在鲁奇加压气化过程中生产操作压力是气化工艺过程中的一个重要控制参数,气化压力对于煤气的组成、煤气产率、蒸汽消耗量、氧气消耗量以及气化炉生产能力都有不同程度的影响。
(1)压力对煤气组成及煤气产率的影响
随着气化压力的升高,有利于气体体积缩小的反应进行,煤气中的CH 4 和CO 2 含量增加,煤气的热值提高。煤气组成随气化压力的变化如图3.3.3所示。
图3.3.3 粗煤气组成与气化压力的关系
图3.3.4 煤气产率与气化压力的关系
(2)压力对煤气产率的影响
如图3.3.4所示,随着气化压力的升高,煤气组成中,大分子物质CH 4 和CO 2 比例增多,小分子物质CO和H 2 减少,从而使得煤气总体积减少,煤气的产率降低。
(3)压力对氧气和水蒸气消耗量的影响
随着压力升高,甲烷化反应增多,放出的热量增多,供给整个气化炉热量需求,从而可降低碳燃烧反应的热量供给,使得氧气的消耗量降低。
随着压力升高,甲烷化反应增多,甲烷中的氢主要来自于气化剂水蒸气,因而,水蒸气的绝对消耗量增多,但加压却抑制了反应C+H 2 O→CO+H 2 向正反应方向进行,从而降低了水蒸气的绝对分解率。
(4)压力对气化炉生产能力的影响
随着压力的升高,气体的扩散速度和反应速率均加快,使得气化炉的生产能力提高,通常,加压气化的生产能力是常压气化生产能力的 P 倍。
气化温度对气化过程的热力学和动力学均产生影响,生产证明提高操作温度是强化生产的最重要手段,可减少投资,降低成本。
(1)温度对煤气组成的影响
升高温度,有利于吸热反应的进行,因此,煤气中H 2 和CO的含量增大,而CH 4 和CO的含量减小。如图3.3.5所示。
(2)温度对气化炉生产能力的影响
升高温度,提高了气化反应的反应速率,并使得碳的燃烧反应进行得更加充分,碳转化率提高,从而提高了气化炉的生成能力。
虽然提高温度对强化气化过程是有利的,但鲁奇炉气化温度却受到设备和排渣的制约。鲁奇气化炉内结构比较复杂,炉内设有搅拌器、煤分布器、炉箅等转动设备。气化温度过高容易造成这些设备的损坏;鲁奇气化炉是固态排渣气化炉,气化温度过高灰渣容易熔融并黏结成块,造成排灰不畅。因此,鲁奇气化炉的操作温度应该是在保证灰不熔融成渣的基础上,维持足够高的温度以保证煤完全气化,目前工业运行的鲁奇气化炉一般为1000 ~1150℃。
图3.3.5 粗煤气组成与气化温度的关系
加压气化煤气生产中汽氧比是一个重要操作条件,汽氧比是指气化剂中水蒸气与氧气的组成比例,改变汽氧比的过程实际是调整和控制气化温度的过程。在鲁奇气化炉中,氧气的用量会影响燃烧层厚度,一般应根据气化炉的生产负荷进行调整。而汽氧比的调整主要是调整气化剂中水蒸气的用量。在气化过程中,水蒸气的用量是过量的,一方面,可以促进水蒸气分解反应向正反应方向进行;另一方面,水蒸气的温度比气化层温度低得多,加入过量的水蒸气相当于加入了“冷却剂”。因此,汽氧比提高,气化温度降低;反之,则上升。
汽氧比过大会使得气化温度降低,从而使得碳转化率、有效气体产率、气化强度等气化指标都下降,而且,过多的蒸汽不能分解,会使得煤气中蒸汽含量增加,增加了后续煤气水分离的负荷,因此,应保证燃烧层最高温度低于灰熔点的前提下,维持较低的汽氧比。