煤种对鲁奇炉气化的影响

黄栋（内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司，内蒙古 赤峰 025350）

国内的鲁奇加压气化炉使用是从上世纪七十年代开始的，主要用于生产城市煤气以及联产甲醇、氨类和甲醚等化工产品，同时鲁奇加压汽化炉在化肥、农药、焦油等多种物质生产、分离工艺中都有体现，是一种广泛应用的煤化工业设备。

近年来，随着我国社会能源结构多样化的需求，加压煤气化生产工艺得到了很大的提高，响应的，针对鲁奇工艺的改进也不断发展。但是相对而言，鲁奇炉设备在原煤应用方面还存在弊端，大部分情况下，鲁奇炉对煤质的要求是很高的，这是因为从最早的技术研究方面，鲁奇工艺以褐煤等一系列煤种为研究对象，这就人为的限定了煤质和煤种的挑选环境。

一方面是技术瓶颈，一方面是社会对煤气化产品需求程度的越来越高，如成功是煤气供暖、照明和厨房使用等，每天的直接利用价值较低同时对环境的影响较大，对煤气化生产的煤气要求更多。这就要求从业者不断从技术方面调整，使鲁奇炉适应更多的煤种和煤质，并在长期运营性中保持稳定。

1 煤种及煤质对鲁奇汽化炉影响的因素分析

所谓煤种是指不同种类的原煤，煤质是指同一种煤炭资源的有效成分蕴含程度，当然，对于不同的生产目的和工艺，煤种和煤质的要求也是不一样的，因此去判断什么是最好的煤种或煤质也是没有意义的。例如，鲁奇加压气化炉的生产中对弱粘连性的煤炭资源更加容易加工，但这一类煤炭从自身的资源价值并不是最好的。

就煤种的划分，目前适用于鲁奇气化炉的主要有：泥炭、褐煤、烟煤、长焰煤、肥煤、焦煤等；不同的煤种在气化炉反应中的表现也不同，为了更加相近的叙述，本文选择了几个煤种中重要的指标。

1.1 灰熔点

灰熔点又称之为“煤灰熔融性”，因为煤炭本身是一种矿物杂质的混合物，和纯净物相比，没有固定的熔点，只能从一个大概的范围去判断。煤炭达到灰熔点的表现是发生变形、融化，其中的无机物开始分解。

所以，鲁奇炉内部的作业温度，也是依据煤的灰熔点而设置的，既要保持在煤灰变形温度和煤灰变软温度的一个区间内，灰熔点过高或过低，都会对鲁奇气化炉产生影响，甚至会发生生产事故

原因就在于，当煤种的灰熔点过高，为了实现生产要求就必须提升炉内温度，一般采用的方法是降低炉内的汽氧比例，温度就会大幅度提升，但是鲁奇气化炉的设计对温度承受能力是有限的，过高的温度（超过1300摄氏度）就会损坏设备的内部设备，如炉蓖；相反，如果煤种的灰熔点太低的话，操作就要提高炉内的汽氧比，这样降低温度的速度就比较快，所产生的负面影响同样很明显，煤炭残渣会在炉体内部凝结，粘连在内部无法排除。

由此可见，灰熔点的掌控是正常运营鲁奇气化炉的关键，同时也是适应局限性的一种做法。在正常的生产过程中，煤炭加入之前都会经过预处理，但即便是经过预处理的煤炭在不同的部分中也存在不同的灰熔点，在操作气化炉时就需要不断地调整汽氧比，以控制炉内的反映温度。

1.2 挥发分

挥发分是指煤炭中所蕴含的水分子、气体等易挥发的成分经过气化炉之后减少的程度，但在实际的生产中，挥发分主要是煤炭中的烃类和有机物气化产物，因此挥发分也是体现煤种的变质程度的一个标志。煤炭的变质程度越高，挥发分就越低。

不同的煤种挥发分有很大的差别，例如，鲁奇工艺中最常用到的褐煤，挥发分的范围就比较大，从40%到70%不等，而贫煤的挥发分就比较低，一般小于17%。掌握不同煤种的挥发分对于鲁奇气化炉的应用有很大的帮助，生产过程中可以掌握煤种挥发分含量的多少，以及煤气究竟适用于哪一种类型的用途。例如，当煤气作为厨房燃料时，要求主要的成分是甲烷和其他热量值比较大的气体，因此选择煤种的时候就应该进行事先准备；而一般的工业用煤气中所要求的甲烷成分并不高，而需要低挥发性和低硫化物产生的无烟煤或焦炭。

掌握挥发分的不同，也就为选择不同的煤种奠定了基础，尤其是针对一些特殊设备的选取，更应该注意。

1.3 灰分

狭义的说，灰分是指煤炭燃烧之后剩下残渣和无机物占据整体的比例，灰分的大小对气化炉内部的炉渣有直接的影响。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），煤炭燃烧过程中就会吸收很多的热量，残渣的温度很高，在排走的时候也就意味着损失大量的热能。但是为了防止气化炉内部粘连废渣，就要通过提高汽氧比，降低炉内的温度，同时添加一些气化剂等物质。这一系列的影响，本质上说都是造成内部反应是否正常的因素，所以要对灰分进行关注。

1.4 水分

水分是指煤灰成分进入气化炉之前，经过预处理之后，所含的外部水、内部水以及煤粒中的化合水的多少。对碎煤加压气化工艺而言，加压气化炉的炉温要求通常比常压下低一些，但是炉身却比一般气压下的高，这样一来就可以提供更高层次的干燥。

当然，适当的水分存在对煤炭加压气化是有辅助作用的，水分越高，在加压气化炉中的挥发性就越好，在干馏过程中形成的气孔率就越大，气化速度越快，煤气产生的速度就越快，煤气的质量也就越好。

1.5 固定碳

煤炭中最有效的成分就是碳，而固定碳是指煤经过气化之后，剩下的焦渣成分。很显然，同一煤种中固定碳的含量越高，那么在灰分和挥发分中所产生的物质含量就越低，更有利于煤气生产。

但是，选取固定碳含量过高的煤种，在反应过程中就需要更多的氧气，氧气的参与不及时或者不充足，炉内的煤停留时间就会增加，同时需要更高的温度和压力，这也对安全生产造成一定的威胁。

更重要的是，气化过程越复杂的煤种，在后期治理废水的中所消耗的就越多，甚至超出经济预算。

2 汽化炉稳定运行的煤种选择建议

除了以上要关注的五点内容之外，还有一个需要关注的因素，对任何煤种选择都适合，那就是粒度。

鲁奇炉气化工艺中经常提到的是碎煤、煤粉或煤粒等，粒度就是指的颗粒的大小，适用于鲁奇炉的粒度往往是6-50毫米直径的碎煤，这个范围是相当大的；在生产过程中，气化炉在同一床层面上所有的颗粒是分布均匀的，面积越大所需要的助燃剂和气化剂就越多，因此煤气化反应的速度、深度也是不同的；同样，在反映完毕之后，不同粒度所形成的残渣在同等条件下，也存在差别。

粒度对鲁奇炉反应的影响实验很容易掌控，实践证明，当粒度大多在直径50毫米以上的时候，气化反应往往不理想，突出表现煤料反映不完全；而当粒度普遍小于13毫米的时候，就会造成反应中煤料四周出现很大的空隙，引起分布不均、阻力过大等问题，在形成结渣的过程中容易形成大块、粘连等情况，不利于生产。

选择合适的煤种，是保证鲁奇汽化炉平稳运行的关键，建议从以下三方面入手。

第一，对煤料进行预处理和化验分类，按照灰熔点的不同进行堆放。

第二，通过降低灰分的方法，减少生产成本。

第三，对所选用的煤料进行处理确保合适的粒度。

总而言之，在现阶段只能够通过适应鲁奇炉需求来选择煤种，相信随着技术的改进，这一现象将有所缓解。

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