熔渣气化炉用添加磷酸盐的高铬耐火材料损毁机理.pdf

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1、2014年8月第39卷第4期耐火与石灰·31·熔渣气化炉用添加磷酸盐的高铬耐火材料损毁机理摘要：气化炉是一个反应容器，将含碳原料(如煤和石油焦)在高温高压的还原气氛中(极低的氧分压)与氧气反应生成CO和H的合成气。这种合成气被用作化学生产中的原料或者是用来发电。气化过程的副产品包括：1)未反应的碳；2)CO：和H：s等热气；3)含碳原料在气化炉液化过程中形成的矿物杂质或是有机金属复合物共同形成的熔渣。在气化炉中，熔渣与高铬耐火材料衬里之间发生反应会导致两种主要的剥落(结构剥落和化学剥落)和化学熔蚀。在高铬砖中添加磷酸盐相是最近研究出来的，能够起到减缓耐火衬里剥落和减轻

2、熔渣对耐火材料衬里的化学熔蚀。本文讨论了磷酸盐相对砖的显微结构影响并降低由于熔渣侵蚀所造成的耐火材料损毁。关键词：气化炉；磷酸盐；高铬耐火材料；损毁中图分类号：TQ175．716文献标识码：B文章编号：1673—7792(2014)04—0031—04与保护气化炉的高铬耐火材料接触并且和高铬砖发1简介生反应最终导致材料损毁。目前正在运行的工业用熔渣气化炉是石油化工气化炉的操作环境为高温高压还原气氛(1325行业用来制取天然气的一个高温高压的反应容器，—1575oC，2．07～6．09MPa，氧分压为10～～10atm)。改进后用来将原油制成更高价值的材料和更加精细考虑

3、气化炉的尺寸和碳的吞吐量，耐火材料衬里一的副产品。如今气化炉采用的主要含碳原料是煤和天要与200X10t熔渣接触，至少100天左右就进行石油焦，这些原料从地下开采出来后分为粒状或球一次热循环。气化炉衬里材料的修补或更换周期为状的合适粒级(一般小于250~m)，然后作为原料投2～36个月，这取决于气化炉实际开车运行情况和入到还原气氛的气化炉中(高温高压的反应容器)。原料位置。使用者希望耐火材料的使用寿命更长，在气化炉中，含碳原料经历了一系列复杂的非平衡气化炉运行更加可靠、经济性更强、更加便于维护。态的热动力学反应，这些反应被称作气化反应。气图1显示出各层耐火材料的位置组

4、成的气化炉炉墙化反应的结果是生成热能和被称作合成气的CO和结构。H：的混合气体。具体反应如下：c(原料)+H0(气体)+0(不充足)一CO+H：+CO：+少量的气体／副产品合成气用来发电或作为化学工业的原料来生产其他材料，包括塑料和化肥。气化过程的副品包括一些气体(CO：、H：S等)、未反应的碳(称作焦炭)和矿物与有机金属的混合物。混合物的形态可以是固相、液相或者气相，最终形态取决于气化过程的温度以及是否与其它物质发生反应。合成气中残留了不连续的颗粒状液相和固相的混合物，或者形成液态渣，这些熔渣顺着气龌化炉耐火材料衬里向下流动。熔渣的化学成分及其含量取决于所采用的煤和

5、石油焦等含碳原料中的灰图1气化炉炉墙结构剖面图分以及气化炉给料的速率。煤中的灰分含量大约为10％，石油焦中的灰分含量大约为1％，煤灰熔化后本研究采用的含碳原料是煤，主要的灰分包括2014年8月第39卷第4期耐火与石灰·33·Fe含量明显更低。熔渣中没有发现磷酸盐混合物，3试样的分析但是在距离熔渣与耐火材料反应接触面较远的区未添加和添加磷酸盐高铬砖试样的化学成分分域，试样N—HF和P—HF中磷酸盐含量都明显增加析分别见表4和表5，表中只列出了有明显变化的(见表6)。元素。表4图3中未添加磷酸盐的高铬砖试样中特定区域的化学成分点元素，％AICaCrFeKMgPSi7863

6、．14未测出2082．}7O30来测出238245末测出7l2336未测出159未测出019表5图3中添加磷酸盐的高铬砖试样中2O9未测出373307未测出054未测出未测出3．71未测出575未测出未测出未测出未测出未测出特定区域的化学成分4．81未测出35．0311末测出074未测出未测出92O075未测出1185．06未测出O85338图4SEM和WDX测试出的试样P—HF表面显微结构和化学成分表6在未添加磷酸盐试样(N)和添加磷酸盐试样(P)中，距离熔渣与耐火材料接触面不同深度的熔渣气孔中的化学成分(SEM-WDX)在试样N—HF和P—HF中，熔渣中的si最先

7、被发距离表面深度耐火材料中P含量范围／％现，但是试样N—HF中的si含量明显更高，为1．6％，N—HFP—HF而试样P—HF中的Si含量仅为0．1％。别的试样中没有发现si元素，这说明添加磷酸盐的高铬砖可明显降低熔渣的渗透。离气化炉较远的P—CF试样中的磷酸盐明显高于试样P—AR(分别是4．7％和2．8％)，试样N—HFNS中残存的磷酸盐含量大约为0．4％。通过XRD可以发现晶相组成没有变化，这与之前发现的材料不同。通过SEM可以对试样的显微结构进行研究分析，也就是添加与未添加磷酸盐试样的表面区域无论是在未添加(A砖)还是添加(B砖)磷酸(N—HF和