煤種對魯奇爐氣化的影響

黃棟（內蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責任公司，內蒙古 赤峰 025350）

國內的魯奇加壓氣化爐使用是從上世紀七十年代開始的，主要用于生產城市煤氣以及聯產甲醇、氨類和甲醚等化工產品，同時魯奇加壓汽化爐在化肥、農藥、焦油等多種物質生產、分離工藝中都有體現，是一種廣泛應用的煤化工業設備。

近年來，隨著我國社會能源結構多樣化的需求，加壓煤氣化生產工藝得到了很大的提高，響應的，針對魯奇工藝的改進也不斷發展。但是相對而言，魯奇爐設備在原煤應用方面還存在弊端，大部分情況下，魯奇爐對煤質的要求是很高的，這是因為從最早的技術研究方面，魯奇工藝以褐煤等一系列煤種為研究對象，這就人為的限定了煤質和煤種的挑選環境。

一方面是技術瓶頸，一方面是社會對煤氣化產品需求程度的越來越高，如成功是煤氣供暖、照明和廚房使用等，每天的直接利用價值較低同時對環境的影響較大，對煤氣化生產的煤氣要求更多。這就要求從業者不斷從技術方面調整，使魯奇爐適應更多的煤種和煤質，并在長期運營性中保持穩定。

1 煤種及煤質對魯奇汽化爐影響的因素分析

所謂煤種是指不同種類的原煤，煤質是指同一種煤炭資源的有效成分蘊含程度，當然，對于不同的生產目的和工藝，煤種和煤質的要求也是不一樣的，因此去判斷什么是最好的煤種或煤質也是沒有意義的。例如，魯奇加壓氣化爐的生產中對弱粘連性的煤炭資源更加容易加工，但這一類煤炭從自身的資源價值并不是最好的。

就煤種的劃分，目前適用于魯奇氣化爐的主要有：泥炭、褐煤、煙煤、長焰煤、肥煤、焦煤等；不同的煤種在氣化爐反應中的表現也不同，為了更加相近的敘述，本文選擇了幾個煤種中重要的指標。

1.1 灰熔點

灰熔點又稱之為“煤灰熔融性”，因為煤炭本身是一種礦物雜質的混合物，和純凈物相比，沒有固定的熔點，只能從一個大概的范圍去判斷。煤炭達到灰熔點的表現是發生變形、融化，其中的無機物開始分解。

所以，魯奇爐內部的作業溫度，也是依據煤的灰熔點而設置的，既要保持在煤灰變形溫度和煤灰變軟溫度的一個區間內，灰熔點過高或過低，都會對魯奇氣化爐產生影響，甚至會發生生產事故

原因就在于，當煤種的灰熔點過高，為了實現生產要求就必須提升爐內溫度，一般采用的方法是降低爐內的汽氧比例，溫度就會大幅度提升，但是魯奇氣化爐的設計對溫度承受能力是有限的，過高的溫度（超過1300攝氏度）就會損壞設備的內部設備，如爐蓖；相反，如果煤種的灰熔點太低的話，操作就要提高爐內的汽氧比，這樣降低溫度的速度就比較快，所產生的負面影響同樣很明顯，煤炭殘渣會在爐體內部凝結，粘連在內部無法排除。

由此可見，灰熔點的掌控是正常運營魯奇氣化爐的關鍵，同時也是適應局限性的一種做法。在正常的生產過程中，煤炭加入之前都會經過預處理，但即便是經過預處理的煤炭在不同的部分中也存在不同的灰熔點，在操作氣化爐時就需要不斷地調整汽氧比，以控制爐內的反映溫度。

1.2 揮發分

揮發分是指煤炭中所蘊含的水分子、氣體等易揮發的成分經過氣化爐之后減少的程度，但在實際的生產中，揮發分主要是煤炭中的烴類和有機物氣化產物，因此揮發分也是體現煤種的變質程度的一個標志。煤炭的變質程度越高，揮發分就越低。

不同的煤種揮發分有很大的差別，例如，魯奇工藝中最常用到的褐煤，揮發分的范圍就比較大，從40%到70%不等，而貧煤的揮發分就比較低，一般小于17%。掌握不同煤種的揮發分對于魯奇氣化爐的應用有很大的幫助，生產過程中可以掌握煤種揮發分含量的多少，以及煤氣究竟適用于哪一種類型的用途。例如，當煤氣作為廚房燃料時，要求主要的成分是甲烷和其他熱量值比較大的氣體，因此選擇煤種的時候就應該進行事先準備；而一般的工業用煤氣中所要求的甲烷成分并不高，而需要低揮發性和低硫化物產生的無煙煤或焦炭。

掌握揮發分的不同，也就為選擇不同的煤種奠定了基礎，尤其是針對一些特殊設備的選取，更應該注意。

1.3 灰分

狹義的說，灰分是指煤炭燃燒之后剩下殘渣和無機物占據整體的比例，灰分的大小對氣化爐內部的爐渣有直接的影響。一般而言，如果煤炭中矸石的含量增加（灰分也增加的前提下），煤炭燃燒過程中就會吸收很多的熱量，殘渣的溫度很高，在排走的時候也就意味著損失大量的熱能。但是為了防止氣化爐內部粘連廢渣，就要通過提高汽氧比，降低爐內的溫度，同時添加一些氣化劑等物質。這一系列的影響，本質上說都是造成內部反應是否正常的因素，所以要對灰分進行關注。

1.4 水分

水分是指煤灰成分進入氣化爐之前，經過預處理之后，所含的外部水、內部水以及煤粒中的化合水的多少。對碎煤加壓氣化工藝而言，加壓氣化爐的爐溫要求通常比常壓下低一些，但是爐身卻比一般氣壓下的高，這樣一來就可以提供更高層次的干燥。

當然，適當的水分存在對煤炭加壓氣化是有輔助作用的，水分越高，在加壓氣化爐中的揮發性就越好，在干餾過程中形成的氣孔率就越大，氣化速度越快，煤氣產生的速度就越快，煤氣的質量也就越好。

1.5 固定碳

煤炭中最有效的成分就是碳，而固定碳是指煤經過氣化之后，剩下的焦渣成分。很顯然，同一煤種中固定碳的含量越高，那么在灰分和揮發分中所產生的物質含量就越低，更有利于煤氣生產。

但是，選取固定碳含量過高的煤種，在反應過程中就需要更多的氧氣，氧氣的參與不及時或者不充足，爐內的煤停留時間就會增加，同時需要更高的溫度和壓力，這也對安全生產造成一定的威脅。

更重要的是，氣化過程越復雜的煤種，在后期治理廢水的中所消耗的就越多，甚至超出經濟預算。

2 汽化爐穩定運行的煤種選擇建議

除了以上要關注的五點內容之外，還有一個需要關注的因素，對任何煤種選擇都適合，那就是粒度。

魯奇爐氣化工藝中經常提到的是碎煤、煤粉或煤粒等，粒度就是指的顆粒的大小，適用于魯奇爐的粒度往往是6-50毫米直徑的碎煤，這個范圍是相當大的；在生產過程中，氣化爐在同一床層面上所有的顆粒是分布均勻的，面積越大所需要的助燃劑和氣化劑就越多，因此煤氣化反應的速度、深度也是不同的；同樣，在反映完畢之后，不同粒度所形成的殘渣在同等條件下，也存在差別。

粒度對魯奇爐反應的影響實驗很容易掌控，實踐證明，當粒度大多在直徑50毫米以上的時候，氣化反應往往不理想，突出表現煤料反映不完全；而當粒度普遍小于13毫米的時候，就會造成反應中煤料四周出現很大的空隙，引起分布不均、阻力過大等問題，在形成結渣的過程中容易形成大塊、粘連等情況，不利于生產。

選擇合適的煤種，是保證魯奇汽化爐平穩運行的關鍵，建議從以下三方面入手。

第一，對煤料進行預處理和化驗分類，按照灰熔點的不同進行堆放。

第二，通過降低灰分的方法，減少生產成本。

第三，對所選用的煤料進行處理確保合適的粒度。

總而言之，在現階段只能夠通過適應魯奇爐需求來選擇煤種，相信隨著技術的改進，這一現象將有所緩解。

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