水煤浆加压气化装置水质pH影响因素分析

水煤浆加压气扮装置水质水煤浆加压气扮装置水质pH影响因素分析聂成元，杨军红，金刚，朱冬梅(兖矿鲁南化肥厂，山东滕州277527)2023-07-16801993年4月建成国内第一套生产装置。投产后，相继有上焦化、渭河及淮化集团承受了这项技术。生产运行中，国内这几家德士古气扮装置都遇到了同样的问题：系统水的pHpH气化水系统概况气化系统黑灰水工艺排出的粗渣由捞渣机捞出，由气化炉和洗涤塔来、带有大量细渣和溶解局部气体的黑水进入闪蒸系统，进展渣水分别和热量回收，经闪蒸提浓后的黑水进入沉降槽，沉降槽上部的较清灰水溢流进灰水罐，经灰水泵打入系统，循环使用。洗涤塔由参加的局部冷凝液维持液位，洗涤塔的局部黑水经激冷水泵进入气化炉激冷环、下降管。为防止系统灰水中固体物质积存，沉降槽下部连续排掉一局部含固量较高的渣水混合物。水系统水质特点高悬浮物50～2600mg／L2023mg／L40～60mg／L。高盐度底部排放的黑水量又很小，使得各种离子浓度增大，导致水系统呈高盐度的特性。系统水温高，温度变化大240℃70℃150℃240℃～70℃～150℃之间变化，200℃30min。系统压力高系统操作压力较高(2.7MPa)，而且水循环时压力变化较大，这就导致水系统中酸碱物质的含量不断变化，使得水系统各处的pH不尽一样，pH气化水系统中酸，陛物质分析2.7MPa1350℃左右，反响气氛为复原气氛。在这种条件下，煤中一些组分在反响中会形成硫化氢等。系统中的氯化氢煤中氯主要以无机物的形态存在，但也有极少量氯以有机物形态存在。以无机物形态存在的主要有钾盐矿物质(KCl)、钠盐矿物质(NaCl)及氯化镁(MgCl2·6H2O)等。因而，水系统的氯化氢，主要来源于煤中的含氯矿物质。在煤加压气化过程中，含氯矿物质发生如下反响：＋HO→NazSiO＋HCl2 2 3KCI＋SiOHO一KSiO＋HCl2 2 2 3这样，其中的金属阳离子转化为相应的金属盐，大局部作为灰渣排出，氯转化为氯化氢，溶解于激冷水中。pH水系统中的甲酸COH→HCOOH21350℃3.472×107.0MPa3.0MPa，因而，生成的甲酸较少。甲酸性质类同于氯化氢，在水中离子化程度也很高，根本上不以分子状态存在，而且在水中也无挥发性。另外，甲酸酸性很强，其CHCOOH10pH3视。水系统中的碳酸碳酸一般认为是极弱的酸，由于CO

溶于水而存在。它在水中仅能少量电离为H＋与HC0，而HCO~-更少量地电离成

2-。尽管碳酸2 3 3为弱酸，但由于合成气中CO2水系统中的氢硫酸

16.5pH煤中含有的硫铁矿(主要成分为FeS)在气化反响过程中，生成HS，溶于水，形成氢硫酸，氢硫酸在水中离解成HS、S2-等。由于氢20.6％～0.8％(体积分率，干气)，因而对系统pH道产生腐蚀(特别对碳钢管道及设备)，应引起重视。气化水系统中碱性物质分析由于要掌握煤的熔融温度在较低的水平，就须通过配煤，这样，使煤灰中碱性组分FeOCaO、MgO、NaOKO23 2 2构成了水系统的碱性物质。水系统中的碱金属化合物Na++Ca2+Mg2衡计算，可以认为，煤中大局部碱金属及碱土金属矿物质经反响后，进入了熔渣，由锁斗排出系统之外，仅有少局部的碱金属及碱土金属在气液接触的瞬间以离子形态溶解于水系统中，但其摩尔浓度通常要比水中酸性物质的摩尔浓度低得多，这些阳离子与水中的一些弱酸根离子化合，使水质略显碱性。水系统中的氨150.1％～0.3％1.8×10-5)，但由于其摩尔数较酸性物质多得多，使得德士古气扮装置水系统的pH质以及其气扮装置各局部的温度、压力极不均衡且变化格外大，导致氨在系统内各局部的分布也不一样。220℃左右，氨在激冷室中溶解较少，在水中以氯化铵、甲酸铵及碳酸氢铵等形态存在，随黑pH1)，而在洗涤塔中，水温在200℃左右，工艺气中溶解的氨也较少，pH值和激冷室差异不大，但由于补入洗涤塔冷凝液的pH值较高(pH值大约为9.0)，而且不稳定，使得洗涤塔内水的pH变化很不稳定，且受外界补充冷凝液pH值的影响，变化较大。洗涤塔和激冷室排出的黑水进入闪蒸系统，经pH碱性。上游工序中产生的冷凝液温度较高，氨浓度相对较低；下游(闪蒸及后系统)工序中产生的冷凝液温度较低，氨浓度相对较高。这些冷凝液pH另外，参加药剂本身对水系统的pH值不直接产生影响，但通过调整阴阳离子的量，会间接对水系统的pH值产生影响。pHpH1)。总的来说，气化水系统水质的变化，大致与气化所用的煤种、系统补水pH药剂等因素有关。水煤浆气化用煤要求及煤种选择与采样程序253024)2023-12-16煤炉要求用挥发分较高、灰熔点较低的气肥煤等。因而，煤种的选择和煤种采样的代表性格外关键，很多煤气化工艺的化工企业，由于选择原料不当，严峻地影响了生产的正常进展。作为其次代煤气化技术的水煤浆气化工艺对原料煤的要求也很严格，在煤种的选择和取样上有肯定的程序和方法。煤质调查分析的程序择生产烟煤的煤矿，再考虑煤矿的煤炭品质。②煤质调研。通过不同的信息渠道宏观了解不同的煤质状况。③搜集煤矿的生产、供给、经营等状况。依据搜集的煤质数据和气化煤质要求，确定拟选择的煤矿。④确定候选煤矿。在满足气化生产煤质要求的条件下，依据不同煤矿的煤炭储量、可开采时间、生产规模、质量保证、煤价(指到厂煤价)等状况，综合考虑确定候选煤矿。⑤煤种取样。气化煤种取样可直接在选定的煤矿、选定煤层(或开采面)、煤质能根本到达气体煤质要求的商品煤堆上进展取样。水煤浆气化工艺对原料煤的要求50～100℃以上的温度下操作，以便于顺当排渣，依据德士古水煤浆气化厂的生产阅历，水煤浆加压气化用煤选择原则应以煤的“气化性能及稳定运行性能”为主。煤的灰分含量1％，0.7％～0.81.3％～1.5％；其次灰分增加，使烧嘴和耐火砖的磨损加剧，寿命大大缩短，同时灰、黑水中的固含量上升，系统管道、阀门、设备的磨损率大大加剧，设备故障率提高。13％。煤的最高内水含量O／C水官能团越多，空隙率更加达，煤的制浆难度越大。煤质对成浆性能的影响是多方面的，各影响因素之间亲热相关。煤的内在水含量越高28％为宜。煤渣的熔融特性50～100℃T3)。假设煤的灰熔点提高，为使气化炉顺当排渣，必需将气化炉的反响温度提高至煤的灰熔点以上，温度提高使气化炉耐火砖的寿命相应缩短(气化炉的操作温度每提高100℃，2使耐火砖磨蚀加剧，提高了制浆本钱，固体灰渣处理量增加，灰渣水系统的结垢量上升。1250～1300℃，假设原料煤的灰熔点太低，由于生产条件下煤灰的黏度降低，也会加剧对耐火砖的侵蚀，较低灰熔点的煤种可以通过配煤来解决。灰的粘温特性25～40Pa·s25～30Pa·sAlOSiOMgOAlO23 2 23渣熔点上升、黏度变差的主要成分。AlO23

含量越高，煤灰的流淌温度越高；AlO23

401500℃。MgOMgOSiO2

形成低熔点的硅酸盐，起到降低灰融熔温度的作用。SiO2

据其含量，在肯定范围内添加CaO以消弱对灰黏度的影响。CaO是降低灰熔点的组分，与SiO2

形成低熔点的硅酸盐，因而CaO是最常用助熔剂组分，但其含量过高则析出CaO单体，反而使灰熔点上升，黏度增大。其添加量应掌握在与灰分之比为20％左右。FeO23

也是降低灰熔点及灰渣黏度的组分，由于FeO23

在复原气氛下被H2

COFeO，FeOSiO2

AlO23

形成低熔点的共熔物。FeO23

的煤灰，FeO23

118℃。KONaO116℃。2 2煤灰的焦渣特性81～2煤的挥发分25％±5％304020％时，随着挥发分的降低而增加。煤的变质程度越高，成浆性越差。煤的硫含量对气化操作的本身并无显著影响，但生成的煤气只要高于露点温度操作，即可避开设备腐蚀，硫含量的凹凸对甲醇洗工序的影响很大。煤的可磨性和质量又影响磨机的消耗。水煤浆配煤技术最适宜的是长焰煤、气煤等。同时还应留意到煤灰在复原性气氛下的流淌温度和粘温特性。25.121MJ／kg，1300℃为宜，过高过低都不利于气越好，挥发分含量越高越好，固定碳含量适中为好，煤中有害元素硫、氯、砷等越低越好；可磨性指数越大越好。22.00MJ／kg25.12MJ／kgMgO、OKO、NaO23 2 2采样矿点的选择用陕西黄陵煤)，上海焦化厂承受神府煤，淮南化肥厂承受河南义马煤、甘肃华亭煤。渭河化肥厂自从改用华亭煤后，改善了气化炉和变换系统的工作条件，运行状况不断地稳定，生产本钱不断地降低。化等问题造成停车或生产不稳定。上海焦化厂使用神府煤，并做过大量掺烧沥青的试验，都取得了较好的效果。鲁南化肥厂由使用“七五”矿煤改烧兖矿煤，由于兖矿煤矿点分散力量小，各矿点煤种又有较大的差异，生产用煤承受配煤。定以后，处于对装置的长周期运转考虑，需要将气化炉的温度掌握在肯定的范围之内，一般要承受配煤的方式，使原料煤的灰熔点正好处于这一温度范围，同时考虑生产本钱，应选择价格较低一点的煤种；在企业生产经营困难，需要降低生产本钱时期，选用价格有竞争力的个方面的考虑煤种的选择范围应宽一些，取样尽量能满足各方面的需要，但各种状况必需以保证生产的稳定性为前提。煤质取样程序煤质取样的方法个分样的质量又与煤粒度的上限有关，当其质量到达肯定程度后对准确度的提高影响就不大了。承受的具体方法亦不同，有的用手工采样，有的又要求用机械或自动化采样。采。煤层煤样包括分层煤样和可采煤样。分层煤样是用来鉴别各层煤和夹石层的性质的。可采煤样是用来确定可采的全部煤层及夹石层的平均性质的。商品煤样：商品煤样代表出售给用户的煤的平均质量。一般在运输煤流或运输工具上及煤堆上取出子样，然后组成商品煤样。实行煤层煤样。生产煤样的采样周期为一年。依据气化用煤的特点，即要求煤样的代表性好、有肯定的预见性。煤质取样的方法应实行煤层取样和商品取样两种方法。商品采样2.7t且假设煤层取样标准、取样点适宜，则可以代表生产样。取样工作程序代表性状况。然后确定取样的方法(如在煤流中取还是在煤堆上取)及取样的子样个数。一般煤层取样是由煤炭煤质治理部门来取，由使用厂家派人监视过程的标准性。5％<50mm)。1000t6050mm2～2.5kg。④依据煤堆的外形和子样的数目，用卷尺测量，将子样分布在煤0.5m1m1m20cm样，留意取样时不应去除碱石等物质。每挖3.5～4m0.5m20kg2～2.5kg，200kg取样袋中装入提前预备好的标签，标明煤矿、取样地点、取样类别、子样个数、总质量、取样时间、取样人员。采样工作的监控采