工艺条件对壳牌气化炉出口参数的影响分析.pdf
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1、总第2 1 3 期2023年第8 期化机与设备摘要:为探究不同工艺条件如何影响壳牌气化炉出口参数,本次针对壳牌气化炉出口参数中的合成气产量进行重点研究,选取煤炭粒度和气化炉氧煤比两项重要工艺条件展开研究,初步探寻了这两项工艺条件如何影响壳牌气化炉出口参数。预计,本次研究将为后续的研究工作提供一定的参考借鉴。关键词:壳牌气化炉;工艺条件;出口参数中图分类号:TQ5450引言近年来,为提高煤炭资源的综合利用效率,煤气化技术取得较快发展,这种技术主要基于气化炉加以实现,而在气化炉这类设备中,壳牌气化炉的应用比例相对较高 1-2 。在实际应用过程中,受到各种工艺条件参数的影响,壳牌气化炉出口参数将出现
2、较为显著的变化。如何有效控制壳牌气化炉出口参数,使之处于合理水平则是需要重点研究的一项内容。为此,应当从工艺条件着手,对此展开进一步探究。1项目概况某煤化工企业主要应用壳牌气化炉开展煤炭的CO,气化反应工艺,为提升CO,气化反应的效率和最终效果,技术人员拟采取措施对工艺条件进行优化。在本次研究的初始阶段,为确保煤样处于稳定状态,最大程度上消除无关因素的干扰,技术人员首先自磨煤系统旋风分离器后部进行煤炭样品的采集,共计采集1 2 d,并对相关参数进行分析 3 。分析结果显示,本阶段内入炉煤的煤质整体稳定,水分质量分数均控制在2%以下,无水无灰基挥发分质量分数在3%以内,煤灰熔融温度在4 0 范围
3、内波动,证明煤质未出现明显改变。由此,研究人员决定通过改变相关工艺条件,分析工艺条件变化如何影响壳牌气化炉出口参数。2实验测试部分2.1煤样制备在本环节的实验测试中,主要选取该企业长期应用的稳定煤种进行分析。经初步检测得知,该煤样中,酸性氧化物质量分数在7 0%左右,碱性氧化物含量相对较高,煤灰熔融温度相对较低。至此,选取一定量的该种煤炭材料,进人磨煤机进行磨制,再将磨制的煤样放人球磨机进行磨制。为探究工艺条件的变化,分别对该煤样制备3 个粒度的样品,各个级别粒度的中位数分别为6 0、4 0、2 0 m,并利用BT-2003型激光粒度分布仪进行粒度测定,根据测试结果,调整磨制时间并矫正煤样粒度
4、。收稿日期:2 0 2 2-1 1-0 4作者简介:曾健云,女,1 9 9 4 年出生,毕业于南京理工大学泰州科技学院,学士学位,助理工程师,研究方向为煤化工。山西化工Shanxi Chemical Industry工艺条件对壳牌气化炉出口参数的影响分析曾健云(广发化学工业有限公司,山西大同0 3 7 0 0 8)文献标识码:A2.2实验测试环节在实验测试环节开始前,首先将不同粒度级别的煤样放置在1 0 5 恒温干燥箱下,在氮气气氛保护下进行2 h的恒温干燥,而后将其放置于干燥器中冷却,除去煤样内部的水分,再将煤样中埋入金属细线接地,进行粉体内部的静电消除。在前处理环节完成后,由于气化反应性能
5、指标可直接关联到气化炉出口参数,因此首先对不同粒度煤样的气化反应性能进行分析,该分析部分应用STA449F3型同步热分析仪进行分析测定,基本参数设置如表1。表1 热重分析基本参数内容流量/(mL/min)样品质量/mg升温时间/min升温区间/其次是对氧煤比条件的影响进行分析,在此环节的分析中,主要通过固定投煤量调节供氧量的方式进行测试,以调整氧煤比,对气化炉的出口参数进行分析和测定。3测试结果与讨论3.1不同粒度下的气化反应特征参数分析在本环节中,应用热重分析方法,对3 种不同粒度的煤样进行气化反应特性参数分析,分析环节按照表1 中的参数进行,分析结果如表2 所示。表2 3 种煤样的CO2气
6、化反应特性参数分析结果煤样粒径/m60气化起始温度/1055.1气化终止温度/1210.3最大气化速率对应温度/1 127.8最大气化速率对应失重比例/%4.84反应性指数7.13失重率/%88.07Total 213No.8,2023D0I:10.16525/14-1109/tq.2023.08.049文章编号:1 0 0 4-7 0 5 0(2 0 2 3)0 8-0 1 2 8-0 2401 40020401052.51195.31 122.55.106.9983.88参数60812151054.91 232.01 141.04.226.8482.412023年第8 期曾健云:工艺条件对
7、壳牌气化炉出口参数的影响分析129.从表2 中的数据可见,煤样粒径越小,起始反应及终止反应温度也相应降低,碳转化率也随之提升。同时,从反应性指数来看3 种煤样均具有较高的反应活性。整体而言,为提高反应转化率,降低粒度是较为可行的措施。在此基础上,考虑到上述指标参数尚难以准确描述气化反应过程,因此对不同粒度级别的煤样进行气化反应动力学计算。在本环节的测试中,使用流量恒定的二氧化碳气体作为气化剂,且气化反应在常压下进行,因此基于这一条件,对煤样反应活化能进行分析计算 4-5 。同时为便于比较,统一取反应9 0 0 1 2 0 0 的数据进行计算,计算结果如表3 所示。表3 煤样反应活化能煤样粒径/
8、m反应活化能/(kJ/mol)20224.6640201.1560199.72从表3 中可知,在煤样粒度降低后,其反应活化能也随之降低,但在煤样粒径中位数由4 0 m降低至2 0 m的过程中,样品的反应活化能降低不明显,证明活化能降低的主要环节在粒度由6 0 m降低至40m的过程中,该过程或将成为工艺条件优化的重要方向。3.2煤氧比因素的影响分析为探究煤氧比因素对壳牌气化炉运行质量的影响,在实验过程中,按照“2.2”中的所述内容进行试验。同时,考虑到炉温对壳牌气化炉出口参数的影响较为突出,而炉温变化通常以甲烷含量变化予以表述,因此,应用煤氧比和甲烷含量两项参数,选取一定时间内进行测量,测量结果
9、如图1 所示。从图1 中可见,在本次试验期间,炉内氧煤比随甲烷含量波动而出现波动,但整体呈现正相关。当甲烷含量较低时,氧煤比也相对较低,反之亦然。造成这一情况的主要原因是,技术人员会根据甲烷含量对氧煤比进行调整,避免炉温出现波动,因此可初步推测,当甲烷出现波动时,合成气的产量也将出现同步波动。针对这一情况,研究人员进一步分析合成气产量与甲烷的关联,分析结果如图2 所示。从图2 可见,当甲烷含量出现波动时,甲烷与合成气产量呈现较为明显的负相关,由此可推断出,在适当降低氧煤比的情况下,合成气的产量将有所提升,有助于改善壳牌气化炉出口参数。但为了保持炉温,氧煤比仍需要控制在一个相对合理的水平。3.3
10、总结与讨论通过本环节的试验研究可知,对于壳牌气化炉而言,其工艺条件应当从以下两方面予以考虑:一方面,0.9850.9800.9750.9700.9650.9600.955图1 入炉氧煤比与甲烷含量的变化甲烷女合成气产量550F5004504003503002502228时间图2 甲烷与合成气产量的关系针对人炉煤粒度参数,应当使之具有一个较为合适的范围,建议控制中位粒径在4 0 m左右,并控制小于40m的粒径占比在3 5%4 5%,大于9 0 m的颗粒占比不超过2 0%,且粒径不大于2 0 0 m。另一方面,应当对氧煤比这一参数加强控制,为避免氧煤比出现较为明显的波动,对气化炉喷嘴流量进行控制则
11、是一个切实可行的策略,而为了实现气化炉喷嘴流量的有效控制,则关键在于提高煤种在指标参数上的稳定性。4结语整体来看,在本次研究中,初步探究了人炉煤粒度和壳牌气化炉运行时氧煤比两项参数对壳牌气化炉出口参数(主要分析合成气产量)的影响。通过相关实验测试后,对两项参数的具体影响情况进行了初步的探究,预计本次研究结果能够为后续的研究,以及壳牌气化炉工艺条件参数等的优化提供路径参考。当然在今后的工作中,仍需要引人信息技术和人工智能技术等进一步研究,以探寻更为有效的参数优化路径。参考文献【1 韩延阳.壳牌气化炉长周期运行总结 J.氮肥与合成气,2 0 2 2,5 0(9):28-30.2高进.影响壳牌气化炉
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