＊孫崇 張春鳳

（大唐內(nèi)蒙古多倫煤化工有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古 027300）

Shell干煤粉氣化過(guò)程研究

＊孫崇 張春鳳

（大唐內(nèi)蒙古多倫煤化工有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古 027300）

科技在不斷進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)也在不斷發(fā)展，使得國(guó)家和社會(huì)對(duì)于資源、能源的需求越來(lái)越高，對(duì)于資源利用轉(zhuǎn)化率的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，加之如今環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重的社會(huì)現(xiàn)實(shí)，使得如何更有效率、更加綠色的使用能源成為熱門的研究課題。而煤炭資源作為我國(guó)社會(huì)生產(chǎn)和發(fā)展所需的主要自然資源，也是傳統(tǒng)發(fā)展模式下造成環(huán)境污染的主要污染物，更是成為主要的研究對(duì)象。本文即通過(guò)對(duì)Shell干煤粉氣流床化技術(shù)的簡(jiǎn)單介紹，對(duì)該過(guò)程進(jìn)行具體的分類描述，并通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)闡述氣化壓力、氧煤比、蒸汽煤比、碳轉(zhuǎn)化率對(duì)于干煤粉氣化過(guò)程的實(shí)際影響，為更好的完成Shell干煤粉氣化過(guò)程提供理論指導(dǎo)。

Shell干煤粉；氣化過(guò)程；分析研究

時(shí)代不斷向前推進(jìn)，對(duì)于資源的需求越來(lái)越大，對(duì)于資源利用的方式也越來(lái)越先進(jìn)，尤其是在如今環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)下，綠色能源以及能源的綠色使用成為時(shí)代發(fā)展的主流。而煤炭資源作為我國(guó)社會(huì)生產(chǎn)和發(fā)展所需的主要自然資源，也是傳統(tǒng)發(fā)展模式下造成環(huán)境污染的主要污染物，干煤粉氣化為實(shí)現(xiàn)這一目的提供了可能。本文即通過(guò)對(duì)Shell干煤粉氣流床化技術(shù)的簡(jiǎn)單介紹，對(duì)該過(guò)程進(jìn)行具體的分類描述，并通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)闡述氣化壓力、氧煤比、蒸汽煤比、碳轉(zhuǎn)化率對(duì)于干煤粉氣化過(guò)程的實(shí)際影響，為更好的完成Shell干煤粉氣化過(guò)程提供理論指導(dǎo)，助力我國(guó)能源事業(yè)建設(shè)的同時(shí)也起到推動(dòng)環(huán)境保護(hù)事業(yè)發(fā)展的作用。

1.Shell干煤粉氣流床氣化技術(shù)介紹

Shell干煤粉氣化技術(shù)是目前煤氣化清潔轉(zhuǎn)化技術(shù)中最為常見(jiàn)的一種，可以最大限度的將固體煤中的可燃物轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，將一些不必要的可以產(chǎn)生污染氣體的固態(tài)物分離出去，從而在提升可燃煤的利用率同時(shí)又起到降低污染物排放的作用。其具體的工作流程如下：首先把原煤通過(guò)干燥、壓縮、粉碎等手段制成可以燃燒的煤粉，再將其放入特定的氣化爐中充分燃燒，將原煤中可以燃燒的部分與非燃燒部分相分離，可燃燒的煤氣通過(guò)冷卻、除塵等手段后通過(guò)最終的合成氣變換后投入使用。由于變換后的煤氣屬于純凈的能源，因此其燃燒過(guò)程中能夠釋放出比原煤更多的熱量且產(chǎn)生的可污染物幾乎為零，因此煤氣化技術(shù)的研究和創(chuàng)新是原煤進(jìn)行能源轉(zhuǎn)化的必然趨勢(shì)。

2.Shell干煤粉氣化過(guò)程分類

(1)按Shell煤氣爐氣化反應(yīng)特征分類。根據(jù)原煤所制成的煤粉燃燒識(shí)得具體情況，Shell煤氣化爐可以根據(jù)燃燒的氣化反應(yīng)特征分為以下五個(gè)區(qū)域，分別是射流區(qū)、撞擊區(qū)、撞擊擴(kuò)展流區(qū)、回流區(qū)以及管流區(qū)。按照這幾個(gè)區(qū)域的不同，所產(chǎn)生的產(chǎn)物也各不相同，一部分煤粉通過(guò)燃燒后成為煤氣，這一部分煤氣有的經(jīng)過(guò)煤氣凈化后制成硫磺或者用作燃?xì)猓械膬H僅經(jīng)過(guò)除塵處理生成別的固體副產(chǎn)品（或回爐再造或根據(jù)性質(zhì)直接使用）。此外，根據(jù)Shell煤氣爐燃燒程度以及反映特征的不同，煤氣爐還可以分作一次反應(yīng)區(qū)、二次反應(yīng)區(qū)以及混合反映區(qū)三種，分別對(duì)應(yīng)煤粉初步燃燒、充分燃燒、徹底燃燒三種情況。

(2)按Shell煤氣爐氣化反應(yīng)種類和時(shí)間分類。由于原煤所制成的煤粉在Shell煤氣爐中根據(jù)燃燒時(shí)間的不同所產(chǎn)生的反應(yīng)各不相同這一特性，可以根據(jù)氣化劑種類以及燃燒時(shí)間將Shell煤氣爐氣化反應(yīng)分為以下幾種情況：第一種是粉煤的干燥、裂解和燃燒過(guò)程，第二種是固體顆粒與氣化劑間的燃燒過(guò)程，即粉煤固體顆粒與半焦化的固體碳之間的反應(yīng)；第三種是生成的氣體與固體顆粒見(jiàn)的反應(yīng)，即半焦顆粒物與硫等與反應(yīng)生成氣體的反應(yīng)；第四種是反應(yīng)氣體間的彼此反應(yīng)，這些反應(yīng)氣體包括一氧化碳、二氧化碳、硫化氫等。

3.Shell干煤粉氣化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

(1)氣化壓力與溫度對(duì)Shell干煤粉氣化過(guò)程的影響。以較為常見(jiàn)的典型煤進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)，在氧煤比與蒸汽煤比保持定值的情況下，氣化壓力的變化對(duì)于Shell干煤粉轉(zhuǎn)化反應(yīng)沒(méi)有明顯的作用，而隨著氣化溫度的降低，所生成的二氧化碳以及氫氣含量明顯增加，與二氧化碳的還原反應(yīng)明顯減弱，由于氫氣屬于可燃?xì)怏w，因此可以得出：在一定的溫度區(qū)間進(jìn)行氣化溫度的調(diào)節(jié)，有助于增強(qiáng)Shell干媒粉的氣化反應(yīng)的結(jié)論。

(2)氧煤比對(duì)Shell干煤粉氣化過(guò)程的影響。氧煤比是Shell干煤粉氣化過(guò)程中必不可少的一個(gè)條件，直接關(guān)系到Shell干煤粉氣化轉(zhuǎn)化過(guò)程的效率和質(zhì)量，因此有必要進(jìn)一步研究氧煤比在Shell干煤粉氣化過(guò)程中的具體影響和作用。為此，在實(shí)驗(yàn)中，采取逐漸增加氧煤質(zhì)量的方式進(jìn)行試如何更有效率、更加綠色的使用該能源成為熱門的研究課題，驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)，隨著氧煤比的逐漸增加，Shell氣化爐中的燃燒反應(yīng)開(kāi)始增強(qiáng)，所生成的一氧化碳和氫氣明顯增多，起到了促進(jìn)氣化爐轉(zhuǎn)化效率的作用，但當(dāng)氧煤比增加到一定程度之后，一氧化碳和氫氣的生成量明顯減少，開(kāi)始出現(xiàn)下降趨勢(shì)，阻礙了Shell氣化爐的轉(zhuǎn)化效率。而經(jīng)過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)比較之后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)氧煤比介于0.78-0.82之間時(shí)，Shell煤氣爐的轉(zhuǎn)化效率最高，處于最佳狀態(tài)。因此為了保證氣化爐轉(zhuǎn)化的順利進(jìn)行，應(yīng)該將氧煤比盡可能的控制在0.80左右。

(3)蒸汽煤比對(duì)Shell干煤粉氣化過(guò)程的影響。蒸汽煤比也是影響Shell干煤粉氣化過(guò)程的又一個(gè)重要因素。同氧煤比相同，為進(jìn)一步研究蒸汽煤比在Shell干煤粉轉(zhuǎn)化過(guò)程中的具體作用，進(jìn)行了一系列的組合實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：當(dāng)蒸汽煤比為0是，混合氣體的含量最高，其次是一氧化碳，最后是氫氣；而當(dāng)蒸汽煤比逐漸增加時(shí)，雖然對(duì)于生成氣體的影響不大，但總體上呈現(xiàn)出混合氣體和一氧化碳?xì)怏w含量逐漸降低、氫氣的氣體含量逐漸增加的趨勢(shì)。此外，在Shell煤氣爐氣化過(guò)程中，隨著蒸汽煤比的增加，氣化爐內(nèi)的溫度呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。綜上所述，可以得出如下結(jié)論：通過(guò)向氣化爐加入蒸汽可以延長(zhǎng)氣化爐內(nèi)耐火材料、銷釘和水冷壁的使用壽命，但當(dāng)加入量過(guò)多時(shí)，氣化爐內(nèi)溫度過(guò)低、不利于氣化反應(yīng)的進(jìn)行，合成氣有效組成也將降低，同時(shí)氣化爐下渣也將變得困難，造成蒸汽的浪費(fèi)。因此，對(duì)特定煤種有一個(gè)最佳蒸汽煤比，這種特性同氧煤比極為相似。

(4)碳轉(zhuǎn)化率對(duì)Shell干煤粉氣化過(guò)程的影響。為研究碳轉(zhuǎn)化率對(duì)Shell干煤粉氣化過(guò)程的具體影響，通過(guò)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，得出如下結(jié)論：隨著煤粉進(jìn)料碳轉(zhuǎn)化率的增加，合成氣出口氣化溫度隨之下降，一氧化碳和氫氣的含量有輕微增加，二氧化碳含量下降，甲烷的含量增加，這種實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明只有在碳轉(zhuǎn)化率充足的條件下，干煤粉氣化的效率以及質(zhì)量才能得到最大程度的保證，碳轉(zhuǎn)化率對(duì)于Shell干煤粉氣化過(guò)程的促進(jìn)作用才能充分的顯現(xiàn)出來(lái)的。因此在進(jìn)行氣化爐設(shè)計(jì)時(shí)，需要保證煤粉在氣化爐中有足夠長(zhǎng)的停留時(shí)間，增加碳的轉(zhuǎn)化率，從而實(shí)現(xiàn)煤氣化的優(yōu)化操作結(jié)果。

4.結(jié)束語(yǔ)

總而言之，通過(guò)調(diào)整氣化壓力與溫度、增加氧媒比、蒸汽煤比以及提升碳轉(zhuǎn)化率可以使Shell干煤粉氣化轉(zhuǎn)化過(guò)程的效率達(dá)到最優(yōu)，進(jìn)而可以極大程度的提升煤的利用效率，并最大限度的起到保護(hù)環(huán)境的作用，達(dá)成既促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展又響應(yīng)國(guó)家新經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念的目的。但本文更多的是從實(shí)驗(yàn)研究的角度進(jìn)行Shell干煤粉氣化的相關(guān)研究，并未涉及到具體的相關(guān)實(shí)踐，因此仍需要更多能源領(lǐng)域的專家學(xué)者進(jìn)行更為深入的鉆研和挖掘，本文僅作拋磚引玉之用。

[1]張建勝,胡文斌,吳玉新,呂俊復(fù),岳光溪．分級(jí)氣流床氣化爐模型研究[J]．化學(xué)工程,2007,35(3):14-18．

[2]汪洋,代正華,于廣鎖,于遵宏．運(yùn)用Gibbs自由能最小化方法模擬氣流床煤氣化爐[J]．煤炭轉(zhuǎn)化,2004,27(4):27-33．

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(責(zé)任編輯 王躍梅)

Study of Shell Dry Coal Powder Gasification Process

Sunchong, Zhang Chunfeng
（Datang Inner Mongolia Duolun Coal Chemical Industry Limited Liability Company, Inner Mongolia, 027300）

Science and technology are constantly improving and the economy is developing, which has made the country and society’s demand for resources and energy become higher and higher and the requirements for resource utilization conversion become stricter and stricter.In addition, the environmental pollution problem is becoming more and more serious, therefore how to make use of energy more ef ficiently in a green way has become a hot topic. Coal resources, as the main natural resources for the production and development of our society, is also the main pollutant that causes environmental pollution in the traditional development mode, therefore, it has become the main research object. In this paper, a brief introduction of the technology of Shell dry coal powder is taken and speci fic classi fication of the process is described, besides, the actual effect of gasi fication pressure, oxygen coal ratio, steam coal ratio and carbon conversion rate on dry coal powder gasi fication process is discussed so that to provide theoretical guidance for the better completion of Shell dry coal gasi fication process.

Shell dry coal powder；gasi fication process；analytical study

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A

孫崇（1986～），男，大唐內(nèi)蒙古多倫煤化工有限責(zé)任公司；研究方向:Shell干煤粉氣化過(guò)程研究。