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煤炭直接液化工艺中制备合格的煤浆十分重要, 将直接影响煤浆在高压系统的输送、煤浆预热和煤液化反应结果。煤炭直接液化连续试验装置(BSU ) 使用的煤浆固体含量一般在40% 以上。为防止固体沉降, 在煤浆制备时煤浆罐除有搅拌外, 还通过低压煤浆泵实现循环。由于煤浆固体物中含黄铁矿等硬质物料, 低压煤浆泵的磨损十分严重。
1 常见的几种煤浆泵及存在的问题
在BSU 装置上使用过的煤浆泵有: 带各种内衬材质的单螺杆泵和旋转活塞泵等。普遍问题是磨损严重、寿命短, 一般使用寿命不超过30 d, 最短4d。根据煤液化煤浆特点, 虽然对这些泵做了针对性的改进, 但使用效果均不明显。
2 W arrenrupp 气动双隔膜泵在BSU 装置上使用
在2003 年2 月对BSU 装置进行改造时, 把低压系统的3 台煤浆泵全部换成美国W arrenrupp 公司生产的Sandp iper 系列气动双隔膜泵。泵体材料: 316SS 不锈钢; 隔膜/球阀材料: 特氟隆(PTFE) 塑料, 能耐各种腐蚀, 质量担保期为5a。
3 使用中存在的问题
隔膜材质是影响气动隔膜泵寿命的最主要因素之一。根据输送介质特性选择合适隔膜, 一般都能达到厂家设计的使用寿命。而在BSU 装置上使用的气动隔膜泵, 除了要考虑隔膜的材质外, 其进、出口阀的材质同样重要。
初始运行期间, 由于对气动泵材质的抗磨性与耐腐蚀性了解不足, 曾完全依赖厂家经验。按厂家所述,气动泵的寿命至少在5a 以上, 可实际上只运行了20 d 就发现气动泵工作异常, 气动泵压缩频率变快, 无流量和压力输出。打开阀腔发现, 其中一路入口阀只有阀座而没有阀球; 在另一路入口弯管处找到已经变得很小的阀球。阀球是被煤浆磨损变小后经入口阀座掉入弯管的。这不仅使自身侧入口阀无法关严, 而且还堵塞了另一侧入口管, 使另一侧也无法吸入煤浆。由于泵腔中的煤浆不流动, 导致煤粉在隔膜腔沉淀, 泵无法正常工作。另外还发现, 其它几个阀球和阀座都不同程度出现磨损, 阀球普遍被磨小。阀座的密封面由于煤浆的定向流动也由最初的圆形冲刷成椭圆形, 在阀座的径向对称弧线上形成两个月牙形切面。见附图。
4 对W arrenrupp气动双隔膜泵改进
针对已发现的问题, 重点对气动隔膜泵的阀座和阀球进行了改造。阀座由原来的聚四氟乙烯材质换成经特殊加工的耐磨金属材质, 阀球也由原来的聚四氟乙烯换成陶瓷材料。据溶煤产物具有多种官能团, 具有工农医等方面应用潜力和探索性试验。如Faison[9] 提出被木质素真菌所溶解的煤物质可望像聚合木质素那样在工业上用于抗氧剂、表面活性剂、树脂或黏合剂成分; 商业上作离子交换树脂或吸收剂用; 农业上用作土壤调节剂, 改善植物根的吸收作用; 医学上可作为免疫辅药等。目前溶煤产物的探索性应用试验如韩威[8] 的研究表明, 生物溶煤产物具有明显的刺激蒜苗生长和降低水煤浆表观粘度的作用。
溶煤产物的另一重要应用是, 由于我国石油、然气储量较少, 石油紧缺, 利用微生物溶煤技术把较低经济价值的褐煤转化成较高经济价值的液体燃料, 生物溶煤产物可再经厌氧菌作用而产生甲烷、甲醇、乙醇等低分子量物质, 代替石油作为燃料, 具有重要的经济价值和环境价值。
5 应用前景
(1) 目前微生物脱硫存在细菌生长量低、繁殖时间长、环境适应性差等问题, 如何选择出既能脱除无机硫又能脱除大部分有机物的菌种, 且适应能力强, 繁殖速度快是一大主要问题。这方面可能要应用遗传学的最新技术和成果, 对脱硫微生物进行改良研究, 通过对当前脱硫菌和其它具有已知功能的微生物杂交、基因重组、育种等基因工程方面改造来获得希望的菌种。美国这方面研究处于领先地位。如美国能源生物系统公司通过应用基因技术改良的微生物, 进行了与脱煤炭中有机硫相似的脱石油中硫的试验研究。为实现煤炭生物脱硫工业化研究, 美国和德国已建成数座实验室规模的连续生化脱硫实验装置, 欧盟的几个研究组织在意大利的撒丁岛已建成1 套中间规模的连续生化脱硫实验装置, 为工业规模生产奠定了基础。
(2) 煤的生物溶解, 需在菌种的筛选、驯化、基因工程基础上进一步提高微生物对煤的溶解速率和转化率, 尽量获得单一的化学品, 在加强对生物溶解煤产物分析鉴定基础上, 开展生物溶解煤产物的应用研究。
(3) 筛选驯化既能溶解煤分子又能脱硫的生物菌珠对低价值褐煤进行加工处理, 提高褐煤附加值, 对合理高效地利用煤炭具有重要意义。
(4) 随着生物技术发展,煤生物加工技术研究应用在我国得到飞速发展,前景十分广阔。
