粗原料氣的制取-固體燃料氣化法(合成氨生產(chǎn))

氣化爐的床層類型課程導入

現(xiàn)今工業(yè)上應用的氣化爐種類已有數(shù)十種之多，是煤進行氣化的設(shè)備。如按物料流動的床層分類計有固定床、流化床及氣化床三種。CONTENTS固定床01.流化床02.氣化床03.固定床床層：若是在一個圓筒形的容器內(nèi)安裝一個多孔的水平分布板,并將固體顆粒堆放在分布板上,形成一層固體層,工程上稱為”床層”,簡稱”床”。這些固體可以是反應物也可以是催化劑。固定床固定床的主要特征：若將氣體自下而上通過固體顆粒床層,當氣流速度較低時,氣體只能從顆粒間的縫隙穿出,此時顆粒仍保持靜止狀態(tài),故稱固定床或移動床(意即煤從爐頂向下移動)。流化床當氣流速度繼續(xù)增大,床層開始逐漸松動膨脹,但顆粒尚不能自由運動若再增大氣速,顆粒開始全部懸浮于氣流中,而且床層的高度隨著氣速的增大而升高。這種狀態(tài)稱為流化床或叫沸騰床,也稱假液化床。氣流床當氣流速度繼續(xù)增大到某一極值時，懸浮于氣流中的顆粒則被氣流帶出。相當于流體輸送的這種狀態(tài)，稱為氣流床。對應于顆粒被氣流開始帶出的該速度，稱為吹出速度（ν吹），也就是流化床的氣速上限，它標志著此時流化床已不復存在。按物料流動床層分類有哪三種？他們流體流動的特點有哪些？煤氣化過程的基本原理C+氣化劑CO、H2、CH4CO2、N2、H2O焦油、COS、H2S、NH3可燃氣體不可燃物質(zhì)有害物質(zhì)什么是煤炭氣化過程？？？煤在氣化爐中干燥，熱解生成CCONTENTS煤的干燥01.煤加熱分解02.煤氣化反應03.煤的干燥煤系由多種聚合高分子和礦物晶體組成的物質(zhì)。煤中水分包括三類：游離水、吸附態(tài)水、化學鍵態(tài)水。游離水吸附態(tài)水化學鍵態(tài)水煤系1附著于煤表面的外表水2吸附于煤結(jié)構(gòu)體毛細孔中的吸附態(tài)水分3煤中含氧基團——OH和——COOH相連的水游離水吸附態(tài)水化學鍵態(tài)水煤的干燥500℃400℃300℃200℃100℃煤中化學鍵態(tài)水開始分解，在150℃~300℃開始分解放出CO2和CO煤中游離態(tài)水和吸附態(tài)水，一般在稍高于100℃，經(jīng)過足夠時間即可蒸發(fā)逸出煤加熱分解煤加熱分解可視為與煤在隔絕空氣或在惰性氣體中所進行干餾過程類似，但由于煤形成年代不同，導致煤本身成分復雜而互不相同。但煤熱解反應的宏觀形式可表示如下：生成的焦油和氣態(tài)烴還可以進一步裂解或反應成為氣態(tài)產(chǎn)物，亦可簡化如下式：煤加熱分解1000℃800℃600℃400℃200℃

產(chǎn)生物質(zhì)的先后順序，主要取決于其受熱溫度高低，初期、高分子物質(zhì)中較弱的結(jié)合鍵，開始斷裂，從而分解成低分子化合物，緊接著又進行聚合異構(gòu)化和烷基化。當溫度升至375~425℃時,煤開始呈塑性,出現(xiàn)浸潤、膨脹和飄浮現(xiàn)象;形成的熔融態(tài)瀝青,進而熱解逸出烴類(烷烴、芳香烴)和H2O生成的烴還可部分分。當溫度升至250℃時,開始釋出易揮發(fā)分烴類當溫度升至600℃時,煤開始半焦化,形成結(jié)炭結(jié)構(gòu),這是生成煤氣的重要階段主要產(chǎn)物為烷烴、環(huán)烷烴和酚(原焦油)當溫度升至800℃時,烴類裂解成C和H2當溫度升至850℃時焦油和CH4也分解成C和H2當溫度高達1000℃時,煤熱解過程基本結(jié)束煤加熱分解影響因素壓強加熱速率溫度溫度對煤熱解有重要的影響溫度不同，煤熱解生成的產(chǎn)物不同加熱速率對煤熱解由重要影響當加熱速度慢時(每分鐘溫升為幾攝氏度),初期形成的低分子物質(zhì)容易熱聚,形成穩(wěn)定性較好的結(jié)構(gòu),使其在高溫階段時分解少，這樣會導致固體殘渣含量高。而當快速加熱時,由于為熱解過程提供了高強度熱能時熱載體和爐壁溫度高,使低分子揮發(fā)物二次熱解的進程加深,則焦油產(chǎn)率減少,氣態(tài)產(chǎn)物增多。壓力對煤熱解有明顯影響壓力增大,不僅使半焦產(chǎn)率增多和其強度增大,由于揮發(fā)物逸出困難,還會導致液相產(chǎn)物間熱縮反應增強。煤氣化反應碳與氧的主要反應碳與水蒸氣的主要反應空氣或富氧空氣為氣化劑水蒸氣為氣化劑煤氣化反應碳與甲烷的主要反應碳與二氧化碳的主要反應甲烷為氣化劑二氧化碳為氣化劑煤加熱分解煤氣化反應通過干燥出去煤系中的游離水、化學鍵態(tài)水和吸附態(tài)水。通過加熱使煤生成固態(tài)的產(chǎn)物（焦油、焦炭、C）和氣態(tài)產(chǎn)物（H2、CO、CO2、H2O(g)）。C與氣化劑（富氧（空氣）、水蒸氣、CO2、甲烷）反應。煤氣化的基本過程煤的干燥概述（固體燃料氣化法）我國合成氨原料煤（煤是一種可燃的黑色或棕黑色沉積巖，通常是發(fā)生在被稱為煤床或煤層的巖石地層中或礦脈中。）焦炭（煤在約1000℃的高溫條件下經(jīng)干餾而獲得）概述（固體燃料氣化法）概述（固體燃料氣化法）中國合成氨的原料結(jié)構(gòu)/%需采用灰熔點較高、機械強度高,熱穩(wěn)定性好、含碳量高的優(yōu)質(zhì)塊狀無煙煤。固定床UGI氣化爐和魯奇爐采用高活性的粉狀褐煤。流化床溫克勒爐(Winkler)可氣化各種不同性能的粉煤,它們對煤質(zhì)并無苛求。

K-T爐和德士古爐合成氨所用煤質(zhì)選擇概述（固體燃料氣化法）概述（固體燃料氣化法）用煤造氣制備氨的一般過程氣化劑不同，生成的各種工業(yè)用途不同煤氣概述（固體燃料氣化法）以空氣作為氣化劑所制得的煤氣以水蒸氣作氣化劑所制得的煤氣您的內(nèi)容打在這里，或者通過復制您的文本后，在此框中選擇粘貼，并選擇只保留文字。在此錄入上述圖表的綜合描述說明，在此錄入上述圖表的綜合描述說明您的內(nèi)容打在這里，或者通過復制您的文本后，在此框中選擇粘貼，并選擇只保留文字。您的內(nèi)容打在這里，或者通過復制您的文本后，在此框中選擇粘貼，并選擇只保留文字。在此錄入上述圖表的綜合描述說明，在此錄入上述圖表的綜合描述說明您的內(nèi)容打在這里，或者通過復制您的文本后，在此框中選擇粘貼，并選擇只保留文字。空氣煤氣水煤氣概述（固體燃料氣化法）以空氣和適量水蒸氣的混合物作氣化劑所制得的煤氣以分別以空氣和水蒸氣作氣化劑，然后將分別制得的空氣煤氣和水煤氣按混合后氣體中（H2+CO）與N2的摩爾比為3.1~3.2的比例進您的內(nèi)容打在這里，或者通過復制您的文本后，在此框中選擇粘貼，并選擇只保留文字。在此錄入上述圖表的綜合描述說明，在此錄入上述圖表的綜合描述說明您的內(nèi)容打在這里，或者通過復制您的文本后，在此框中選擇粘貼，并選擇只保留文字。您的內(nèi)容打在這里，或者通過復制您的文本后，在此框中選擇粘貼，并選擇只保留文字。在此錄入上述圖表的綜合描述說明，在此錄入上述圖表的綜合描述說明您的內(nèi)容打在這里，或者通過復制您的文本后，在此框中選擇粘貼，并選擇只保留文字。混合煤氣半水煤氣概述（固體燃料氣化法）無煙煤和不同氣化劑制得幾種工業(yè)煤氣的組成注：*_如作為合成氨原料氣，其組成不同上表中CH4和H2S含量視煤種及其含硫量和氣化條件的不同而有差異。即使采用相同的煤，因氣化爐及氣化條件不同，所制得煤氣的組成有較大的差異。概述（固體燃料氣化法）總結(jié)我國合成氨的原料構(gòu)成？不同氣化劑參與下制得的煤氣的種類有哪些？間歇式制半水煤氣的工作循環(huán)間歇式制半水煤氣的工作循環(huán)間歇式制半水煤氣，工業(yè)上將自上一次開始送入空氣至下一次再送入時為止，稱為一個工作循環(huán),每個工作循環(huán)包括下列五個階段：吹風階段、蒸汽一次上吹、蒸汽下吹、蒸汽二次上吹、空氣吹凈。間歇式制半水煤氣的工作循環(huán)（一）吹風階段空氣從爐底吹入,自下向上以提高煤層溫度,然后將吹風氣經(jīng)回收熱量后放空。間歇式制半水煤氣的工作循環(huán)（二）蒸汽一次上吹水蒸氣自下而上送人煤層進行氣化反應,此時煤層下部溫度下降,而上部溫度升高,從而被煤氣帶走的顯熱增加。間歇式制半水煤氣的工作循環(huán)（三）蒸汽下吹此時水蒸氣自上而下吹入煤層繼續(xù)進行氣化反應。這樣可使煤層溫度趨于均勻。制得煤氣從爐底引出系統(tǒng)。間歇式制半水煤氣的工作循環(huán)（四）蒸汽二次上吹蒸汽下吹制氣后煤層溫度已顯著下降,且爐內(nèi)尚有煤氣,如立即吹入空氣勢必引起爆炸。為此,先以蒸汽進行二次上吹,將爐子底部煤氣排凈,為下一步吹風創(chuàng)造條件。間歇式制半水煤氣的工作循環(huán)（五）空氣吹凈目的是要回收存在爐子上部空氣及管道中殘余的煤氣,此部分吹風氣應加以回收,作為半水煤氣中N2的來源。間歇式制半水煤氣的工作循環(huán)階段閥門開閉情況1234567吹風○××○○××蒸汽吹凈×○×○○××一次上吹×○×○×○×下吹××○××○○二次上吹×○×○×○×空氣吹凈○××○×○×○—閥門開啟；×—閥門關(guān)閉制取半水煤氣的工藝條件CONTENTS溫度01.吹風速度02.蒸汽用量03.循環(huán)時間分配04.氣體成分05.其他條件06.01半水煤氣的質(zhì)量02單爐產(chǎn)氣量03燃料及蒸汽的消耗氣化過程的工藝條件，往往隨著燃料的性能，例如燃料反應活性、粒度、灰熔點、機械強度、熱穩(wěn)定性而有很大的差異。加之，間歇式制氣過程中燃料層溫度與氣體組成呈周期性變化，影響工藝過程因素過多。衡量氣化過程的好壞，通常主要依據(jù)：主要指標是有效氣體組成（H2+CO)，以及（H2+CO)/N2和微量氧等即氣化強度。以標準狀況下每小時每平方米爐膛截面所產(chǎn)的爐氣立方米計。可用總制氣效率表示，總制氣效率是由吹風階段的吹風效率以及制氣階段的氣化效率綜合而成。⑴溫度從化學平衡看，高溫時，煤氣中CO和H2含量高，水蒸汽含量低。從反應速度看，溫度增高反應加快。蒸汽分解率高，煤氣產(chǎn)量高，質(zhì)量好。高溫導致吹風氣溫較高，造成熱損失大。溫度℃CO2CON2α=CO/(CO+CO2)65010.816.972.361.08001.631.966.595.29000.434.165.598.810000.234.465.499.4總壓0.1MPa時空氣為氣化劑的煤氣的平衡組成TCOCO2;T>900℃，CO2含量很少，主要是CO高溫有利

氣化過程，在不致使爐內(nèi)結(jié)疤的前提下，應盡量在較高溫度下進行。須知：結(jié)疤與燃料灰熔點密切相關(guān)。生產(chǎn)中燃料灰熔點的測定，是將灰渣堆成角錐狀，置于還原性氣氛中加熱，而后可觀察到灰熔點的三個溫度：吹風速度⑵吹風速度碳在氧化層燃料屬于擴散控制。提高吹風速度使反應加速，使CO2停留時間減少，降低吹風氣中CO含量及熱量損失。適宜的吹風量由工業(yè)實驗確定。蒸汽用量⑶蒸汽用量煤氣的質(zhì)量與產(chǎn)量隨著蒸汽流速的增大和加入時間的延續(xù)而改變。蒸汽量是控制生產(chǎn)的重要手段之一。在工業(yè)生產(chǎn)中，一般蒸汽流速為0.1～0.35m/s，相應的吹蒸汽強度以300～900kg/(m2?h)為宜。循環(huán)時間分配⑷循環(huán)時間分配每一工作循環(huán)時間不宜過長。如過長，氣化層溫度和煤氣質(zhì)量、產(chǎn)量波動大。氣體成分

(5)氣體成分

主要是要求半水煤氣中(H2+CO)／N2=3.1～3.2。通常是采用調(diào)節(jié)空氣吹凈及回收時間的方法來控制，改變加氮空氣量也是方法之一。由于加氮空氣量的多少對燃料層溫度影響較大，加氮空氣量一經(jīng)確定，就不宜改變。此外還應盡量降低半水煤氣中甲烷、二氧化碳和氧氣的含量，特別要求氧氣含量小于0.5%。若氧氣含量過高，不僅有爆炸的危險，而且還會給變換催化劑帶來嚴重的危害。氣體成分其他條件(6)其它條件根據(jù)原料的性質(zhì)如粒度和灰熔點來確定吹風時間、吹風氣量、蒸汽用量及燃燒層高度；視爐溫情況調(diào)整制氣各階段時間分配；據(jù)氣體成分，調(diào)節(jié)加氮空氣量或空氣吹凈時間等。維持氣化層位置相對穩(wěn)定防止局部過熱等。溫度吹風速度蒸汽用量循環(huán)時間分配氣體成分其它條件操作條件、煤耗等氣化過程工藝條件間歇式煤氣化工藝流程CONTENTS典型工藝流程01.熱能回收新流程02.典型工藝流程

間歇式煤氣化工藝流程由于每個工作循環(huán)包括五個不同的階段，這就需要配備足夠的閥門，并以自動控制機專門控制各閥門的啟閉程序。間歇式制取半水煤氣工作循環(huán)典型工藝流程帶有燃燒室的煤氣化爐系統(tǒng)流程1-煤氣發(fā)生爐；2-燃燒室；3-洗氣箱；4-廢熱鍋爐典型工藝流程

燃料煤或焦炭由加料機從爐頂間歇地加人爐內(nèi),吹風氣由鼓風機從爐底送入煤層,從爐頂出來的燃燒氣,經(jīng)燃燒室及廢熱鍋爐回收熱量后,從煙囪放空。燃燒室藉加二次空氣,繼續(xù)將吹風氣中未燃氣體進行燃燒,以加熱室內(nèi)的格子耐火磚而得以蓄熱。燃燒室頂蓋具有防爆裝置,一旦系統(tǒng)發(fā)生爆炸立即自行卸開,可以減輕設(shè)備損壞。典型工藝流程01空氣吹凈時氣體依次經(jīng)發(fā)生爐、燃燒室、廢熱鍋爐、洗氣箱、洗滌塔而入氣柜,此時燃燒室無須加二次空氣。02蒸汽下吹制氣時蒸汽先從燃燒室頂部導人,自上而下通過燃燒室預熱,再從氣化爐頂部送入燃料層而由爐底引出。由于煤氣溫度較低,直接經(jīng)洗氣箱、洗滌器去氣柜。蒸汽二次上吹時,煤氣流向同一次上吹。03蒸汽上吹制氣時煤氣依次經(jīng)過燃燒室、廢熱鍋爐回收熱量,而后經(jīng)洗氣箱、洗滌塔去氣柜。04蒸汽上吹和下吹制氣時,如欲配人加氮空氣,為確保安全起見,加氮空氣應在水蒸氣通人稍后加人,并應先于水蒸氣停送以前切斷。灰渣最后落于旋轉(zhuǎn)爐篦,由刮刀刮人灰箱,定期排出爐外熱能回收新流程

化學工業(yè)是僅次于冶金工業(yè)能耗最大的部門,而合成氨工業(yè)又是化學工業(yè)的耗能大戶,約占中國化學工業(yè)總能耗50%以上。在世界能源緊缺的當今,中國大力倡導和支持氮肥廠開源節(jié)流,節(jié)能降耗。中國小型氨廠通過十多年來的努力,對傳統(tǒng)的UGI型間歇式煤造氣工藝,進行了一系列的技術(shù)革新,已經(jīng)取得了重大進展和成就。如山東壽光等一些節(jié)能先進廠,已將1977年前噸氨兩煤耗由2500kg/tNH3降至1036kg/tNH3(其中原料煤為1020kg/tNH3,燃燒煤為16kg/tNH3)。從而停運了鍋爐,實現(xiàn)了所謂“兩煤變一煤”的蒸汽自給新工藝。其噸氨總能耗約為42.665×106kJ/tNH3,已接近由國外引進的以煤制氨年產(chǎn)合成氨30萬噸的某些大型廠的總耗能。熱能回收新流程熱能回收新流程如上圖所示煤氣化工藝流程,其主要的技術(shù)革新為:1采用新型爐箅。淘汰了過去所用的塔型或傘型爐箅,采用了均布型爐算,阻力小,通風面積大,布風均勻,破渣力強,炭層下降均勻平穩(wěn),灰渣殘?zhí)忌?對煤種適應性較強。2每臺氣化爐配有洗氣箱、洗氣塔,使造氣系統(tǒng)阻力下降,縮短了吹風時間,延長了制氣時間,提高了產(chǎn)氣量。3采用蒸汽上下吹的加氮空氣工藝,提高了制氣階段的平均溫度,緩解了制氣階段溫度下降幅度,收到了提高蒸汽分解率、節(jié)省蒸汽消耗和增大單爐產(chǎn)氣量的實效。熱能回收新流程4采用了過熱蒸汽制氣,使得吹風和制氣階段爐溫變化幅度小,從而提高了煤氣質(zhì)量、蒸汽分解率和產(chǎn)氣量。5擴大了廢熱鍋爐換熱面積,以充分回收上、下行煤氣顯熱。按過去傳統(tǒng)工藝:下行煤氣不經(jīng)廢熱鍋爐,直接進人洗氣箱,洗滌塔而進人氣柜?，F(xiàn)今是將下行煤氣也經(jīng)廢熱鍋爐,并將上行煤氣原由廢熱鍋爐頂部進人的導管與下行煤氣一起改為由廢熱鍋爐底部入爐以回收熱量,僅此一項技術(shù)改革,可為壽光化肥廠提供自產(chǎn)蒸汽67.54t/d,約占造氣蒸汽用量的47%,也為造氣實現(xiàn)蒸汽自給制造了良好條件.熱能回收新流程熱能回收新流程

如上圖所示為該系統(tǒng)吹風氣熱能回收流程,也是該系統(tǒng)最主要的一項技術(shù)革新。由于充分地,合理地回收了吹風氣以及合成工序的放空氣和弛放氣的熱能,其副產(chǎn)蒸汽不僅作為氣化工序主要蒸汽源之一,有時尚能向外系統(tǒng)供熱。由圖可見,吹風氣與合成放空氣,弛放氣回入立式上燃式燃燒爐燃燒的。具體設(shè)計是鑒于吹風氣是間歇送來的,故將合成的放空氣,弛放氣先經(jīng)凈氨塔、氣柜(二者均未在圖中繪出),再經(jīng)穩(wěn)壓水封、防回火水封,汽水分離器,而后配人預熱空氣,送入燃燒爐燃燒,以作為穩(wěn)定吹風氣的火源。熱能回收新流程

而造氣吹風氣也配人預熱空氣,進入立式上燃式燃燒爐燃燒。產(chǎn)生的高溫煙氣導入空氣預熱器,經(jīng)蒸汽過熱器、軟水加熱器、熱管鍋爐,如此逐級回收熱量后,最后用引風機通過煙囪而放空.至于作為產(chǎn)生蒸汽的軟水,由軟水工段送來,先經(jīng)軟水加熱器而入熱管鍋爐,產(chǎn)生的飽和蒸汽,再入蒸汽過熱器過熱到350℃,送入蒸汽緩沖罐,供造氣工序用汽。熱能回收新流程①熱管鍋爐換熱技術(shù),1960年美國用于航天工業(yè)中。其特點是:吸熱快、傳遞快,熱效率高、結(jié)構(gòu)簡單,占地面積小。②立式上燃式燃燒爐設(shè)有噴射器、燃燒室以及優(yōu)質(zhì)耐火磚蓄熱層。爐頂安有防爆裝置.爐底裝有防爆水封,保證了操作穩(wěn)定和安全性。③由于間歇式制氣間斷吹風,故需對每臺氣化爐專門配備配風管和配風閥。吹風氣利空氣二者動作需同步進行,以保證熱效率和生產(chǎn)安全。該流程所用設(shè)備的特點如下：半水煤氣的制取CONTENTS制取半水煤氣的工業(yè)方法01.半水煤氣的生產(chǎn)特點02.氣化爐燃料層的分區(qū)03.制取半水煤氣的工業(yè)方法以水蒸氣為氣化劑的蒸汽轉(zhuǎn)化法，以純氧或富氧空氣為氣化劑的部分氧化法。氣化反應性質(zhì)分類固定床、流化床、氣流床等。床層形式分類固態(tài)排渣和液態(tài)排渣。氣化的排渣方式分制取方法制取半水煤氣的工業(yè)方法

間歇制氣法：先將空氣送入煤氣爐提高燃料層的溫度，然后送入水蒸氣進行氣化，配入部分吹風氣，間歇送如空氣和水蒸氣。富氧空氣氣化法：不用空氣加氮，后續(xù)工序中補加N2外熱法:利用核反應余熱或其他廉價高溫熱源舉例：半水煤氣的生產(chǎn)特點半水煤氣的生產(chǎn)特點：①氣體中（H2+CO）與N2的比例為3.1~3.2②碳與空氣反應放熱，碳與水蒸氣反應吸熱③制備合格半水煤氣無法維持自熱平衡半水煤氣的生產(chǎn)特點綜合上述分析，目前在我國中、小型氨廠仍普遍采用蓄熱法。蓄熱法采用間歇氣化,顯然其燃料層溫度隨著空氣加人而逐漸升高,但又隨著水蒸氣的加入而逐漸降低,故氣化爐內(nèi)的溫度呈周期性變化,而產(chǎn)生的煤氣組成也自然呈周期性變化,這正是間歇式制氣的主要特點。若用富氧-蒸汽代替空氣-蒸汽作氣化劑,則可實現(xiàn)連續(xù)氣化并制得合格半水煤氣,這樣可以克服間歇式制氣諸多缺點。當然也可以純氧來代替空氣進行連續(xù)氣化,其氣化強度可比間歇式制氣提高一倍以上,但此法制得的煤氣中氫含量低,CO和CO2含量高,這將增加以后CO變換的負荷,且后系統(tǒng)仍需補充氮。氣化爐燃料層的分區(qū)灰渣

間歇式煤氣化過程在固定床氣化爐中進行。煤從爐頂間歇加入，氣化劑從爐底進入燃料層進行氣化反應。在穩(wěn)定的氣化條件下，燃料層可分為以下幾個區(qū)域。氣化爐燃料層的分區(qū)干燥區(qū)最上部燃料與溫度較高的煤氣相接觸，水分被蒸發(fā)，這一區(qū)域稱為干燥區(qū)。干餾區(qū)燃料下移繼續(xù)受熱，釋放出低分子烴類，燃料本身逐漸焦炭化，這一區(qū)域稱為干餾區(qū)。氧化層而氣化反應主要在氣化區(qū)中進行。當氣化劑為空氣時，在氣化區(qū)的下部主要進行碳的燃燒反應，稱為氧化層。還原層其上部主要進行碳與二氧化碳的反應，稱為還原層。灰渣區(qū)燃料層底部為灰渣區(qū)，它可預熱從爐底部進入的氣化劑，同時灰渣被冷卻，保護爐箅不致過熱變形。干燥區(qū)上部是沒有燃料的空間，起到聚集氣體的作用。謝爾粉煤氣化技術(shù)CONTENTS工藝特點01.工藝流程02.主要設(shè)備03.工藝特點

謝爾粉煤加壓氣化工藝（簡稱Shell煤氣化工藝），是荷蘭殼牌公司開發(fā)的一種先進的煤氣化技術(shù)，與先進的德士古（Texaco）水煤漿加壓氣化技術(shù)相比，Shell煤氣化具有對煤質(zhì)要求低，合成氣中有效組分（CO2+H2>90%）含量高，原煤和氧氣消耗低，環(huán)境污染小和運行費用低等特點，已成為近年來中國外設(shè)計單位和生產(chǎn)廠家首選的氣化工藝。中國正在設(shè)計和建設(shè)中的洞庭氮肥廠、柳州化學工業(yè)公司等廠家，已將該技術(shù)應用于合成氨生產(chǎn)。工藝特點Shell煤氣化工藝指標工藝特點

高壓K-T爐的操作壓力為2.8~30MPa。代替空氣作為氣化劑的純氧(或富氧)和蒸汽以及干煤粉，在爐內(nèi)并流并進行氣化過程。由于空分車間制得的氧，已經(jīng)分離掉大量惰性氣體氮，故可大大減少煤氣體積。使得氣化如、廢熱鍋護，以及后系統(tǒng)的氣體凈化化設(shè)備等均可減至最小程度。同時由于除去了大量氮，相對流增大了氧分壓，使得氣體在設(shè)備中停留時間短，并因用氧氣化，爐溫度高、碳轉(zhuǎn)化率高。與其它氣化過程相比，不存在煤氣中因含大量氮、而帶走大量顯熱。從而大大提高了該氣化過程的總體熱效率。工藝流程工藝流程工藝流程

原料煤經(jīng)破碎后送至磨煤機,研磨成煤粉(90%<100m)并干燥之。煤粉藉高壓氮氣(來自空分)送至氣化爐噴嘴。輸煤系統(tǒng)采用高壓氮,目的是為了防止一旦煤粉因故停止輸送,氧氣倒入系統(tǒng)引起爆炸的危險,因而要求輸煤系統(tǒng)的自動化連鎖控制的技術(shù)水平高。來自空分的氧氣經(jīng)壓縮機壓縮并預熱后與中壓過熱蒸汽混合后導入噴嘴,在爐內(nèi)進行上述各種轉(zhuǎn)化反應。工藝流程爐頂高溫煤氣(約1500℃),被高溫氣流帶出的細?；以哂姓辰Y(jié)性,所以出爐煤氣需與一部分冷卻后的循環(huán)氣混合,將其激冷至900℃左右再導入廢熱鍋爐,產(chǎn)生高壓過熱蒸汽。經(jīng)回收熱量后的煤氣,進一步進行干式除塵和洗滌,這樣處理后含塵量>1mg/3的凈化煤氣方可送往后續(xù)工序。氣化爐內(nèi)的高溫熔渣,自動流入爐下的激冷室,經(jīng)激冷后形成細小玻璃體,可用作建筑材料。由系統(tǒng)排出的黑水,大部分經(jīng)冷卻處理可循環(huán)使用,小部分經(jīng)閃蒸、沉降、氣提處理后送污水處理裝置作進一步處理。閃蒸氣可作建筑材料。主要設(shè)備謝爾高壓氣化爐主要設(shè)備

Shell-Koppers煤化裝置的核心設(shè)備是氣化爐和廢熱鍋爐。該爐主要由內(nèi)筒和外筒兩個部分組成。內(nèi)筒上部為燃燒室。下部為熔渣激冷室。因爐溫高達1700℃左右,為了避免高溫熔渣腐蝕及開停車時因溫度和壓力突變對耐火材料的應力破壞,故內(nèi)筒采用水冷壁結(jié)構(gòu),在向火表面上涂有一層薄的耐火材料涂層。正常操作時依靠掛在水冷壁上的熔渣層保護金屬水冷壁。在氣化爐內(nèi)筒外壁和外筒之間有一層緩沖兩筒壓差的空隙,因而內(nèi)筒僅承受微小壓差。Shell氣化爐采用獨特燒嘴,視氣化爐生產(chǎn)能力大小,用4~8個燒嘴并呈中心對稱分布。主要設(shè)備

廢熱鍋爐既要耐高溫高壓,又要能承受煤氣中的粉塵沖刷。廢熱鍋爐設(shè)計中應慎重考慮該設(shè)備因溫差大,如何減少或消除熱應力的危害問題。廢熱鍋爐內(nèi)部的內(nèi)件,由立式圓筒形水冷壁和若干層盤形管水冷壁組成。盤形管水冷壁各層之間密封分隔,其縱向分為若干段,采用懸掛式支撐方式。水冷壁上的積灰,可藉專設(shè)的氣動沖擊裝置,定期振蕩清除。此外,有關(guān)氣化爐與廢熱鍋爐之間的導氣管聯(lián)接問題,導氣管內(nèi)部的水冷壁結(jié)構(gòu),氣化爐和廢熱鍋爐內(nèi)部的復雜構(gòu)件,設(shè)備與設(shè)備之間熱膨脹等,都是Shell-koppers公司通過長期摸索形成的技術(shù)秘密。主要設(shè)備①因使用純氧、爐溫高，對原料適應性強，無論是無煙煤、煙煤、褐媒、石油焦以及其它固體燃料均可用來氣化。②爐體為一立式圓筒體,其體積比臥式橄欖形的常壓K-T爐小得多。③單爐生產(chǎn)能力大,目前已工業(yè)化的最大裝置,氣化壓力為3MPa,日處理煤量已達2000t。Shell-Koppers爐的主要技術(shù)特征如下：主要設(shè)備④爐內(nèi)采用膜式水冷壁,無需笨重的耐火磚襯里,爐子維修量小。爐內(nèi)無轉(zhuǎn)動部件,運行周期長。⑤該爐在高溫高壓下操作,碳轉(zhuǎn)化率高達99%以上。相對而言，產(chǎn)品氣體更為潔凈，不含重烴，CH4含量低。煤氣有效成分（CO+H2）高達90%以上。Shell-Koppers爐的主要技術(shù)特征如下：煤、氧、蒸汽連續(xù)氣化法的典型工藝流程Coal,Oxygen,SteamContinuousGasificationProcessTypicalCONTENTS加壓魯奇爐連續(xù)制氣流程01.德士古氣化流程及其關(guān)鍵技術(shù)02.課程導入常壓固定床與K-T爐、德士古爐的產(chǎn)量及能耗的比較K-T爐德士古爐常壓固定床加壓魯奇爐連續(xù)治氣流程加壓魯奇爐連續(xù)治氣流程

加壓魯奇爐造氣是將粒度為4~50mm的煤,從爐頂?shù)膬γ憾范ㄆ诩尤朊合?通過其底部的下料閥不斷加入爐內(nèi)。氧-蒸汽從爐子底部進入與煤進行氣化反應。制得的粗煤氣從爐的上部側(cè)方引出。煤氣的出口溫度取決于不同煤種,約為350~600℃,而后進入噴射器進行冷卻,以洗去煤氣中的焦油及粉塵,而后去廢熱鍋爐回收熱量,送往氣柜。生成的灰渣落于轉(zhuǎn)動爐算上,藉刮刀連續(xù)刮入灰箱,而后定期排入灰斗。全部操作均由液壓程序系統(tǒng)控制,也可切換成手動或半自動操作。加壓魯奇爐連續(xù)治氣流程氣化壓力2.0~2.4MPa氣化溫度1000~1100℃爐頂度350~450℃氧耗率0.18~0.24m3/kg干煤蒸汽消耗率1.2~1.6kg/kg煤粗煤氣產(chǎn)率1600~1800m3/t煤主要操作條件:加壓魯奇爐連續(xù)治氣流程H238.35%CO22.6%CH47.0%CO2+H2S30.5%O20.15%N21.2%CnHm0.2%煤氣成分：德士古氣化流程及其關(guān)鍵技術(shù)(2)德上古煤氣化工藝流程德士古氣化流程及其關(guān)鍵技術(shù)德士古氣化流程及其關(guān)鍵技術(shù)

德士古氣化工藝可分為煤漿制備和輸送、氣化和廢熱回收、煤氣冷卻凈化等部分（見上圖）：

將直徑小于10mm的煤磨碎，按比例加入水量。為了降低水煤漿的粘度，易于輸送;由于我國煤的灰熔點普遍偏高，為使其灰熔點能降至1350~1365℃以下，加人適量的添加劑和助熔劑，而后將煤水混合物充分濕磨后，送至振動篩，除去大煤粒和機械雜質(zhì)，即可制成70%的水煤漿，用高壓泵將其送入燒嘴，同時將來自空分的高壓氧也送人燒嘴，二者充分混合，一起由燒嘴噴入氣化爐中。在1350~1400C溫度下進行氣化反應，生成的高溫煤氣經(jīng)氣化爐底部的激冷室激冷后，氣渣分離。德士古氣化流程及其關(guān)鍵技術(shù)

粗煤氣再經(jīng)文丘里洗滌器和洗滌塔進一步降溫除塵，然后將含水汽比約1.4、溫度為200~216℃的煤氣送往CO變換工序。熔渣被激冷固化后進入破渣機破碎后進入鎖斗，定期排入渣池，由撈渣機撈出裝車外運。由洗滌塔排出的洗滌水，經(jīng)循環(huán)泵分別送至文丘里洗滌器和氣化爐激冷室。由激冷室排出的含細灰的黑水，相繼送入中壓閃蒸器，真空閃蒸器回收熱量，一部分作為鎖斗沖洗水而后排人渣池處理。一部分作為洗滌塔補充水。德士古氣化流程及其關(guān)鍵技術(shù)CO45%-55%H230%~40%CO215%~20%CH4<0.1%(N2+Ar)0.2%-0.5%碳轉(zhuǎn)化率為95~97%氧(標準狀況下)消耗定額為370~430m3/1000m3冷煤氣效率(煤氣的熱值/煤的熱值)65%-68%。德士古爐所制得的