第5章-煤炭氣化技術(shù)ppt課件

1、第 5 章 煤炭氣化,5.1 概述 5.2 煤氣化技術(shù)的分類 5.3 煤氣化基本原理 5.4 煤氣化過程的常用評(píng)價(jià)指標(biāo) 5.5 影響煤氣化效率的主要因素 5.6 煤氣化工藝及設(shè)備 5.7 煤氣化技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì),5.1 概述,煤炭氣化是指在特定的設(shè)備（氣化爐）內(nèi)于一定溫度及壓力下使煤中的有機(jī)質(zhì)與氣化劑發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，將煤轉(zhuǎn)化為灰渣和可燃性氣體（煤氣）的過程。 根據(jù)所采用的氣化劑的不同（空氣、純氧、富氧空氣、水蒸氣、二氧化碳、氫氣、甲烷或混合氣化劑等） 和氣化工藝的不同，能夠制得各種不同成分的煤氣，經(jīng)進(jìn)一步的凈化與變換反應(yīng)，可用于生產(chǎn)工業(yè)燃料氣、民用煤氣和化工原料氣（合成氣,5.1.1

2、 煤炭氣化的定義,5.1.2 煤氣的種類,煤氣成分取決于燃料、汽化劑的種類以及氣化過程的條件。 根據(jù)汽化劑和煤氣成分分類,典型的幾類煤氣的組成和熱值,根據(jù)煤氣熱值的高低分類,1) 發(fā)生爐煤氣 分為空氣煤氣和混合煤氣。發(fā)生爐煤氣是以空氣或空氣/水蒸氣為氣化劑使煤發(fā)生氣化反應(yīng)制得的，由于混了大量的氮?dú)?，所以其熱值很低，又稱貧煤氣。 (2) 水煤氣 一般是氧氣和水蒸氣作為氣化劑，與熾熱的煙煤或焦炭作用制得的。因此氮?dú)夂枯^低，煤氣熱值高于發(fā)生爐煤氣。 (3) 城市煤氣 通過干餾熱解得到的煤氣，用作民用燃料氣，我國(guó)城市煤氣要求熱值大于14.64MJ/m3，H2S含量少于20mg/m3，氧體積含量少于1

3、,按煤氣的組成和用途分類,4）替代天然氣 氣體成分組成和熱值與天然氣類似的煤氣，一般要求CH4含量在75%以上，熱值在41.8MJ/m3左右，屬高熱值煤氣，可在工業(yè)應(yīng)用中作為天然氣的替代品適用。 （5） 合成氣 合成氣是經(jīng)變換和凈化后的水煤氣，具有特定組分要求，是合成某種化工產(chǎn)品原料煤氣。合成氣的組成與用途有關(guān)，如合成氨、合成甲醇、合成醋酸等都有不同的成分要求： 合成氨所用的合成氣必須是氮和氫的混合物，且H2/N2約等于3； 合成甲醇用合成氣要求CO含量較高，H2/N2約等于2.5,5.1.3 煤氣的應(yīng)用,1) 作為工業(yè)燃?xì)?熱值為11001350大卡熱的煤氣，采用常壓固定床氣化爐、流化床氣化

4、爐均可制得。主要用于鋼鐵、機(jī)械、衛(wèi)生、建材、輕紡、食品等部門，用以加熱各種爐、窯，或直接加熱產(chǎn)品或半成品。 2) 作為民用煤氣 熱值在30003500大卡，要求CO小于10，除焦?fàn)t煤氣外，用直接氣化也可得到，采用魯奇爐較為適用。與直接燃煤相比，民用煤氣不僅可以明顯提高用煤效率和減輕環(huán)境污染，而且能夠極大地方便人民生活，具有良好的社會(huì)效益與環(huán)境效益。出于安全、環(huán)保及經(jīng)濟(jì)等因素的考慮，要求民用煤氣中的H2、CH4、及其它烴類可燃?xì)怏w含量應(yīng)盡量高，以提高煤氣的熱值；而CO有毒，其含量應(yīng)盡量低,3) 作為化工合成和燃料油合成原料氣 德國(guó)早在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期就采用費(fèi)托工藝合成航空燃料油。隨著合成氣化工

5、和碳化學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以煤氣化制取合成氣，進(jìn)而直接合成各種化學(xué)品的路線已經(jīng)成為現(xiàn)代煤化工的基礎(chǔ)，主要包括合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚以及合成液體燃料等。 化工合成氣對(duì)熱值要求不高，主要對(duì)煤氣中的CO、H2等成分有要求，一般德士古氣化爐、Shell氣化爐較為合適。 4) 作為冶金還原氣 煤氣中的CO和H2具有很強(qiáng)的還原作用。在冶金工業(yè)中，利用還原氣可直接將鐵礦石還原成海棉鐵；在有色金屬工業(yè)中，鎳、銅、鎢、鎂等金屬氧化物也可用還原氣來(lái)冶煉。因此，冶金還原氣對(duì)煤氣中的CO含量有要求,7) 煤炭氣化制氫 氫氣廣泛的用于電子、冶金、玻璃生產(chǎn)、化工合成、航空航天、煤炭直接液化及氫能電池等領(lǐng)域，目

6、前世界上96%的氫氣來(lái)源于化石燃料轉(zhuǎn)化。而煤炭氣化制氫起著很重要的作用，一般是將煤炭轉(zhuǎn)化成CO和H2，然后通過變換反應(yīng)將CO轉(zhuǎn)換成H2和H2O，將富氫氣體經(jīng)過低溫分離或變壓吸附及膜分離技術(shù)，即可獲得氫氣。 8) 煤炭直接液化的氣源 煤炭液化需要煤炭氣化制氫，而可選的煤炭氣化工藝同樣包括固定床加壓Lurgi氣化、加壓流化床氣化和加壓氣流床氣化工藝,5.2 煤氣化技術(shù)的分類,按氣化壓力分為：常壓氣化和加壓氣化 低壓氣化（00.35MPa）、中壓氣化（0.73.5MPa）和高壓氣化（7MPa） 按操作方式分為：間歇?dú)饣瓦B續(xù)氣化 按排渣方式分為：固態(tài)排渣和液態(tài)排渣 按進(jìn)煤狀態(tài)分為： 塊煤氣化（650

7、mm） 細(xì)粒煤氣化（0.19mm） 粉煤（0.1mm） 按入料煤的形態(tài) 干法氣化；濕法氣化水煤漿、油煤漿氣化,按氣化劑的種類分：空氣鼓風(fēng)氣化（空氣煤氣）、空氣-水蒸氣氣化（發(fā)生爐煤氣）、氧-水蒸氣氣化（水煤氣）和加氫氣化（以氫氣為化劑）等。 按煤與汽化劑在氣化爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為： 固定床氣化 流化床氣化 氣流床氣化 熔融床氣化,按氣化進(jìn)行的場(chǎng)所 常規(guī)氣化站和氣化地下氣化,常規(guī)氣化站,氣化地下氣化,煤炭氣化技術(shù)的命名,工業(yè)生產(chǎn)中氣化方法命名突出一兩個(gè)類別，冠以名稱。 Lurgi 氣化法：固定床塊煤加壓氣化法； Koppres-Totzek氣化法：常壓粉煤氣流夾帶床氣化法； Winkler 氣化法：

8、細(xì)顆粒煤流化床氣化法； Shell法：粉煤加壓液態(tài)排渣氣化法等,5.3 煤氣化基本原理,煤的氣化主要有以下幾個(gè)階段： 煤炭干燥脫水 熱解脫揮發(fā)分 揮發(fā)分和熱解半焦的氣化反應(yīng),1）煤和氧的主要反應(yīng) 2C+O2=2CO+Q C+O2=CO2+Q C+CO2=2CO-Q 2CO+O2=2CO2+Q 從化學(xué)平衡的角度來(lái)考慮，增加反應(yīng)的溫度可以使反應(yīng)向著CO生成的方向進(jìn)行，降低反應(yīng)的壓力，有利于CO的生成，所以在高溫低壓的條件下，產(chǎn)物中的CO的含量會(huì)升高,5.3.1 氣化反應(yīng)主要類型,2）煤和水蒸氣的反應(yīng) C+H2O=CO+H2-Q C+2H2O=CO2+2H2-Q CO+H2O=CO2+H2+Q 從化

9、學(xué)平衡的角度來(lái)考慮,提高溫度有利于CO和H2的生成，同時(shí)也可以降低H2O的含量,3）煤氣中的甲烷反應(yīng) C+2H2=CH4+Q CO+3H2=CH4+H2O+Q 2CO+2H2=CH4+CO2+Q CO2+4H2=CH4+2H2O+Q 2C+2H2O(g)=CH4+CO2+Q 從化學(xué)平衡的角度來(lái)考慮,降低反應(yīng)的溫度有使反應(yīng)向著正反應(yīng)的方向進(jìn)行，煤氣中的甲烷含量增加，反之則減少；提高壓力有使反應(yīng)向著正反應(yīng)的方向進(jìn)行。煤氣中的甲烷含量增加，反之則減少；所以說在高壓低溫的條件下，有利于甲烷的生成,煤的熱解(coal pyrolysis): Coal CH4 + CO + CO2 + Oils + Ta

10、rs + C (Char) 煤的燃燒(coal combustion): C + O2 CO2 H = 405.9 kJ/mol 不完全燃燒: 2 C + O2 2CO H = 123 kJ/mol CO2在半焦上的還原 (Boudouard reaction): C + CO2 2CO H = 159.7 kJ/mol 水煤氣反應(yīng) (water gas reaction): C + H2O CO + H2 H = 118.9 kJ/mol 甲烷化反應(yīng) (hydrogasification reaction): C + 2H2 CH4 H = 87.4 kJ/mol 水煤氣變換反應(yīng) : CO

11、+ H2O H2 + CO2 H = 40.9 kJ/mol 甲烷化反應(yīng): CO + 3H2 CH4 + H2O H = 206.3 kJ/mol,煤氣化主要化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng),放熱反應(yīng),吸熱反應(yīng),除了以上反應(yīng)外，煤中存在的少量的雜質(zhì)元素如硫、氮等，也會(huì)與氣化劑或氣化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，在還原性氣氛下生成H2S、COS、N2、NH3以及HCN等物質(zhì)，具體反應(yīng)如下： S+O2SO2 SO2+3H2H2S+2H2O SO2+2COS+2CO2 2H2S+SO23S+2H2O S+2CCS2 S+COCOS N2+3H22NH3 N2+H2O+2CO2HCN+1.5O2 N2+x O22NOx,5.3.2 煤

12、氣化反應(yīng)一般歷程,煤的氣化過程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，在氣化爐中所進(jìn)行的反應(yīng)，除部分為氣相均相反應(yīng)外，大多數(shù)屬于氣固非均相反應(yīng)過程，所以氣化反應(yīng)過程速度同化學(xué)反應(yīng)速度和擴(kuò)散傳質(zhì)速度有關(guān)，其反應(yīng)機(jī)理符合非均相無(wú)催化反應(yīng)的一般歷程，煤或煤焦的氣化反應(yīng)一般經(jīng)歷七個(gè)相繼發(fā)生的步驟,1） 反應(yīng)氣體從氣相擴(kuò)散到固體碳表面（外擴(kuò)散）； （2） 反應(yīng)氣體再通過顆粒的孔道進(jìn)入小孔的內(nèi)表面（內(nèi)擴(kuò)散）； （3） 反應(yīng)氣體分子吸附在固體表面上，形成中間絡(luò)合物； （4） 吸附的中間絡(luò)合物之間，或中間絡(luò)合物和氣相分子之間發(fā)生反應(yīng)，屬于表面反應(yīng)步驟； （5） 吸附態(tài)的產(chǎn)物從固體表面脫附； （6） 產(chǎn)物分子通過固體的內(nèi)部孔

13、道擴(kuò)散出來(lái)（內(nèi)擴(kuò)散）； （7） 產(chǎn)物分子從顆粒表面擴(kuò)散到氣相中（外擴(kuò)散,總反應(yīng)速度可以由外擴(kuò)散過程、內(nèi)擴(kuò)散過程或表面反應(yīng)過程控制。大量實(shí)驗(yàn)研究表明，低溫時(shí)表面反應(yīng)過程是氣化反應(yīng)的控制步驟，高溫條件下，擴(kuò)散或傳質(zhì)過程逐步變?yōu)榭刂撇襟E,氣化效率：用于衡量原料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成可回收的能量的效率； 氣化效率=（產(chǎn)品煤氣的熱值+可回收的熱量）/原料的熱值 氣效率：用于衡量原料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品化學(xué)能的效率； 冷煤氣效率=產(chǎn)品氣體的熱值/原料的熱值 熱煤氣效率 =(粗煤氣熱值+粗煤氣顯熱)/原料煤熱值 碳轉(zhuǎn)化效率：用于衡量原料中的碳轉(zhuǎn)化成煤氣中的碳的效率； 碳轉(zhuǎn)化率=1-殘?jiān)械奶?原料中的碳 有效氣體

14、產(chǎn)率：用于衡量單位原料可以產(chǎn)生的有效氣體量 有效氣體產(chǎn)率=（制得的CO+H2量）/原料煤量 氣化強(qiáng)度是指氣化爐單位面積每小時(shí)所能氣化的原料煤質(zhì)量，單位是t/(m2h)，它反映了氣化過程的生產(chǎn)能力,5.4 煤氣化過程的常用評(píng)價(jià)指標(biāo),5.5 影響煤氣化效率的主要因素,原料煤性質(zhì) 反應(yīng)活性 粘結(jié)性 結(jié)渣性與灰熔點(diǎn) 熱穩(wěn)定性 機(jī)械強(qiáng)度 粒度分布 煤中的水分與灰分 揮發(fā)分 固定碳,操作條件 氣化溫度 壓力 原料配比 水蒸氣/煤比 氧/煤比,反應(yīng)活性,反應(yīng)活性是指在一定條件下，煤炭與不同的氣體介質(zhì)，如CO2 、 O2 、 H2O 、 H2 ，相互作用的反應(yīng)能力。煤炭反應(yīng)活性通常以被還原為CO的CO2 量占

15、通入CO2總量的體積百分?jǐn)?shù)，即CO2的還原率，作為反應(yīng)活性的指標(biāo)。 反應(yīng)活性的強(qiáng)弱直接影響到產(chǎn)氣率、耗氧量、煤氣成分、灰渣或飛灰的含碳量及熱效率等。 首先反應(yīng)活性強(qiáng)的煤，在氣化和燃燒過程中反應(yīng)速度快，效率高，其起始?xì)饣臏囟染驮降?，而低溫條件對(duì)生成CH4有利，也能減少氧耗。其次與同樣灰熔點(diǎn)的低反應(yīng)活性煤相比，使用較少的水蒸氣就可以控制反應(yīng)溫度不超過灰熔點(diǎn)，減少了水蒸氣的消耗量,粘結(jié)性,煤的粘結(jié)性是指煤被加熱到一定溫度時(shí)，煤受熱分解并產(chǎn)生膠質(zhì)體，最后粘結(jié)成塊狀焦炭的能力。 煤的粘結(jié)性不利于氣化過程的進(jìn)行，破壞料層中氣流的均勻分布，并阻礙料層的正常下移，使氣化過程惡化。嚴(yán)重粘結(jié)時(shí)，會(huì)使氣化過程無(wú)法

16、進(jìn)行。 一般移動(dòng)床煤氣化爐要求氣化用煤是不粘結(jié)性的，或者只有很弱的粘結(jié)性。使用粘結(jié)性的煤，需在氣化爐內(nèi)粘結(jié)區(qū)部位增設(shè)攪拌裝置進(jìn)行破粘處理,結(jié)渣性與灰熔點(diǎn),煤中的礦物質(zhì)，在高溫和活性氣體介質(zhì)的作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)槔喂痰恼辰Y(jié)物或熔融爐渣的能力稱為結(jié)渣性。影響什么？ 煤的灰熔點(diǎn)。固態(tài)排灰的氣化爐，要求煤灰熔點(diǎn)ST大于1250，否則在氣化過程中容易結(jié)渣，形成風(fēng)洞；液態(tài)排渣的氣化爐，可以用低灰熔點(diǎn)的煤，但難于用灰熔點(diǎn)ST超過1470的煤，否則排渣困難?；页煞种械乃嵝匝趸?SiO2和A12O3)含量越高，灰熔點(diǎn)越高，灰渣粘度越大；而當(dāng)堿性氧化物(CaO、MgO和Na2O)含量高時(shí)，灰熔點(diǎn)低，灰渣粘度小。 原料

17、準(zhǔn)備工段中設(shè)法向煤中加一些添加劑，以降低或提高煤灰熔點(diǎn)，以適應(yīng)氣化操作條件的要求,熱穩(wěn)定性,熱穩(wěn)定性是指煤在高溫下燃燒或氣化過程中，對(duì)溫度劇烈變化的穩(wěn)定程度，也就是塊煤在溫度急劇變化時(shí)，保持原來(lái)粒度的性能。 煤的熱穩(wěn)定性與煤的變質(zhì)程度、成煤條件、煤中的礦物組成以及加熱條件有關(guān)。一般煙煤的熱穩(wěn)定性較好，褐煤、無(wú)煙煤和貧煤的熱穩(wěn)定性較差。無(wú)煙煤則因其結(jié)構(gòu)致密，受熱后內(nèi)外溫差大，膨脹不均產(chǎn)生應(yīng)力，使塊煤碎裂。貧煤急劇受熱也容易爆裂，即熱穩(wěn)定性也較差。 熱穩(wěn)定性是如何影響氣化過程的,機(jī)械強(qiáng)度、粒度分布,機(jī)械強(qiáng)度：煤的機(jī)械強(qiáng)度，是指塊煤的抗碎強(qiáng)度、耐磨強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度等綜合性物理和機(jī)械性能。機(jī)械強(qiáng)度高低與

18、氣化過程效率關(guān)系？ 粒度分布：不同的氣化方式對(duì)原料煤的粒度要求不同。固定床氣化爐，要求使用550mm 的塊煤，粒度應(yīng)均勻合理。大塊燃料滾向爐膛壁，小顆粒和粉末落在燃料層中心，從而造成爐壁附近阻力較小，大部分空氣從這里穿過，使這里的燃燒層上移，嚴(yán)重時(shí)可使燃料層燒穿。均勻的爐料可使?fàn)t內(nèi)料層有很好的均勻的透氣性，獲得較好的煤氣質(zhì)量和較高的氣化效率。塊煤低缺時(shí)，可將細(xì)粒煤制成型煤進(jìn)行造氣,水分與灰分,煤的水分、灰分對(duì)氣化過程有重要影響，水分過高，會(huì)增加氣化過程中的熱能消耗，降低氣化反應(yīng)的溫度，超過一定限度時(shí)，須在入爐前進(jìn)行干燥(水煤漿氣化法例外)。 灰分過高，會(huì)增加熱量損失和碳的不完全反應(yīng)等。因此，在

19、選擇氣化用煤時(shí)需要綜合考慮,揮發(fā)分和固定碳,揮發(fā)分：指煤在與空氣隔絕的容器中加熱一定時(shí)間以后，從煤中分解出來(lái)的液體(蒸汽狀態(tài))和氣體產(chǎn)物（焦油、酚及甲烷等）。揮發(fā)分析出的現(xiàn)象，只有在固定床氣化時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。在流化床和氣流床氣化中，因氣化反應(yīng)溫度高，煤中揮發(fā)分經(jīng)高溫裂解，生成氣態(tài)產(chǎn)物直接轉(zhuǎn)入煤氣中。 固定碳：氣化用煤的固定碳含量高，則煤氣產(chǎn)率高，氣化效率和熱效率都高，相應(yīng)地，單位質(zhì)量煤的空氣消耗、蒸汽消耗亦高。因煤的變質(zhì)程度不同，煤的固定碳含量亦不同，在工業(yè)生產(chǎn)或設(shè)計(jì)中針對(duì)不同變質(zhì)程度的煤種，應(yīng)采用不同的氧氣和水蒸氣的理論消耗值,氣化爐操作條件,氣化溫度 對(duì)于固態(tài)排渣的氣化方法，為防止結(jié)渣，應(yīng)將溫

20、度控制在煤的灰熔點(diǎn)以下，但同時(shí)溫度增高有利于提高煤的反應(yīng)活性和碳的轉(zhuǎn)化率，同時(shí)不同的操作溫度還會(huì)影響到產(chǎn)物的生成，如低溫條件有利于CH4的生成。 壓力 壓力不僅能直接影響化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，還會(huì)對(duì)煤的性質(zhì)產(chǎn)生影響從而間接影響氣化效果。 在加壓的情況下，氣體密度增大，化學(xué)反應(yīng)速度加快，有利于單爐生產(chǎn)能力的提高； 從氣化反應(yīng)平衡來(lái)講，加壓有利于甲烷的形成，不利于二氧化碳的還原和水蒸氣的分解，從而導(dǎo)致水耗量增大，煤氣中二氧化碳濃度有所增加,生產(chǎn)原料氣宜低壓，生產(chǎn)燃料氣宜高壓。？ 甲烷生成反應(yīng)為放熱反應(yīng)其反應(yīng)熱可作為水蒸氣分解、二氧化碳等吸熱反應(yīng)熱源 。 隨著壓力的增加，氣化反應(yīng)中氧氣消耗量減少； 加壓可

21、阻止氣化時(shí)上升氣體中所帶出物料的量，有效提高鼓風(fēng)速度，增大其生產(chǎn)能力,煤的粘結(jié)性隨壓力的增加而增加。 弱粘結(jié)性煤，粘結(jié)指數(shù)都隨壓力的增加而上升，而且在壓力增加到0.5 1MPa 以前時(shí)，粘結(jié)性增加較快。 粘結(jié)性煤，粘結(jié)指數(shù)也隨壓力的增加而增加，并且隨壓力的增加開始增加較快，然后逐漸減慢。 結(jié)渣率隨系統(tǒng)壓力的增加而減少。為什么,5.6 煤炭氣化工藝及裝備,煤氣化的方法 固定（移動(dòng)）床氣化法 流化床氣化法 氣流床氣化法 其他氣化方法 熔融床氣化法 煤的地下氣化法,氣化過程中，煤粒在爐內(nèi)緩慢下移，因而也稱移動(dòng)床氣化,5.6.1 固定床氣化,常壓移動(dòng)床氣化法,類型：主要包括煤氣發(fā)生爐氣化法、水煤氣氣化

22、法和相應(yīng)的兩段爐氣化法。 原理與特點(diǎn)：在常壓條件下運(yùn)行，采用自供熱和干法排灰的方式；氣化爐內(nèi)，固體原料煤從爐頂加入，在向下移動(dòng)的過程中與從爐底通入的氣化劑逆流接觸（好處？），自上至下可分為預(yù)熱干燥層、干餾層、氣化層（還原層）、燃燒層（氧化層）以及灰渣層,移動(dòng)床氣化爐內(nèi)固體床層溫度區(qū)域分布,氣體組成沿料層高度變化化,移動(dòng)床氣化爐燃料層各區(qū)域特性,1-加煤機(jī) 2 -爐蓋 3-探火孔 4-爐襯 5 -煤氣出口 6- 蒸汽水套 7-爐算 8 -碎渣圈 9 -灰盤 10-通風(fēng)箱 11-傳動(dòng)裝置 12 -支柱,W-G 型煤氣發(fā)生爐 1 料倉(cāng)； 2料管； 3 加料控制系統(tǒng)； 4 飽和空氣管； 5 上爐體；

23、6 爐箅； 7 下爐體； 8 灰斗； 9 探火孔,威爾曼一格魯夏WellmanGalusha 型常壓煤氣發(fā)生爐，其最大的特點(diǎn)是：水夾套非滿水設(shè)計(jì)，氣化劑中的水蒸氣不采用外來(lái)蒸汽直接摻混飽和空氣的方法，而是將空氣首先鼓入爐體水夾套水面上空層，夾套中的水受爐箅傳熱，水蒸發(fā)增濕空氣，飽和后的空氣再倒入氣化爐爐底進(jìn)入爐內(nèi),熱煤氣工藝流程,飽和空氣經(jīng)與煤氣爐的碳反應(yīng)生成500 左右的粗煤氣經(jīng)旋風(fēng)除塵器除去帶出物以后（煤粉粒、焦油等），通過煤氣管道直接送往用戶,煤氣的顯熱得到利用，但煤氣含焦油和煤粉量較多對(duì)后工序不利,煙煤氣化冷煤氣流程,UGI 型水煤氣爐,水煤氣工藝流程,半水煤氣工藝流程,加長(zhǎng)了干餾段（

24、水套以上） 下段煤 500600 oC 基本沒有焦油 上段煤氣 100150 oC 產(chǎn)生輕質(zhì)焦油,兩段式固定床氣化爐,兩段爐下段煤氣出口經(jīng)旋風(fēng)除塵器出爐，故稱為下段煤氣或氣化煤氣；另一部分向上經(jīng)中心管與干餾煤氣混合形成混合氣從爐頂引出，稱為上段煤氣或爐頂煤氣,加壓移動(dòng)床氣化法,加壓移動(dòng)床氣化法是一種在高于大氣壓力（1.02.0MPa或更高壓力）的條件下進(jìn)行煤的氣化操作，通常以氧氣和水蒸氣作為氣化介質(zhì)，以褐煤、長(zhǎng)焰煤或不粘煤為原料的氣化爐，煤氣熱值高。 降常壓條件下的反應(yīng)外，主要是發(fā)生了一系列甲烷生成的反應(yīng)，而這些反應(yīng)在常壓下是需要催化劑參與才能發(fā)生的。 主要有固態(tài)排灰和液態(tài)排渣的魯奇爐,加壓氣

25、化爐中各層的主要反應(yīng)及產(chǎn)物,a）干法排灰 （b）液態(tài)排渣,干法排灰水蒸氣和氧氣的比例一般為（4:1） （5:1），液態(tài)排渣爐中則為0.5: 1。 液態(tài)排渣爐內(nèi)最高溫度一般在1300以上，出口粗煤氣的溫度為550左右。使得氣化強(qiáng)度和生產(chǎn)能力有了顯著的提高，約為干法排灰式的3倍多。同時(shí)灰渣中含碳量有所下降，碳利用率一般在92%以上。此外，水蒸氣利用率高是其另一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)。 干法排灰相比，液態(tài)排渣爐液態(tài)排渣爐粗煤氣中CH4含量下降，CO和H2組分之和約提高25%，同時(shí)CO/H2比上升，而CO2則由30%降到了65,加壓移動(dòng)床氣化工藝流程圖,流化床氣化技術(shù)主要類型,溫克勒（Winkler） 灰熔聚（

26、U-Gas和ICC） 循環(huán)流化床（CFB, circulating fluidized gasifier） 加壓流化床（PFB,5.6.2 流化床氣化方法,定義：煤和氣化劑在流態(tài)化狀態(tài)下發(fā)生氣化反應(yīng)的方法。 或采用流態(tài)化技術(shù)使煤炭與氣化劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化為灰渣和 煤氣的過程。（fluidized gasification,流態(tài)化技術(shù)是一種強(qiáng)化流體(氣體或液體)與固體顆粒間相互作用的操作,流化床氣化方法的特點(diǎn),缺點(diǎn)：70的灰及部分未燃盡碳被煤氣夾帶出氣化爐，即增加了煤氣凈化的難度，也造成了很大程度的熱損。同時(shí)另外的灰分通過黏結(jié)落入灰斗，灰渣和飛灰的含碳量均較高。（15%20,溫克勒氣化爐示意圖,氣化溫度

27、控制在950,移動(dòng)床（1）流化床（2） 溫度分布比較,流化床沿床層高度的氣體組分分布,操作氣速,煤粒度,氣化爐內(nèi)分區(qū),影響因素,結(jié)渣性,氧化區(qū),還原區(qū),HTW 煤氣化示范裝置工藝流程圖， 氣化壓力和溫度：0.91.0MPa，1100左右,HTW 氣化爐物料平衡及主要輸入輸出能量分布,灰團(tuán)聚流化床煤氣化技術(shù),在流化床層形成局部高溫區(qū)(爐底有倒錐形分布板，分布板中央有一噴嘴，可造成局部高溫，灰顆粒由于高溫發(fā)生熔化，團(tuán)聚成大顆粒），使煤中的灰分在軟化而未熔融的狀態(tài)下，相互團(tuán)聚而黏結(jié)成含碳量較低的灰渣，結(jié)球長(zhǎng)大到一定程度時(shí)靠其重量與煤粒分離下落到爐底灰渣斗，從而有選擇性地將灰球排出爐外，降低了灰渣的含

28、碳量（5%10,美國(guó)Ugas 流化床煤氣化技術(shù) 中國(guó)ICC 灰熔聚流化床煤氣化技術(shù),灰溶劑流化床與傳統(tǒng)流化床相比： 傳統(tǒng)流化床：爐內(nèi)的強(qiáng)烈混合狀態(tài)導(dǎo)致了爐頂帶出飛灰和爐底排渣中的碳損失較高。傳統(tǒng)流化床為降低碳含量，維持穩(wěn)定的不結(jié)渣操作，不得不采用較低的操作溫度（ 950 ），所以傳統(tǒng)的流化床氣化爐只適用于高活性的褐煤或次煙煤。 灰溶劑流化床：根據(jù)射流原理，設(shè)計(jì)了獨(dú)特的氣體分布器和灰團(tuán)聚分離裝置，中心射流形成床內(nèi)局部高溫區(qū)（12001300 ）促使灰渣團(tuán)聚成球，借助密度差異，達(dá)到灰團(tuán)與半焦的分離，在非結(jié)渣情況下連續(xù)有選擇地排出低碳含量的灰渣，提高了床內(nèi)碳含量和操作溫度，從而使其適用煤種拓寬到低活

29、性的煙煤乃至無(wú)煙煤,Ugas 氣化爐,Ugas 氣化工業(yè)裝置流程簡(jiǎn)圖 1煤干燥粉碎部分；2干煤倉(cāng)；3密相輸送系統(tǒng)；4稱量斗；5鎖斗；6進(jìn)料斗；7-Ugas 氣化爐；8灰冷；9排灰裝置；10第一級(jí)旋風(fēng)分離器；11第二級(jí)旋風(fēng)分離器；12第三級(jí)旋風(fēng)分離器；13灰冷器；14排粉裝置；15廢熱鍋爐；16蒸氣過熱器；17蒸氣預(yù)熱器；18脫氧水加熱器；19文丘里洗滌器；20洗滌器；21空氣壓縮機(jī)部分；22廢水循環(huán)處理部分,中國(guó)ICC 灰熔聚流化床煤氣化技術(shù),ICC 灰熔聚流化床粉煤氣化爐 1氣化爐；2螺旋給煤機(jī)；3第一旋風(fēng)分離器；4第二旋風(fēng)分離器；5溫球閥,灰熔聚流化床粉煤氣化工藝流程簡(jiǎn)圖 1煤鎖；2中間料

30、倉(cāng)；3氣體冷卻器；4氣化爐；5灰鎖；6一級(jí)旋風(fēng)；7二級(jí)旋風(fēng)； 8二旋下灰頭；9廢熱回收器；10汽包；11蒸汽過熱器；12脫氧水預(yù)熱器；13洗氣塔,循環(huán)流化床（CFB） 煤氣化技術(shù),特點(diǎn)：克服了鼓泡流化床中存在大量氣泡造成氣固接觸不良的缺點(diǎn)，同時(shí)可避免氣流床所需過高的氣化溫度；克服了大量煤轉(zhuǎn)化為熱能而不是化學(xué)能的缺點(diǎn)，綜合了氣流床和鼓泡床的優(yōu)點(diǎn)；CFB 的操作氣速介于鼓泡床和氣流床之間，煤顆粒與氣體之間有很高的滑移速度，使氣固兩相之間具有更高的傳熱傳質(zhì)速率。整個(gè)反應(yīng)器系統(tǒng)和產(chǎn)品氣的溫度均一，不會(huì)出現(xiàn)鼓泡床中局部高溫造成結(jié)渣,魯奇CFB 氣化爐簡(jiǎn)圖,CFB 循環(huán)流化床粉煤氣化工藝流程,技術(shù)現(xiàn)狀：

31、溫克勒氣化爐：已有用于合成氨生產(chǎn)案例，但對(duì)粒度、煤種要求較為嚴(yán)格，煤氣中甲烷含量高（0.72.5%）。而且設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)度較低，已不代表發(fā)展方向。 U-Gas氣化爐：在上海焦化廠1994年11月開車，長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，于2002年停運(yùn)。 循環(huán)流化床和加壓流化床可以生產(chǎn)燃料氣，但國(guó)際上尚無(wú)生產(chǎn)合成氣先例。 中科院山西煤化開發(fā)的ICC灰熔聚氣化爐，已通過工業(yè)示范裝置試運(yùn)行階段，在多家合成氨廠開始推廣使用,6.3.3氣流床氣化法,20世紀(jì)50年代初發(fā)展起來(lái)的新一代煤氣技術(shù)，最初代表爐型為K-T爐。其后隨著Shell、Texaco等一批新型工藝的開發(fā)，氣流床氣化技術(shù)因其出色的生產(chǎn)能力和氣化效率，在世界范圍內(nèi)

32、得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在燃?xì)饴?lián)合循環(huán)中。 氣流床氣化是一種并流式氣化，對(duì)煤種、粒度含硫、含灰都具有較大的兼容性，國(guó)際上已有多家單系列、大容量、加壓廠在運(yùn)作，其清潔、高效代表著當(dāng)今技術(shù)發(fā)展潮流,氣流床氣化的類型,按進(jìn)料狀態(tài)分為：干粉進(jìn)料和水煤漿進(jìn)料兩種： 干粉進(jìn)料的主要有K-T（Koppres-Totzek）爐、Shell氣化爐、Prenflo爐、 Shell-Koppres爐、GSP氣化爐和ABB-CE爐 水煤漿進(jìn)料的主要有德士古（Texaco）氣化爐、 Destec（Global-Gas）氣化爐,氣流床氣化特點(diǎn),氣流床氣化法原理,氣流床氣化法是用極細(xì)的粉煤為原料，被氧氣和水蒸氣組成的氣化劑

33、高速氣流攜帶進(jìn)入并在氣化爐進(jìn)行充分的混合、燃燒和氣化反應(yīng)。 氣流床氣化是氣固并流，氣體與固體在爐內(nèi)的停留時(shí)間幾乎相同，都比較短，一般在1 10s 。 煤粉氣化的目的是想通過增大煤的比表面積來(lái)提高氣化反應(yīng)速度，從而提高氣化爐的生產(chǎn)能力和碳的轉(zhuǎn)化率,常壓干法粉煤氣流床粉煤氣化,據(jù)統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)80年代國(guó)外利用K-T常壓氣化爐技術(shù)生產(chǎn)合成氨的工廠，其產(chǎn)量占煤基合成氨生產(chǎn)的90。 K-T爐常壓氣流床粉煤氣化的一般工藝流程見圖9-19所示，原料煤經(jīng)干燥、并粉碎至通過200目篩孔，以氮?dú)鉃榻橘|(zhì)作氣動(dòng)輸送。整個(gè)進(jìn)料系統(tǒng)用氮?dú)獬鋲?，以防止氧氣倒灌引起爆炸。然后氧氣和水蒸氣組成的氣化劑與煤粉混合，由燃燒器噴嘴高

34、速噴入爐內(nèi)。氣化爐襯有耐火材料，爐壁為水夾套，用來(lái)回收爐壁散失的熱量，產(chǎn)生的低壓蒸氣可作氣化劑使用,K-T爐常壓粉煤氣化工藝流程圖,德士古（Texaco）氣化爐： 將煤加水磨成濃度為60%65%的水煤漿，用純氧作氣化劑，在高溫高壓下進(jìn)行氣化反應(yīng)，氣化壓力在3.08.5MPa之間，氣化溫度1400 ，液態(tài)排渣，煤氣成份CO+H2為80%左右，不含焦油、酚等有機(jī)物質(zhì)，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，碳轉(zhuǎn)化率96%99%，氣化強(qiáng)度大，爐子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耗低，運(yùn)轉(zhuǎn)率高，而且煤適應(yīng)范圍較寬,濕法氣流床加壓氣化,組成：噴嘴、氣化室、激冷室（或廢熱鍋爐）組成。其中噴嘴為三通道，工藝氧走一、三通道，水煤漿走二通道，介于兩股氧射流

35、之間。 優(yōu)點(diǎn)：水煤漿制備輸送、計(jì)量控制簡(jiǎn)單、安全、可靠；設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率高，投資省。 缺點(diǎn)：水煤漿氣化噴嘴經(jīng)常面臨噴口磨損問題，主要是水煤漿在較高線速下（約30m/s）對(duì)金屬材質(zhì)的沖刷腐蝕。 激冷環(huán)和耐火磚壽命僅一年。 汽化水煤漿中的水要耗去煤的8%，比干煤粉為原料氧耗高12-20%，效率低。 關(guān)鍵技術(shù)：噴嘴、氣化爐、激冷環(huán),Texaco 淬冷型氣化爐,Texaco 廢鍋型氣化爐,德士古氣化激冷流程示意圖,德士古氣化廢鍋流程示意圖,E-Gas濕法兩段氣流床加壓氣化,E-Gas氣化爐主要特點(diǎn)為水煤漿進(jìn)料和兩段氣流床加壓氣化。在美國(guó)wabash IGCC示范項(xiàng)目中選擇了E-Gas氣化技術(shù)。目前新建的氣

36、化爐單臺(tái)生產(chǎn)能力可達(dá)2500t/d。 E-Gas兩段式氣化爐的煤漿制備和輸送過程與德士古氣化爐類似，經(jīng)過燃燒器噴嘴后進(jìn)入第一段的煤漿進(jìn)料氣流床氣化反應(yīng)器，其爐體與結(jié)構(gòu)同K-T常壓氣化爐相似，爐內(nèi)溫度在13201420左右,E-Gas兩段式氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1- 水煤漿；2- 氧氣；3-灰渣激冷水；4- 灰渣或水漿；5- 第一段；6- 第二段；7- 煤氣,干法粉煤加壓氣流床氣化,Destec（Global-Gas）氣化爐工藝介紹（兩套在美國(guó)，1987年和1995年投運(yùn)）： 組成：兩個(gè)噴嘴對(duì)置，分第一段（水平段）與第二段（垂直段）。 優(yōu)點(diǎn)：借助撞擊流以強(qiáng)化混合，克服了Texaco爐型的速度成鐘形（正

37、態(tài)）分布的缺陷。 缺點(diǎn)：二次水煤漿停留時(shí)間短，碳轉(zhuǎn)化率低，設(shè)有一個(gè)龐大的分離器，以分離一次煤氣中攜帶的灰渣和二次煤漿的灰渣和殘?zhí)肌?關(guān)鍵點(diǎn)：適合于生產(chǎn)燃料氣，不適合生產(chǎn)合成氣,Shell氣化爐（荷蘭IGCC電站，1993年開車）： 組成：四個(gè)噴嘴沿圓周分布，分第一段（水平段）與第二段（垂直段）；爐襯為水冷壁。 優(yōu)點(diǎn)：1、單爐日處理煤量（2000t）; 2、采用干煤粉進(jìn)料，氧耗比水煤漿低15%；碳轉(zhuǎn)化率高，可達(dá)99%，煤耗比水煤漿低8%，調(diào)節(jié)負(fù)荷方便; 3、水冷壁壽命據(jù)稱為20年，噴嘴壽命為一年。 缺點(diǎn)：設(shè)備投資大于水煤漿氣化技術(shù)，氣化爐及廢熱鍋爐結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，加工難度大,Shell 煤氣化工藝（SCGP）流程示意圖,GSP氣化爐（黑水泵氣化技術(shù)，1956年德國(guó)西門子公司開發(fā)；我國(guó)寧煤集團(tuán)引進(jìn)）： 特點(diǎn)：煤炭加入方式類似于Shell爐，爐子結(jié)構(gòu)類似與德士古爐。 1、單爐日處理煤量（720t）。 2、下