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煤炭直接液化工藝中制備合格的煤漿十分重要, 將直接影響煤漿在高壓系統的輸送、煤漿預熱和煤液化反應結果。煤炭直接液化連續試驗裝置(BSU ) 使用的煤漿固體含量一般在40% 以上。為防止固體沉降, 在煤漿制備時煤漿罐除有攪拌外, 還通過低壓煤漿泵實現循環。由于煤漿固體物中含黃鐵礦等硬質物料, 低壓煤漿泵的磨損十分嚴重。
1 常見的幾種煤漿泵及存在的問題
在BSU 裝置上使用過的煤漿泵有: 帶各種內襯材質的單螺桿泵和旋轉活塞泵等。普遍問題是磨損嚴重、壽命短, 一般使用壽命不超過30 d, 最短4d。根據煤液化煤漿特點, 雖然對這些泵做了針對性的改進, 但使用效果均不明顯。
2 W arrenrupp 氣動雙隔膜泵在BSU 裝置上使用
在2003 年2 月對BSU 裝置進行改造時, 把低壓系統的3 臺煤漿泵全部換成美國W arrenrupp 公司生產的Sandp iper 系列氣動雙隔膜泵。泵體材料: 316SS 不銹鋼; 隔膜/球閥材料: 特氟隆(PTFE) 塑料, 能耐各種腐蝕, 質量擔保期為5a。
3 使用中存在的問題
隔膜材質是影響氣動隔膜泵壽命的最主要因素之一。根據輸送介質特性選擇合適隔膜, 一般都能達到廠家設計的使用壽命。而在BSU 裝置上使用的氣動隔膜泵, 除了要考慮隔膜的材質外, 其進、出口閥的材質同樣重要。
初始運行期間, 由于對氣動泵材質的抗磨性與耐腐蝕性了解不足, 曾完全依賴廠家經驗。按廠家所述,氣動泵的壽命至少在5a 以上, 可實際上只運行了20 d 就發現氣動泵工作異常, 氣動泵壓縮頻率變快, 無流量和壓力輸出。打開閥腔發現, 其中一路入口閥只有閥座而沒有閥球; 在另一路入口彎管處找到已經變得很小的閥球。閥球是被煤漿磨損變小后經入口閥座掉入彎管的。這不僅使自身側入口閥無法關嚴, 而且還堵塞了另一側入口管, 使另一側也無法吸入煤漿。由于泵腔中的煤漿不流動, 導致煤粉在隔膜腔沉淀, 泵無法正常工作。另外還發現, 其它幾個閥球和閥座都不同程度出現磨損, 閥球普遍被磨小。閥座的密封面由于煤漿的定向流動也由最初的圓形沖刷成橢圓形, 在閥座的徑向對稱弧線上形成兩個月牙形切面。見附圖。
4 對W arrenrupp氣動雙隔膜泵改進
針對已發現的問題, 重點對氣動隔膜泵的閥座和閥球進行了改造。閥座由原來的聚四氟乙烯材質換成經特殊加工的耐磨金屬材質, 閥球也由原來的聚四氟乙烯換成陶瓷材料。據溶煤產物具有多種官能團, 具有工農醫等方面應用潛力和探索性試驗。如Faison[9] 提出被木質素真菌所溶解的煤物質可望像聚合木質素那樣在工業上用于抗氧劑、表面活性劑、樹脂或黏合劑成分; 商業上作離子交換樹脂或吸收劑用; 農業上用作土壤調節劑, 改善植物根的吸收作用; 醫學上可作為免疫輔藥等。目前溶煤產物的探索性應用試驗如韓威[8] 的研究表明, 生物溶煤產物具有明顯的刺激蒜苗生長和降低水煤漿表觀粘度的作用。
溶煤產物的另一重要應用是, 由于我國石油、然氣儲量較少, 石油緊缺, 利用微生物溶煤技術把較低經濟價值的褐煤轉化成較高經濟價值的液體燃料, 生物溶煤產物可再經厭氧菌作用而產生甲烷、甲醇、乙醇等低分子量物質, 代替石油作為燃料, 具有重要的經濟價值和環境價值。
5 應用前景
(1) 目前微生物脫硫存在細菌生長量低、繁殖時間長、環境適應性差等問題, 如何選擇出既能脫除無機硫又能脫除大部分有機物的菌種, 且適應能力強, 繁殖速度快是一大主要問題。這方面可能要應用遺傳學的最新技術和成果, 對脫硫微生物進行改良研究, 通過對當前脫硫菌和其它具有已知功能的微生物雜交、基因重組、育種等基因工程方面改造來獲得希望的菌種。美國這方面研究處于領先地位。如美國能源生物系統公司通過應用基因技術改良的微生物, 進行了與脫煤炭中有機硫相似的脫石油中硫的試驗研究。為實現煤炭生物脫硫工業化研究, 美國和德國已建成數座實驗室規模的連續生化脫硫實驗裝置, 歐盟的幾個研究組織在意大利的撒丁島已建成1 套中間規模的連續生化脫硫實驗裝置, 為工業規模生產奠定了基礎。
(2) 煤的生物溶解, 需在菌種的篩選、馴化、基因工程基礎上進一步提高微生物對煤的溶解速率和轉化率, 盡量獲得單一的化學品, 在加強對生物溶解煤產物分析鑒定基礎上, 開展生物溶解煤產物的應用研究。
(3) 篩選馴化既能溶解煤分子又能脫硫的生物菌珠對低價值褐煤進行加工處理, 提高褐煤附加值, 對合理高效地利用煤炭具有重要意義。
(4) 隨著生物技術發展,煤生物加工技術研究應用在我國得到飛速發展,前景十分廣闊。
