固定(移動)床氣化法課件

固定(移動)床氣化法

一、發(fā)生爐煤氣（空氣煤氣）以煤或焦炭為原料，以空氣和水蒸氣為氣化劑，通入發(fā)生爐內(nèi)制得的煤氣為發(fā)生爐煤氣。（ＣＯH2N2）1.制氣原理：⑴理想發(fā)生爐煤氣理想的發(fā)生爐煤氣的組成取決於這兩個反應(yīng)的熱平衡條件，即滿足放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)的熱效應(yīng)衡等的條件。理想情況：氣化純碳，且碳全部轉(zhuǎn)化為CO；按化學(xué)計量方程供入空氣和水蒸氣且無過剩；氣化系統(tǒng)為孤立系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)熱平衡放熱反應(yīng)：Ｃ＋０.５Ｏ２＋１.８８N2＝＝ＣＯ＋１.８８N2

+１１０.４ＫＪ／ｍｏｌ吸熱反應(yīng)：Ｃ＋H2Ｏ＝＝ＣＯ＋H2

-１３５.０ＫＪ／ｍｏｌ熱平衡：２.２Ｃ＋０.６Ｏ２＋H2Ｏ＋２.３N2＝＝２.２ＣＯ＋H2

＋２.３N2

※理想發(fā)生爐煤氣組成:CO:40%;H2:18.2%;N2:41.8%;

實際上制取混合發(fā)生爐煤氣（CO:↘;H2:↘;N2:↗;）實際上制取混合發(fā)生爐煤氣，不可避免有許多熱損失，水蒸氣分解和CO2還原進行不完全，使實際的煤氣組成、氣化效率與理論計算值有顯著差異。⑵沿料層高度煤氣組成的變化灰渣層：氣化劑（Ｏ２，H2Ｏ）被預(yù)熱，氣體組成不變；氧化層：

C+O2→CO2

+Q

，（Ｏ２↘，CO2↗）

C+CO2→2CO

-Q（Ｏ２耗盡，出現(xiàn)CO，CO2↘

）還原層：

C+CO2→2CO

-Q

C+H2O→CO+H2

-Q（CO↗，CO2↘H2↗）還原層以上：

CO+H2O→CO2+H2

+Q（CO稍↘

，CO2和H2稍↗

）2.氣化過程的控制目的：高的氣化效率⑴氣化爐的選擇：

{弱黏結(jié)性需破黏選擇帶攪拌裝置的氣化爐；機械強度和熱穩(wěn)定性差不宜攪拌；原料篩分粒度小的，要求煤氣熱輸送的選擇幹法出灰。}⑵合理氣化強度：（溫度、原料、氣化爐有關(guān)）氣化強度超過合理的範(fàn)圍，就可能使灰渣中含碳量增加和出口煤氣中帶出物增多，從而增加了原料的損失，因而降低了煤氣產(chǎn)率，並且影響到煤氣的品質(zhì)，其綜合效果是氣化效率降低，⑶爐溫：（保持均勻和不結(jié)渣）①水蒸氣耗量與原料性質(zhì)關(guān)係：水蒸氣的單位消耗量的差異主要由於原料煤的理化性質(zhì)不同，但為防止結(jié)渣要提高水蒸氣的量。

②水蒸汽的單位消耗量對水蒸氣分解率和氣化指標(biāo)的影響提高水蒸氣量，但水蒸氣分解率卻下降，煤氣熱值降低3.煤氣發(fā)生爐⑴具有凸型爐箅的煤氣發(fā)生爐3M13型煤氣發(fā)生爐：其特點：爐內(nèi)帶有攪拌棒破粘主要適用於長焰煤、氣煤等弱粘結(jié)性煤種，濕法排灰（灰渣通過水封的旋轉(zhuǎn)灰盤排出）。3M21型煤氣發(fā)生爐不帶攪拌裝置主要用於氣化貧煤、無煙煤和焦炭等不黏結(jié)性燃料⑵威爾曼-格魯夏(W-G)煤氣發(fā)生爐兩種形式：一種是無攪拌裝置的用於氣化無煙煤、焦炭等不黏結(jié)性燃料；另一種是有攪拌裝置的用於氣化弱黏結(jié)性煙煤。國內(nèi)常用不帶攪拌裝置的。其特點是：液壓加料，煤連續(xù)進入爐內(nèi)，液壓幹法除灰，全水夾套。1、山渣機2、灰鬥3、爐柵4、爐體5、汽包6、爐頂7、雙鐘罩加燒煤箱8、斜橋上煤裝置4.煤氣發(fā)生站工藝流程有焦油回收的冷煤氣工藝流程：這種焦油不能作為重要產(chǎn)品，但必須從煤氣中除去，防冷凝下來堵塞煤氣管路和設(shè)備。煤氣由發(fā)生爐出來，進入豎管直接水冷卻器，初步除去重質(zhì)焦油和粉塵，煤氣被冷到85～95℃，經(jīng)半淨(jìng)煤氣管道進入電捕焦油器，除去焦油霧滴後進入洗滌塔，煤氣被冷卻到35℃以下，含塵量下降到100mg/m3以下，進入淨(jìng)煤氣管，再經(jīng)排送機送到用戶。二、水煤氣水煤氣是由熾熱的碳和水蒸氣反應(yīng)所生成的煤氣。燃燒時呈藍色，所以又稱為藍水煤氣。需提供水蒸氣分解所需的熱量，一般採用二種方法：a.交替用空氣和水蒸氣為氣化劑的間歇氣化法；b.用氧和水蒸氣為氣化劑的連續(xù)氣化法。1.制氣原理Ｃ＋Ｏ２＋３.７６N2＝＝ＣＯ２＋３.７６N2+394.1kJ/mol３Ｃ＋３H2Ｏ＝＝３ＣＯ＋３Ｈ2-394.1kJ/mol間歇法制造水煤氣兩段：吹空階段（吹風(fēng)階段）；吹蒸階段（制氣階段）。⑴理想水煤氣生成理想水煤氣的方程式：Ｃ＋Ｏ２＋３.７６N2

＋３Ｃ＋３H2Ｏ＝＝ＣＯ２＋３.７６N2

＋３ＣＯ＋３Ｈ2

理想水煤氣組成：50%ＣＯ與50%Ｈ2

氣化效率：100%⑵實際水煤氣Ｈ2含量高於ＣＯ（ＣO＋H2Ｏ＝＝ＣＯ2＋Ｈ2

）常含有ＣＯ2、N2

、H2S和ＣＨ4

等氣化效率：60%~65%2.間歇法制造水煤氣⑴工作迴圈的構(gòu)成

間歇法制水煤氣，主要由吹空氣（蓄熱）、吹水蒸氣（制氣）兩個階段組成，但為了節(jié)約原料，保證水煤氣品質(zhì)，正常安全生產(chǎn)，還需要一些輔助階段，實際共有六個階段：吹風(fēng)階段、水蒸氣吹淨(jìng)階段、一次上吹階段、下吹制氣階段、二次上吹階段、空氣吹淨(jìng)階段。⑵六階段工作迴圈：a．吹風(fēng)階段吹入空氣，使部分燃料燃燒，將熱能積蓄在料層中，廢氣經(jīng)回收熱量後排入大氣；b.蒸氣吹淨(jìng)階段

由爐底吹入蒸氣，把爐上部及管道中殘存的吹風(fēng)廢氣排出，避免影響水煤氣的品質(zhì)；c.一次上吹制氣階段由爐底吹入蒸氣，利用床內(nèi)蓄積的能量制取水煤氣，煤氣送氣櫃；d.下吹制氣階段

上吹制氣後，床層下部溫度降低，氣化層上移，為了充分利用料層上部的蓄熱，用蒸氣由爐上方往下吹（使氣化過程在一個穩(wěn)定，溫度均勻的區(qū)域進行），制取水煤氣，煤氣送氣櫃；e.二次上吹制氣階段

下吹制氣後爐底部殘留下水煤氣，為安全起見，先吹入水蒸氣，所得煤氣仍送貯氣櫃；f.空氣吹淨(jìng)階段由爐底吹入空氣，把殘留在爐上部及管道中的水煤氣送往貯氣櫃而得以回收，以免隨吹風(fēng)氣逸出而損失。

以上各階段的時間分配列於下表：3－4分鐘迴圈各階段時間分配表：序號階段名稱3min迴圈,（S）4min迴圈,（S）123456吹風(fēng)階段蒸氣吹淨(jìng)階段上吹制氣階段下吹制氣階段二次上吹階段空氣吹淨(jìng)階段40～50245～6050～5518～20260～80260～7070～9018～202其缺點是生產(chǎn)必須間歇閥門頻繁切換，生產(chǎn)效率低3.富氧連續(xù)氣化製造水煤氣和半水煤氣特點：取消六階段迴圈，採用富氧氣／純氧氣和水蒸氣為氣化劑，延長有效制氣時間，使生產(chǎn)能力提高。氣化原料要求：高揮發(fā)份不黏煤、弱黏煤、低揮發(fā)份無煙煤、焦炭等4.水煤氣發(fā)生爐及水煤氣站流程⑴水煤氣發(fā)生爐UGI煤氣化爐是一種常壓固定床煤氣化設(shè)備。原料：通常採用無煙煤或焦炭，發(fā)生爐由上錐體、水夾套、爐篦傳動裝置，出灰機械及爐底殼等五個主要部分組成。其特點：是連續(xù)式操作生產(chǎn)發(fā)生爐煤氣（即空氣煤氣）外，或間歇式操作生產(chǎn)半水煤氣或水煤氣。

爐子為直立圓筒形結(jié)構(gòu)。爐體用鋼板製成，下部設(shè)有水夾套以回收熱量、副產(chǎn)蒸汽，上部內(nèi)襯耐火材料，爐底設(shè)轉(zhuǎn)動爐篦排灰。優(yōu)點是設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，易於操作，一般不需用氧氣作氣化劑，熱效率較高。缺點是生產(chǎn)強度低，對煤種要求比較嚴(yán)格，採用間歇操作時工藝管道比較複雜。⑵水煤氣站流程3.兩段式完全氣化爐特點：使用高揮發(fā)份的弱黏結(jié)性煙煤及褐煤；

幹鎦氣化分段進行；兩段爐具有比一般發(fā)生爐較長的幹餾段，煤加熱速度變慢，幹餾溫度低，獲得的焦油品質(zhì)比較輕。⑴兩段式煤氣發(fā)生爐（P173圖-28）上段：幹餾段下段：氣化段下段煤氣溫度500~600℃，上段煤氣溫度100~150℃，只含輕質(zhì)焦油。⑵兩段式水煤氣發(fā)生爐現(xiàn)有水煤氣爐上部增設(shè)幹餾段，原料煤在幹餾段進行低溫幹餾，產(chǎn)生半焦落入氣化段，再用空氣、水蒸氣間歇制水煤氣。①氣化爐構(gòu)造與兩段煤氣發(fā)生爐相似，包括加料裝置、幹餾段、氣化段、回轉(zhuǎn)爐箅及排灰裝置。②原料不黏結(jié)或弱黏結(jié)性的煙煤或熱穩(wěn)定性好的褐煤。4.加壓氣化原理與工藝⑴加壓固定床氣化爐生產(chǎn)工況與常壓氣化爐類似，原料自上而下，氣化劑自下而上，逆流接觸，煤碳由固態(tài)向氣態(tài)轉(zhuǎn)化。爐內(nèi)料層：乾燥層、幹餾層、甲烷層、第二反應(yīng)層（還原）、第一反應(yīng)層（氧化）和灰渣層。⑵過程原理及其影響因素⑴過程原理以及影響因素①壓力對煤氣組成影響甲烷和二氧化碳含量增加；氫氣和一氧化碳含量減少（在加壓下為甲烷生成反應(yīng)製造了條件）②壓力對氧氣耗量的影響減少氧氣的消耗（為常壓的1／3~2／3）③壓力對蒸汽耗量的影響蒸汽耗量增加（為防止結(jié)渣和利於甲烷化的反應(yīng)，為常壓的2.5~3倍）④壓力對氣化爐生產(chǎn)能力的影響提高生產(chǎn)能力（氣化強度提高，反應(yīng)速率加快，碳的轉(zhuǎn)化率較高）⑤對煤氣產(chǎn)率的影響降低（氣體體積減小，煤氣中二氧化碳含量高）⑥加壓氣化對煤氣輸送動力的影響節(jié)省煤氣動力消耗⑶固定床加壓氣化爐及工藝流程①加壓氣化爐最成熟爐型是魯奇爐（Lurgi）。它和常壓移動床一樣，也是自熱式逆流反應(yīng)器，所不同的是採用氧氣-水蒸氣或空氣-水蒸氣為氣化劑，在2.0～3.0MPa的壓力和900～1100℃溫度條件下進行的連續(xù)氣化法。雙層殼體（內(nèi)外兩層厚剛筒間形成水夾套，可引出供氣化爐使用）；設(shè)有煤分佈器和攪拌器（破黏）；塔節(jié)型爐箅且設(shè)有破渣裝置（氣化劑均勻分佈）；②工藝流程煤氣帶出有廢熱回收的制氣工藝流程：P179圖5-365.加壓液態(tài)排渣氣化爐⑴基本原理僅向爐內(nèi)通入適當(dāng)?shù)乃魵饬浚刂茽t溫度在灰熔點之上，使灰渣以熔融態(tài)自氣化爐內(nèi)排出（消除了結(jié)渣對爐溫的影響）⑵氣化爐概況及其結(jié)構(gòu)①液態(tài)排渣氣化爐主要特點：

灰渣呈熔融液態(tài)排出；特殊的排灰機構(gòu)（英國煤氣公司把工業(yè)魯奇爐爐篦部分去掉，裝上氧蒸氣下傾斜嘴，氣化劑噴入使溫度為1500℃，使灰渣形成流動的熔渣。熔渣通過位於中央的排渣口排入急激室的水中淬冷成渣粒。）；

爐體為鋼制外殼（內(nèi)砌耐火磚，再襯碳化矽）；