テキサコ石炭ガス化炉は、国内の肥料工場で広く使用されているガス化炉です。この記事では、の使用と侵食を分析します。耐火レンガテキサコの石炭ガス化炉での改善策を提案します。
01: 耐火レンガの浸食解析
1.1 侵食
耐火レンガの主成分はコランダムです。残留油は高温の石炭ガス化炉内で一連の化学反応を引き起こし、高温の溶融物を生成します。溶融物の浸透により耐火レンガの材質が変化し、その結果耐火レンガが浸食されます。油の浸食は主に、SiO2、CaO、NiO、V2O5、Fe2O3、P2O5、その他の物質などの油残留物中の成分が原因で発生し、これらが耐火レンガ内のコランダムと化学反応して高温スラグを形成します。これらのスラグは、浸透作用によりレンガの細孔に入り、耐火レンガの構造に大きな変化を引き起こし、物性の変化を引き起こします。劣化した耐火レンガの高温や気流侵食に対する抵抗力は大幅に低下し、残留油中の不純物の浸透により耐火レンガの共晶点の温度が低くなります。高速空気流の作用により、レンガ表面の溶融材料は残留油の高温溶融物に入ります。さらに、高温スラグの浸透により、レンガ本体の構造変化が引き起こされます。応力の影響により亀裂が発生し、ゆっくりと拡大し、ブロックが脱落する場合もあります。
1.2 スラグの浸透
残留油の蒸発は、別の方法でも耐火レンガの浸食を引き起こします。高温条件下では、スラグはレンガ本体の開気孔チャネルに沿ってレンガ本体の内部に浸透し、高温化学反応が発生して新しい鉱物アルミン酸カルシウムが生成され、レンガ本体の品質に大きな変化が生じます。耐火レンガの構造が劣化し、劣化の原因となります。高温条件下では、反応により生成したアルミン酸カルシウムと劣化した煉瓦本体のコランダムの熱膨張係数が大きく異なり、膨張距離も大きく異なるため、煉瓦本体に亀裂が発生します。亀裂は時間の経過とともに徐々に拡大し、最終的には大きな破片が脱落し、耐火レンガが深刻な損傷を受けます。また、スラグの浸透深さは熱環境と大きな関係があります。たとえば、圧力が大きいほど、浸透深さは深くなります。
1.3 ストレスの役割
耐火レンガの腐食を引き起こす応力には主に 2 種類あり、1 つは熱応力、もう 1 つは構造応力です。石炭ガス化炉は毎年何度も検査のために停止されます。つまり、停止によって引き起こされる温度変動により、耐火レンガ材料の弱い部分に熱応力が発生します。シャットダウンが頻繁すぎると、耐火レンガの寿命が短くなります。スラグが浸透するにつれて熱応力が温度低下の方向に伝わり、各セクションの接合部に異なる組織構造が形成され、レンガ本体に亀裂が生じ、時間の経過とともにレンガ本体の腐食が形成されます。
構造応力は温度にも関係します。高温下で構造自体が発生する力です。ガス炉の使用の後期には、耐火レンガが沈下することがよくあります。この沈み込み現象の発生にはコランダムの材質も関係していますが、最も重要なのは耐火煉瓦の外材の高温耐性に関係しています。コランダムレンガの軟化温度が1700度以上であると仮定すると、0.2%の変化率を除いて、1600度で3時間後に耐火レンガを沈めることは不可能です。したがって、主な原因は、構造応力の作用により外部材料が沈むことです。
02：耐火レンガの長寿命化
2.1 石炭の品質管理
耐火レンガの損傷の分析では、油残留物が耐火レンガの損傷の主な原因であることがわかり、品質の高い石炭の使用を考慮する必要があります。新しい石炭混合技術を使用すると、さまざまな低灰融点、低灰分、高活性石炭を使用でき、灰溶融温度を効果的に下げることができます。石炭混合後の灰分は低いほど良く、最大で 15% まで制御できます。もちろん、石炭混合の選択は、総合的な経済的利益を考慮して完了する必要もあります。ガス炉では、石炭の混合は灰分を減らす方法です。さらに、クリーンコールを添加することにより、灰分を減らすことができます。炉灰組成の検出に応じて、異なる割合の添加を適切に調整することができ、これにより、炉灰スラグの融点が効果的に低下し、耐火レンガへの損傷が軽減されます。
2.2 新技術の研究
ガス化炉の安全性を確保することを前提として、耐火レンガの腐食を効果的に軽減できる新技術の研究が行われています。たとえば、高温熱電対の寿命を延ばすために、高温熱電対に新しい転写技術が使用されています。石灰石の添加量を減らすと、油残留物中の CaO 含有量を減らすことができます。自動制御技術により酸素と石炭の比率を最適化します。ガス化装置の動作条件を改善するために、新しいバーナーが開発されました。耐火レンガの腐食を軽減するための新しい技術は、これらの出発点から開発できます。
ガス化炉内の耐火耐火レンガの腐食を軽減するために、耐スラグ性の観点から新しい技術を開発することができます。耐火レンガの表面に常に固体のスラグが保持されるように、適切なガス化装置の温度を選択できます。これらの固体スラグは、流れるスラグをレンガ本体から十分に分離することができるため、浸食や洗掘の可能性が減り、耐火レンガの耐食性が向上します。
