煤种、煤质对气化的影响

陈朝南

（中海油惠州石化有限公司，广东惠州 516086）

煤气化生产是借助于煤、气化剂通过多种反应后实现的有机物转化过程。在这个过程中，能够实得到一氧化碳、二氧化碳、甲烷与氢气等多种产物。目前，从世界范围上来看，煤炭资源储量丰富的国家有很多，借助于气化处理模式，不但可以获得更为清洁的能源，同时也有利于解决区域经济模式与能源模式结构不协调的问题。针对我国这样多煤少油的国家，采用煤气化生产技术更能够适应社会发展的客观需求。新型煤气化生产模式相比于传统模式更适应行业发展需求，但是其对于煤质、煤种却具有一定的技术标准要求，现就煤种、煤质对煤气化生产技术的影响特征进行分析。

1 煤种对气化生产的影响

煤种对气化生产会产生各种复杂的影响，主要体现在热值、组分以及消耗指标等具体方面。

1.1 煤种对组分、热值的影响

不同类型的煤种在煤气化过程中会对产物的热值、产率产生不小的影响。根据一般生产经验，煤阶较低时，煤气中的甲烷、二氧化碳含量相对比较高，而一氧化碳则较低，此时根据热值分别进行排位，划分为褐煤、烟煤与无烟煤。根据煤化程度来进行划分的煤种，挥发分较高时，热解煤的产率也会相应地增加，热解煤当中的甲烷含量会随之增加。在降低化学活性时，气化反应的温度也会随之发生变化，向着有利于甲烷生产的方向发展，煤种对高温火焰区温度的影响如图1。

图1 煤种对高温火焰区温度的影响

大多数情况下，煤气产率会随着煤气化水平发生变化，挥发分较低的时候，会导致转变为焦油有机物的产品增加，此时挥发分会下降，转化为有机物的数量降低，生成的煤气量增加。如果煤化程度进一步加强，则会导致二氧化碳的含量下降，此时脱除二氧化碳后的煤气产率会相应地增加。

1.2 煤种对消耗指标的影响

煤种的选择也会对各种消耗指标产生影响。根据煤气化生产的化学过程特征来看，其本身属于吸热反应，随着煤质的变化，会出现固定碳含量的波动，此时相应的煤气化过程中的水蒸气、氧气需求也会相应地增加。根据这个特征来看，一些煤种反应过程中更容易放热，利于正反应的进行，通过降低氧气消耗量的方式来实现成本控制以及经济效益的提升。

2 煤质对气化生产的影响

2.1 粒径对气化生产的影响

一般来说，气化炉的设计往往需要与不同类型的煤质相互匹配，所以气化炉对于原煤的粒径会存在一定的要求。比如说常规移动气化炉对于粒径的要求为10～100mm，这些煤块相对更为均匀，而流化床气化炉生产过程中则要求颗粒更小的细煤，气流床应该控制在0.1mm左右。粒径越小，煤的比表面积就越高，反应介质接触面积也会相应的增加。另外，吸附与扩散的速度也会相应的增加，导致气化反应的速率增加。在粒径相对较小的情况下，气化床的床层阻力会发生变化，这不利于单炉生产能力的提升。另外，还会导致水蒸气的消耗量增加。煤的粒径较大，传热的效率会降低，此时煤的内外温差会增加，在有效的时间内不会完全气化，导致气化过程发生叠加现象，此时碳含量还会进一步增加，导致产品的转化率下降。粒径分布对于产物也会产生影响，如果存在粒径分布的范围宽泛的情况，则容易出现风洞、偏析等问题，这些问题一旦出现会显著削弱气化强度，进而导致气流带出大量的小煤粒。

2.2 含水量对气化生产的影响

一般来说，要求煤种含水量要尽可能小，这样一来就可以避免水分加热处理过程中带走大量的热量，同时也会增加氧气的消耗量，增加生产的成本。但是，考虑到生产过程中也存在一些特殊情况的煤，这些煤的热稳定性较差，加热处理后容易出现煤气携带粉尘的问题，所以一定比例的含水量也是必不可少的。根据生产实践的经验来看，含水量控制在3%～5%能够有效提升生产效率，同时避免煤气携带粉尘的问题，使得煤具有良好的流动状态。

2.3 灰分对气化生产的影响

灰分对于气化生产具有阻碍作用。根据生产原理来看，灰分含量较高，会导致气化剂与原料的接触面积下降，从而出现气化速率下降的问题。排出炉外的部分与残碳量密切相关，气化效率与净煤气的产率有关。除此之外，煤种的灰分含量较高，会导致气化炉、排灰系统发生磨损与消耗，这会导致设备无法实现原先的设计寿命，提前损坏或者报废。根据研究表明，灰分当中的金属氧化物对于氧化反应的催化剂也会产生影响，氧化剂的含量较高，催化的整体性能也会更为突出，其中起到主要催化作用的材料是碱金属与碱土金属。

2.4 硫分对气化生产的影响

气化生产中，煤种绝大多数的硫都会成为硫化氢气体进入煤气中。所以，气化生产产物的硫化氢含量往往与原材料的含硫量相关联。较高的硫化氢含量会导致生产过程中污染处理的成本快速增加，同时也会存在催化剂中毒失效的风险，甚至会导致管道腐蚀，带来严重的生产安全问题。由此可见，含硫比例对于气化生产也会产生不小的影响。

2.5 灰熔点对气化生产的影响

灰熔点又称为灰烧融性，一般是指煤灰当中酸性成分含量的影响，随着灰熔点的增加，其会导致煤气化生产过程中更容易出现结渣的问题，进而导致煤气整体质量下降。针对灰熔点较高的煤，采取较高气化温度来进行处理，能够提升反应的效率并控制水蒸气的消耗量。相对的，较低灰熔点的煤，则需要添加更多的水蒸气来满足生产过程的控制需求。

2.6 黏结性对气化生产的影响

黏结性主要对生产过程中的气流分布产生影响，如果黏结性较强，那么意味着更容易出现大块结合的问题，导致分工不均匀，工况更容易出现风险。如果黏结性适中，则在满足基本生产要求的同时降低工艺设计的要求。

2.7 化学活性对气化生产的影响

化学反应活性是指煤炭在不同条件下的化学反应能力。根据实际的实验经验来看，褐煤的化学活性最高，无烟煤的最小。化学反应活性与气化处理温度和原材料的消耗量相关，气化反应的速度快，可以在更短的时间内达到平衡，也更容易满足气化强度设计要求。

2.8 机械强度与气化生产的影响

机械强度对于气化生产也会产生影响。大多数情况下，高阶煤的机械强度更高，而中等煤化水平的焦煤往往机械强度较小。机械强度的影响主要体现在抗碎能力方面，是否更容易被粉碎成粉末，这也会影响煤气化生产过程中的损失量。另外，较强的机械性能可能存在导致气化炉操作异常问题，这也不利于后期设备的维修与养护。

3 结语

综上所述，煤气化生产对于煤质煤种具有不同的要求，但是这并不意味着较劣质的煤炭原材料无法参与生产，通过科学的技术调整，往往可以匹配不同类型的煤质与煤种原材料，在实现经济协调与统筹的基础上，促进煤气化生产的过程，从而实现经济效益、社会效益的双丰收，为实现我国能源结构化调整做出积极的贡献。