煤化工复习题.doc

5.气化方法按灰渣排出形态分类有哪些? (1)固态排渣气化法 也称作干法排灰，气化后剩余的灰渣以固体形态排除气化炉外，大多数固定床和流化床是固态排渣 (2)液态排渣气化法 气化灰渣以液体方式排出，经激冷后变成熔渣，排出气化炉外，如气流床气化炉、BGL气化炉。(3)灰熔聚排灰气化法介入上述两种排灰方式之间的中间态，对流化床气化如U-gas ，灰渣发生软化并逐渐在周边粘结更多灰，当形成的灰颗粒足够大时排出炉外。2，按固体燃料的运动状态分类？气化方法按固体燃料的运动状态可分为:移动床(固定床)气化法;流化床气化法;气流床气化法。1.气化方法按煤炭是否需要开采分类有哪些? (1)地面气化 煤的地面气化是指原料煤炭预先开采出来在地面气化炉内进行气化反应生成煤气的过程，目前开发应用的绝大多数属于地面气化。 (2)地下气化 地下气化是指在地下煤层内直接进行的气化过程，煤炭不需要预先开采出来，而是通过地面向煤层打钻孔建立一定的通道后，直接将气化剂通入地下煤层并发生气化反应，产生的煤气经通道导出输送至地面上。地下气化的主要技术瓶颈不可视不可控 一、水分含量对气化的影响固定床：煤气中水分含量太高，入炉煤需要进行预干燥以降低煤气的露点温度。另一方面煤中水分含量太高而加热的速度又太快时，煤中水分逸出太快，容易使煤块碎裂而引起出炉煤气的含尘量增高。同时由于煤气中水含量增高时，在后续工段的煤气冷却过程中会产生大量的废液，增加废水处理量。一般生产中，煤中水分含量在8l0左右。流化床和气流床：固体颗粒粉碎的粒度很小，过高的含水量会降低颗粒的流动性，因而规定煤的含水量小于5。尤其对烟煤的气流床气化法，采用干法加料时，要求原料煤的水分含量应小于2。二、灰分含量对气化的影响煤中灰分高，不仅增加了运输的费用，而且对气化过程有许多不利的影响 气化时由于少量碳的表面被灰分覆盖，气化剂和碳表面的接触面积减少，降低了气化效率灰分的大量增加，不可避免地增加了炉渣的排出量，随炉渣排出的碳损耗量也必然增加。随着煤中灰分的增加，气化的各项消耗指标均增加，如氧气的消耗指标、水蒸气的消耗指标和煤的消耗指标都有所上升，而净煤气的产率下降 不同的气化方式对原料煤的粒度要求不同：移动床：10 100mm的且较均匀的块煤流化床：0 8mm的细粒煤气流床：0. 1 mm的粉煤移动床：原料煤粒度的均匀性离析阻力分布分级过筛，不混杂，大、小块粒径比最好为2。 流化床：粒度分布过宽，则气流带出小颗粒较多 15.(2)压力对氧气耗量的影响 生成甲烷的反应为放热反应第二热源减轻了燃烧反应中氧的消耗。如生产煤气的热值一定时，在1.96MPa下消耗的氧气仅为常压气化的1/22/3。(1)压力对煤气组成的影响 加压条件下的气化反应有利于生成甲烷，不利于二氧化碳的还原和水蒸气的分解，导致煤气中CO2和H2O含量偏高，而CO和H2含量偏低。(3)压力对蒸汽耗量的影响 气化压力升高，水蒸气耗量亦增大。？A甲烷量增加，气化系统需要的水蒸气绝对量增加B加压不利于水蒸气分解反应，使水蒸气分解率下降在实际操作中，还需用蒸汽量来控制炉温，以保证固态排渣的顺利进行，故总的蒸汽耗量加压时约比常压高2.53倍。水蒸气分解率在常压下约为65%，在1.96MPa压力下，降为36%，这是固态排渣加压气化的一大缺陷。(4)压力对气化炉生产能力的影响 气化炉的生产能力以标准状态下体积流量表示时，加压气化是常压气化的3.353.75 倍。 在压力下气体密度增大，使气化反应的速度加快 加压气化炉内的气流速度低于常压气化炉，如压力为2.45MPa时，其气固接触时间为常压时的5.0-5.75倍。而加压气化炉的料层又比常压气化炉厚，故气固反应的实际接触时间还要长些，因而使气化反应进行得较充分，反应比较接近平衡状态，碳的转化率较高。(5)压力对煤气产率的影响 气化压力的提高，使生成甲烷的量增加，气体的总体积减小，与常压气化相比，加压气化的煤气产率较低。随着气化压力的提高，煤气产率呈现下降趋势。鲁奇加压气化工艺的技术特点:气化炉压力2.54.0MPa，操作温度一般为10001250，固态排渣;气化炉结构复杂，炉内设有搅拌装置、煤分布器和炉算等转动设备，设备的损坏与检修较为频繁，运行开工率较低7580%，需要设备用炉; 煤气中含焦油、酚等，污水处理和煤气净化、副产品的回收工艺复杂、流程长、投资大;蒸汽消耗量大，分解率低，需配套规模较大的中压以上蒸汽锅炉;入炉煤为块(碎)煤550mm，原料来源受一定限制，价格比粉煤高;煤气中约含7-12%的甲烷和不饱和烃，这种煤气适宜作城市煤气或多联产，直接用于化工合成则需要增加甲烷催化转化单元，投资增加; 单台炉生产能力相对气流床要小，目前普遍使用的Mark-IV型气化炉运行压力2.95MPa ,煤炭气化能力为450950t/d。16.水分。通常要求入炉褐煤水分含量控制在20%以内。鲁奇炉入炉煤的水分可以较高，但有些褐煤水分过高时，会促使褐煤块受热碎裂、造成氧耗增加、增加净化系统的负荷和污水处理的投资和操作费用、给原料预处理造成困难。根据经验，当煤水分高于20%时，每增加1%氧耗将增加1.5%。当水分由20%上升到30%时，气化炉的生产能力下降10%左右。灰分。鲁奇炉原则上对煤的灰分无严格要求。但煤中灰分含量增加，将导致消耗定额增加，气化强度低，煤气产率降低，灰渣含碳量增加，煤气热值降低。因此，灰分过高影响效益，控制煤的灰分含量小于20%时较为经济。煤的粒度。褐煤640mm、烟煤525mm、焦炭和无烟煤520mm，要求最大粒径与最小粒径比为58; 小于2mm的粉煤量控制在1.5%以内，小于6mm的细粒煤量控制在5%以内。粘结性。鲁奇炉能气化坩埚膨胀序数(CSN)7以下的强粘结性煤。但与褐煤相比，消耗指标增加10%15%，气化炉的处理能力降低1520% ，气化效率下降5%左右。 灰熔融性温度与结渣性这是影响汽氧比和气化强度的关键，通常要求ST1200，最好高于1400。结渣性也影响操作温度，结渣性强的煤操作温度不宜过高。 反应活性原料煤活性越高越好。液态排渣加压气化技术和固态排渣比较：高温：气化强度大、生产能力高，34倍。低水蒸气消耗(固态的20%)、高水蒸气分解率(95%)使粗煤气中水蒸气含量显著下降，冷凝液减少，最终煤气站的废水量下降，废水处理量仅为固态排渣时的1/41/3。煤气组成：甲烷含量减少，一氧化碳和氢气的总含量提高约25，二氧化碳的含量则由一般的30%下降到25%。可将部分小于6mm的粉煤，废水制水煤浆和自产的焦油及油类通过喷嘴喷入气化炉气化。21.(1)流化床气化炉可直接利用碎屑煤(06mm或08mm)，不用加工成型块(如移动床气化炉所要求)，也不用磨成细粉(如气流床气化炉所要求)，只要将少量的外在水干燥。备煤的加工费用最低，正适合煤炭开采机械化水平提高后，粉煤率增加的特点。(2)流化床气化炉内物料均匀，温度均匀，便于操作控制，炉内存在的大量可燃物可保证生产的安全性。 (3)气化强度大，便于大规模生产设备的建设。目前长期生产运行的内径5m的恩德炉台炉产合成气可达4万M3/h，相当于年产合成氨9万吨和10万吨甲醇。 (4)添加脱硫剂后可在床内脱除硫磺，减少硫排放，利用循环流化床技术后脱硫的效果更佳。 (5)炉内温度足以裂解煤热解中产生的高烃类物质，简化了煤气净化及污水处理。 (6)炉内很少有机械运动设备及金属部件，维修工作量小。 (7)气化时炉内的温度一般小于等于1000，只需要一般的耐火材料就可长期运行。 (8)对煤的灰分含量的敏感性不大，在几种气化方法中，最适合于高灰劣质煤的利用。 (9)气化时比氧耗比气流床低，蒸汽消耗量又比干式排灰移动床气化炉低。 (10)流化床气化既不像移动床气化炉那样有充分的气固相的反应时间，往往显得还原反应进行的不够充分;又不如气流床气化那样有很高的温度，可以保证气化反应快速进行，因此在煤种的选择上要求用较高反应活性的煤和较高灰熔融性的煤。 (11)由于炉内物料混合均匀，气化炉要求生产煤气，因此必须要使炉内保持还原性气氛，也就是炉内的炉料中必须要有相当含碳量，这就对一般的流化床气化炉带来了出渣和飞灰含碳量高的问题，即所谓的“上吐下泻”，碳利用率低下。(12)流化床气化炉的煤气出口温度与炉内的温度相差不多，HTW等采用二次氧来燃尽自由空间的煤粉，使煤气出口的温度比床内的温度还高50-60 ,高温、高夹带物煤气的飞灰回收利用和高温煤气余热利用是一个较大的难题。 22.HTW 对煤质的要求原料煤要求活性高、灰软化温度高，褐煤和长焰煤是最适宜的原料，可直接使用010mm的原煤，而不必筛分，入炉煤水分一般要求12%。 KRW工艺对煤种的适应性非常强，包括弱粘煤和强粘煤、低硫煤和高硫煤、低灰煤和高灰煤以及低活性煤，但以年轻高活性褐煤为最佳。 23.下泻灰熔聚上吐循环返回灰熔聚区24.优点：反应温度高(火焰中心温度可达2000)，反应速度快，煤料的停留时间短(110s)，产物不含焦油、甲烷等物质，用来生产合成氨、甲醇。煤的黏结性、机械强度、热稳定性等对气化过程不起作用，原则上几乎可以气化任何煤种。气流床的设计简单，内件很少。缺点： 由于燃料在气化介质中的浓度低、反应物并流，产品气体与燃料之间不能进行内部换热，其结果使出口气体的温度比移动床和流化床的都高。为了保证较高的热效率，因而就得在后续的热量回收装置上设置换热面积较大的换热设备，这就在一定程度上抵消了气化炉结构简单的优点。已经工业化的气流床气化炉:KT、Shell、GSP、GE、Prenflo、Egas、对置多喷嘴气化炉、多元料浆气化炉等26.水煤浆浓度对气化过程的影响：一般地，随着水煤浆浓度的提高，煤气中的有效成分增加，气化效率提高，氧气的消耗量下降. 为使煤装易于泵送和提高其浓度，工业上采用添加表面活性剂来降低其黏度。水煤浆用的表面活性剂多选择芳烃类中与煤结构相近的物质，这样可以在煤的表面更好地吸附。一般要求水煤浆浓度60%27.德士古气化的煤种范围较宽，一般情况下不适宜气化褐煤，由于褐煤的内在水分含量高，内孔表面大，吸水能力强，在成浆时，煤粒上吸附的水量多。因此，相同的浓度下自由流动的水相对减少，煤浆的黏度大，成浆困难。灰分含量：德士古法是在煤的灰熔点以上的温度操作，炉内灰分的熔融所需要的热量需燃烧部分煤来提供，因而煤灰分含量增大氧消耗量会增大，同理煤的消耗量亦增大。一般应低于1015，在选择煤种时，应选择活性好，灰熔点低(小于1300)的煤。如高则需加入助熔剂(CaO或Fe2O3)，这又会增加运行成本，对耐火材料侵蚀，这一点特别不利于中国煤种的使用。不能太低：废锅结焦积灰可磨指数：5060以上28.灰渣黏度低，有利于灰渣的流动，但太低，炉砖侵蚀剥落较快。灰渣黏度高，渣流动不畅，容易堵塞渣口。只有在最佳黏度范围内操作才能在炉砖表面形成一定厚度的灰渣保护层，既延长了炉砖寿命又不致堵塞渣口。大多研究机构认为最佳黏度应控制在15 40Pa.S之间。最佳灰渣流动黏度对应的温度为最佳操作温度。液态排渣炉气化最佳操作温度以灰渣的黏温特性而定，一般推荐高于煤灰熔点3050。31.煤种适应范围宽。几乎可以气化从无烟煤到褐煤的各种煤，对煤的活性、粘结性、机械强度、水分、灰分、挥发分等一些关键煤质特性的要求不太严格。能源利用效率高。由于采用高温、高压气化及干煤粉进料，因此，热效率很高。在典型的操作条件下，Shell气化工艺的碳转化率可高达99%以上，气化效率可高达80%83%。此外，尚有15%左右的原料煤中能量可以通过废锅转化至过热蒸汽中去。气化炉无耐火砖衬里，维护工作量小。连续运转周期长。喷嘴8000小时氧耗量低于德士古炉。1525%生产调幅能力强。50130%操作温度高。14001700环境友好缺点： A受加压进料的影响，最高气化压力没有湿法气化压力高。湿法气化操作压力一般为2.8-8. 5 MPa。干法气化由于受粉煤加料方式的限制，气化压力一般为3. 0MPa。 B 粉煤制备投资高、能耗高、环境差：粉煤制备对原料煤含水量要求比较严格，需进行干燥，能量消耗高。粉煤制备一般采用气流分离，排放气需进行洗涤除尘，否则易带来环境污染。这样使制粉系统投资增加。C安全操作性能不如湿法气化。主要体现在粉煤的加压进料稳定性不如湿法进料，会对安全操作带来不良影响。湿法气化由于将粉煤制成水煤浆，易于加压、输送。D气化炉结构复杂，制造难度大，要求高Shell煤气化工艺对煤种的适应性很广，但从技术经济角度考虑，该工艺对煤种还是有一定的要求。如煤种特性对气化炉和相关设备的设计及操作有密切的关系，如在国内使用了灰分含量25%左右甚至更高的煤为原料，在一定程度上影响了气化炉的连续稳定运行。一般情况下，选用中低灰熔融性温度、灰分含量不很高的原料煤对Shell气化炉的操作是有利的。33.投资与运行费用根据国内设计院的对两种气化工艺做的投资对比分析，Shell粉煤气化工艺和Texaco水煤浆气化工艺的固定资产投资方面，Shell工艺较高（说法不一，一般认为是1.5倍）。（1）空分 Shell粉煤气化工艺耗氧量比Texaco水煤浆气化工艺小；Shell需要专门设置高纯度的N2制造和增压系统，从而多耗厂电，并使氧气空分系统复杂化，而Texaco水煤浆气化工艺无需设置高纯度的制氮和氮气增压系统。2）原料制备和输送 Shell工艺的原料制备和输送包括磨煤、干燥、储存及输送，其调节控制系统较复杂， 同时，粉煤干燥还要消耗一部分系统的能量，系统较Texaco工艺复杂，投资费用高于Texaco工艺。为了保证气化工艺的年运转率，Shell工艺的原料制备和输送需设计一个备用序列。在Texaco工艺中，高压煤浆泵是原料制备和输送过程中的一个重要设备。（3）气化及初步净化 Shell工艺的气化及初步净化过程中的单体较Texaco工艺复杂（气化炉及其内件、合成气冷却器、陶瓷过滤器等），但一般情况下，Texaco工艺为了提高装置的年运转率需设置一个备用炉。Shell气化炉的