来越大，但相对更大的中孔相对变化很小。

热解系统压力的提高会使原煤在热解时挥发分的析出受到抑制。原煤热解挥发分的这种抑制作用在压力小于0.7MPa下反而有利于煤焦孔隙结构的发展，尤其影响煤焦表面孔体系的发展。当系统压力继续提高大于0.7MPa时，挥发分的在煤焦中的停留时间增加，促进煤焦中的二次反应的进行，生成大量的碳素和其他物质将煤焦中部分孔隙堵塞，阻碍煤焦中孔隙结构的发展。同时，煤在加压热解条件下可能会与煤中碳基质的流动性有关系。

3 结论

（1）乌兰察布大尺度煤煤焦吸附等温线基本属于第Ⅱ类。说明在较低相对压力下以微孔的堵塞为主，而在较高相对压力下发生的主要是毛细凝聚和多层吸附，表明在煤焦中不但有微孔，也有比微孔大的中孔或者更大的大孔。

（2）煤焦对N2的吸附量随着原煤粒径的增加先增加后减少。热解温度的升高，煤焦对N2的吸附量有所增加，但均相差不大。热解压力的增加有利于煤焦孔隙结构的发展，但当热解压力大于0.7MPa时，吸附量又会有所降低。

（3）大尺度乌兰察布褐煤在不同原煤粒径、不同温度、不同压力下热解煤焦颗粒内部的孔径分布数量基本以小于10nm占大多数，煤焦的孔径主要以中孔的贡献为主。

（4）大尺度煤粒径的不同对煤焦微孔结构的影响尤为重要，原煤粒径的增加促进了煤焦微孔结构的发育。

（5）热解终温的升高，煤焦的孔容积分布量都有所提高，高温环境（900～1100℃）对乌兰察布褐煤煤焦孔径分布更加有利。

（6）热解压力影响4.5nm附近中孔的分布。随压力升高孔体积分布先增加后降低，压力大于0.4MPa后微孔的孔体积分布量开始降低。

参考文献

[1]赵融芳，黄伟，朱素渝等，三种不同煤阶的模拟热解实验研究Ⅱ：固态产物分析[J]，煤炭转化，2001，24（4）：16-20.

[2]赵鹏，史士东，用XPS研究胜利褐煤中有机氧的赋存形态[J]，煤炭科学技术，2004 ，7（32）：51-52.

[3]杨兰和.煤炭地下气化“三带”特征及影响变量的研究[J].南京理工大学学报，2001；25（5）：534-537

[4]胡松，孙学信，向军等. 淮南煤焦颗粒内部孔隙结构在燃烧过程中的变化[J]. 化工学报，2003，54（1）：107-111.

[5]谢克昌. 煤的结构与反应性[M]. 北京：科学出版社，2002：39-259.

[6]平传娟，周俊虎，程军等. 混煤热解过程中的表面形态[J]. 化工学报，2007，58（7）：1798-1804.

[7]赵振国. 吸附作用原理[M]. 北京：化学工业出版社，2005：72-150.

煤气化原理篇3

关键词： 恩德炉；存在问题；煤质；管理；协调

1 关于恩德炉煤质要求模块的分析

1.1 通过对恩德炉的分析，得知其主要是针对褐煤、弱粘煤等原料展开煤气化。在其气化过程中，煤种的选择是非常必要的。因为不同种煤种的氧气消耗模块、气化效率等模块存在明显的区别。为了提升生产环节的效益，进行进场煤管理环节及其入炉煤加工管理环节的协调是必要的，从而针对煤炭的气化性质展开分析，实现其煤气化环节的有效开展，进行其参数模块及其消耗指标模块等的控制，保证气化炉工艺模块的有效开展，保证气化炉的运行周期环节及其相关环节的控制，保证煤气化模块的有效开展。

在流化床气化模块中，针对其最大颗粒进行鼓风速度的控制是必要的，一般来说，其粒度比较宽，其气流的带出物就比较多。通过对科学研究，可以得知，为了提升其气化炉的工作效益，进行煤种粒度的控制是必要的，从而提升气化炉的气化强度，满足当下气化技术的经济需要。一般来说，如果其煤气中存在过多的出物量，对煤气成分会产生巨大的影响，这主要体现在其粒径的变化，影响其煤粒的表面积的变化情况，这就影响了煤气化环节中的传热条件、传质等的条件。

通过对煤炭中煤质的变化情况分析，可以得知其变化范围随着煤种的变化而出现差异。一般来说煤种的出产越晚，其内部的水分就越高，其老年含水量都是比较低的，并且其煤中的灰分、氧气等对于气化模块的开展是有影响的。并且随着水分的不断增加，其煤的热值是不断发展变化，在气化炉的下部分会出现干燥等的情况，其水分含量越高，其干燥的时间就越长，也就需要进行很多氧气的消耗。煤的粘结性和粘结成焦碳的能力，是煤分解时形成胶质体的结果， 它是煤的特性之一。煤的粘结性对气化的影响主要是：粘结性强的煤，气化炉容易结焦。

1.2 在煤的气化模块中，活性性质是必要的性质，其表现在不同温度压力情况下，气化剂及其煤焦石的变化情况，这涉及到氧化物的还原模块，是进行气化煤质优劣衡量的重要标准。通过对其不同气化方法的分析，可以得知，随着流化床及其移动床等的改变，其会产生一系列的压力气化情况。为了满足该模块的开展，进行煤炭活性的控制是必要的，通过对其煤活性的提升，更有利于进行煤气产品所需氧气、蒸汽等的控制。这就保证了其气化环节中的气化效率、碳效率等的提升，有利于促进工程热效率的提升。更有利于实现煤焦活性及其温度的控制，有利于进行其压力的控制，进行其温度模块的控制。煤焦活性越好，当温度高达1300℃时各类煤的活性基本一致，只有温度在650～1000℃时各类煤的活性相差很大。流化床气化是气-固相顺流接触的过程，为了避免结焦根据灰熔点，气化温度一般

在固态排渣模块中，煤中灰的熔点情况扮演着重要的角色，其是煤气化模块中的重要应用条件。还有一些设计参数的变化等都与其煤中灰的熔点相关。通过对恩德炉固态排渣工艺模块的开展，更有利于进行煤中灰特性的分析，满足当下固态排渣设计的需要，保证其操作模块的优化，保证其粉煤气化炉的气化模块的有效开展。这就需要进行循环流气化环节中煤特性的分析，进行煤中灰分含量的控制，从而满足当下工作的需要。煤中灰分含量过高对原料的运输及整个气化系统运行不利，一方面增加了不必要的运输费用，另一方面会导致煤耗、氧耗增大，生产成本上升。另外煤中灰分含量增加，排灰机排灰次数增加，排灰机故障增加，排灰量增加降低热能利用率，灰分增加到40%以上时，排灰能力超过设计能力时气化炉被迫降低生产负荷影响整个合成氨负荷。

1.3 通过对恩德炉粉煤气化法的工作，更有利于满足当下常压流化床气化工艺的发展需要，这需要进行水蒸气、富氧空气等的应用，保证该气化剂模块的正常开展，进行原料煤反应活性的控制。这就需要进行煤灰熔点的优化，保证煤种适用能力的提升。在还原性气氛模块中，进行煤种的灰熔点的气化分析是必要的，这需要进行气化原料的分析，进行设计模块的有效工作，实现其气化性能的稳定性，保证煤质的积极控制。根据实际煤源供煤情况以及试烧总结经验考虑制定气化用煤工业分析指标。在以上工业分析指标的控制之下进行煤种的选择和评价，完全满足气化炉进煤指标控制要求，只要工业分析指标达到控制指标要求，气化炉运行良好，气化炉运行周期长。实际运行经验看，采购原料煤时尽量采购高热值、低水、低灰褐煤。

2 入炉煤的加工模块及其相关模块的协调

2.1 通过对入炉煤加工方案的优化，更有利于进行原料煤的干燥，进行输煤系统堵塞问题的避免。这需要进行恩德炉设计环节的优化，进行原料的积极干燥，进一步提升其汽化的效率，进行氧气消耗模块的控制，保证原料煤的有效输送及其筛选。比如进行高活性褐煤的应用，针对其水分的特殊需要，进行炉外干燥模块的开展，实现煤种的积极干燥。内水和外水加在一起称为煤的全水分。外在水分存在于煤的表面，可在常温下在空气干燥时失去；内在水分是吸附于煤的组织内部的水分，和形成煤的地质年有关，需在105℃才蒸发完毕；化合水是煤矿物质的结晶水，通常在200℃时开始蒸发，500℃时才蒸发完毕。因此，煤干燥只考虑全水分。

2.2 通过对循环汽化炉设计环节的工作，可以进行原料煤的有效破碎，保证其粒度的控制，比如进行环锤式破碎机的应用，进行筛煤机的积极选择，保证破碎准备工作的开展，进行筛分环节的控制，保证其块煤的破碎机的积极破碎，进行其筛分效果的提升，保证堵筛问题的避免，进行原料煤的积极控制。原料供应部门应贯彻执行公司有关燃料的管理规定，坚持原则，实事求是，应严格按照生产部门提供的原料指标进行原料采购。并作好各项燃料管理基础工作，提高燃料的计划准确性、到货率，减少亏吨和各项损耗，提高质价相符率，降低标煤单价，降低成本。

在煤化验模块中，进行质量监督的控制是必要的，这需要引起相关质量监督部门的重视，保证进场煤的化验模块的有效开展，进行化验报告的积极分析，保证化验环节的有效开展，进一步提升化验煤的质量及其准确性，保证化验监督模块的有效开展。这需要相关质量监督部门做好本职工作，针对煤种的使用情况进行经验的总结，保证其煤种质量的控制。作为以煤为原料的化工企业，要对煤进行妥善的储存和保管。防止煤的风化、氧化、自燃现象，及风吹、雨淋等自然环境所造成的不必要的经济损失。入炉煤的活性、灰熔点、含硫量等指标必须保证，否则气化炉很难长周期运行。入炉煤指标保证以分析为准，因此煤化学必须作好分析工作，每班取煤样两次。

2.3 通过对不同煤种的试验模块的开展，有利于进行配煤的优化，这需要针对煤种的灰熔点情况、含硫量等情况进行分析，保证配煤方案的优化，保证其配煤成本的控制，提升该模块的综合效益。根据恩德炉气化技术对煤质要求的主要指标，用线性规划建立模型。通过优化配煤可以拓宽恩德炉气化煤种，降低原料价格；可以使各种指标优化，气化炉运转周期长。

3 结束语

煤气化原理篇4

论文摘要：煤气发生炉是煤炭气化的重要设备，文章简单阐述了煤气发生炉的 发展 概况，介绍了煤气发生炉的工作原理，并结合检验案例分析了夹套易发生变形以及内罐底部易腐蚀的原因，同时提出了相应的防范措施。

一、发展概况

煤作为世界上最重要的能源之一，在 工业 生产方面得到了广泛的应用，其中把煤炭气化成煤气的技术应用至今已有百余年 历史 。随着研究的深入以及 科学 技术的发展，煤炭气化的技术得到长足的进步，煤气发生炉向小型化、简单化、生产低成本化发展，大大降低了能量损耗、生产成本和污染排放。改进后的煤气发生炉广泛应用于各行业，因此提高煤气发生炉的安全性具有十分重要的意义。

二、工作原理

煤气发生炉主要由机械加料系统、煤气发生系统，蒸汽发生系统，卸渣排污系统等组成，其核心是煤气发生系统。煤的气化就是发生在煤气发生系统中，它是一个在高温条件下，借助气化剂的化学作用，将固体煤炭气化成可燃气体的化学过程。根据煤炭的气化过程，可将炉内煤炭自下而上分成灰渣层、氧化层、还原层、干馏层、干燥层。如图1所示：

每个煤层中发生的物理、化学反应都是不同的，而且对整个气化过程所起的作用也有所不同。

1．灰渣层。由空气和水蒸气所组成的气化剂在灰渣层中预热，并通过灰渣层均匀地进入氧化层。wWW.133229.coM同时灰渣层还起着保护灰盘的作用，使其工作期间温度保持一定范围内。多余的灰渣通过灰盘排出煤气发生炉。

2．氧化层。氧化层是产生煤气和热量的关键部位，其高度一般为150mm左右。在氧化层中煤炭中的炭被气化剂中的氧气氧化，生成co2及少量co，同时释放出大量热量。氧化层中温度最高，一般可达1100℃～1200℃。与氧化层接触的钢板最易发生腐蚀。

c+o2co2+co+热量

3．还原层。还原层在氧化层上面，是产生煤气的主要部位，还原层经过氧化层的加温，还原层的温度达到1000℃以上。煤中的炭与co2和水蒸气发生氧化还原反应，生成co和h2+，同时吸收大量热量。

热量+c+co2co

热量+c+h2+oco+h2+

4．干馏层。干馏层中也能产生少量煤气，把干馏层的煤炭加热到700℃以后，煤炭开始出现干裂、解体，同时干馏出甲烷、co、氢气、焦油等气体。

5．干燥层。干燥层实际上就是煤炭烘干和预热的地方，煤块从煤气发生炉顶部加入后，迅速被加热到500℃左右，煤炭表面的水分迅速蒸发变成水蒸气，与煤气一起排出炉外。

三、检验案例

2007年上半年，我们对宁波某铸造厂的一台使用了3年的煤气发生炉进行了首次全面检验，在宏观检查中，我们发现筒体底部轻微鼓起，询问设备管理员后，得知在煤气发生炉投用后，曾发生过一起夹套缺水事故，在夹套缺水，钢板过热的情况下，操作工没有采取紧急停炉出煤渣等措施，而是往煤气发生炉上方汽包紧急加水等错误操作，导致夹套内部压力突然增加，从而引起夹套底部变形。在了解情况后，我们要求用户单位打开人孔，并清除内部煤渣后，发现内罐底部未发生变形，但腐蚀严重，待打磨测厚后，发现处于氧化层的钢板腐蚀最严重，14mm的钢板已腐蚀了7mm左右，位于人孔下方200mm处腐蚀最严重，壁厚仅为7.1mm，而还原层以上的钢板几乎未发生腐蚀。对焊缝进行磁粉探伤和对腐蚀区进行渗透探伤后，未发现裂纹等超标缺陷。

根据gb150-1998《钢制压力容器》，对该台煤气发生炉进行强度校验，取内罐 计算 长度l=2350mm，内罐外直径do=1628mm，c=(14-7.1)/3=2.3mm/y，δe=7.1-2.3=4.8mm，

l/do=2350/1628=1.44，do/δe=1628/4.8=339.2

由gb150-1998《钢制压力容器》得，b=22，所以[p]=b/(do/δe)=22/339.2=0.06mpa。

根据强度校验结果和夹套变形情况，依据《压力容器定期检验规则》，该台煤气发生炉安全等级定为5级，对该设

备予以判废处理。

四、原因分析

1．煤气发生炉内罐温度极高，且内部反应复杂。日常生产时，氧化层释放出大量的热量，使得煤气发生炉内罐温度可达到1200℃以上，内罐中心温度甚至可达到1400℃左右。此时夹套中的冷却水就对内罐钢板的保护起了至关重要的作用。在夹套缺水或无水情况下，就会引起炉体钢板过热，甚至变形，若此时操作工作操作失误，紧急补水，就会引起夹套压力突然升高，导致夹套变形，甚至炉体爆炸，造成人员伤亡、 经济 损失。

2．在日常生产中，内罐钢板长期处于高温、高湿环境中，钢板的机械性能和抗腐蚀能力大大下降，而潮湿的水环境又使钢板极易发生电化学腐蚀，大量阴离子（如cl-）吸附在金属表面后，迅速破坏钢板表面钝化膜，钝化膜被破坏后而钢板又缺乏自钝化能力，钢板表面就发生腐蚀，腐蚀后的钢板表面缺陷处易漏出机体金属，其呈活化状态，而钝化膜处仍为钝态，这样就形成了活性—钝性腐蚀电池，由于阳极面积比阴极面积小得多，阳极电流密度很大，腐蚀就不断往深处 发展 ，钢板表面很快就被腐蚀成小孔，形成点蚀。

3．国内的煤炭含硫量普遍较高，在高温潮湿的条件下，硫与气化剂中的氧和煤炭中的碳在氧化层和还原层中发生一系列的氧化还原反应，生成so2和h2+s，在水环境中，生成硫酸、亚硫酸和氢硫酸等，钢板就迅速被酸液腐蚀。同时，由于ph值的降低和温度的升高，这都增加点蚀发生的可能性，而钢板腐蚀后生成的fe3+又能促进点蚀的发生，因此处于氧化层的钢板就不断发生点蚀。

4．在发生点蚀的同时,煤炭中的硫以及h2+s等硫化物，在高温条件下与夹套底部的钢板又发生高温硫化腐蚀，h2+s+fe fes+h2+，s+fe fes。在点蚀和硫化腐蚀的共同作用下，夹套底部钢板就迅速减薄。

五、防范措施

针对煤气发生炉的工作原理以及发生腐蚀的主要原因，我们可以从以下几个方面对煤气发生炉的安全性和耐腐蚀性进行改进：

1．在煤气发生炉上方的汽包中装设自动进水装置，在少水的情况下，进水阀自动打开，保证夹套能够正常工作，这样既提高了煤气发生炉的安全性，又减少了操作工的工作量。

2．加强操作人员安全培训和 教育 ，提高相关人员的安全意识，制定事故应急预案，在发生夹套缺水炉体过热的情况下，操作工能采取正确的操作，而不是紧急加水，从而杜绝事故发生。

3．在煤气发生炉上方的汽包上和夹套顶部装设大口径爆破片，在夹套压力突然升高的情况下，爆破片及时爆破，从而控制夹套压力在正常范围内，不至于因为压力过高引起筒体变形或者破裂而引发安全事故。

4．在日常生产中不断的往灰盘中加碱性水（如石灰水），中和酸液，从而达到保护钢板，降低腐蚀速度的目的。

5．由于腐蚀的不可避免性，可在内罐底部氧化层与干馏层之间的钢板处，加衬一层4mm左右的钢板，隔断酸液与内罐本体钢板的接触，从而达到保护内罐本体钢板的目的。

6．加强检验，缩短全面检验周期，在发现衬板被腐蚀后的余量不能满足到下一个全面检验周期后，就及时更换衬板，避免夹套钢板的腐蚀。这样就可以增加煤气发生炉的寿命，降低 企业 的生产成本。

六、结语

煤气发生炉广泛使用于铸造、玻璃、化工、冶金等行业，采用上述几种防护措施后，能有效地提高煤气发生炉的安全性和使用寿命，在某铸造厂推广使用后，得到了良好的使用效果。

参考 文献

[1]钢制压力容器（gb150-1998）．国家质量技术监督局．

煤气化原理篇5

关键词:煤制乙醇 生产工艺 设备 方案

中图分类号:TQ536 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(a)-0106-01

1 煤制甲醇的化学生成原理

煤制甲醇的转化过程是通过一氧化碳来进行过渡的,分为两个阶段:一是一氧化碳生成;二是甲醇合成。

一氧化碳生成是通过煤高温气化来实现的,煤在高温常压下和气化剂进行反应,从而生成一氧化碳、氢气、二氧化碳这三类气化产物,气化剂通常是水蒸气和空气混合气。经过高温气化反应促使煤的气化,最终产物中的一氧化碳和氢气都属于甲醇合成必须的原料,其中的二氧化碳在高温气化反应中能够部分的与碳进行再次反应而生产一氧化碳。当然在生产过程中产生的二氧化碳属于废气,但可以利用黑铁(四氧化三铁)作为催化剂,加入氢气进行高温催化循环反映,该反映可以再次将部分二氧化碳转化为生产所需的一氧化碳,并最终通过高压水吸收法去除残余的二氧化碳。

第二阶段是甲醇合成阶段,甲醇合成反映是应用了一样乎他和氢气的可逆化学反应来进行的,在实际大批量生产中,需要通过温度、压力和催化剂控制来实现最大化(将副反应程度将至最低)的生产。合成甲醇的反应温度低,所需压力低,能耗也低,但温度低,反应速度变慢,所以催化剂是关键因素。合成甲醇原料气H2/CO的化学计量比是2∶1。一氧化碳含量过高对温度控制有害,且能引起羰基铁在催化剂上的积聚,使催化剂失掉活性,故采用氢气过量过量,H2/CO摩尔比为2.2～3.0较好。

2 煤制甲醇的常规工艺流程

常规的煤制甲醇工艺流程主要分为三大阶段,分别为气化、转化和甲醇洗三个阶段,其主要流程如下。

首先是气化阶段。气化分为以下步骤:(1)煤浆生产,煤浆生产时确保气化反映水平的重要准备工作,煤浆的植被需要将焦煤原料磨细,植被成越65%的煤浆,磨煤通常采用湿法,可防止粉尘飞扬,环境好；(2)气化,气化阶段的反应时对煤浆进行简单粗制氧化反应获得粗制合成气的过程中,该过程中的温度应当控制在1350°C～1400°C,气压控制在6.5MPa(G),该企划反映属于书剑完成,反应生成的热气体和熔渣经过激冷水浴后,最终气体进入反映变化流程,熔渣被分离进行灰水处理；(3)灰水处理,该工作是对气化阶段中产生熔渣进行二次处理的过程,需要完成渣水分离、熔渣闪蒸过滤这亮相工作,分离后的水用作循环使用,闪蒸制作后过程中的热气体进回收热量用于后续生产,其他溶质进行出厂的再处理。

其次是转化阶段。该阶段是煤制甲醇原理中的第二步骤,由气化碳洗塔来的粗水煤气经气液分离器分离掉气体夹带的水分后,进入气体过滤器除去杂质,然后分成两股,一部分(约为54%)进入原料气预热器与变换气换热至305℃左右进入变换炉,与自身携带的水蒸汽在耐硫变换催化剂作用下进行变换反应,出变换炉的高温气体经蒸汽过热器与甲醇合成及变换副产的中压蒸汽换热、过热中压蒸汽,自身温度降低后在原料气预热器与进变换的粗水煤气换热,温度约335℃进入中压蒸汽发生器,副产4.0MPa蒸汽,温度降至270℃之后,进入低压蒸汽发生器温度降至180℃,然后进入脱盐水加热器、水冷却器最终冷却到40℃进入低温甲醇洗吸收系统。

最后是甲醇洗阶段。该阶段是完成能源应用型甲醇生产的必要阶段,通过吸收系统来处理转化阶段反映后气体中的二氧化碳、硫化物、水蒸汽和其他微量杂质,该阶段主要包括以下系统:(1)吸收系统,吸收系统是该阶段生产中最为核心的系统,完成非相关性气体和杂志的吸收,一般生产中会采用两套系统来分别处理变化气和为变化气；(2)溶液再生系统,该系统完成非相关性气体和杂质的最终处理,从高压闪蒸器上部和底部分别产生的无硫甲醇富液和含硫甲醇富液进入H2S浓缩塔,进行闪蒸汽提,甲醇富液采用低压氮气汽提,高压闪蒸器下部的含硫甲醇富液从塔中部进入,塔底加入的氮气将CO2汽提出塔顶,经气提氮气冷却器回收冷量后,作为尾气高点放空,富H2S甲醇液自H2S浓缩塔底出来后进热再生塔给料泵加压,甲醇贫液冷却器换热升温进甲醇再生塔顶部,分离出的酸性气体去硫回收装置,最终的废水进入污水系统进行处理；(3)甲醇最终合成。

3 煤制甲醇常规工艺的经济性和安全性考量

首先是生产流程的经济性问题,在不考虑目前甲醇最为能源引用的市场状态,仅考虑该类生产流程的经济性来说,可以从原料应用、生产过程能源的纯投入、设备成本投入、废物废料再处理成本投入几个角度来进行说明:(1)原料应用方面,能源用甲醇生产已经排除了传统的乙炔水合法和发酵法,利用煤作为原料进行规模化生产更具可行性,现阶段用煤作为原料进行甲醇生产是最经济、最可靠的一种方式；(2)生产能源的纯投入,目前煤制甲醇的研究已经逐步成熟,生产过程中对于高温气体余热的再利用已经相当完善,而且生产过程中的加高温加热过程所需的热量相对于煤炭其他类型的生产消耗更少,切废弃物的产出也更少；(3)设备成本投入,目前国内煤制甲醇技术已经毋庸置疑,技术性投资基本不属于需要考虑的问题,本身生产过程中的能源需求又很低,整体的设备运行和维护的成本相当低廉；(4)废物废料处理成本,从上述的工艺流程介绍中可以了解到,煤制甲醇生产过程中的废料是需要进行二次处理,其中部分用于二次生产,部分用于污染处理,相对于煤炭能源的直接利用来说,废料处理上的成本几乎可以忽略。

其次是安全性的考虑,煤制甲醇的安全性考虑主要在于环境安全因素方面,相对于类型相似的煤制天然气来说,煤制甲醇和煤制天然气中较为突出的煤制烯烃来说,生产过程中的副产水消耗较少、废气产出较少,无论从自然资源占用还是污染物产出方面,煤制甲醇都有更高的优势。

参考文献

[1] 曾纪龙.大型煤制甲醇的气化与合成工艺选择[J].化工技术经济,2005(7).

[2] 李永生.煤制甲醇项目的可行性分析[J].同煤科技,2005(1).

[3] 陈银生,应于舟.采用AspenPlus软件对德士古煤气合成甲醇工艺中CO变换工段的模拟[J].皮革化工,2005(6).

[4] 李永生.煤制甲醇项目的可行性分析[J].同煤科技,2005(1).

煤气化原理篇6

【关键词】炼焦配煤 焦煤质量 影响

随着我国经济的快速发展，对钢铁需求量呈逐年上升趋势，因钢铁行业是焦炭的消费大户，用于钢铁冶金的焦炭需求量也逐渐增大。焦煤质量如何将直接影响钢铁质量，而合理炼焦配煤是提高焦煤质量的有效措施，能更好的确保焦煤质量。下文对与炼焦配煤提高焦煤质量相关内容进行具体分析。

一、炼焦配煤优势及原理

（一）炼焦配煤优势

配煤作为炼焦煤重要组成部分，是炼焦或碳化不可或缺的环节，炼焦过程中将不同没排好的炼焦用煤以适当的比例配合起来，不仅可以确保炼焦煤质量、节约优质煤、扩大炼焦煤质量，也可以增加炼焦化学产品的产率、提高焦煤气发生量，促进当地焦化企业发展。

（二）配煤原理

配煤过程中，需要将煤粒与空气隔绝，然后初步加热至300摄氏度，煤颗粒在温度作用下会逐渐被氧化，颗粒内外水分也会被逐渐的氧化，当颗粒转化成水蒸气离开煤粒后，需将温度加至500摄氏度，使煤液体膜固化成半焦状态且中间有胶质体。如果温度加热后仍有未发生变化的煤，需要重复这一过程直至煤内部颗粒完全转化成半焦状态。但这里需要注意的是，这种半焦状态维持时间较短，配煤外层半焦外壳很快会出现裂纹，煤内部中间胶质体在气体压力作用下会从裂纹流出，直至温度从550摄氏度增至1000摄氏度，煤外形体积会发生收缩变化，流出的胶质在裂纹处呈现银灰色并带有明显的金属光泽，炼焦煤才转化成焦炭。

从煤的粘接与成焦原理来看，确保焦煤质量需要合理控制入炉水分和正确的选择与胶质体温度相适合的煤种进行炼焦配煤。

二、炼焦配煤对焦煤质量的作用

（一）基于单种炼焦配合煤对焦煤质量的作用

单种炼焦煤作为煤炭炼焦方法之一，炼焦过程中虽然能单独成焦，但受自身特性的影响，焦煤质量并不高。而利用单种煤特性将其用于配煤原料，可以提高焦煤质量。下面对气煤、肥煤、焦煤和瘦煤四种常见单种炼焦煤特性和如何提高焦煤质量进行分析。

气煤。气煤是我国煤矿分布最多的煤，其煤化程度高于焰煤，在实际炼焦过程中气煤可以单独成焦，但是其气煤挥发性较高，结焦过程中收缩性较大，易使焦炭表面产生众多裂纹，进而使焦质量差，实际应用中只限于中、小高炉。基于气煤特性，可以利用配煤技术减缓气煤炼焦过程中收缩和膨胀压力，或增加化学产品回收率，以此来提高焦煤质量。在这里需要注意的一点是对气煤配煤过程中，增加气煤用量同时必须增加焦煤和肥煤的量，提高冶金焦煤质量。

肥煤。肥煤与气煤相比，其煤化程度高于气煤，分布范围较广，胶质层厚度一般在25cmm以上。单独炼焦过程中，炼焦融性较好，焦煤表面却容易出现很多裂纹，焦跟部位也容易形成蜂窝煤，使得焦煤质量较差。然而，肥煤受热后能产生大量的胶质体，这些胶质体流动性大，稳定性较好、粘接能力较强，肥煤凭借这些特性能较好在配煤中使用，但是因肥煤挥发性较高，结焦较差，配煤中需要配合气煤使用。

焦煤。焦煤是中等挥发、中等胶质层厚度的单种煤，单独炼焦过程中能形成热稳定性相对较高的胶质体，与其他单种煤相比可以得到大块、裂纹少且耐磨的焦炭，但是焦煤是一种储量较少的煤种，过多的单独炼焦，可能减少这种优质煤的储量。基于焦煤性能优势，在配煤中使用可以提高焦炭强度，进而提高焦煤质量。

瘦煤。瘦煤是单种煤中煤化程度较高、挥发性较低、遇热后焦质量少的煤种，单独炼焦时，能得到较大的焦炭块，裂纹也较少，但是熔融性较差且有颗粒物存在、耐磨性不好，无法保证焦炭质量。因瘦煤炼焦过程中焦炭块度较大，配煤过程中可选用这种煤，用来提高焦炭块度。

（二）结合实例分析炼焦煤对焦煤质量的影响

以华北地区某焦化企业炼焦配煤为例，对该企业基础煤样煤质进行简要分析。

结合气煤、肥煤、焦煤、瘦煤等原料特性和图表可知，焦煤的品质较好，粘结指数可达到81，胶质层可达到17mm，粘结性较好；肥煤黏结性较强，角质层厚度最大可达到25mm，挥发成分较低，但其全硫含量相对较高，为1.10%；气煤挥发性相对较高，最高可至38.80%，但其粘接性较好，灰分7.20%、全硫分0.69%，整体来看灰分、全硫分较低；瘦煤变质程度较高，挥发分为15.00%，粘接数14，有一定粘结性，全硫分0.35%，相对较低。了解这些内容后确定原料配入量，肥煤配入量为40%，瘦煤为25%，配合煤粘接指数为60，胶质层厚度为12.5mm，但从上面内容可以知道，胶质层厚度较小，粘结性相对较差，耐磨度也相对较差，无法炼焦出高质量的焦煤，需要加入粘接剂来提高焦煤质量。

沥青灰分较低，挥发分相对较高，有较强的粘接性，本文故选择沥青作为粘接剂，沥青与原煤配合后，配合煤的挥发分和灰分会逐渐降低，粘接性会增强。当沥青配入量为8%时，配合煤粘接指数和胶质层厚度有所提高，焦炭的冷热强度有所改善，而当热强度和沥青配入量成正比时，配入量会不断的增加，焦炭质量会随之下降，这时需要通过调节粘接剂配入量来提高焦炭质量，最后通过反复调节，发现将沥青配入量调至3%～5%时，焦炭质量有所提高。

三、结束语

炼焦配煤技术一直以来都是我国合理利用炼焦煤资源和提高焦炭质量的重要措施，但是就目前现状来看，用配煤来提高焦煤质量还未有明显的成效，仍需要焦化企业对炼焦配煤技术进行深入的研究。

参考文献：

[1]杨颂.炼焦配煤与焦炭质量关联性的初步研究 [D].太原理工大学，2011，（05）.

[2]袁萍.通过优化配煤来改善焦煤质量研究[J].中国石油和化工标准与质量，2011，（11）.

煤气化原理篇7

(煤气泄漏事故处置方案)

鞍钢股份线材厂

一、应急演练方案

为在发生生产事故时最大限度的避免人员伤亡、减少财产损失，提高员工应急响应能力，避在发生生产事故时最大限度的减轻事故危害程度，提高员工应急响应能力，同时检验事故应急预案符合性，厂决定开展一次煤气泄漏事故应急救援演练。

1、时间：

2020年11月30日星期五 上午9点30分

2、地点：

2#线生产作业区加热炉

3、组织单位：

安全管理室

4、参加人员：

总指挥：张俊峰

副总指挥：刘磊刚

生产技术室2人（调度室人员）、设备管理室2人、机械作业区3人、1#线、2#线作业区各3人、电气作业区2人、成品作业区2人、相关方单位各2人（实业公司、冶建公司、合肥百盛、冷轧劳服、电修协力、浙江恒城）。

注：参加演练人员中重点环境岗位人员不得少于一人。

5 煤气相关特性培训

培训教师：杨仲原

培训内容见附件1

6 应急救援流程：

6.1应急救援工作原则：

以人为本，安全第一的原则；统一指挥原则；单位自救原则；分级自救原则；坚持事故应急与事故预防工作相结合的原则。

6.2演练方案

9点30分，1#线加热调整工、轧钢班长2人进行加热炉下巡检过程中发现加热炉东端报警器报警，区域存在煤气泄漏情况。

（1）加热岗位应急处置程序

①加热调整工到加热仪表室，通过观察电脑数据显示加热炉加热段东侧（非轧机侧）报警，报警值为280mg/m3。

②加热调整工立即通报调度室，报告内容：9点30分，加热炉加热段东侧（非轧机侧）报警，报警值为280mg/m3。

③按照调度室安排，与2#线加热调整工互保，佩戴空气呼吸器到报警区域排查漏点，经排查发现为加热炉一层2加热下烧嘴煤气管手动阀门密封损坏，造成煤气泄漏超标，无人员受伤。

④依据煤气泄漏管理标准关闭2加下煤气手阀，并切断该段煤气气动阀门等待进一步指令。

⑤待专业人员处理后得到调度室下达可以恢复作业指令时，打开2加热下煤气气动阀门，并开启烧嘴前煤气手阀，直至烧嘴燃烧后，确认该区域无煤气。

（2）调度室应急处理程序

①调度室在接到加热岗位人员通报后，调度值班主任第一时间向厂应急指挥部总指挥汇报情况，报告内容：9点30分，加热炉加热段东侧（非轧机侧）报警，报警值为280mg/m3，，同时安排调度员联系加热区域点检员等专业人员支援，并报公司总调度室、安环部等部门。

②调度值班主任立即赶赴现场，根据现场实际情况联系2#线加热调整工与1#线加热调整工形成互保，佩戴空气呼吸器到报警区域排查漏点，并将加热东侧窗户打开进行通风。

③通知轧钢班长进行人员疏散（煤气泄漏点周围40米内人员包括原料验收岗位、原料吊车岗位，40米以内禁止有火源），人员疏散至到集合点后，立即进行人数清点。

④安排轧钢班组人员在煤气泄漏点周围40米设置警戒，警戒区域内禁止烟火、禁止一切人员、车辆（包括吊车）通行。

⑤待煤气泄漏区域报警器显示煤气含量低于30mg/m3后，通知指挥部可以进行故障排除作业。

⑥接到指挥部故障已排除，无次生、衍生事故的隐患，应急救援终止指令后组织正常生产。

（3）应急指挥部应急处理

总指挥在得到调度室通报后，立即下令启动《生产安全事故综合预案》，命令应急救援体系各应急组到位并按预案开展应急处置工作。

①消防保卫组（组长为安全管理室主任）：对疏散人员数量、事故区域设立警戒区域进行确认。（警戒区域范围：一层警戒区域：原料4号门—1#线原料货位—1#线粗轧井口，1#线轧钢区域警戒范围：1#粗轧），在警戒区域内禁止烟火、禁止一切人员、车辆（包括吊车）通行，并准备一定数量消防器材，以应对突发事件，同时向应急指挥部汇报警戒工作已完成。

接到指挥部应急救援终止指令后方可撤出警戒，恢复正常通行。

②应急救援组（组长为生产技术室主任）：立即组织加热炉点检员等专业人员组成抢修队，在得到指挥部加热炉煤气泄漏区域煤气含量低于30mg/m3可以进行故障排除作业后的指令后，组织加热点检员等专业人员进行漏点修复、故障排除作业。

故障已排除，无次生、衍生事故的隐患后，向应急指挥部汇报，报告内容：加热炉煤气泄漏故障已排除，无次生、衍生事故的隐患。

（4）应急结束

事故现场得到有效控制，可能导致次生、衍生事故的隐患得到消除，各专业应急救援组组长向应急救援总指挥报告，由总指挥下达指令，宣布应急救援终止。

6、相关要求

6.1参加演练人员必须准时参加。

6.2演练过程中必须保证人员安全。

6.3参加演练人员必须服从指挥。

6.4参加演练人员要佩戴口罩，保持距离。

安全管理室

2020年11月15日

附件：1

1、煤气分类：煤气分为很多种，工业煤气有高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气等，民用煤气主要有焦炉煤气和天然气，焦炉煤气的爆炸极限混合比为5.0-28.4%、天然气的爆炸极限为4.8-13.4%、

高炉煤气的爆炸极限为35.8-71.9%，爆炸温度焦炉煤气基本在600°c左右、天然气650°c。

2、高焦炉煤气：

（1）高焦炉煤气是无色无味、无臭的气体，因CO含量很高，所以毒性极大；

（2）煤气中含尘量大，容易堵塞蓄垫室格子砖；

（3）安全规格规定在1米；空气CO含量不能超过30mg；

（4）着火温度大于700℃。

3、煤气安全

煤气三大危害是易燃、易爆、易中毒。煤气是以煤为原料加工制得的含有可燃组分的气体。根据加工方法、煤气性质和用途分为：煤气化得到的是水煤气、半水煤气、空气煤气（或称发生炉煤气）。这些煤气的发热值较低，故又统称为低热值煤气；煤干馏法中焦化得到的气体称为焦炉煤气。属于中热值煤气，可供城市作民用燃料。煤气中的一氧化碳和氢气是重要的化工原料。煤气主要成分为一氧化碳和氢气，混合密度略微比空气小，可以在空气中均匀混合，所以不太会上浮或者下沉本。在一定时间内，在一定空间内，风压不变时：风速越大，风量越大；在一定时间内，在一定空间内，风量不变时：风压越大，风速越大。在一定时间内，在一定空间内，风量不变时：风压越大，风速越大。

4、煤气区域作业注意事项

在煤气区域工作的作业人员，应携带一氧化碳报警仪，进入涉及煤气的设施内，必须保证该设施内氧气含量不低于19.5%，作业时间要根据一氧化碳的含量确定，动火作业必须严格执行煤气动火制度，经检测氧气含量和一氧化碳的含量必须符合规定值。设施内一氧化碳含量高（大于30mg/m3）或氧气含量低（小于19.5%）时，应佩戴空气或氧气呼吸器等隔离式呼吸器具。设专职监护人员。

进入储存、输送煤气及有毒有害气体或与有毒有害气体连通的容器、管道及封闭建筑内部作业前，必须采取置换、吹扫、通风等措施，并进行气体取样检验，确认达到安全标准后，方可入内作业，并要配备检测仪器在作业过程中进行全程监控。

吹扫和置换煤气管道、设备及设施内的煤气，必须用蒸汽、氮气或合格烟气，不允许用空气直接置换煤气。

煤气或其它有毒有害气体阀门的开、关等作业应由阀门产权单位组织实施。

煤气化原理篇8

关键词：四喷嘴水煤浆对置式气化炉，耐火砖，煤质，有效气体

背 景 我国富煤―缺油―少气，煤制甲醇发展较快，技术相对成熟，产能大大过剩，甲醇制烯烃，乙烯等符合我国国情，也是我国煤化工发展的重点，但是煤气化工艺技术选择非常重要，尤其是气化炉的选择更为直观重要，目前市面上的气化炉大概分为三种，固定床、气流床、流化床气化，其中气流床气化技术具有气化压力高、生产能力大、气化效率高、废水处理小等优点，适应现代煤化工发展需求，也是煤气化发展的趋势。现有的气流床气化工艺按照进料物理方式分为干煤粉和水煤浆进料两种。按照工艺分为废锅换热和水冷壁，按照喷嘴数量分为单喷嘴和多喷嘴对置，按气化炉内是否有内衬分为耐火砖和水冷壁。因此气流床气化技术形式和种类很多，有各种不同的组合方式和炉型，其中比较典型的有德士古和壳牌等。

利用青海海西地区的煤炭资源，青海矿业有限公司开发了多个煤矿，预计建设400万吨选煤厂，180万吨甲醇，60万吨烯烃，40万吨聚丙烯等，本文着重从煤质分析，目标产品和实际运行数据来选择气化工艺技术。

一、煤质分析与气化工艺关系

我国是一个多煤种的国家，尤其是青海海西地区的煤炭以焦煤，半焦煤，无烟煤为主导，选择合适的气化技术应因煤制宜，目标产品不同也要采用不同的气化技术，选择合适的气化技术对于项目后续运行效率很重要。煤气化技术是煤化工的龙头，不同的气化技术适合不同的煤质，由于煤本身的多样性、复杂性和特殊性，在目前的气化技术水平下，煤气化过程存在无法克服的矛盾，如果追求煤转化过程能量消耗低，气化温度就要低，但是煤的结构中存在大量的焦化苯，后续环保处理难度就要大，而气化过程中多考虑环保因素，就需要通过高温打破这些苯环，就要多消耗能量，需要纯氧，增加设备投资，热损失大等一些问题。这些问题都是由煤的特性决定的，如果公司针对解决某个单一问题、追求单向指标而开发的技术，很容易误导煤化工企业。有些技术往往宣扬单向指标最好，个别单元工艺可以实现节能减排，但割裂了其他处理过程需要投入的能量和费用，误导了企业对技术选取和煤气化的认识。

虽然气化方式很多，但是一种气化方式只适合某种特定的煤，反之，某一种煤的气化只能采用特定的气化方式。目前还没有一种气化方式可以通吃各种煤，比如内蒙古和新疆大都是褐煤，褐煤是一种灰分较高的劣质煤，水分含量一般是30%左右，如果采用气流床气化，要把这么高的水分干燥，再磨成很细的煤粉或者制成浓度不高的水煤浆，并且气化下渣口容易堵塞停产，显然不合算，如果选择加压气化的固定床鲁奇炉就比较合算，比如新疆广汇能源有限公司120万吨甲醇项目气化技术采用固定床气化，还有内蒙古大唐克旗煤制天然气气化也用固定床鲁奇炉。

煤质分析一般包括工业分析，有含碳量、水分、灰分、挥发分，元素分析，有硫，苯，氢气，甲烷，氢氧化合物，酚萘，一氧化碳，二氧化碳等。如果是固定床气化，煤气里面的甲烷含量到15%左右，废水处理系统复杂，投资大，增加了后系统的甲烷工艺，如果是水煤浆液态气化温度高，煤气里面甲烷含量基本是3%左右，可以作为后系统惰性气体用，或者直接放空，减少了甲烷处理投资，也减少了废水处理系统投资。煤质分析硫元素对气化工艺腐蚀非常严重，新疆广汇能源有限公司2011年气化投料，固定床鲁奇炉气化内壁腐蚀，内壁减薄，通过一年的时间寻找解决腐蚀技术，最后通过镍基焊条对气化炉内壁满焊解决了腐蚀，由此煤质分析对气化影响非常大，影响了项目早投产，影响了公司经济效益；2014年内蒙古大唐克旗煤制天然气项目气化投料一个月就停车，最后查明原因也和新疆广汇气化腐蚀一样，目前大唐还没有找到解决此问题的技术；淮化集团本地煤资源丰富，但由于其灰分达到27%～28%，灰熔点〉1600℃，而GE工艺的气化温度在1300～1400之间，不得不改用河南义马煤和甘肃华亭煤，至使生产成本增加，无法将本地资源优势转化成经济优势，这是我们要吸取的教训，所以煤质分析直接决定气化技术，煤质工业分析里面的灰熔点也决定气化技术，灰熔点高于1500度，如果此煤质应用到气流床水煤浆气化，必须提高水煤浆气化温度，但是影响气化炉寿命，影响耐火砖寿命，增加设备投资，如果这么高的灰熔点煤质要应用到水煤浆气化炉里面，必须增加一些工艺，比如添加剂石灰石等，煤质里面的水分，如果水分高于15%，影响水煤浆的沉降性，需要增加一些絮凝剂，也相应的增加了工艺，水分高了，增加了氧气消耗量，也相应的增加了空风负荷，如果煤质里面的含碳量低于40%，气化炉达不到全负荷，消耗氧气量高，大量热能被带走，渣口容易堵塞。因此煤质分析非常重要，尤其是煤质里面的硫元素分析，灰熔点分析，含碳量分析，热值分析，水分分析等至关重要，决定了气化寿命，决定了气化长周期联产运行，决定了目标产品的高效率。

选择哪种气化技术的优劣不是绝对的，一定要看企业使用什么样煤和干什么产品，要做到煤和气化技术有效匹配，总的来说，企业在选择煤气化技术时，首先必须以原料煤为基础，既要考虑原料煤质量能够完全满足拟选用煤气化工艺要求，又要考虑原料煤供应可靠，煤质稳定，长期煤种单一化，还要考虑原料煤的价格。

数据资料，神华宁煤，制得浓度59%，粘度：500～2000CP，PH：7-9的水煤浆，气化压力和温度约4.48MPa、1350℃，有效气体80%左右，粗煤气经过预变换炉、主变换炉变换后将工艺气中的CO调节至19%-21%之间后送往后续工段，合成气水气比控制在0.2～0.35之间

综上所述，首先需要在煤田勘查过程中选取不同地点、不同深度的煤样进行煤质检测，待煤样测试报告完成后才能确定所适用的工艺，再根据工艺特性、投资、终端产品、在线率等从中选择最适合的工艺。

二、目标产品和气化技术关系

1、如果目标产品主要是甲醇，甲烷，石脑油，轻油，焦油等产品，那相应的气化技术就配套碎煤固定床气化了。固定床气化有分为干排渣和液态排渣，他们的代表分别是鲁奇炉气化和BGL气化炉，固定床干排渣气化温度低，温度在1100度左右，压力在35公斤左右，粗煤气里面含有甲烷15%左右，烃类，环烷烃，苯酚，油等，后系统增加甲烷装置分离甲烷，煤气水进行沉降分离油脂，煤气水到酚氨回收利用，固定床煤气水处理量大，鲁奇炉气化对煤质的硫含量非常敏感，硫元素会腐蚀气化内壁，鲁奇炉没有耐火砖保护，只有水夹套；液态排渣BGL气化炉专利费用昂贵，设备复杂化，设备不能国产化，气化温度在1600度左右，压力在40公斤左右，BGL气化炉内壁需要耐火砖保护，耐火砖基本一年更换一次，一个月检验一次，BGL气化炉需要氮气封，煤气里面的惰性气体高于5%，后系统需要增加驰放装置，BGL控制点比较繁琐，操作容易出错，目前国内只有2家试用性投料，一家是内蒙古中煤能源，还有一家是内蒙古金鑫化工，运行不稳定，维护费用大，BGL关键技术就是排渣和烧嘴容易堵塞，不能长周期运行，但是BGL有效气体85%左右，煤气水处理比鲁奇气化投资少，但是碎煤气化炉都有传动部件，容易泄露，增加停产因素。

2、如果目标产品只是甲醇，那就需要高温高压液态气化，优先选择水煤浆和粉煤气化，气流床气化温度高，是液态排渣，一些烃类，苯酚，油等产品被燃烧完，煤气里面的甲烷含量约3%左右，可以直接放空或者作为后系统惰性气体用，煤气水处理系统非常简单，在气化后面增加煤气变换工段，改善煤气成分比例，水煤浆气化温度一般在1400度左右，压力65公斤左右，气化炉无传动部件，该技术是水煤浆进料，大量水分需要加热气化，因而单位体积的有效气体煤耗和氧耗比粉煤气化高 ，但煤气中的惰性气体含量少，故合成甲醇循环气量少，压缩功耗少，驰放气体少，可以设置驰放装置也可以不设置。水煤浆气化适应煤质广泛，可以气化低灰分，低灰熔点，低硫，灰熔点应该1300度左右，水煤浆已经国产化，专利费用少，国内已经有研究团队，设计，制造，生产一条线服务，缩短制造运输周期；粉煤气化是干料，纯氧，蒸汽进料，气化温度1500度左右，压力不高于40公斤，碳转化率高达98%左右，煤气有效气体成分90%以上，水冷壁寿命长，以渣抗渣，单位体积的有效气体耗氧量比水煤浆低15%左右，但是干煤粉需要氮气或者二氧化碳输送，增加煤气里面的惰性气体约5%左右，驰放气体比水煤浆高，就要考虑氢回收或者增加驰放气体装置，但是粉煤气化比水煤浆气化一顿煤多产25KG甲醇，粉煤气化合成气里面的惰性气体高于水煤浆气化三倍，反而粉煤气化耗煤比水煤浆耗煤高于5%左右，粉煤气化设备复杂，专利费高，这样2种气化耗煤差不多，如果甲醇合成需要60公斤净化气，采用粉煤气化就需要上一个增压机，需要投资3千万左右，如果是透平压缩机，还需要增加高压蒸汽，惰性气体高，合成气循环回路功耗大，目前使用粉煤气化企业不多，还不能国产化，运行维护经验缺乏。

三、结论

1、由此看出煤质分析对气化技术影响非常大，煤种的含碳量，水分，灰分，挥发分，元素分析等决定了气化技术，也决定了气化设备的材质，如果设备材质和煤质分析不匹配，就会影响长周期投料，所以在选择气化技术同时，也必须分析所要使用的煤质是否适合该气化技术，两者是相辅相成的，缺一不可，作为一个企业需要什么目标产品，就要匹配什么样的气化技术，气化技术决定了，相应的产品也定性了，所以气化技术的选择是由煤质决定的。如煤质具有粘结性和结焦采用鲁奇和BGL气化，就需要给炉子增加搅拌器装置。

2、目标产品是单一的甲醇，从气化设备结构，运行维护和投资等方面综合考虑，采用水煤浆气化技术最合适。代表炉型是四喷嘴对置式德士古。

3目标产品是甲醇，二甲醚，甲烷，焦油，轻油，中油，石脑油，酚萘苯等副产品，从技术成熟度，成本，长周期运行考虑，就需要采用低温碎煤加压气化固定床干排渣，代表炉型是鲁奇炉。