化工工艺学-第五章-煤的气化

1、聊城大学2013级讲义 概念概念：煤的气化（：煤的气化（Coal gasification)是以是以煤或煤焦（半焦）煤或煤焦（半焦）为原料，以为原料，以氧气（空气、富氧空气或纯氧）氧气（空气、富氧空气或纯氧）、水蒸气或氢气水蒸气或氢气等为气化剂（或称气化介质），在高温条件下通过化学反应等为气化剂（或称气化介质），在高温条件下通过化学反应把煤或煤焦中的有机质转化为把煤或煤焦中的有机质转化为煤气煤气的过程。的过程。 气化条件：气化条件：气化炉、气化剂、供给能量（三者缺一不可）气化炉、气化剂、供给能量（三者缺一不可） 气化产品：气化产品：CO、H2、CH4O2、H2O、H2，根据产热，根据产热方式和

2、煤气用途选择性供方式和煤气用途选择性供入（入（ H2 很少用）很少用）煤的气化是最有应用前景的技术之一煤的气化是最有应用前景的技术之一煤气化过程煤气化过程C(s) + O2(g) 2CO2(g)-406kJ/mol发发生生炉炉中中各各层层特特点点煤气化的物理化学基础煤气化的物理化学基础气化反应化学平衡气化反应化学平衡煤气化就过程而言包括煤气化就过程而言包括煤的干馏煤的干馏和和干馏半焦与气化剂干馏半焦与气化剂的气化反应。的气化反应。煤的干馏反应相对较快，而干馏半焦的气化反应较慢。参与反应的煤的干馏反应相对较快，而干馏半焦的气化反应较慢。参与反应的气体可能是最初的气化剂，也可能是气化过程的产物。煤

3、中少量元气体可能是最初的气化剂，也可能是气化过程的产物。煤中少量元素氮和硫在气化过程中产生了含氮和含硫的产物，主要是素氮和硫在气化过程中产生了含氮和含硫的产物，主要是NH3、HCN、NO、 H2S、COS、CS2等。等。煤干馏半焦中主要成分是碳煤干馏半焦中主要成分是碳，故，故讨论平衡反应时通常只考虑元素碳的气化反应。讨论平衡反应时通常只考虑元素碳的气化反应。燃烧及气化反应热、平衡常数燃烧及气化反应热、平衡常数反应反应反应式反应式反应热反应热HkkJmol-1平衡常数平衡常数8001300非均相反应非均相反应燃烧燃烧C+O2=CO2-406.41.810171.51013部分燃烧部分燃烧2C+O

4、2=CO-123.21.410174.561015炭与水蒸气反应炭与水蒸气反应C+H2O=CO+H2118.60.8071.01102Boudouard反应反应C+CO2=2CO160.90.7753.04102加氢反应加氢反应C+2H2=CH4-83.80.4661.0810-2均相反应均相反应氢燃烧氢燃烧2H2+O2=2H2O-241.12.210174.41011CO燃烧燃烧2CO+O2=2CO2-283.62.410154.91010水煤气反应水煤气反应CO+H2O=CO2+H2-42.41.040.333甲烷化反应甲烷化反应CO +3H2=CH4+H2O-206.70.5771.77

5、10-4气化反应平衡组成与温度压力关系气化反应平衡组成与温度压力关系 温度高，气温度高，气化反应进行化反应进行比较完全。比较完全。 压力高，生压力高，生成甲烷多，成甲烷多，因此因此高压气高压气化可以得到化可以得到含甲烷多、含甲烷多、热值较高的热值较高的煤气。煤气。 反应历程反应历程气化剂向固体气化剂向固体( (碳碳) )表面转移或扩散。表面转移或扩散。 A 第一步第一步气化剂被吸附在固体气化剂被吸附在固体( (碳碳) )表面。表面。 A 第二步第二步被吸附的气化剂在固体被吸附的气化剂在固体( (碳碳) )表面起反应而表面起反应而形成中间配合物。形成中间配合物。 A 第三步第三步中间配合物的分解

6、或与气相中到达固体中间配合物的分解或与气相中到达固体( (碳碳) )表面的气体分子发生反应。表面的气体分子发生反应。 A 第四步第四步产物从固体产物从固体( (碳碳) )表面解吸并扩散到气相。表面解吸并扩散到气相。A 第五步第五步气化反应动力学气化反应动力学煤的性质对气化的影响煤的性质对气化的影响 水分：水分：流化床流化床5%，气流床，气流床2%。 挥发分：挥发分：可增加煤气产率和热值，但增加煤气净化负荷可增加煤气产率和热值，但增加煤气净化负荷 粘结性：粘结性：移动床流化床用不粘结或弱粘结性煤。移动床流化床用不粘结或弱粘结性煤。 反应活性反应活性(反应性反应性)：活性高有利活性高有利 灰分：灰

7、分： 灰渣中碳的损失：灰分越多，随灰渣而损失的碳量越多灰渣中碳的损失：灰分越多，随灰渣而损失的碳量越多 煤中矿物质对环境的影响煤中矿物质对环境的影响 灰熔点与结渣性灰熔点与结渣性 煤灰的粘温特性：灰渣粘度煤灰的粘温特性：灰渣粘度250Pa.s 热稳定性：热稳定性：加热时，是否容易破碎加热时，是否容易破碎气化效率气化效率 机械强度：机械强度：强度低，只能用气流床与流化床强度低，只能用气流床与流化床 粒度分布：粒度分布：移动床移动床10100mm块煤；流化床块煤；流化床08mm细粒煤；细粒煤； 气流床气流床6mm煤。煤。煤气化过程的指标煤气化过程的指标v 煤气产率煤气产率：Nm3/kg(煤煤)v

8、气化强度气化强度：kg(煤煤)/m3 hv 气化效率气化效率：冷煤气效率，每：冷煤气效率，每Kg煤气化所得冷煤气在完全燃煤气化所得冷煤气在完全燃 烧时放出的热量与每烧时放出的热量与每Kg煤的发热量之比。煤的发热量之比。QQ V=100%=100%QQ气气燃燃QQ=QQ气焦油热燃鼓风v 热效率热效率：所有直接加入到气化过程中热量的利用程度。：所有直接加入到气化过程中热量的利用程度。煤气化炉原理和分类煤气化炉原理和分类供热方法供热方法部分氧化法（自热）部分氧化法（自热）间接供热（外热）间接供热（外热）利用气化反应释放热供热利用气化反应释放热供热A A 移动床移动床沸腾床沸腾床气流床气流床熔融床熔融

9、床反应器反应器煤气热值煤气热值低热值低热值:33494kJ/m3A 移动床气化炉移动床气化炉 移动床气化炉移动床气化炉 原料：原料：6-50 mm块煤或煤焦块煤或煤焦 加料方式：上部加料加料方式：上部加料 排灰方式：固态或液态排灰方式：固态或液态 灰渣和煤气出口温度：不高灰渣和煤气出口温度：不高 炉内情况：煤焦与产生的煤炉内情况：煤焦与产生的煤气、气化剂与灰渣都进行逆气、气化剂与灰渣都进行逆向热交换向热交换（逆流操作）（逆流操作）流化床气化炉流化床气化炉 流化床气化炉流化床气化炉 原料：原料：3-5 mm的煤粒的煤粒 加料方式：上部加料加料方式：上部加料 排灰方式：固态排灰方式：固态 灰渣和煤

10、气出口温度：接近灰渣和煤气出口温度：接近炉温炉温 炉内情况：悬浮沸腾，煤与炉内情况：悬浮沸腾，煤与气化剂传热快，温度均匀气化剂传热快，温度均匀气流床气化炉气流床气化炉 气流床气化炉气流床气化炉 原料：粉煤（原料：粉煤（70%以上通以上通过过200目）目） 加料方式：下部与气化剂加料方式：下部与气化剂并流加料并流加料（并流操作）（并流操作） 排灰方式：液态排渣排灰方式：液态排渣 灰渣和煤气出口温度：接灰渣和煤气出口温度：接近炉温近炉温 炉内情况：煤与气化剂在炉内情况：煤与气化剂在高温火焰中反应高温火焰中反应移动床气化移动床气化几种煤气组成几种煤气组成 煤气名称煤气名称 气化剂气化剂 煤气组成煤气

11、组成/V 热值热值（kJ/M3） H2COCO2N2CH4O2空气煤气空气煤气 空气空气 2.6 10 14.7 72.0 0.5 0.2 3800-4600 混合发生混合发生炉煤气炉煤气 空气空气-蒸气蒸气 13.5 27.5 5.5 52.8 0.5 0.2 5000-5200 水煤气水煤气 水蒸气水蒸气48.4 38.5 6.0 6.4 0.5 0.2 10000-11300 半水煤气半水煤气 蒸气、空气蒸气、空气 40.0 30.7 8.0 14.6 0.5 0.2 8800-9600 混合发生炉煤气混合发生炉煤气2222C+O +3.76N =2CO+3.76N246.435kJ m

12、ol碳22C+H O=CO+H118.821kJ mol碳以空气和水蒸气为气化剂，制得的煤气为发生炉煤气。以空气和水蒸气为气化剂，制得的煤气为发生炉煤气。1）理想发生炉煤气）理想发生炉煤气v 气化纯碳，且碳全部转化为气化纯碳，且碳全部转化为CO；v 按化学计量方程供入空气和水蒸气且无过剩按化学计量方程供入空气和水蒸气且无过剩；v 气化系统为孤立系统，系统内实现热平衡。气化系统为孤立系统，系统内实现热平衡。222.07C+2.07H O=2.07CO+2.07H246.435kJ mol碳CO:H2:N2=4.07:2.07:3.76煤煤气气组组成成CO 4.07 4.072.073.76100

13、%=41.1%2H 2.074.072.073.76100%=20.9%2N 3.764.072.073.76100%=38.0%燃料层厚度燃料层厚度/cm混合发生炉煤气组成随燃料层高度的变化曲线混合发生炉煤气组成随燃料层高度的变化曲线气相气相 炉渣层：炉渣层：气化剂（气化剂（O2 ，H2）被预）被预热，气体组成不变；热，气体组成不变； 氧化层：氧化层：C+O2CO2+Q(O2，CO2) ，C+0.5O2CO+Q(O2耗尽，出现耗尽，出现CO，CO2) 第一还原层：第一还原层：C+CO22CO-QC+H2OCO+H2-Q（CO，CO2 ，H2） 第二还原层：第二还原层：C+CO22CO-QCO

14、+H2OCO2+H2-Q（CO，H2） 气相：气相：CO+H2OCO2+H2-Q（CO2，H2）2）沿气化炉料层高度煤气组成的变化）沿气化炉料层高度煤气组成的变化3） 水蒸气对气化过程的影响水蒸气对气化过程的影响4） 气化过程的控制气化过程的控制 ：达到高气化效率：达到高气化效率气化炉的选择气化炉的选择 粘结性弱（需破粘）选择带搅拌装置的气化炉；粘结性弱（需破粘）选择带搅拌装置的气化炉； 机械强度和热稳定性差不宜搅拌；机械强度和热稳定性差不宜搅拌； 原料筛分粒度小的，要求煤气热输送的选择干法出灰。原料筛分粒度小的，要求煤气热输送的选择干法出灰。合理气化强度合理气化强度（与温度、原料、气化炉有关

15、）（与温度、原料、气化炉有关）气化强度超过合理范围气化强度超过合理范围，可能使灰渣中含碳量增加和出口煤气中带出物，可能使灰渣中含碳量增加和出口煤气中带出物增多，从而增加了原料的损失，降低煤气产率，并且影响到煤气的质量增多，从而增加了原料的损失，降低煤气产率，并且影响到煤气的质量，其综合效果是，其综合效果是气化效率降低。气化效率降低。5） 混合煤气发生炉混合煤气发生炉3M13型煤气发生炉型煤气发生炉1料斗；料斗；2煤斗闸门；煤斗闸门；3伸缩节；伸缩节；4计量锁煤器；计量锁煤器；5计量锁气器；计量锁气器；6托板和三角架；托板和三角架；7搅棒；搅棒；8空心柱；空心柱；9蜗杆减速机；蜗杆减速机；10圆

16、柱减速机；圆柱减速机；11四头蜗杆；四头蜗杆；12灰盘灰盘 3M13型和型和W-G型炉型炉3M13型煤气发生炉型煤气发生炉 p 炉内炉内带有搅拌棒带有搅拌棒破粘破粘p双滚筒连续进料双滚筒连续进料p回转炉箅连续排灰回转炉箅连续排灰p主要适用于长焰煤、气主要适用于长焰煤、气 煤等煤等弱粘结性煤种弱粘结性煤种威尔曼威尔曼-格鲁夏格鲁夏(W-G)煤气发生炉煤气发生炉其一：无搅拌装置的用于气化无其一：无搅拌装置的用于气化无烟煤、焦炭等不粘结性燃料；烟煤、焦炭等不粘结性燃料；其二：有搅拌装置的用于气化弱其二：有搅拌装置的用于气化弱粘结性烟煤。粘结性烟煤。国内常用不带搅拌装置的。国内常用不带搅拌装置的。 ：

17、液压加料，煤连续进入炉内，液液压加料，煤连续进入炉内，液压干法除灰，全水夹套。压干法除灰，全水夹套。威尔曼威尔曼-格鲁夏格鲁夏(W-G)煤气发生炉煤气发生炉1、山渣机 2、灰斗 3、炉栅 4、炉体 5、汽包 6、炉顶 7、双钟罩加烧煤箱 8、斜桥上煤装置水煤气水煤气水煤气是由炽热的碳和水蒸气反应所生成的煤气，主要由水煤气是由炽热的碳和水蒸气反应所生成的煤气，主要由CO和和H2组成。燃烧时呈蓝色，所以又称为组成。燃烧时呈蓝色，所以又称为蓝水煤气蓝水煤气。碳与水蒸气反应作为强吸热反应，需提供水蒸气分解所需的碳与水蒸气反应作为强吸热反应，需提供水蒸气分解所需的热量，一般采用两种方法：热量，一般采用两

18、种方法：a. 交替用交替用空气和水蒸气空气和水蒸气为气化剂的为气化剂的间歇气化法间歇气化法；b. 同时用同时用氧和水蒸气氧和水蒸气为气化剂的为气化剂的连续气化法连续气化法。 1） 理想水煤气理想水煤气u 吹风阶段：吹风阶段：2222CO3.76N =CO3.76N406.418kJ mol碳22CH O=COH118.821kJ mol碳223.42C3.42H O=3.42CO3.42H406.418kJ mol碳u 制气阶段：制气阶段：先通空气先通空气再通水蒸气再通水蒸气理想水煤气生产过程：理想水煤气生产过程：吹风气总量吹风气总量水煤气总量水煤气总量理想水煤气中理想水煤气中H2：CO=1:

19、1实际水煤气实际水煤气H2含量高于含量高于CO（ COH2O CO2 H2）2） 间歇法制水煤气的工作循环间歇法制水煤气的工作循环吹空气吹空气(吹风蓄热吹风蓄热)和和吹水蒸气吹水蒸气(制气制气)两个阶段两个阶段吹风阶段吹风阶段水蒸气吹净阶段水蒸气吹净阶段上吹制气阶段上吹制气阶段下吹制气阶段下吹制气阶段二次上吹制气阶段二次上吹制气阶段空气吹净阶段空气吹净阶段序号序号 阶段名称阶段名称 3 min循环循环/s 4 min循环循环/s (a) (b) (c) (d)(e) (f)吹风阶段吹风阶段 蒸气吹净阶段蒸气吹净阶段 上吹制气阶段上吹制气阶段 下吹制气阶段下吹制气阶段 二次上吹阶段二次上吹阶段

20、空气吹净阶段空气吹净阶段 4050 2 4560 5055 1820 2 6080 2 6070 7090 1820 2 六阶段循环时间分配表六阶段循环时间分配表在上吹制气阶段，让空气与水蒸气一起进入气化炉，这样不仅能制在上吹制气阶段，让空气与水蒸气一起进入气化炉，这样不仅能制得含氮的水煤气得含氮的水煤气( (半水煤气半水煤气) )，而且可适当提高炉温，提高生产能力。，而且可适当提高炉温，提高生产能力。3） 常压水煤气发生炉常压水煤气发生炉U.G.I水煤气发生炉水煤气发生炉1.外壳；外壳；2.安全阀；安全阀；3.保温材料；保温材料；4.夹套夹套锅炉；锅炉；5.炉篦；炉篦；6.灰盘接触面；灰盘接

21、触面；7.炉底；炉底；8.保温砖；保温砖；9.耐火砖；耐火砖；10.液位计；液位计；11.涡轮；涡轮；12.涡杆；涡杆；13.油箱油箱 结构特点：结构特点：炉体用钢板卷焊而成；炉体用钢板卷焊而成；炉顶及炉上部耐火材料；炉顶及炉上部耐火材料；下部装有水夹套。下部装有水夹套。炉顶有手动和半自动的加料器炉顶有手动和半自动的加料器炉下部偶偏心叠合炉箅炉下部偶偏心叠合炉箅排渣；排渣；可调节的灰梨可调节的灰梨排灰。排灰。主要组成：主要组成：上锥体、水夹套、炉上锥体、水夹套、炉箅传动装置、出灰机械、炉底壳箅传动装置、出灰机械、炉底壳加压移动床气化加压移动床气化常压移动床气化的主要局限：煤气热值低，煤气中常压

22、移动床气化的主要局限：煤气热值低，煤气中CO含量高，不能含量高，不能满足城市煤气要求，气化强度低，生产能力有限，煤气不宜远距离输送。满足城市煤气要求，气化强度低，生产能力有限，煤气不宜远距离输送。加压气化炉与常压气化炉类似，原料自上而下，气化剂自下而上，逆加压气化炉与常压气化炉类似，原料自上而下，气化剂自下而上，逆流接触，煤碳由固态向气态转化。流接触，煤碳由固态向气态转化。炉内料层：干燥层、干馏层、炉内料层：干燥层、干馏层、甲烷层甲烷层、气化层、氧化层和灰渣层。、气化层、氧化层和灰渣层。有利于有利于CH4的生成，提高煤气的热值。的生成，提高煤气的热值。加压移动床气化过程原理及影响因素加压移动床

23、气化过程原理及影响因素1） 压力对煤气组成的影响压力对煤气组成的影响24C+2H =CH +84.3kJ mol242CO+3H =CH +H O+219.3kJ mol2242CO +4H =CH +2H O+162.8kJ mol2242CO+2H =CO +CH +247.3kJ mol在相同温度下，随在相同温度下，随着着气化压力气化压力提高，煤气中甲烷和二氧化碳含量提高，煤气中甲烷和二氧化碳含量增加，一氧化碳和氢含量减少。增加，一氧化碳和氢含量减少。 煤气组成与气化压力的关系煤气组成与气化压力的关系2） 压力对氧气耗量的影响压力对氧气耗量的影响甲烷生成反应放热成为气化炉内除碳燃烧反应以

24、外的第二热源，甲烷生成反应放热成为气化炉内除碳燃烧反应以外的第二热源，可为水蒸气分解、二氧化碳还原等吸热反应提供热源从而减少了碳可为水蒸气分解、二氧化碳还原等吸热反应提供热源从而减少了碳燃烧反应中氧的消耗。故燃烧反应中氧的消耗。故随气化反应压力提高，氧气的消耗量减少。随气化反应压力提高，氧气的消耗量减少。3） 压力对水蒸气耗量的影响压力对水蒸气耗量的影响CH4PH2水蒸气分解生成的氢气是甲烷生成反应中氢的重要来源。水蒸气分解生成的氢气是甲烷生成反应中氢的重要来源。提高气化压力，提高气化压力，H2O分解率分解率，只有只有增加水蒸气耗量增加水蒸气耗量，使得生成氢，使得生成氢气的绝对量增加。（为防止

25、结渣和利于甲烷化的反应，加压时水蒸气总气的绝对量增加。（为防止结渣和利于甲烷化的反应，加压时水蒸气总耗量为常压时的耗量为常压时的2.53倍）倍）4） 压力对气化炉生产能力的影响压力对气化炉生产能力的影响提高生产能力（气化强度提高，反应速率加快，碳的转化率较高）提高生产能力（气化强度提高，反应速率加快，碳的转化率较高）5） 压力对煤气产率的影响压力对煤气产率的影响降低（气体体积减小，煤气中二氧化碳含量高）降低（气体体积减小，煤气中二氧化碳含量高）6） 压力对煤气输送动力消耗的影响压力对煤气输送动力消耗的影响节省煤气输送的动力消耗，减少煤的运输费用节省煤气输送的动力消耗，减少煤的运输费用固态排渣移

26、动床加压气化炉固态排渣移动床加压气化炉鲁奇炉鲁奇炉(Lurgi)采用氧气采用氧气-水蒸气或空气水蒸气或空气-水蒸水蒸气为气化剂，在气为气化剂，在2.03.0 MPa和和9001100下进行连续气化。下进行连续气化。p 双层壳体（内外两层厚刚双层壳体（内外两层厚刚筒间形成水夹套，可引出筒间形成水夹套，可引出供气化炉使用）；供气化炉使用）；p 设有煤分布器和搅拌器设有煤分布器和搅拌器（破粘）；（破粘）；p 塔节型炉箅且设有破渣装塔节型炉箅且设有破渣装置（气化剂均匀分布）；置（气化剂均匀分布）；结结 构构 特特 点点液态排渣移动床加压气化炉液态排渣移动床加压气化炉BG/L熔渣气化炉熔渣气化炉液态排渣

27、气化炉操作温液态排渣气化炉操作温度一般在度一般在11001500，操作压力为操作压力为2.353.04MPa。 液态排渣气化炉的基本液态排渣气化炉的基本原理是，仅向气化炉内通原理是，仅向气化炉内通入适量的水蒸汽，控制炉入适量的水蒸汽，控制炉温在灰熔点以上，使灰渣温在灰熔点以上，使灰渣呈熔融状态自炉内排出。呈熔融状态自炉内排出。流化床气化流化床气化温克勒温克勒(F.Winkler)流化床气化炉流化床气化炉流化床气化，把气化剂（蒸气和富流化床气化，把气化剂（蒸气和富氧空气或氧气）送入气化炉内，使煤氧空气或氧气）送入气化炉内，使煤颗粒呈沸腾状态进行气化反应。颗粒呈沸腾状态进行气化反应。对大部分煤来说

28、，灰分开始软化的对大部分煤来说，灰分开始软化的温度为温度为10501150。为了避免结渣，。为了避免结渣，流化床的操作温度经常维持在流化床的操作温度经常维持在850900。在这个温度下，只能用。在这个温度下，只能用反应反应性好的褐煤性好的褐煤为气化原料，才能获得质为气化原料，才能获得质量较好的煤气。量较好的煤气。使气流中夹带碳粒使气流中夹带碳粒得到充分的气化得到充分的气化温克勒煤气化工艺温克勒煤气化工艺粗煤气粗煤气的显热回收的显热回收温克勒炉的优点是生产能力大、温克勒炉的优点是生产能力大、结构简单、可用小颗粒煤、煤气中结构简单、可用小颗粒煤、煤气中无焦油等，其缺点是碳转化率低，无焦油等，其缺点

29、是碳转化率低，只能使用高活性的煤，煤气质量差，只能使用高活性的煤，煤气质量差，带出物多，而且设备庞大。带出物多，而且设备庞大。本工艺的主要缺点是操作温度本工艺的主要缺点是操作温度和压力偏低造成的，为此发展了高和压力偏低造成的，为此发展了高温温克勒（温温克勒（HTW）及灰团聚气化工）及灰团聚气化工艺，如艺，如 KRW气化法气化法和和U-Gas气化法气化法。针对温克勒炉的缺点，针对温克勒炉的缺点，HTW炉主要进行的改进：炉主要进行的改进：提高气化压力到提高气化压力到1MPa，这不但降低了合成气再压缩的能量，而，这不但降低了合成气再压缩的能量，而且提高了生产能力。且提高了生产能力。 提高气化温度提高

30、气化温度，有利于二氧化碳还原和水蒸气分解，提高氢和一，有利于二氧化碳还原和水蒸气分解，提高氢和一氧化碳浓度，提高碳转化率和煤气产率。氧化碳浓度，提高碳转化率和煤气产率。(要防止结渣，可在煤要防止结渣，可在煤中添加中添加石灰石石灰石等来提高煤料的软化点和熔点等来提高煤料的软化点和熔点)。I.流化床粗粒带出物循环回到流化床气化，从而提高了碳的转化率流化床粗粒带出物循环回到流化床气化，从而提高了碳的转化率。高温温克勒法高温温克勒法U-GAS气化法气化法流化床灰团聚煤气化工艺流化床灰团聚煤气化工艺特点：灰团聚排渣特点：灰团聚排渣原理：在流化床中导入原理：在流化床中导入氧化性高氧化性高速射流速射流，使煤

31、中灰分在软化而未，使煤中灰分在软化而未熔融状态下，在一个锥形床中相熔融状态下，在一个锥形床中相互熔聚而粘结成含碳量较低的球互熔聚而粘结成含碳量较低的球状灰渣，有选择地排出炉外。状灰渣，有选择地排出炉外。与固态排渣比：降低了灰渣中的与固态排渣比：降低了灰渣中的碳损失；碳损失；与液态排渣比：减少了灰渣带走与液态排渣比：减少了灰渣带走的显热损失。的显热损失。由中心进入气体的氧由中心进入气体的氧/汽比较大，故床底中心区汽比较大，故床底中心区(熔聚区熔聚区)温度较温度较高，当达到灰的初始软化温度时，灰粒选择性地和别的颗粒团高，当达到灰的初始软化温度时，灰粒选择性地和别的颗粒团聚起来。团聚体不断增大，直到

32、它不能被上升气流托起为止。聚起来。团聚体不断增大，直到它不能被上升气流托起为止。借助两级旋风分离器实现细粉循环并进一步气化，借助两级旋风分离器实现细粉循环并进一步气化，生成细灰与床层中的熔聚灰一起形成灰球排出。生成细灰与床层中的熔聚灰一起形成灰球排出。山西煤化所灰熔聚流化床气化炉山西煤化所灰熔聚流化床气化炉气流床气化气流床气化气流床：气化剂（水蒸汽与纯氧）将煤粉或煤浆夹带入气化炉进行并流气化。气流床：气化剂（水蒸汽与纯氧）将煤粉或煤浆夹带入气化炉进行并流气化。 原料：煤分（原料：煤分（70%小于小于200目）目） 气化剂：纯氧气化剂：纯氧-水蒸气水蒸气反应温度高达反应温度高达2000煤适用范围

33、广煤适用范围广液态排渣液态排渣并流气化并流气化特特 点点K-T炉气化方法炉气化方法K-T型气化炉及废热回收示意图型气化炉及废热回收示意图 特点：特点：J 温度高、气化强度大温度高、气化强度大J 尤其适合合成气的生产要求尤其适合合成气的生产要求J 煤种适用性强煤种适用性强L 需庞大的磨粉、余热回收、除尘装置需庞大的磨粉、余热回收、除尘装置L 常压操作，氧耗高，难达到高转化率常压操作，氧耗高，难达到高转化率L 干煤粉进料（难度）干煤粉进料（难度）加压干粉进料工艺加压干粉进料工艺如如Shell法法谢尔谢尔(shell)煤气化法煤气化法外壁外壁熔熔灰灰炉内炉内水冷水冷特点：特点： 加压操作加压操作、干

34、煤粉进料干煤粉进料、对喷烧、对喷烧嘴；嘴；14001700，煤转化率高，煤转化率高 耗氧较少、煤气有效成分较多耗氧较少、煤气有效成分较多 水冷壁、液态排渣水冷壁、液态排渣 磨煤能耗、粉尘磨煤能耗、粉尘谢尔气化法典型工艺流程图谢尔气化法典型工艺流程图优点：优点：可使用各种煤，碳转化率高；产品中可使用各种煤，碳转化率高；产品中CO+H2产率高，适合做合成气；产率高，适合做合成气；气化产物无焦油；采用干粉进料，降低氧耗；加压操作，提高生产能力。气化产物无焦油；采用干粉进料，降低氧耗；加压操作，提高生产能力。缺点：缺点：设备成本高，系统复杂。设备成本高，系统复杂。GSP气化法气化法GSP气化炉气化炉G

35、SP气化技术工艺流程图气化技术工艺流程图用于神华宁煤集团煤基烯烃项目的用于神华宁煤集团煤基烯烃项目的GSP气化炉气化炉德士古德士古(Texaco)气化法气化法特点：特点： 加压操作、水煤浆进料加压操作、水煤浆进料（安全、（安全、易高压操作）易高压操作） 碳转化率高，煤源广碳转化率高，煤源广 负荷适应性强负荷适应性强 液态排渣、无废水液态排渣、无废水 进料比干煤粉简单稳定进料比干煤粉简单稳定 湿法研磨节省动力湿法研磨节省动力 煤浆需加稳定剂煤浆需加稳定剂 副产蒸气利用很重要副产蒸气利用很重要 O2耗较高、耗较高、CO2较多较多气化炉气化炉旋风分离旋风分离水洗水洗磨煤磨煤煤煤水水水煤浆水煤浆水煤浆

36、水煤浆氧氧氧氧水煤浆泵水煤浆泵锁斗锁斗渣渣合成气合成气热水热水蒸发塔蒸发塔酸性气体酸性气体德士古气化法流程图德士古气化法流程图国家九五攻关，水煤浆气化及煤化工国家工程中心华东理工国家九五攻关，水煤浆气化及煤化工国家工程中心华东理工 由中心一个烧嘴变为四周四个对喷烧嘴由中心一个烧嘴变为四周四个对喷烧嘴 通过撞击流强化传质过程，有效气提高通过撞击流强化传质过程，有效气提高2-3%，氧耗有所下降，氧耗有所下降多喷嘴对置式水煤浆气化多喷嘴对置式水煤浆气化1.1 基本原理基本原理气体气体气流床气流床煤粒与气体煤粒与气体同时穿过同时穿过煤粒：煤粒：70%小于小于200目目气体气体流化床流化床煤粒运动煤粒运动气体穿过气体穿过煤粒：煤粒：3-5 mm气体气体移动床移动床煤粒不动煤粒不动气体穿过气体穿过煤粒：煤粒：6-50 mm三种煤气化工艺的比较三种煤气化工艺的比较炉内状态分类炉内状态分类移动床移动