齊魯石油化工,2015,43(4) :294 - 298.工業(yè)技術QILU PETROCHEMICAL TECHNOL0GYTexaco煤氣化爐操作溫度的探討李聿營(中國石化齊魯分公司第二化肥廠,山東淄博255400)摘要:簡要分析Texaco煤氣化工藝技術特點以及操作溫度對氣化工藝的影響,對氣化爐操作溫度的影響因素.判斷方法進行了深人探討,結(jié)合齊魯煤氣化裝置運行經(jīng)驗提出了氣化爐操作溫度的具體控制措施。關鍵詞:Texaco煤氣化操作溫度影響因素 判斷方法 控 制措施中圖分類號:TQ545文獻標識碼:B文 章編號:1009 - 9859(2015)04 -0294 -05中國石化齊魯分公司水煤漿氣化裝置(簡稱水煤漿加壓氣化反應實際上是加壓下的高溫熱化齊魯煤氣化裝置)采用美國GE公司Texaco水煤學過程,在氣化爐中進行的主要反應有:①煤的熱漿加壓氣化技術,3臺φ2 800 mm氣化爐,3套四裂解與揮發(fā)分的燃燒氣化;②固定碳與氣化劑級閃蒸系統(tǒng),兩開一備,壓力6. 5 MPa,日投煤量(CO2、H2O)之間的反應;③反應生成氣彼此間為1 700t,每小時產(chǎn)有效氣(CO + H2)10x 10*進行的反應;④生成的氣體與氣化劑固定碳之間m'。裝置自2008年10月24日建成投產(chǎn)以來,不的反應。其中-些反應是氣化過程必須或所期望斷探索煤氣化運行規(guī)律,加強技術攻關和問題整的,而諸如甲烷化及逆變換過程、過量的燃燒反應改,逐步實現(xiàn)了安全、高效、長周期運行的局面。則是在工藝過程中希望避免或減少的。最終希望截至2014年10月30日煤氣化系統(tǒng)連續(xù)運行達的反應結(jié)果是既要獲得較高的碳轉(zhuǎn)化率,又希望到538 d,打破了由該裝置保持的同類裝置壓力等目標產(chǎn)物中有效氣體(CO+H2)的含量高一些。級最高、全球最長運行481 d的紀錄。通過認識和了解以上的反應過程,方可掌握有效Texaco煤氣化爐操作溫度是煤氣化爐運行參控制工藝過程的手段。數(shù)中最核心的要素,它不僅決定了煤氣化反應過因此,就Texaco煤氣化工藝技術而言,氣化程的好壞,而且直接影響與氣化爐相關的工藝燒爐最關鍵的控制變量是操作溫度,它決定了目標嘴、爐磚、激冷環(huán)等關鍵設備的使用壽命,是裝置產(chǎn)物組成中有效氣體的含量、關鍵設備的使用壽長期穩(wěn)定運行的首要保障。但是氣化爐內(nèi)運行工命以及操作的穩(wěn)定性,對生產(chǎn)工藝運行的影響最況非常惡劣,熱電偶經(jīng)常指示不準,操作溫度很難大;而Texaco煤氣化爐操作溫度的控制變量影響控制,如何對其進行準確有效地判斷,從而選擇合因素也較多,在實際生產(chǎn)中必須針對氧煤比、煤適的操作溫度并進行及時監(jiān)控調(diào)整,是保障煤氣質(zhì)、煤漿濃度以及良好的霧化效果綜合加以控制，化裝置長周期經(jīng)濟運行的重大課題。文章結(jié)合齊才能達到Texaco煤氣化爐運行最佳效果。魯煤氣化裝置運行經(jīng)驗對操作溫度的控制進行了深人的探討。2操作溫度對煤氣化工藝 運行的影響中國煤化工1 Texaco 水煤漿氣化工藝技術分析Texaco煤氣化工藝技術從宏觀上講,就是水TH收惝口期:2u15-10-08;修四日期:2015-12-01。CNMH G應速度加快,碳轉(zhuǎn)化率煤漿和氧氣充分混合后在氣化爐中進行的部分氧作者簡介:李聿營(1972-),男,山東昌樂人，高級工程師，化反應過程,制取以(C0+ H2)為主的合成氣目碩士學位。1994年畢業(yè)于大連理工大學化工機械系,現(xiàn)任中標產(chǎn)物,溫度范圍為1 300~1 500 C ,合成氣中主國石化齊魯分公司第二化肥廠副總工程師,從事煤化工技術管理工作。電話:0533 - 7583633; E - mail: qlehjdb @要含CO、H2、CO2、H2O、N2、H2S、COS、CH4等”。163. com。第4期李聿營. Texaco煤氣化爐操作溫度的探討提高;水煤漿轉(zhuǎn)化反應屬于吸熱反應,提高反應溫加,后續(xù)工段不好操作。度對其化學平衡有利,氣化系統(tǒng)操作運行相對穩(wěn)(3)操作溫度過低,碳轉(zhuǎn)化率明顯下降,粗渣定。但是,氣化爐溫度過高會產(chǎn)生以下不利方面:增多且渣中殘?zhí)己棵黠@增加,不利于裝置的經(jīng)(1)操作溫度過高,灰渣流動性增強,在耐火濟運行。磚表面附著性降低,導致渣層較薄,不能有效地抵御高溫氣體的沖刷和熔渣的侵蝕,起不到“以渣3氣化爐操作溫 度的影響因素抗渣”的作用，極大地縮短耐火磚的使用壽命;據(jù)3.1 氧煤比統(tǒng)計,最佳操作溫度以上每增加44C,熔蝕速率氧煤比是Texaco煤氣化爐控制過程的表觀增加1倍[21 ;操作溫度超過1 400 C時,侵蝕作用參數(shù),反映了氧氣與煤漿控制的范圍。氣化爐操更是成倍地增加。另外，操作溫度過高會加劇工作溫度的控制一般都是通過調(diào)節(jié)氧煤比來實現(xiàn)藝燒嘴外噴頭、激冷環(huán)外環(huán)管以及下降管的燒蝕的,而調(diào)節(jié)氧煤比的實質(zhì)是控制氧碳摩爾比,按照作用,降低氣化爐關鍵設備的使用壽命。煤氣化工藝部分氧化反應的要求,應控制其在(2)操作溫度過高，有效氣體(CO + H2)成分1.0左右為宜。如果氧碳摩爾比過高,會造成爐減少,使氣化效率降低,影響后續(xù)系統(tǒng)的產(chǎn)量,不溫偏高,合成氣中有效氣偏低,不利于經(jīng)濟運行;利于經(jīng)濟運行;實踐證明,氣化爐操作溫度每提高反之,則會造成爐溫偏低,熔渣流動性差,渣口及100 C ,單位產(chǎn)品合成氣(CO + H2 )的氧耗約增加下降管 易堵塞,不利于穩(wěn)定運行。因而在氣化爐6%~7%,相應的煤耗亦要增加甲。另外,操作穩(wěn)定運行的基礎上,應進-一步摸索降低氧碳摩爾溫度高,氧耗增大，系統(tǒng)熱負荷增大,導致氣化所比的控制手段 ,以獲得較高的有效氣含量,提高系產(chǎn)粗合成氣中水汽比增大,氣化爐和洗滌塔帶水統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。造成變換催化劑活性下降，使變換溫度下降,后續(xù)3.2 煤質(zhì)工段難以穩(wěn)定運行。Texaco煤氣化工藝對原料煤的要求中，最關(3)操作溫度過高,氣化爐所排黑水溫度升鍵的因素是煤的灰分、灰熔點及灰渣的粘溫特性。高,使得整個氣化系統(tǒng)水循環(huán)熱負荷升高,進而加這個因素決定了氣化爐最關鍵的控制變量一操大了閃蒸系統(tǒng)和沉降系統(tǒng)的負荷,造成黑水沉降作溫度,從而決定了氣化爐能否順利排渣,耐火分離效果變差,灰水水質(zhì)降低,長期運行會導致氣磚、工藝燒嘴、激冷環(huán)等能否長周期使用?；曳质腔癄t激冷環(huán)沖刷磨損;黑水、灰水溫度升高,也加不直接參加氣化反應的惰性物質(zhì),但卻要消耗煤劇了系統(tǒng)管線設備的腐蝕和結(jié)垢堵塞,加速了激在氧化反應中所產(chǎn)生的反應熱,用于灰的熔化;灰冷水泵、灰水泵等設備的氣蝕破壞。分越高,灰熔點(熔渣的流動溫度)越高，氣化爐2.2操作 溫度過低的影響的操作溫度越高，Texaco煤氣化爐為保證液態(tài)排從煤氣化反應過程機理來看,操作溫度低,所渣順利,操作溫度一般控制在灰熔點以上50 ~產(chǎn)工藝有效氣體(CO+ H2)成分會明顯增加;與100C;而灰渣的粘溫特性則反映在不同溫度下氣化爐相關工藝燒嘴、爐磚、激冷環(huán)等關鍵設備運熔渣所表現(xiàn)的流動性，其在氣化爐操作溫度區(qū)間行工況大幅改善,使用壽命明顯延長。但操作溫內(nèi)變化平緩,表明粘溫特性好,爐溫波動小，有利度過低也會帶來以下不利影響:于氣化爐的平穩(wěn)運行。(1)操作溫度過低，熔渣的流動性變差，造成3.3 煤漿濃度氣化爐渣口變小，氣化爐內(nèi)壓差升高,物料在爐內(nèi)煤漿濃度既是水煤漿氣化工藝技術獨有的操停留時間延長，氣體成分波動頻繁,操作難度加作指標也是-一個影響氣化爐操作溫度的重要工大;操作溫度過低,氣化爐排渣不暢,熔渣容易在中國煤化工度越大,其相應的碳轉(zhuǎn)激冷環(huán)外環(huán)管處以及下降管內(nèi)形成堵塞,影響氣1YHCN M HG省煤漿濃度的升高,帶化爐正常運行,嚴重時會導致氣化爐停車。人氣化爐的水含量逐漸減少,氣化的操作溫度逐(2)操作溫度過低,有效氣體中CO含量增步上升;反之,如果煤漿濃度大幅下降,入爐水量加,水汽比減小,變換爐溫度難以控制,工藝冷凝增加,氣化爐溫隨之迅速下降,嚴重時會發(fā)生過氧液減少,水平衡被破壞且變換氣出口CO含量增爆炸事故。齊魯石油化工●296*QILU PETROCHEMICAL TECHN0LOGY2015年第43卷3.4 工藝燒嘴氣化爐的操作溫度進行及時調(diào)整。工藝燒嘴是Texaco水煤漿氣化工藝技術的4.3氣體成分組成判斷法核心設備,采用頂置單噴嘴氣流霧化技術,利用三氣體成分是Texaco氣化爐操作溫度最敏感、通道內(nèi)外混結(jié)構(gòu),使氧氣和水煤漿在燒嘴內(nèi)部相最直接的反映,在氣化爐熱電偶無法正常指示的互沖擊、摩擦,將水煤漿破碎為細小霧滴，并與氧情況下,也可以通過氣體成分在線分析數(shù)據(jù)的變氣實現(xiàn)充分混合,為氣化反應創(chuàng)造了良好條件。化趨勢來判斷和控制氣化爐的操作溫度。齊魯煤工藝燒嘴的霧化性能決定了氣化爐內(nèi)反應流場的氣化裝置運行經(jīng)驗表明,利用氣體成分中CO2含溫度分布，從而影響碳轉(zhuǎn)化率。良好的霧化性能量的變化趨勢并參考CH4以及有效氣體(CO +保證了氣化爐操作溫度相對穩(wěn)定,可以明顯提高H2)含量可以判斷氣化爐溫度控制的相對高低。水煤漿氣化的碳轉(zhuǎn)化率改善氣體成分,有利于氣若原料煤質(zhì)不變,氣化爐渣口壓差相對穩(wěn)定, CO2化裝置的平穩(wěn)經(jīng)濟運行。反之，工藝燒嘴霧化性體積分數(shù)-一般控制在18% ~ 20% ,有效氣體(C0能降低,火焰形態(tài)發(fā)生改變,氣化爐內(nèi)反應流場也+H2)體積分數(shù)達到80%以上,表明操作溫度比隨之改變,操作溫度波動加大,從而引起氣體成分較適宜。CO2含量上升,CH,含量小于1 000 μL/的變化,有效氣體成分明顯下降;氣化爐內(nèi)局部溫L,有效氣體(CO + H2 )體積分數(shù)小于80% ,表明度過高,燒壞熱偶,嚴重時竄氣,導致爐壁溫度上氣化爐操作溫度偏高。升;如果形成偏噴,則會造成氣化爐磚偏燒,局部4.4粗渣變 化判斷法蝕損加重,加劇錐底磚和激冷環(huán)的損壞。粗渣是Texaco煤氣化爐的直接產(chǎn)物,在煤質(zhì)一定的情況下,通過綜合粗渣形態(tài)、殘?zhí)亢恳约?氣化爐操作溫 度的判斷方法渣中Cr2O3的含量可以判斷氣化爐操作溫度的高4.1熱電偶判斷法低。正常運行工況下,粗渣顆粒尺寸在φ6~8mm從Texaco煤氣化工藝技術應用以來,熱電偶的比例(質(zhì)量分數(shù))為20% ~ 30%且為圓形玻璃測溫- - -直是氣化爐爐膛測溫的標準方法。熱電偶體,粗渣的殘?zhí)抠|(zhì)量分數(shù)在15%~20%,粗渣中測溫的準確性是氣化爐安全、高效運行的保障。Cr2O3質(zhì)量分數(shù)小于0. 005% ,表明爐溫控制比較采用的熱電偶是由鉑/銠18( Pt/Rh18)合金做成合適。如果粒度變小,大顆粒數(shù)量分布減少,渣內(nèi)的,外層包有由Al2O3 -Cr2O3和Mo- Zr02做成有細長絲,分析粗渣中殘?zhí)抠|(zhì)量分數(shù)小于15% ,的兩層保護套管,并通氮氣實現(xiàn)氣密和保護,一-般Cr2O3質(zhì)量分數(shù)超過0. 01% ,說明氣化爐操作溫在氣化爐內(nèi)上下各2只,也可根據(jù)運行實際上下度偏高;反之,粒度變大,大顆粒增加,殘?zhí)抠|(zhì)量分各裝1支。由于受熔渣的直接沖刷磨損,其使用數(shù)大于20% ,說明操作溫度控制偏低。壽命較短;為了延長熱電偶的使用壽命，其套管頂另外, Texaco煤氣化爐簡體、拱頂外壁在一-定端比爐膛向火面一邊后縮10~20mm甚至更多，的時間段內(nèi)固定點溫度的變化趨勢,也可以輔助則容易造成實際指示溫度偏低。正確地安裝熱電判斷操作溫度的高低變化;在激冷水量相對穩(wěn)定偶測溫在氣化爐運行初期仍是最直接、最準確的的前提下，氣化爐外送黑水的溫度以及出口粗合指導煤氣化操作的依據(jù)。成氣溫度的變化趨勢,也反映了氣化爐實際操作4.2渣口壓差 判斷法溫度的變化。實際生產(chǎn)運行中,對氣化爐操作溫Texaco煤氣化爐渣口壓差大小是氣化爐排渣度的判斷往往是運用以上幾種方法進行綜合分析是否順暢的最直觀表現(xiàn),在氣化爐負荷- -定的工研判的結(jié)果。況下,反映了氣化爐操作溫度對應灰渣黏度的大小。氣化爐排渣順暢,渣口壓差保持相對穩(wěn)定,氣中國煤化工措施化爐運行平穩(wěn),表明爐溫控制合理。如果操作溫:MYHCNMHG度偏低,渣量增加,灰渣黏度增大,熔渣流動性降Texaco煤氣化工藝技術特點決定了氣化爐操低,導致渣口變小，壓差增大;相反,操作溫度升作溫度以保證液態(tài)排渣順暢為首要控制原則，其高,渣量減少,灰渣黏度降低,渣口壓差減小。以依據(jù)是灰渣的粘溫特性,目標溫度應使對應的灰上情況都會伴有氣體成分發(fā)生很大變化,要求對渣 黏度達到25 ~40 Pa. s;其次還要考慮原料煤第4期李聿營. Texaco煤氣化爐操作溫度的探討的碳轉(zhuǎn)化率、有效氣體的組成以及關鍵設備的使通過氧煤比來控制操作溫度提供依據(jù)。用壽命等運行要素,要求操作溫度在滿足順利排(3)氣體成分組成控制渣的基礎上控制越低越好。實際生產(chǎn)中，由于使通常在熱電偶測溫失效的情況下,以粗合成用煤種的不同和摻配比例的變化,使得灰渣黏度氣洗滌塔出口氣體成分作為控制煤氣化爐操作溫的測定比較困難。因此，結(jié)合齊魯煤氣化裝置運度的主要依據(jù)。傳統(tǒng)煤氣化運行操作中，爐溫的行經(jīng)驗,通常以煤的灰熔點以上50~ 100 C為控控制主要參考工藝氣體中CH4含量為依據(jù),但是制目標并參考對應灰渣的粘溫特性作為Texaco由于CH4含量在工藝氣體中所占體積分數(shù)很小煤氣化爐操作溫度的控制原則,能夠保證氣化爐(10-。計),微小的溫度變化也會較快地引起CH.排渣順暢,實現(xiàn)裝置的長周期穩(wěn)定經(jīng)濟運行。含量的大幅度波動,所以只能用其作為觀察爐溫5.2控制措施變化趨勢的參考。齊魯煤氣化裝置運行經(jīng)驗表(1)原料煤質(zhì)控制明,以工藝氣體中CO2含量作為控制參數(shù)并結(jié)合原料煤質(zhì)是決定Texaco煤氣化爐運行參數(shù)有效氣體( H2 +CO)含量來控制氣化爐操作溫度的基礎,最佳操作溫度的選取首先依據(jù)煤灰熔點是非常有效的。CO2含量與操作溫度的對應關系和灰渣的黏溫特性來做出的。盡管Texaco煤氣較為確定,且受其他因素的干擾較小，在其相對穩(wěn)化工藝技術對原料煤選用的范圍要求比較寬,但定狀態(tài)下能較好地反映氣化爐內(nèi)反應流場的溫是其質(zhì)量的好壞及其穩(wěn)定性仍是影響煤氣化裝置度。實際運行中,若煤質(zhì)相對穩(wěn)定、工藝燒嘴霧化安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行的重要因素,尤其是采用不同正常,CO2體積分數(shù)-般控制在17.5% ~ 20%，煤種的原料煤摻配作為氣化原料,其質(zhì)量控制更同時有效氣體( H2 + CO)體積分數(shù)維持在79% ~為重要。因此,控制氣化爐操作溫度的前提是首82%,且隨CO2含量升高而下降,氣化爐排渣順先控制人爐原料煤的灰分、灰熔點和灰渣的黏溫暢 ,說明操作溫度控制比較適宜。特性。實際生產(chǎn)中要求煤的灰分越低越好,其質(zhì)(4)渣口壓差控制量分數(shù)- -般控制在不大于10% ;灰熔點越低,操保證Texaco煤氣化爐液態(tài)排渣順暢是控制作溫度越低,一般控制在不超過1 250 C為宜;灰操作溫度最基本的原則。在氣化爐負荷、原料煤渣的黏溫特性好，操作溫度穩(wěn)定,一般控制在25質(zhì)相對穩(wěn)定的前提下，渣口壓差大小反映了操作~40Pa●s為最佳。另外,生產(chǎn)中每天要安排對溫度的高低。當渣口壓差增大，氣化爐出現(xiàn)排渣人爐原料煤進行取樣分析,及時根據(jù)煤質(zhì)的變化不暢并伴隨氣體成分波動,說明操作溫度偏低,應對氣化爐的操作溫度進行調(diào)整控制。該及時調(diào)整氧煤比,提高操作溫度,緩慢熔渣。加(2)熱電偶測溫控制氧過程不能太急,要嚴格遵守多次少量的原則,避根據(jù)原料煤的灰熔點，利用熱電偶測溫控制免提溫過快,渣量迅速增加,造成渣口急劇縮小，氣化爐的操作溫度,并依據(jù)氣體成分的組成變化引起氣體成分的大幅波動。在齊魯煤氣化裝置實對爐溫進行調(diào)整是Texaco煤氣化操作運行的最際運行中,渣口壓差一般控制在30 ~50kPa●s,佳狀態(tài)。所以,熱電偶的準確測溫對操作溫度的能保證順利排渣且有效氣體(H2 + CO)體積分數(shù)控制至關重要。而實際生產(chǎn)中,由于受熔渣覆蓋達到80%以上。的影響,熱電偶僅在氣化爐開車7~10d其溫度(5)氧煤比的控制顯示是正常的,且指示準確性還受安裝深度偏差對Texaco煤氣化過程控制是通過調(diào)整氧煤的影響。因此,要充分發(fā)揮熱電偶測溫對操作溫比來控制爐膛內(nèi)反應溫度實現(xiàn)的。工業(yè)生產(chǎn)中，度控制的指導作用,首先是控制熱電偶的安裝深對氣化爐氧煤比的控制應綜合考慮,不能單純?yōu)槎染嚯x氣化爐耐火磚迎火面10mm左右為最佳H中國煤化工而降低氧煤比，也不能位置,確保溫度顯示準確;其次要在氣化爐開車后cNMHG氣體含量和操作溫度。熱電偶的溫度顯示有效期內(nèi),結(jié)合原料煤的灰熔氧煤比的選擇既要考慮有效氣體成分的含量,還點分析,利用操作溫度的調(diào)整變化對氣化爐氧煤要保證氣化爐順利排渣以及氣化爐運行工況的需比、氣體成分等參數(shù)進行標定,找到不同灰熔點的求。氧煤比的控制是否合理,可以通過CO2含煤質(zhì)對應的最佳氧煤比,為在熱電偶顯示失效后量、有效氣體(H2 +CO)含量、渣口壓差、氣化排齊魯石油化工QILU PETROCHEMICAL TECHNOLOGY2015年第43卷放粗渣中的殘?zhí)己?、粗渣中的Cr2O3含量以及控制入手，選取合適的操作溫度控制范圍，加強對所排粗渣的形狀等因素綜合來考慮,決定氣化爐氣化爐運行過程各工藝參數(shù)的監(jiān)控，通過調(diào)節(jié)氧操作溫度是否合理,不可片面的下結(jié)論來確定氧煤比及時調(diào)整氣化爐溫,使其達到最優(yōu)化運行的煤比的高低。當工藝燒嘴運行穩(wěn)定,煤漿的成分狀態(tài)。及煤的灰熔點相對固定以后,在一定的時間內(nèi)應確定一個比較小的操作溫度范圍,也就是說在一參考文獻定的時間內(nèi)應有相對固定的氧煤比。[1] 李瓊玖,鐘貽烈,廖宗富,等.四種煤氣化技術及其應用[J].河南化工,2008 ,25(3):4-7.6結(jié)語[2]李聿營. Texaco煤氣化裝置長周期運行影響因素分Texaco煤氣化爐操作溫度直接關系到工藝氣析及對策[J].齊魯石油化工,2013 ,41(4):291 -體有效成分、碳轉(zhuǎn)化率及爐磚使用壽命,關系到整個煤氣化裝置的穩(wěn)定經(jīng)濟運行。因此,在實際生[3] 賀根良，門長貴.氣流床氣化爐操作溫度的探討產(chǎn)操作中,要從煤氣化的源頭一一原料 煤的質(zhì)量[J].煤化工,2007 ,35(4):8-11.DISCUSSION ON OPERATING TEMPERATURE OF TEXACOCOAL GASIFICATION FURNACELi Yuying( The Second Chemical Ferilizer Plant of Qilu Branch Co.，SINOPEC, Zibo Shandong 255400)Abstract :This paper briefly analyzed the characteristics of Texaco coal gasification tech-nology and influence of operating temperature on the gasification process. Influence factors andthe judging methods for operating temperature of the gasifier were discussed. Specific controlmeasures for operating temperature of the gasifier were given combining with the running experi-ence of the Qilu coal gasification plant.Key words: Texaco coal gasification; operating temperature; influence factors ; judgingmethod; control measures(上接第282頁)RUNNING ANALYSIS ON THE UNIT FOR REMOVAL OFSULFATE RADICAL BY MEMBRANCE METHODWu Guangjun( Chlor - alkali Plant of Qilu Branch Co. ，SINOPEC, Zibo Shandong 255411 )Abstract : Running situation of the unit for removal of sulfate radical by membrance method( denitration by membrance method ) was described，problems appearing and the matters neededto be noticed in the running of the unit were analyz<中國煤化工ion was gave, and e-conomic profit comparison between the new process:TYHCNMHG8wasanalyzed.Key words : membrance method; barium method; filtration; sulfate radical; ion mem-brance