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焦粉+CO<,2>/O<,2>流化床制CO气化研究,其目的是探索更大规模、更经济的工业化生产高纯CO方法。
本课题立足于江苏索普集团醋酸厂固定床炉群式生产、H<,2>易被脱除且能在后合成工序中造成副反应、原料为高品质的铸造焦价格昂贵等生产现状。寻找一合适的发气量大、出气H含量低、能用更经济的替代原料的气化设备。
在发气量大、氢含量低,原料成本更经济的三个要求下,本课题选择了硫化床焦粉+二氧化碳/氧气气化法这一工艺方法展开研究。
从行业技术和工业化情况来看,加压气化、流化床气化、气流床气化是提高气量的三大途径。气流床气化设备投资高,关键设备喷头易损,故维护费用昂贵。加压的方法能使气化量以加压比成倍增加。但因承压,对设备有着更高的要求。故课题以流化床气化为研究对象,仅作常压研究。将来可进一步作加压研究。
对于原料选择,因目前用的铸造焦价格昂贵,约每吨1500元。如能选用焦粉,正常价格仅约每吨700元。故以焦粉为原料有着较好的经济前景。另外,长烟煤半焦正常价格仅每吨600元,但其挥法分较高,存在出气中氢含量偏高的情况。
课题选定流化床为实验设备,以铸造焦焦粉、冶金焦焦粉,半焦焦粉为实验原料,根据索普工艺要求,设定出气H<,2>%〈1.5%,CO%〉68%,气化强度1000kg/M<2> h为考察指标。因而在具体的实验安排中,对铸造焦焦粉、冶金焦焦粉,重点考察其活性能否满足出气CO%>68%的要求。对半焦焦粉,考察其高的原料挥发分下出气氢含量能否小于1.5%。安排放大的中试实验,考察流化床气化炉其气化强度能否达到1000kg/M<2> h以上稳定生产。
课题的实验,由热天平分析、流化床气化炉小试、及流化床气化炉中试三部分组成。热天平分析能反映各种焦炭原料在CO<,2>气体中不同温度下的还原反应活性状况。流化床气化炉小试,具体分析所设立的相关工艺考察指标的可行性。
从热天平分析来看,温度是影响气化反应速率的关键因素。对各种焦,温度越高,越有利于CO<,2>转化为CO,出气中CO的浓度越高。但由于温度过高,焦炭中的灰分易结渣块,故实验中温度限定于950-1050℃。从热天平分析中可看出,神木半焦、大同兰炭等长烟煤半焦有着较高的反应活性,镇江产和山西产铸造焦活性较差,而冶金焦活性最差。经热天平分析,决定仅选镇江产和山西产铸造焦、神木半焦、大同兰炭为主要气化原料作进一步小试。小试中发现,铸造焦的小试出气成分CO%能大于50%,考虑小试的热损较大,可认为镇江产铸造焦流化床制气具有满足山气CO>68%的可能性。神木半焦、大同兰炭的活性较好,出气中CO%可大于70%,但其出气中氢含量约5%左右,高于要求的<1.5%。实验中进一步对大同兰炭作干馏处理以降低其挥法分。经两次950℃、30分钟的干馏处理,干馏后的大同兰炭流化床反应出气氢含量可小于2.5%,与要求的指标较接近。
中试中,重点对镇江铸造焦、大同兰炭作进一步实验,在中试炉中,镇江铸造焦流化制气试验时,在950-1100℃温度范同下,能稳定生产,在1050℃时,CO%能于66%-68%之间,在1100℃下,能达71%。气化强度能始终达到1500kg/M<2> h。比较理想。对预热处理的大同兰炭的中试实验,虽氢含量在2%左右,但CO%能达85%-90%,气化强度能达2000kg/M<2>h,四倍于目前状况。有着很好的应用前景。