煤氣化實(shí)訓(xùn)裝置操作

1、煤氣化簡介煤炭氣化是煤炭轉(zhuǎn)化的主要途徑之一。氣化過程 是煤炭的一個(gè)熱化學(xué)加工過程。它是以煤或焦炭為原 料，以氧氣（空氣、富氧或工業(yè)純氧）、水蒸氣或氫 氣為氣化劑，在高溫條件下通過化學(xué)反應(yīng)將煤或煤焦 中的可燃部分轉(zhuǎn)化為可燃性氣體的工藝過程。氣化時(shí) 得到的可燃性氣體成為煤氣，進(jìn)行氣化的設(shè)備稱之為 煤氣化發(fā)生爐。發(fā)生爐煤氣根據(jù)所采用氣化劑的不同可分為：空氣煤氣，以空氣為氣化劑，煤氣主要成分 是一氧化碳和氮?dú)?。水煤氣，以水蒸汽為氣化劑，采用空氣和?蒸氣分階段吹入發(fā)生爐而得到，煤氣主要成分是一氧 化碳和氫氣?；旌习l(fā)生爐煤氣，以空氣和水蒸氣混合氣體 為氣化劑生產(chǎn)煤氣，煤氣主要成分是一氧化碳和氫氣， 還含

2、有大量氮?dú)猓旌习l(fā)生爐煤氣克服了空氣煤氣和 水煤氣的氣化效率低和能耗高的缺點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用 于工業(yè)生產(chǎn)。本公司開發(fā)的煤氣發(fā)生爐為混合發(fā)生爐。技術(shù)指標(biāo)1、氣化系統(tǒng)反應(yīng)器尺寸：內(nèi)徑為50mm,長1.2m，采 用2520不銹鋼管制成；反應(yīng)器外部有加熱爐，三段加 熱，每段3KW，總熱功率為9KW；2、空氣預(yù)熱器：內(nèi)徑為280mm，長450mm，加熱功率 為 3KW；3、水蒸氣發(fā)生器：加熱功率6KW，最大蒸發(fā)量8kg/h；4、吸收塔：內(nèi)徑50mm,塔高12m,內(nèi)裝4X6mm玻璃 螺旋填料；5、反應(yīng)系統(tǒng)反應(yīng)器尺寸：內(nèi)徑38mm,長1m；加熱爐 為三段電加熱，每段加熱功率為1.5KW；6、本設(shè)備含有一臺(tái)美國

3、科學(xué)器材公司生產(chǎn)的SSII型 平流泵；7、本設(shè)備配備濕式氣柜1M3 一個(gè)及0.5M3儲(chǔ)氣罐一個(gè)。制氣原理將煤加入到反應(yīng)爐中，通入空氣和水蒸氣，在常壓 下爐內(nèi)同時(shí)發(fā)生碳與氧、碳與水蒸氣的反應(yīng)。由于碳 與氧反應(yīng)生成一氧化碳的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，而碳與水 蒸氣的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，因此，理想的制取，煤氣的 過程是兩個(gè)反應(yīng)同時(shí)發(fā)生，碳氧化放出的熱量用于水 蒸氣汽化熱源，以此實(shí)現(xiàn)煤的氣化。理論發(fā)生爐煤氣理想發(fā)生爐煤氣的基本反應(yīng)，理論上制取發(fā)生爐煤 氣是按下列兩個(gè)反應(yīng)進(jìn)行：2C + O 2 + 3.76 N 2 = 2CO + 3.76 N 2 AH = 246.3MJ / kmolH 2O + C = CO+H

4、 2AH = +118.8MJ/kmol理想發(fā)生爐煤氣的組成決定于這兩個(gè)反應(yīng)的熱平衡條件，即放熱反應(yīng)的熱效應(yīng)與吸熱反應(yīng)的熱效應(yīng)平 衡等。為了達(dá)到這個(gè)目的，每2Kmol碳與空氣起反應(yīng) 時(shí)，與水蒸氣起反應(yīng)的碳應(yīng)為 246.3/118.8=2.07Kmol。因此滿足熱平衡時(shí)的方程式 為：2C + O 2 + 3.76 N 2 = 2CO + 3.76 N 2 AH = 246.3MJ / kmol 2.07H 2O + 2.07C = 2.07CO+2.07H 2AH = +246.3MJ/kmol則其綜合反應(yīng)式為：4.07C + O 2 + 2.07 H 2O + 3.76 N 2 = 4.07C

5、O + 2.07 H 2 + 3.76 N 2由上式得出，4.07kmol碳與水蒸氣空氣混合物相互作用，在理論上產(chǎn)生的煤氣量為 4.07+207+376=99kmol。理想發(fā)生爐煤氣的幾項(xiàng)指標(biāo)：煤氣組成（體積分?jǐn)?shù)） 為 CO 41.1%、H2 20.9%、N2 380%。實(shí)際發(fā)生爐煤氣實(shí)際氣化過程并非理想情況，無法滿足上述假設(shè)條件，因?yàn)椋簹饣鲜敲夯蚪固慷皇羌兲迹兴帧?揮發(fā)組分及灰分等，氣化后不可能都轉(zhuǎn)化成CO ；另外 還存在副反應(yīng)CO + H 2O = CO 2 + H 2。氣化劑量也比按化學(xué)方程式計(jì)算量要高，氣 化反應(yīng)也不能進(jìn)行到平衡，碳不可能完全氣化，CO 2 也不完全還原。氣

6、化工程不可避免有熱損失，此外實(shí)際生產(chǎn) 過程中尚存在干餾過程，產(chǎn)生的干餾煤氣混入發(fā)生爐 煤氣中。因此，實(shí)際發(fā)生爐煤氣與理想發(fā)生爐煤氣有差別。 實(shí)際發(fā)生爐煤氣中有CO2、水蒸氣和CH4等烴類，岐比 例在煤氣中也多，而CO和H2含量要比理想的少。熱 值比理想的低。裝置流程及面板布置圖1.裝置流程圖圖(稱 程目項(xiàng) 元段 階 計(jì)華振劉核嬴E永光劉器感傳度瘟苫，h青3 mzK詼置裝換變、硫脫、化氣F可公眼有備戔驗(yàn)實(shí)工比嘩北大天市聿天器集成次量計(jì)氣*閥全安閥通六閥止截閥節(jié)調(diào)閥調(diào)熱斗料加計(jì)量流子計(jì)面液器送變壓器送變力壓Trr堪*哎,濁焦脫 m2 5OV爐熱加BARXnvn器主戔氣蒸番離今鳳旋綴二 mxt番離今

7、鳳旋級一 i-oO2.面板布置圖移動(dòng)床巡檢測溫移動(dòng)床上段控溫吸收塔塔頂測壓固定床1上段控溫預(yù)熱1控溫移動(dòng)床測壓移動(dòng)床中段控溫吸收塔頂釜測溫固定床1中段控溫預(yù)熱2控溫空氣進(jìn)口測壓移動(dòng)床下段控溫吸收塔塔釜差壓固定床1下段控溫巡檢測溫蒸汽爐控溫空氣預(yù)熱控溫氣液分離出口測壓固定床2上段控溫固定床1測壓固定床2中段控溫固定床2測壓固定床2下段控溫移動(dòng)床空氣進(jìn)口:檢測溫測壓 測壓移動(dòng)床 巡；蒸汽爐控溫蒸汽爐流量吸收塔塔頂測壓吸收塔吸收塔氣液分離 頂釜測溫塔釜差壓出口測壓U L_ U移動(dòng)床移動(dòng)床空氣預(yù)熱 上段控溫中段控溫下段控溫控溫移動(dòng)床保溫控溫循環(huán)泵加液泵抽氣泵天津大學(xué)北洋化工實(shí)驗(yàn)設(shè)備公司天津大學(xué)北洋化工

8、實(shí)驗(yàn)設(shè)備公司實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：原料是煤，先將煤塊通過粉碎機(jī)，使之 粉碎為120目左右的煤粉（要求達(dá)到實(shí)驗(yàn)用量）， 做成煤粒還要添加一些物料，成分組成為12%淀粉、 1.5%KfO3、1.5%CaCO3、85%煤粉，先將淀粉用熱水 打成糊狀，然后加入如上比例的配料及煤粉，和成 面團(tuán)后用成丸機(jī)成丸，再由烘箱烘干即成煤粒（粉 碎機(jī)和成丸機(jī)的使用請參閱該機(jī)說明書）。設(shè)備試漏：用空氣打壓到01Mpa左右，用肥皂水 涂抹各管道接口，看是否有漏氣點(diǎn)，如有漏氣接點(diǎn)， 及時(shí)處理（注意試漏前玻璃容器接點(diǎn)處用無孔墊安 裝）。分析準(zhǔn)備：因本套煤氣化設(shè)備分析的主要成分是一 氧化碳和二氧化碳及氮?dú)夂蜌錃?，色譜柱是氣體分

9、析專用，絕對不能測試液體，此柱失活比較快，所 以在使用一段時(shí)間后要將柱溫加到200C活化色譜 柱3-4小時(shí)，以保證氣體的分析結(jié)果準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)步驟：加料:將做好的煤粒加入到W101煤粉粒計(jì)量 瓶中，煤粒將隨之下降，到達(dá)M101煤粒排料器（開始 會(huì)有一些煤粒掉到V101灰收集瓶中），待煤粒加到計(jì) 量瓶上口時(shí)停止加料，蓋上計(jì)量瓶上口旋塞蓋。向R101蒸氣發(fā)生器中加入水，水位由液位計(jì) 觀察，要求加到液位計(jì)快滿為止。向V202吸收劑罐中 加入低濃度氨水或低濃度堿溶液。根據(jù)流程圖檢查流程，所有氣體流過的地方 要求是通路，檢查電路及傳感器是否有斷路或脫落的 地方。開始接通總電源，當(dāng)使用空氣和水蒸氣做為 氣化劑

10、時(shí)，調(diào)節(jié)氮?dú)膺M(jìn)氣量為30L/min,打開各段加熱 開關(guān)，設(shè)置初始加熱溫度，氣化爐上段設(shè)為500C, 氣化爐中段和下段設(shè)為850C（溫度可根據(jù)實(shí)際使用 的煤粒組成決定）；當(dāng)使用氮?dú)夂退魵庾鰹闅饣瘎?時(shí)，調(diào)節(jié)氮?dú)膺M(jìn)氣量為5L/min，打開各段加熱開關(guān)， 設(shè)置初始加熱溫度，氣化爐上段設(shè)為800C，氣化爐 中段和下段設(shè)為950C空氣預(yù)熱設(shè)置為200C，保溫設(shè) 為100C,蒸汽發(fā)生器設(shè)置為90C ；先將進(jìn)入P203抽 氣泵的入口軟管斷開放到窗外。煤氣爐加熱后一定要開啟冷卻水。尾氣吸收系統(tǒng)主要是吸收產(chǎn)生的氣體中的一 部分酸和焦油。開啟尾氣吸收系統(tǒng)，先將一定量的吸 收液通過P202齒輪泵加入到T201吸收

11、塔中，在不斷 加入液體的同時(shí)，可以看到吸收塔的釜壓差傳感器讀 數(shù)增加，設(shè)置好排料壓差，打開吸收塔P201循環(huán)泵， 調(diào)節(jié)變頻器使之流量為200ml/min。待煤氣化爐測溫達(dá)到設(shè)置溫度時(shí)，調(diào)整蒸氣 控溫到108度（具體溫度以實(shí)際使用情況為準(zhǔn)），使水 蒸氣馬上進(jìn)入煤粒床層發(fā)生反應(yīng)。同時(shí)進(jìn)行氣體組成 測定，由R202脫氧劑后的取樣口取樣，如有一氧化碳 產(chǎn)生，立即打開P203抽氣泵，同時(shí)接通抽氣泵入口軟 管，使產(chǎn)生的煤氣進(jìn)入到氣包中保存，當(dāng)測定煤氣中 沒有一氧化碳了，立即關(guān)掉抽氣泵電源開關(guān)，把入口 軟管放到窗外，這時(shí)說明煤粒已燃燒充分，通過M101 排料器排掉一部分燃燒后的煤灰粒，新煤粒又到達(dá)了 燃燒位

12、置，如此循環(huán)操作，最終收集滿后可以進(jìn)行下 一變換反應(yīng)。再制造煤氣時(shí)要時(shí)刻觀察水蒸氣水位的變 化、旋風(fēng)分離器產(chǎn)生的廢料、氣液分離器的水位、吸 收液的水位，水位低時(shí)一定要加水，蒸汽發(fā)生爐的水 位不能低于發(fā)生器的加熱棒，收集器內(nèi)的水要及時(shí)外 排。做好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄。當(dāng)氣包中有一定量煤氣時(shí)，變換反應(yīng)就可以 開始了，先使R301A和R301B固定床升溫，溫度可控 制在180-300C之間，待溫度到達(dá)預(yù)定溫度時(shí)開啟氣 源閥門，調(diào)節(jié)進(jìn)氣流量和進(jìn)水流量，進(jìn)氣流量可控制 在3-5L之間，進(jìn)水流量可控制在20-40ml之間，測量 入口的氣體含量，再測定出口的氣體含量。停車時(shí)，降溫，停水停電，注意最后關(guān)掉總電 源。

13、附：升溫與溫度控制溫度控制儀的參數(shù)較多，不能任意改變，因此在控制 方法上必須詳細(xì)閱讀控溫儀表說明書后才能進(jìn)行。升 溫時(shí)要將儀表參數(shù)Oph控制在40-50，此時(shí)加熱僅以 40-50%的強(qiáng)度進(jìn)行，電流值不大，以后可根據(jù)需要提 高或降低該值。以防止過度加熱，而熱量不能及時(shí)傳 給反應(yīng)器則造成爐絲燒毀?？販貎x表的使用應(yīng)仔細(xì)閱 讀AI人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器的使用說明書，沒有閱讀 該使用說明書的人，不能隨意改動(dòng)儀表的參數(shù)，否則 儀表不能正常進(jìn)行溫度控制。注意!反應(yīng)器溫度控制是靠插在加熱爐內(nèi)的熱電偶感 知其溫度后傳送給儀表去執(zhí)行的，它緊靠加熱爐絲， 其值要比反應(yīng)器內(nèi)高，反應(yīng)器的測溫?zé)崤际遣逶诜磻?yīng) 器的催化劑床層內(nèi)

14、，故給定值必須微微高些（指吸熱反 應(yīng)）。預(yù)熱器的熱電偶直接插在預(yù)熱器內(nèi)，用此溫度控 溫,溫度不要太高，對液體進(jìn)料來說能使它氣化既可。 也可不安裝預(yù)熱器而直接將物料進(jìn)入反應(yīng)器頂部，因 為反應(yīng)器有很長的加熱段，起預(yù)熱作用。值得注意的 是在操作中給定電流不能過大，過大會(huì)造成加熱爐絲 的熱量來不及傳給反應(yīng)器，因過熱而燒毀爐絲！當(dāng)改變流速時(shí)床內(nèi)溫度要改變的，故調(diào)節(jié)溫度一定 要在固定的流速下進(jìn)行。分析氣體組成：a注射器取樣進(jìn)樣分析：氮?dú)鉁y定：色譜安裝5A分子篩柱，用氫氣 做載氣，柱溫、檢測器、汽化器溫度均為室溫，TCD 電流為100mA，柱前壓設(shè)定在01Mpa，進(jìn)氣量為 40-60ml。一氧化碳和二氧化碳

15、測定:色譜安裝TDX-01 碳分子篩柱，用氫氣做載氣，柱溫、檢測器、汽化器 溫度均為100C，TCD電流為100mA，柱前壓設(shè)定在 0.1Mpa，進(jìn)氣量為 40-60ml。變換反應(yīng)進(jìn)出口氣體測定:色譜安裝TDX-01 碳分子篩柱，用氫氣做載氣，柱溫、檢測器、汽化器 溫度均為100C，TCD電流為100mA，柱前壓設(shè)定在 0.1Mpa，進(jìn)氣量為 40-60ml。b六通閥取樣進(jìn)樣分析 六通閥進(jìn)行在線取樣分析時(shí)，要先將六通閥與色譜連接好。 取樣時(shí)，將六通閥轉(zhuǎn)到取樣位置，維持一秒 鐘左右，再將六通閥轉(zhuǎn)回到進(jìn)樣位置，同時(shí)啟動(dòng)色譜 工作站，即可。六.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和測試結(jié)果當(dāng)同時(shí)通入空氣和水蒸氣，氣化爐內(nèi)溫度9

16、30度， 色譜分析條件：色譜柱為TDX-01碳分子篩填充柱， 柱長2m，柱前壓01Mpa，柱箱、汽化室、檢測器 均為100C，TCD電流調(diào)節(jié)為100mA，進(jìn)樣量為40ml 時(shí)，色譜分析圖如下：-4序號 保留時(shí)間名稱峰面積峰面積0.596 氮?dú)?4.222272620.991 一氧化碳 5.77813937總計(jì)100241199當(dāng)同時(shí)通入空氣和水蒸氣，氣化爐內(nèi)溫度990度， 色譜分析條件：色譜柱為TDX-01碳分子篩填充柱， 柱長2m，柱前壓01Mpa，柱箱、汽化室、檢測器 均為100C，TCD電流調(diào)節(jié)為100mA，進(jìn)樣量為40ml 時(shí)，色譜分析圖如下：序號 保留時(shí)間名稱峰面積峰面積0.690

17、氮?dú)?84.262030871.117 一氧化碳 15.7437949總計(jì)100241036當(dāng)通入氮?dú)夂退魵鈺r(shí)，氣化爐內(nèi)溫度920度，色 譜分析條件：色譜柱為TDX-01碳分子篩填充柱， 柱長2m，柱前壓01Mpa，柱箱、汽化室、檢測器 均為100C，TCD電流調(diào)節(jié)為100mA，進(jìn)樣量為40ml 時(shí)，色譜分析圖如下：mV21氣18氮501512碳化氧0151631.53152154155.5 min序號 保留時(shí)間名稱 峰面積 峰面積10.520氮?dú)?5.957227420.703一氧化碳17.792797331.7571.572247243.606二氧化碳34.754567總計(jì)1001572

18、86當(dāng)同時(shí)通入空氣和水蒸氣，氣化爐內(nèi)溫度850度， 色譜分析條件：色譜柱為5A分子篩填充柱，柱長 2m，柱前壓0.1Mpa，柱箱、汽化室、檢測器均為室 溫，TCD電流調(diào)節(jié)為100mA，進(jìn)樣量為40ml時(shí)，色 譜分析圖如下：序號保留時(shí)間名稱峰面積峰面積10.2441.828426420.40094.7322098331.2663.43580143碳化氧1.82.43.64.24i85.4min總計(jì)100233261七.注意事項(xiàng)升溫操作一定要有耐心，不能忽高忽低亂改亂 動(dòng)；流量的調(diào)節(jié)要隨時(shí)觀察及時(shí)調(diào)節(jié)，否則溫度也 不容易穩(wěn)定；不使用時(shí)，應(yīng)將裝置放在干燥通風(fēng)的地方預(yù)熱爐和反應(yīng)爐如果再次使用，一定 在低電 流下通電加熱一段時(shí)間以除去加熱爐保溫材 料吸附的水分。每次試驗(yàn)后一定要將氣液分離器的液體放凈。要經(jīng)常檢查除油裝置及脫硫、脫氧裝置內(nèi)的填裝物，如發(fā)現(xiàn)已經(jīng)失活要及時(shí)更換。要隨時(shí)檢查各個(gè)儲(chǔ)液罐內(nèi)的水位，如發(fā)現(xiàn)液體 過少要及時(shí)補(bǔ)充。由于本實(shí)驗(yàn)設(shè)備產(chǎn)物為CO和H2，所以實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場 一定要確保通風(fēng)良好，并且嚴(yán)禁使用明火。在實(shí)驗(yàn)設(shè)備開啟過程中，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場一定要有專 人負(fù)責(zé)，無人時(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備禁止開啟。在使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備的各個(gè)儀表之前一定要詳細(xì)閱