煤化工工艺学课件53 固定(移动)床气化法

1、 5 5、煤的气化、煤的气化 53 固定(移动)床气化法 53 固定(移动)床气化法一、发生炉煤气（空气煤气） 以煤或焦炭为原料，以空气和水蒸气为气化剂，通入发生炉内制得的煤气为发生炉煤气。（ H2 N2 ）1. 制气原理：理想发生炉煤气 理想的发生炉煤气的组成取决于这两个反应的热平衡条件，即满足放热反应与吸热反应的热效应衡等的条件 。理想情况：气化纯碳，且碳全部转化为CO；按化学计量方程供入空气和水蒸气且无过剩；气化系统为孤立系统，系统内实现热平衡思考：实际发生炉煤气与理想发生炉煤气组成有何不同，思考：实际发生炉煤气与理想发生炉煤气组成有何不同， 为什么？会计算。为什么？会计算。P161放热

2、反应：. N2 . N2 +.吸热反应： H2H2 -.热平衡：. H2. N2 . H2 . N2 理想发生炉煤气组成:CO:40%; H2:18.2 %; N2:41.8%; （体积分数）实际上制取混合发生炉煤气（ CO:; H2:; N2: ; ） 实际上制取混合发生炉煤气，不可避免有许多热损失，水蒸气分解和CO2还原进行不完全，使实际的煤气组成、气化效率与理论计算值有显著差异。思考：结合各料层反应原理，说明图中煤气组成的变化规思考：结合各料层反应原理，说明图中煤气组成的变化规律。律。沿料层高度煤气组成的变化灰渣层： 气化剂（ ，H2）被预热，气体组成不变；氧化层： C+O2CO2 +Q

3、 ，（ ， CO2） C+CO22CO -Q（ 耗尽，出现CO，CO2 ）还原层： C+CO22CO -Q C+H2OCO+H2 -Q（CO ，CO2 H2 ）还原层以上： CO+H2OCO2+H2 +Q（ CO 稍 ， CO2和H2稍 ）2.气化过程的控制目的：高的气化效率气化炉的选择： 原料弱黏结性需破黏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；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：（温度、原料、气化炉有关） 气化强度超过合理的范围，就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，因而降低了煤气产率，并且影响到煤气的质量，其综合效果

4、是气化效率降低，气化强度按工作原料计算，烟煤气化强度按工作原料计算，烟煤200-300kg/(m2.h)炉温：（保持均匀和不结渣）水蒸气耗量与原料性质关系：水蒸气的单位消耗量的差异主要由于原料煤的理化性质不同，但为防止结渣要提高水蒸气的量。 水蒸汽的单位消耗量对水蒸气分解率和气化指标的影响提高水蒸气量，但水蒸气分解率却下降，煤气热值降低3.煤气发生炉具有凸型炉箅的煤气发生炉3M13型煤气发生炉：其特点：炉内带有搅拌棒破粘主要适用于气煤等弱粘结性煤种，湿法排灰（灰渣通过水封的旋转灰盘排出）。3M21型煤气发生炉不带搅拌装置主要用于气化贫煤、无烟煤和焦炭等不黏不黏结性结性燃料威尔曼-格鲁夏(W-G

5、)煤气发生炉两种形式：一种是无搅拌装置的用于气化无烟煤、焦炭等不黏结性燃料；另一种是有搅拌装置的用于气化弱黏结性烟煤。国内常用不带搅拌装置的。其特点是：液压加料，煤连续进入炉内，液压干法除灰，全水夹套。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、斜桥上煤装置思考：煤气发生炉出来的煤气可以直接供给用户吗？思考：煤气发生炉出来的煤气可以直接供给用户吗？4.煤气发生站工艺流程有焦油回收的冷煤气工艺流程：这种焦油不能作为重要产品，但必须从煤气中除去，防冷凝下来堵塞煤气管路和设备。煤气由发生炉出来，进入竖管直接水冷却器，初步除去重质焦油和粉尘，煤气被冷到8595

6、，经半净煤气管道进入电捕焦油器，除去焦油雾滴后进入洗涤塔，煤气被冷却到35以下，含尘量下降到100mg/m3以下，进入净煤气管，再经排送机送到用户。思考：家里做饭用的管道煤气燃烧时是什么颜色？思考：家里做饭用的管道煤气燃烧时是什么颜色？二、水煤气 水煤气是由炽热的碳和水蒸气反应所生成的煤气。燃烧时呈蓝色，所以又称为蓝水煤气。需提供水蒸气分解所需的热量热量，一般采用二种方法：a.交替用空气和水蒸气为气化剂的间歇气化法间歇气化法；b.用氧和水蒸气为气化剂的连续气化法连续气化法。 1.制气原理.N2 . N2 +394.1kJ/molH2 2 - 394.1kJ/moln间歇法制造水煤气间歇法制造水

7、煤气两段：吹空阶段（吹风阶段）； 吹蒸阶段（制气阶段）。理想水煤气生成理想水煤气的方程式：. N2 H2 . N2 2 理想水煤气组成：50%与50%2 气化效率：100%实际水煤气2含量高于（ OH2 22 ）常含有2、N2 、H2S和4 等气化效率：60%65%思考：理想水煤气与实际水煤气的组成有何不同？思考：理想水煤气与实际水煤气的组成有何不同？2.间歇法制造水煤气工作循环的构成 间歇法制水煤气，主要由吹空气（蓄热）、吹水蒸气（制气）两个阶段组成，但为了节约原料，保证水煤气质量，正常安全生产，还需要一些辅助阶段，实际共有六个阶段：吹风阶段、水蒸气吹净阶段、一次上吹阶段、下吹制气阶段、二次

8、上吹阶段、空气吹净阶段。 六阶段工作循环 ：a吹风阶段 吹入空气，使部分燃料燃烧，将热能积蓄在料层中，废气经回收热量后排入大气；b. 蒸气吹净阶段 由炉底吹入蒸气，把炉上部及管道中残存的吹风废气排出，避免影响水煤气的质量；c. 一次上吹制气阶段 由炉底吹入蒸气，利用床内蓄积的能量制取水煤气，煤气送气柜；d. 下吹制气阶段 上吹制气后，床层下部温度降低，气化层上移，为了充分利用料层上部的蓄热，用蒸气由炉上方往下吹（使气化过程在一个稳定，温度均匀的区域进行），制取水煤气，煤气送气柜；e. 二次上吹制气阶段 下吹制气后炉底部残留下水煤气，为安全起见，先吹入水蒸气，所得煤气仍送贮气柜；f. 空气吹净阶

9、段 由炉底吹入空气，把残留在炉上部及管道中的水煤气送往贮气柜而得以回收，以免随吹风气逸出而损失。以上各阶段的时间分配列于下表：34分钟循环各阶段时间分配表分钟循环各阶段时间分配表：序号 阶段名称 3min循环,（S） 4min循环,（S） 1 2 3 4 5 6 吹风阶段 蒸气吹净阶段 上吹制气阶段 下吹制气阶段 二次上吹阶段 空气吹净阶段 4050 2 4560 5055 1820 2 6080 2 6070 7090 1820 2 其缺点是生产必须间歇阀门频繁切换，生产效率低观察：炉中有没有搅拌装置？为什么？观察：炉中有没有搅拌装置？为什么？4.水煤气发生炉及水煤气站流程水煤气发生炉o U

10、GI煤气化炉 是一种常压固定床煤气化设备。o 原料：通常采用无烟煤或焦炭，o 发生炉由上锥体、水夹套、炉篦传动装置，出灰机械及炉底壳等五个主要部分组成。3.富氧连续气化制造水煤气和半水煤气特点：取消六阶段循环，采用富氧气纯氧气和水蒸气特点：取消六阶段循环，采用富氧气纯氧气和水蒸气为气化剂，延长有效制气时间，使生产能力提高。为气化剂，延长有效制气时间，使生产能力提高。气化原料要求：高挥发份不黏煤、弱黏煤、 低挥发份无烟煤、焦炭等o 其特点：是连续式操作生产发生炉煤气（即空气煤气）外，或间歇式操作生产半水煤气或水煤气。 炉子为直立圆筒形结构。o 炉体用钢板制成，o 下部设有水夹套以回收热量、副产蒸

11、汽，o 上部内衬耐火材料，炉底设转动炉篦排灰。o 优点是o 设备结构简单，易于操作，一般不需用氧气作气化剂，热效率较高。o 缺点是o 生产强度低，对煤种要求比较严格，采用间歇操作时工艺管道比较复杂。水煤气站流程上行煤气阀烟囱阀下行煤气阀吹风空气阀下吹蒸汽阀上吹蒸汽阀蒸汽总阀气柜气柜水封气柜水封洗涤塔洗气箱烟囱废热锅炉燃烧室水煤气发生炉集汽包集汽包蒸汽缓冲罐空气鼓风机上水蒸汽软水煤气去净化图5-27 水煤气站流程3.两段式完全气化炉特点： 使用高挥发份的弱黏结性烟煤及褐煤； 干镏气化分段进行； 两段炉具有比一般发生炉较长的干馏段，煤加热速度变慢，干馏温度低，获得的焦油质量比较轻。两段式煤气发生炉

12、（P173图-28）上段：干馏段下段：气化段下段煤气温度500600，上段煤气温度100150，只含轻质焦油。略两段式水煤气发生炉 现有水煤气炉上部增设干馏段，原料煤在干馏段进行低温干馏，产生半焦落入气化段，再用空气、水蒸气间歇制水煤气。气化炉构造 与两段煤气发生炉相似，包括加料装置、干馏段、气化段、回转炉箅及排灰装置。原料 不黏结或弱黏结性的烟煤或热稳定性好的褐煤。思考：之前是常压，若加压下气化如何？思考：之前是常压，若加压下气化如何？4.加压气化原理与工艺加压固定床气化炉生产工况 p175 表5-15,褐煤在各种不同压力下的气化试验结果说明：气化压力是一个重要的操作参数，它对煤气化过程及其

13、煤气组成、热值、产率等有显著影响。思考：如何影响思考：如何影响? 图图5-31-5-34说明了什么？说明了什么？ p176过程原理及其影响因素过程原理以及影响因素压力对煤气组成影响甲烷和二氧化碳含量增加；氢气和一氧化碳含量减少（在加压下为甲烷生成反应制造了条件 ）压力对氧气耗量的影响减少氧气的消耗（为常压的1323）压力对蒸汽耗量的影响蒸汽耗量增加（为防止结渣和利于甲烷化的反应，为常压的2.53倍）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）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）思考：思考： 加压气化炉加压气化炉-鲁奇炉（鲁奇炉（Lu

14、rgi)的特征。的特征。加压气化对煤气输送动力的影响节省煤气动力消耗固定床加压气化炉及工艺流程加压气化炉 最成熟炉型是鲁奇炉（Lurgi）。它和常压移动床一样，也是自热式逆流反应器，所不同的是采用氧气-水蒸气或空气-水蒸气为气化剂，在2.03.0MPa的压力和9001100温度条件下进行的连续气化法。o 双层壳体（内外两层厚刚筒间形成水夹套，可引出供气化炉使用）；o 设有煤分布器和搅拌器（破黏）；o 塔节型炉箅且设有破渣装置（气化剂均匀分布）；工艺流程P179图5-365.加压液态排渣气化炉基本原理 仅向炉内通入适当的水蒸气量，控制炉温度在灰熔点之上，使灰渣以熔融态自气化炉内排出（消除了结渣对

15、炉温的影响）气化炉概况及其结构液态排渣气化炉主要特点： 灰渣呈熔融液态排出； 特殊的排灰机构（英国煤气公司把工业鲁奇炉炉篦部分去掉，装上氧蒸气下倾斜嘴，气化剂喷入使温度为1500，使灰渣形成流动的熔渣。熔渣通过位于中央的排渣口排入急激室的水中淬冷成渣粒。）； 炉体为钢制外壳（内砌耐火砖，再衬碳化硅）； 喷嘴外部设水夹套； 排渣口材质为硝基硅酸盐或碳化硅（抗熔渣侵蚀）；加压液态排渣气化炉的优缺点优点：a.气化炉生产能力提高34倍；b.水蒸气分解率大为提高，后系统的冷凝液量大为减少；c.煤气带出物减少；煤气出口温度低；d.煤气中CO和H2组分提高25%左右，煤气热值提高；e:降低了煤耗；f:改善了环境污染；缺点：a炉衬材质要求高；b:熔渣池结构和