第三章移动床常压气化

1、第三章移动床常压气化工艺第一节 概论 常压固定床气化炉是目前在中国使用量最多的气化炉炉型，总量约万台，在替代直接燃煤、燃油、减少污染物排放等方面发挥了积极作用，因此在一些煤气用量较少而又能确保块煤供应的情况下是可以使用的。常压水煤气气化主要在中小化肥厂使用，约生产中国合成氨产量的 6 0 以上，但这种炉型已被发改委列为非鼓励技术，其出路是提高效率、减少污染，如连续富氧或纯氧鼓风气化。本章将重点介绍移动床常压气化工艺中的发生炉煤气、水煤气和两段炉煤气等。 一 煤气化产物的种类 常压固定床煤气化技术是以空气、空气水蒸气、水蒸气等为气化剂，将固体燃料转化成煤气的过程。 常压固定床气化生成煤气的有效成

2、分主要有 、CO和少量 ，用于合成氨生产的半水煤气中的氮也是有效成分。工艺煤气一般分为空气煤气、混合煤气（发生炉煤气）、水煤气、半水煤气等。 表3-1 工业煤气组成2H4CH二 气固相反应 图图3-1 气固反应器的类型气固反应器的类型 1-反应物反应物 ；2-产物气产物气三 煤气发生炉内的燃料分布情况 固定床实际上是移动床。只是床层各层面的参数基本恒定，床层无明显位移。固定床的气化过程如图3-2。图3-2 固定床气化过程简图 图3-3 移动床及其炉内料层温度分布四 固定床气化对煤质量的要求 水分：随煤的碳化度而异。无烟煤和烟煤的含水量多在5%以下。次烟煤和褐煤含水量约10%-30%。煤中水分和

3、挥发份含量有关，随挥发份含量降低而降低。气化用煤含水量越低越好，一般要求不超过8%。 煤中水分高会增加气化过程的热损失，降低煤气产率和气化效率，使消耗定额增加。 原料煤的性质对气化过程影响很大。固定床气化对煤的选择尤为严格。四 固定床气化对煤质量的要求 挥发份：固定床气化制合成气时挥发分含量以不超过6%为宜。因为挥发分高的煤种，生产的煤气中焦油的产率高，焦油容易堵塞管道和阀门，给焦油分离带来一定困难。 表3-2 不同煤种的挥发分产率四 固定床气化对煤质量的要求 化学活性：燃料的反应性就是燃料的化学活性，是指煤与气化剂中氧、蒸汽、二氧化碳及氢的反应能力。化学活性高有利于气化过程，可以提高气体质量

4、和增加气化能力。由于可以降低气化温度而降低氧耗，煤的活性对不同的气化剂有一致的趋势。通常以 还原系数 表示。2COd2COCOCOCOCObabd20010022式中： 还原反应前二氧化碳体积分数，v% 还原反应后一氧化碳体积分数，v%2COaCOb（3-1）四 固定床气化对煤质量的要求 灰分及灰熔点： 煤中的灰分高，不仅增加了运输的费用，而且对气化过程有很多不利的影响。气化用煤灰分越低越好，一般控制在16%以下。 气化炉的氧化层，由于温度较高，灰分可能熔融成粘稠性物质并结成大块，这就是通常讲的结渣性。其危害有下面几点： 影响气化剂的均匀分布，增加排灰的困难。 为防止结渣采用较低的操作温度从而

5、影响了煤气的产量和质量。 气化炉的内壁由于结渣而缩短了寿命。 煤的结渣性与灰熔点有一定的关系。一般地，对于灰熔点低的煤在气化时容易结渣，为防止结渣，就要加大水蒸气的用量，使氧化层的温度维持在灰熔点以下。对于固定床固态排渣，一般要求灰熔点 在1250以上。 固定碳：气体燃料的有效成分。一般要求固定碳在60%以上。四 固定床气化对煤质量的要求 硫分：气化时硫变成硫化氢和有机硫存在于煤气中，对设备产生腐蚀。作为合成气硫化物会引起合成催化剂中毒。所以要求煤中硫越低越好。 热稳定性：指在高温下燃料保持原来粒度大小的性质，对气化工艺影响很大。热稳定性差的煤，在气化过程易破碎，煤气中带出物增加。热稳定性70

6、%为宜。 机械强度：机械强度差的煤在运输和破碎中易于生成碎屑。不仅增加成本，且不利于气化过程。要求煤的抗碎强度65%。 黏结性：煤气对煤的黏结性很敏感。黏结性强的煤在干馏层能形成一种黏性胶状流动物，破坏气化层中气体的分布，以至于使气化过程无法进行。四 固定床气化对煤质量的要求 粒度：（粒度与比表面积和传热的关系） 煤的比表面积和煤的粒径有关，煤的粒径越小，其比表面积越大。 煤和灰都是热的不良导体，导热系数小，传热速度慢，因此粒度的大小对传热过程的影响显著，进而影响焦油的产率。四 固定床气化对煤质量的要求 粒度：（粒度与生产能力的关系） 对于固定床而言，粒度范围一般在6-50mm之间，一般大于6

7、mm。粒度小有利于气化反应，但会增大气化剂通过燃料层的阻力，粒度太小，会增加带出物的损失。反之，大块燃料会增加灰渣中可燃组分的含量。 除颗粒的粒径大小外，颗粒的粒径分布也是生产上比较重要的问题，一般固定床发生炉所用的原料要进行过筛分级，最大粒度与最小粒度的比例要适宜，一般为5左右，低生产负荷下可放宽到8左右。粒度范围大，容易造成炉内局部气流短路或沟流，也可能出现偏析现象，即颗粒大的煤落向炉壁，而较小的颗粒和粉末落在炉子的中间，造成同一截面上不同部位的流体阻力不均。 四 固定床气化对煤质量的要求 综上所述，固定床气化对原料的要求是低水、低灰、低硫、高活性、高灰熔性、热稳定性好、机械强度高、不黏结

8、、粒度均匀适中的燃料。五 制气原理 空气煤气是发生炉煤气最简单的生产工艺。它以空气作为气化燃料，主要的化学反应如下： 从发生炉底部通入的空气气化剂中的氧在炉内氧化层与炽热的炭作用，理想情况下只生成二氧化碳，并放出大量的热。二氧化碳热气体上升到还原层，继续与碳作用发生还原作用，生成一氧化碳，并吸收热量。一氧化碳是空气煤气的主要可燃成分。 将上述反应相加得气化区总反应： 由此可见，空气煤气的主要有效成分是一氧化碳。即使在理想条件下，制取空气煤气的气化效率也只有71.9%，煤气热值4387kJ/ ,而理想空气煤气的有效成分一氧化碳只有34.7%，其余是65.3%的氮气。1 空气煤气3-13-221

9、2110.4/COCOkJ mol3mmolkJCOOC/1 .39422molkJCOCOC/3 .17322五 制气原理 上述分析结果是在理想条件下得出的，气化的是纯碳，反应完全，即使在理想条件下，转入煤气中的热能也不会超过碳所提供的热能的71.9%。实际生产中由于煤料的夹带损失，实际气化效率达不到上述计算指标，但可以反映实际气化过程和理想过程之间的差距。 空气气化过程中放出大量的热量，而吸收热量的反应主要是二氧化碳的还原反应，此外还有气化过程的散热损耗，这会使得炉内热量积聚，料层和煤气温度升得较高，存在易结渣而适宜采用液态排渣的气化炉、煤气热值低、出口温度高、气化效率低等问题，大大限制了

10、工业上的应用。1 空气煤气五 制气原理 为克服空气煤气的诸多缺点，在空气中混合一定量的水蒸气作为气化剂，这样生成的煤气称混合发生炉煤气。此煤气的主要成分为一氧化碳、二氧化碳、氢气和甲烷等气体，其中的氢气和甲烷的热值较高，因而和空气煤气相比热值大大提高。又因为水蒸气的分解需要吸收热量，这样就可以降低气化层的温度，使灰渣维持在不熔融的状态，因此采用固态排渣气化炉。这种煤气在工业上应用很广泛，主要的气化反应如下：2 混合煤气3-33-43-53-63-73-8molkJCOHOHCOmolkJCOHOHCmolkJCOHOHCmolkJCOOCmolkJCOCOCmolkJCOOC/4 .38/6

11、.9622/0 .135/8 .22022/3 .1732/1 .394222222222222五 制气原理 气化炉内热源主要依靠反应式（3-3）提供，气化反应的主反应除式（3-3）和式（3-4）以外，还包括式（3-6）和（3-7）。反应式（3-3）和（3-4）合并可用（3-5）表示，是放热反应。式（3-6）是混合煤气制气的主要反应，而且是主要的吸热反应。2 混合煤气五 制气原理 如果仍以空气来表示，则反应式（3-5）可以表示为 在理想状况下，气化过程达到热平衡时，式（3-9）放出的热量应能满足式（3-6）所需要的热量，所以，由式（3-9）(135.0/110.4)+式（3-6）得： 根据该式

12、可以计算理想混合煤气的组成。其体积分数分别为：2 混合煤气molkJNCONOC/4 .1102/762. 32/762. 32/12223-9molkJHNCONOHOC/03 . 22 . 23 . 26 . 02 . 222222%0.40%1003.212.22.2)(CO%2.18%1003.212.21)(2H%8.41%1003.212.23.2)(2N五 制气原理 实际的混合煤气发生炉内进行的气化过程与理想过程是有差别的。首先，强化燃料不是纯炭，里面含挥发分、灰分、水分等杂质，且气化过程也不可能达到平衡，碳不能完全气化，二氧化碳不能完全还原，因而煤气中的一氧化碳和氢气的含量比理

13、想情况的数值低。再者，混合煤气的组成和料层高度有关。2 混合煤气五 制气原理 实际制得的混合煤气除有一氧化碳、氢气、二氧化碳和氮气以外，还含有干馏产生的一定量的高热值甲烷及一些其他碳氢化合物，以及一定量的硫化物、氨气及水蒸气等。另外，进入气化炉内的水蒸气实际反应温度较低，蒸汽的分解率较低，因此，蒸汽分解产生的氢气和一氧化碳较理论值低，但由于干馏段生成部分氢气的补充，最终煤气的组成视具体情况而定。2 混合煤气五 制气原理 典型的制取水煤气的方法是煤的燃烧和水蒸气的分解分开交替进行，可制得（ +CO）与（ ）之比在15.823.1左右的水煤气，在合成氨工业上需配入适量的氮气使得（ +CO）与（ ）

14、之比约为3.2左右，称为半水煤气。 以水蒸气作为气化剂，在炉内主要进行的气化反应如下： 生成的产物可进行如下反应： 3 水煤气2H2N2H2NmolkJHCOOHCmolkJHCOOHC/6 .9622/0 .13522222molkJCHHCmolkJHCOOHCO/3 .842/4 .38422223-63-73-83-10五 制气原理 上述两个反应（3-6）及（3-7）均为吸热反应，提高温度对反应有利，可增加生产气体中CO和氢的含量，当温度高于900时，平衡产物气中二者均接近50%，而对于放热反应（3-8）和（3-10）在900的高温下生成二氧化碳和甲烷的量几乎为零。 就气化反应速度看，

15、碳与水蒸气反应基本由温度和燃料的活性决定。高温对碳的气化有利。 3 水煤气五 制气原理 3 水煤气 为了提供热量以维持炉内一定的温度，生产上采用的方法有外热发和内热法。外热法热量消耗大，不常采用。内热法用得较普遍，在气化之前，先通入空气燃烧部分煤，产生气化所需要的足够的热量，然后送入水蒸气进行气化反应制取煤气，随着气化的进行，床层温度逐渐下降，到一定程度后，停止送入水蒸气。然后再通入空气进行燃烧反应。在第二次送入空气之前，由于炉内残存部分煤气，为防止爆炸，一般用水蒸气对气化炉进行吹扫后方可通入空气。这种方法工业上称间歇制气。碳在空气中的燃烧反应如下：molkJCOOC/1 .3942221 2

16、110.4/COCOkJ mol3-1molkJCOOCO/7 .2832/ 122五 制气原理 理想情况下碳在气化时全部生成CO，即发生式（3-6）所示的反应，碳在燃烧时全部生成CO2，即发生式（3-1）所示的反应。供热平衡时，由式（3-6）(394.1/135.0)+式（3-1）综合可得方程式如下： 由式中知道，吹风气的组成是（CO2+3.762N2）；理想水煤气的组成为（3CO+3H2）；碳的总耗量是4mol。3 水煤气molkJHCONCOOHCNOC/033762. 333762. 3222222吹风气产率:)(/22.21244.22)762.31(3碳kgm理想水煤气的产率:)(

17、/80.21244.22)33(3碳kgm水蒸气消耗量:)(/3.11124183碳kgkg五 制气原理 理想水煤气的计算如下： 低热值计算用反应式（3-11）和式（3-12）计算，高热值用式 （3-11）和（3-13）计算 。3 水煤气333/73.115.0104.228.2415.0104.227.283mMJHlmolkJlOHOHmolkJgOHOHmolkJCOOCO/8 .285)(2/1/8 .241)(2/1/7 .2832/1222222223-123-113-13333/7.125.0104.228.2855.0104.227.283mMJHh五 制气原理 实际水煤气生产

18、中，由于接触时间和浓度的限制，使碳不能进行充分的氧化，除了生成二氧化碳外，尚生成一部分一氧化碳。另外，炉子还有散热损失，空气燃烧放出的热比理想状态的少，因而水蒸气不能完全分解。再加上原料不是纯碳，煤气中还有CO2、H2S、N2、CH4、焦油蒸气等。3 水煤气第二节发生炉煤气一 发生炉煤气 以空气和水蒸气为气化剂与原料煤或焦炭反应制得的煤气称为混合煤气（发生炉煤气）。由于气化剂中水蒸气的加入，克服了空气煤气热值低、炉温高、气化效率低等缺点，获得了较好的经济指标，成为移动床常压气化工艺中重要的气化方法之一。 煤气组成中无效气体约占60%左右，热值约为5.02-5.86 。由于其热值低，主要用作工业

19、燃料气。亦可以作为城市煤气的掺混气。由于可燃组分为30%左右的CO，一般不单独作为民用煤气使用。3/mMJ一 发生炉煤气图3-4 混合煤气组成随燃料层高度的变化曲线 1-灰分区 2-氧化区 3-第一还原区 4-第二还原区 5-煤气空间 表3-3 各种煤在机械化发生炉中的实际气化指标示例一 发生炉煤气 造成实际指标差于理想指标的主要原因有： 气化原料并非纯碳，由于挥发分、灰分的存在，其固定碳含量远小于100%，所以，煤气产率和空气耗量等均低于理想情况。 由于各种副反应的存在，碳并非完全转化为CO，水蒸气也不可能完全分解成CO、H2，因而使产品中含有CO2和未分解的蒸气，从而使煤气的有效成分和煤气

20、的热值均低于理想情况。 由于各种热损失的存在，如带出物及灰渣等带出的热量，炉体的散热，使放热反应释放的反应热并不能全部用于气化，而转入煤气中，故冷煤气效率亦低于理想情况。二 水蒸气加入量对气化过程的影响 1.水蒸气的作用和加入方式 混合发生炉煤气的制造是一种自热式气化过程，气化所需热量来自氧化层中碳的完全燃烧。因此，在整个料层中，紧靠灰渣层的氧化层温度最高。为防止灰渣的熔结，必须向气化炉内通入水蒸气，以降低和控制氧化层的温度。同时，由于水蒸气参加了气化反应，生成CO、H2，可改善煤气质量，充分利用煤气显热，降低煤气出口温度。 水蒸气的加入方法，通常是与空气混合均匀后，一起进入炉内。表3-4 常

21、用饱和温度及其对应的水蒸气含量 例如，淮南煤气化的空气耗量为2.1m3/kg，空气的饱和温度为6063。 则1kg淮南煤的水蒸气耗量为多少？二 水蒸气加入量对气化过程的影响2.蒸气耗量与煤料性质的关系对于不同分类牌号的煤料对于高变质程度的无烟煤以及气焦等，消耗的水蒸气量大；对于低变质程度的褐煤和泥炭等，消耗的水蒸气量小。对于同一分类牌号的煤料块度较小或灰分较高的煤料进行气化时，消耗水蒸气量大。二 水蒸气加入量对气化过程的影响二 水蒸气加入量对气化过程的影响图图3-5 水蒸气消耗量、水蒸气分解率、水蒸气分解量、气体热值和气体组成的关系水蒸气消耗量、水蒸气分解率、水蒸气分解量、气体热值和气体组成的

22、关系 1-水蒸气分解量；水蒸气分解量；2-气体热值；气体热值；3-水蒸气分解率；水蒸气分解率；4-CO含量；含量；5-H2含量含量3.蒸气耗量与蒸汽分解率及气化指标的关系水蒸气消耗量水蒸气消耗量/kg/kg(碳碳)水蒸气分解量水蒸气分解量/kg/kg(碳碳)三 气化指标及其影响因素 1.煤气的热值与组成图3-6煤种与净煤气发热值的关系 图3-7粗煤气组成和挥发分的关系1-热力学平衡态；2-褐煤；3-气煤；4-无烟煤三 气化指标及其影响因素 1.煤气的热值与组成 表3-5 料层厚度与煤气组成三 气化指标及其影响因素 2.煤气产率 表3-6 半机械化煤气发生炉中，各种原料煤气产率的平均指标三 气化

23、指标及其影响因素 3.原料的损失 气化过程中的原料损失，包括随煤气离开气化炉的带出损失和随灰渣离开气化炉的排出损失两部分。原料损失的量主要决定于原料的物理性质、气化过程的鼓风速度、水蒸气的加入状况以及发生炉的结构。排出损失与原料灰分含量、灰分性质、操作条件等有关。一般，带出损失以干煤计，排出损失以纯碳计。三 气化指标及其影响因素 4.气化效率和气化热效率气化效率和气化热效率气化效率是指生成物的发热量占原料发热量的百分率。 式中气化效率%； Q1千克煤所制得煤气的热值kJ/kg； Q1千克煤所提供的热值kJ/kg。 当不包括焦油时： 包括焦油时： 式中气化效率%； Qg煤气的热值kJ/m3； V

24、煤气产率，m3/kg； Q原料煤的发热量kJ/kg； Q焦单位原料气化生成焦油的热量，kJ/kg。 1 0 0 %gQ VQ100%gQVQQ焦1 0 0 %QQ三 气化指标及其影响因素 4.气化效率和气化热效率气化效率和气化热效率 气化热效率是指生成物的发热量与可回收热量之和占所供给总热量的百分率。 在不进行废热回收的场合，气化的热效率小于其气化效率。 气化过程的热损失主要有两个方面。一方面是生成气体的显热、未分解水蒸气的热焓以及带出物、焦油、灰渣排出物的化学热、相变焓和显热等。另一方面是发生炉对周围环境因辐射、传导及对流所引起的热损失。其中，因炉出煤气中水蒸气而损失的热量是相当大的。 四

25、主要设备 1.炉篦炉篦 图3-8 (1)炉蓖结构示意 1-一层炉篦；2-二层炉篦；3-三层炉篦；4-四层炉篦；5-五层炉篦； 6-炉篦座；7-灰盘；8-大齿轮；9-蜗杆；10-裙板 炉篦作用：支承料层；破碎并排出灰渣；均匀分布气化剂。四 主要设备 1.炉篦炉篦 图3-8（2）炉篦炉篦作用：支承料层；破碎并排出灰渣；均匀分布气化剂。四 主要设备2 混合煤气发生炉图3-9 3M13型煤气发生炉 1加煤机和搅拌装置；2炉盖；3探火孔；4炉体和水套；5炉箅；6灰盘；7小排灰刀；8炉箅传动装置；9支柱；10大牌灰刀；11通风箱四 主要设备2 混合煤气发生炉图3-10 3M21型煤气发生炉 1加煤机；2炉

26、盖；3探火孔；4炉衬；5煤气出口；6蒸汽水套；7炉箅；8碎渣圈；9灰盘；10通风箱；11传动装置；12支柱四 主要设备2 混合煤气发生炉 图3-11 W-G型煤气发生炉 1中料仓；2圆盘加料阀；3料管；4气化剂管；5传动机构；6灰斗；7刮灰机；8插板阀；9炉篦；10水套；11支撑板；12下灰斗；13风管；14中央支柱 五 气化过程的工艺条件及强化途径 1.气化过程的工艺条件气化过程的工艺条件 在既定的原料、设备和工艺流程中，为获得最经济的气化指标，必须选择最适宜的工艺条件，一般包括：气化的温度、压力、气化剂的组成和流速。 （1）炉温 料层温度的适当提高，不仅能改善煤气质量，又增加了煤气的产量。

27、但料层温度也不能过分提高，它受到多种因素的制约。 （2）饱和温度 原则上，只要在不结渣的前提下，饱和温度宜取低值。五 气化过程的工艺条件及强化途径 1.气化过程的工艺条件气化过程的工艺条件 （3）鼓风速度 鼓风速度过低，将使发生炉生产能力降低，鼓风速度的适当提高，可提高发生炉的生产能力和煤气质量；鼓风速度太高，对气化也是不利的。 五 气化过程的工艺条件及强化途径 2.强化气化过程的途径强化气化过程的途径 为满足生产的需要和提高煤气生产的技术经济指标，煤制气生产应该是大规模的。 建设生产能力大的煤气发生炉，有两种途径：（1）在料层气化强度不变情况下，加大气化炉几何尺寸；（2）提高气化炉的气化强度

28、，即强化气化过程。 强化气化过程的实质是提高炉内气化反应的速率。 五 气化过程的工艺条件及强化途径 2.强化气化过程的途径强化气化过程的途径（1）提高气化剂中氧气的浓度 表3-7 鼓风气中氧浓度对主要气化指标的影响五 气化过程的工艺条件及强化途径 2.强化气化过程的途径强化气化过程的途径 （2）提高气化温度 提高气化温度，有利于各气化反应速度的提高，是改善煤气质量和提高发生炉生产能力最有效的手段。气化温度可通过鼓风气的饱和温度进行调节控制。但当气化剂中氧浓度提高或用废热锅炉来预热鼓风气时，也会提高气化温度。 五 气化过程的工艺条件及强化途径 2.强化气化过程的途径强化气化过程的途径 （3）提高

29、气化压力 提高气化压力是强化过程的重要方法。气化压力的提高，使反应气体的密度增大，反应速度加快，从而提高了气化强度。同时，由于在压力下，气流运动的线速度变小，反应气体与炉料的接触时间延长，带出物减少，使气化效率提高。但是气化压力的提高，对气化炉的结构和操作都提出了新的要求，与常压操作有较大区别。 五 气化过程的工艺条件及强化途径 2.强化气化过程的途径强化气化过程的途径 （4）提高鼓风速度 鼓风速度的提高，受到下列因素的限制： （1）二氧化碳和水蒸气还原反应进行的完全程度； （2）料层的稳定性及带出物数量； （3）发生炉的结构特点，炉底最大的允许风压。六 气化工艺流程和操作条件 饱和空气经与煤

30、气炉的碳反应生成500左右的粗煤气经旋风除尘器除去带出物以后（煤粉粒、焦油等），通过煤气管道直接送往用户。 流程简单，煤气的显热得到利用，但煤气含焦油和煤粉量较多对后工序不利。1 热煤气流程 发生炉煤气的工艺流程一般分为热煤气和冷煤气两种流程。图3-12 热煤气工艺流程图1鼓风机 2威尔曼-格鲁夏型煤气发生炉 3旋风除尘器 4中间煤斗 六 气化工艺流程和操作条件1 热煤气流程六 气化工艺流程和操作条件 为去除煤气中带尘的颗粒，热煤气系统采用干法除尘，冷煤气系统采用湿法除尘并兼有冷却煤气的效果。 热煤气系统的干法除尘设备有旋风除尘器及灰袋等，为防止煤气的降温和泄漏，这些设备均采取保温措施和带隔离

31、水封的清灰装置。 1 热煤气 图3-13 热煤气干法除尘设备灰袋1热煤气管 2灰袋 3出灰装置六 气化工艺流程和操作条件 煤气在旋风除尘器中做旋转运动，悬浮于煤气中的尘粒在离心力的作用下被抛向器壁，又在重力作用下落至分离器的锥形底部，由排尘管排出。净化后的气体形成上升的内旋流并经过排气管排出。 1 热煤气 图3-14 热煤气干法除尘设备旋风分离器六 气化工艺流程和操作条件 冷煤气工艺流程又因原料不同而分为焦炭（无烟煤）冷煤气和烟煤冷煤气流程。主要区分在于煤气的除焦油能力。 焦炭（无烟煤）冷煤气流程（图3-15）：煤气发生炉生成的约500的粗煤气，出炉后进入双竖管，经循环水冷却至80后进入煤气洗

32、涤塔，与冷却塔顶部喷下的冷却水逆流接触换热，煤气被冷却到30-40，由洗涤塔上部导出，经气水分离器除去水分后再送至用户。 烟煤冷煤气流程（图3-16）：煤气炉产生的粗煤气约500，进入双竖管顶部，在塔内与冷却水逆流和并流接触，粗气中的焦油和带出物经洗涤自塔底排出，粗气则被冷却至80左右，出塔后经隔离水封去电捕焦油器脱除所夹带的95%以上的焦油雾。再进入三级洗涤塔，在塔内与冷却水逆流换热，煤气被冷却至35左右，洗涤水自塔底排出。出洗涤塔的冷煤气经气水分离器分离水滴后经排送机送往用户。2 冷煤气流程六 气化工艺流程和操作条件2 冷煤气流程六 气化工艺流程和操作条件2 冷煤气流程图3-15 焦炭（无

33、烟煤）冷煤气工艺流程图GF2空气管；XH9冷循环水管；Z2-0.5公斤/厘米2蒸汽管；GF3饱和空气管；M4煤气管；S上水管；X1生产下水管；Sa软水管；XH10热循环水管；Y2焦油管；Z1-4kg/cm2蒸汽管六 气化工艺流程和操作条件2 冷煤气流程六 气化工艺流程和操作条件2 冷煤气流程图3-16 烟煤冷煤气工艺流程图GF2空气管；XH9冷循环水管；Z2-0.5公斤/厘米2蒸汽管；GF3饱和空气管；M4煤气管；S上水管；X1生产下水管；Sa软水管；XH10热循环水管；Y2焦油管；Z1-4kg/cm2蒸汽管第三节间歇法气化技术一 水煤气及实际气化工作循环 水煤气在我国主要用作合成氨原料气（此

34、时称为半水煤气）。遍及全国的中小型化肥厂绝大多数采用水煤气工艺生产合成气。此外，水煤气也被用于玻璃制品、陶瓷、电子、机械制造等行业作为工业燃气，或者与焦炉煤气或其他中热值煤气掺混作为城市煤气。近几年还出现了一些小型民用水煤气站，直接利用水煤气作为中小城市和集中居民区的过渡性民用燃料，使水煤气的应用更加广泛。1 水煤气一 水煤气及实际气化工作循环 典型的制取水煤气的方法是煤的燃烧和水蒸气的分解分开交替进行，可制得（ +CO）与（ ）之比在15.823.1左右的水煤气，在合成氨工业上需配入适量的氮气使得（ +CO）与（ ）之比约为3.2左右，称为半水煤气。 以水蒸气作为气化剂，在炉内主要进行的气化

35、反应如下： 生成的产物可进行如下反应： 1 水煤气2H2N2H2NmolkJHCOOHCmolkJHCOOHC/0 .902/5 .13122222molkJHCOOHCO/0 .41222一 水煤气及实际气化工作循环 表3-8 不同温度下，达到平衡时的水煤气组成一 水煤气及实际气化工作循环1 实际水煤气 在实际生产时由于副反应存在和热损失，气化指标和理想状态不同。实际气化焦炭和无烟煤的水煤气指标见表3-9。 实际水煤气组成中，除了CO和 外，还有 等。水煤气中 含量远高于CO的含量，说明有相当一部分CO和蒸汽反应生成了 和 。2H242222)(NCHSHOCOgOH和、2CO2H2H一 水

36、煤气及实际气化工作循环 实际水煤气 表3-9 我国某厂以焦炭制取水煤气的指标 一 水煤气及实际气化工作循环2 实际气化的工作循环 水煤气生产是个间歇过程，每隔一定的时间后，整个生产过程的各个环节或阶段，必有一次重复。这种包括水煤气生产各个必要阶段的过程，每进行一次，称为一个工作循环。 实际的工作循环通常分为：吹风、蒸气吹净、一次上吹、下吹、二次上吹、空气吹净六个阶段。每个阶段的气流方向如图3-17。一 水煤气及实际气化工作循环2 实际气化的工作循环图3-17 每个循环按六个阶段制水煤气的气体流程1-吹风空气阀；2-烟囱阀；3-上吹蒸气阀；4-上行煤气阀；5-吹风气阀；6-下吹蒸气阀；7-下行煤

37、气阀。二 吹风阶段和制气阶段的操作条件 间歇式水煤气生产和混合煤气的生产不同，以水蒸气为气化剂时，在气化区进行的主要是水蒸气的分解反应。燃料底部为灰渣区用来预热从底部进入的气化剂，又可以保护炉篦不致过热变形，这一点与混合煤气发生炉相同。但由于氧化和还原反应分开进行，因而燃料层温度随空气的加入而逐渐升高，而水蒸气的加入又逐渐降低，呈周期性变化，生产煤气的组成也呈周期性变化。这就是间歇式制气的特点。二 吹风阶段和制气阶段的操作条件 （1）吹风阶段 图3-18 CO、CO2平衡组成与温度的关系 molkJCOOC/8 .39322 实际生产中，可以选择较高的空气鼓风速度，缩短吹风时间来减少一氧化碳的

38、生成。mol/kJ4 .231CO2OC22二 吹风阶段和制气阶段的操作条件 （1）吹风阶段 吹风过程的热效率用料层蓄积的热量与该过程所消耗的热量之比来表示，即：式中 料层蓄积的热量，kJ；（化学反应放走热量与吹风气带走热量之差) 原料的热值，kJ/kg； 吹风气过程中的原料消耗量，kg。1100%ACAQHGAQCHAG二 吹风阶段和制气阶段的操作条件 （1）吹风阶段 图3-19 间歇法制水煤气的效率与温度的关系 1-制气效率；2-吹风效率；3-总效率；4-吹风温度 5-吹风气中CO2含量 燃料层温度对吹风燃料层温度对吹风和制气影响不同，燃料和制气影响不同，燃料层温度一般控制在层温度一般控制

39、在10001200之间，太之间，太高或太低都不合适。高或太低都不合适。 制气的总效率在制气的总效率在800850最高，但气最高，但气化强度太低。化强度太低。二 吹风阶段和制气阶段的操作条件 （2）制气阶段的效率 制气阶段效率是指获得水煤气热量与制气阶段所消耗原料的热量和蓄积于料层中热量之和的比值。式中 Q生成煤气中可燃气体（H2 +CO）的热值， kJ； GC 吹水蒸气过程中所消耗的煤量，kg； QA吹风阶段蓄积在燃料层中的热量， kJ； HC原料的热值， kJ/kg。 2100%CAQHGc Q二 吹风阶段和制气阶段的操作条件 （3）水煤气制造过程的总气化效率 水煤气制造过程的总气化效率为所

40、获得的水煤气热量水煤气制造过程的总气化效率为所获得的水煤气热量与吹风阶段和制气阶段所消耗原料热量之和的比值。与吹风阶段和制气阶段所消耗原料热量之和的比值。100%CCAQHGcHG实际生产中，以提高制气效率为主，兼顾总效率。二 吹风阶段和制气阶段的操作条件 （4）影响制气效率和过程总效率的因素 图3-20 料层温度、水蒸气吹入速度与制气效率的关系 此外，原料反应性也影响过程的总效率。此外，原料反应性也影响过程的总效率。三 循环时间的确定 （一）制气各阶段水煤气组成及产量的变化 在制气各阶段中，由于料层温度状况的不同，因而使制得的水煤气组成和产量亦不相同。 表3-10 制气各阶段中水煤气组成的变

41、化三 循环时间的确定（一）制气各阶段水煤气组成及产量的变化图 3-21 制气各阶段生产能力图三 循环时间的确定 蒸汽吹入强度提高，水煤气产量变化很剧烈，吹蒸汽的时间应缩短。（一）制气各阶段水煤气组成及产量的变化影响水煤气组成和产量变化的主要因素：三 循环时间的确定 （二（二 ）循环时间的确定）循环时间的确定 一般而言，循环时间长，气化层温度、煤气的产量和成分波动大；相反，则波动小，但阀门开启次数频繁。在实际生产过程中，应根据具体使用的气化原料和阀门的控制条件来确定。目前采用3-4min的工作循环。 一般来说，气化活性差的原料需较长的循环时间。 三 循环时间的确定 （二（二 ）循环时间的确定）循

42、环时间的确定 水煤气工作循环有六个阶段，各阶段时间的分配，随原料的性质和工艺操作的具体要求而定。一般蒸汽吹净、二次上吹以及空气吹净阶段的长短，以能达到排净煤气炉上部空间和下部空间的残留空气或残留煤气为原则，基本不变或很少改变。为了保证吹净阶段空气自发生炉下部进入而不发生爆炸，二次上吹时间稍长一些较为安全，一般占循环时间的69%；蒸汽吹净阶段和空气吹净阶段，分别是为了排净发生炉上部空间残留的吹风气和残留的水煤气，故所需时间最短，一般只占循环的34%。三 循环时间的确定 （二（二 ）循环时间的确定）循环时间的确定 吹风和制气各阶段时间的分配，总的原则是经吹风后，料层具有适当的高温，且吹风时间要短，

43、相对增加制气阶段的时间。吹风时间的长短，以使燃料层具有较高温度和使煤气炉有较大生产能力为主要原则。至于能否用较短的时间达到较高炉温，决定于空气鼓风机的性能以及燃料层是否允许提高气流速度等条件。达到理想炉温所用的时间长短，以提高空气流速为主要手段，但以不致使燃料层吹翻为限。当空气流速已经达到燃料层阻力及其分布所允许范围的高限时，若还需要提高炉温，则应通过延长吹风时间来达到。三 循环时间的确定 （二（二 ）循环时间的确定）循环时间的确定 在上、下吹时间分配比例方面，以下吹时间稍长些为好，但下吹时间也不宜过长。三 循环时间的确定 （二（二 ）循环时间的确定）循环时间的确定 表表3-11 以焦炭为原料

44、制取水煤气的时间表以焦炭为原料制取水煤气的时间表四 实际的生产工艺条件 根据多年水煤气生产的实际经验，采用“三高一短”的操作方法是扩大水煤气原料品种，提高气化强度的有效方法。 三高是指高炉温、高风速、高料层；一短是指短的循环时间。 四 实际的生产工艺条件 高炉温 气化层温度的高低，直接影响煤气发生炉生产能力和原料的消耗。气化层温度高，即料层积蓄的热量多，可加快气化反应速度，提高蒸汽分解率，提高水煤气产量和质量。 图3-23 温度对水蒸气分解的影响四 实际的生产工艺条件 高风速 提高风速，即提高单位时间内的吹风量。在保证料层不被吹翻的前提下，提高风速有诸多优点。 加快碳的燃烧；二氧化碳与原料碳的

45、接触时间缩短，二氧化碳还原比较困难，减少了吹风气中由于一氧化碳潜热带走的热损失，降低了原料消耗；提高风速，可缩短吹风时间，增加了制气时间，提高了设备利用率。 风速也不可能无限制提高，否则，风速过高，会把料层吹翻而影响正常操作，并增加气体含尘量。四 实际的生产工艺条件 高料层 在保证一定的吹风速度下，提高料层厚度，可增加水蒸气与煤料的接触时间，提高蒸汽分解率和气体质量。但料层也不可过高，当料层远高于气化层时，预热层太厚，炉子上部料层温度很低，几乎不起什么变化，反而增大炉子的阻力，对制气不利。四 实际的生产工艺条件 短循环时间 对于活性较高的原料，就碳和氧的燃烧反应而言，在相同的炉温下，应提高吹风

46、速度，相应缩短吹风时间，则有利于减少吹风气中一氧化碳的潜热损失；对于碳和蒸汽的气化反应而言，提高蒸汽流速可加速气化反应，相应缩短吹蒸汽的延续时间，因而选用短循环为宜。对于活性较低的原料，循环时间可稍长些。五 气化原料的基本要求 间歇法生产水煤气的原料，必须具有低的挥发分产率。由于水煤气生产中阀门的开闭极其频繁，焦油等污物在阀门座上的沉积会引起阀门关闭不严，这会给水煤气生产造成极大的危险性。所以间歇法水煤气生产过程，通常采用焦炭和无烟煤为气化原料。 除了较低的挥发分产率的基本要求外，生产水煤气的原料还应具有较大的块度，适中的反应性，较好的机械强度和热稳定性以及较高的灰熔点。 六 半水煤气生产 半

47、水煤气是指人为地加入氮气后的水煤气，目的是制成合成氨专用原料气。作为合成氨原料气，要求气体中（H2+CO）与N2的比例为3.13.2。可以用发生炉煤气和水煤气混合的方法，亦可在同一煤气炉中制取。在生产中一般采用在吹蒸汽阶段同时吹入适量空气获取合格原料气。 表3-1 工业煤气的组成 六 半水煤气生产图3-24 间歇式半水煤气各阶段气体流向示意图注意：在配入加氮空气时，其送入时间应滞后于水蒸气，并在水蒸气注意：在配入加氮空气时，其送入时间应滞后于水蒸气，并在水蒸气停送之前切断。也就是说，为避免爆炸，开启时应先开蒸汽阀，然后停送之前切断。也就是说，为避免爆炸，开启时应先开蒸汽阀，然后开空气阀；关闭时

48、，应先关闭加氮空气阀，然后再关闭蒸汽阀。开空气阀；关闭时，应先关闭加氮空气阀，然后再关闭蒸汽阀。七 工艺条件分析和操作条件选择1 工艺条件 炭层高度：高炭层有利于炉内燃料分区高度相对稳定，使燃料层储存较多的热量，而炉面和炉底温度不至太高，有利于维持较高的气化温度，也会延长气化剂与原料的接触时间；有利于提高蒸汽分解率和煤气中有效气体含量。但过高则使阻力增加，气化剂通过炭层的能量损耗增大，动力消耗增加。 七 工艺条件分析和操作条件选择1 工艺条件 气化层温度：常用半水煤气中的 高低来判断气化层温度的高低。一般控制 含量在812%，炉顶温度350400，炉底温度200250。 吹风时间和入炉风量：提

49、高风速可以减少CO的生成，增加炉内炭层蓄热。可缩短吹风时间，有利于提高煤气炉的生产能力。入炉空气量在0.951.05 （标）半水煤气。优质原料，制气分解率高时取低值，反之取高值。 上下制气时间和蒸汽用量：以不使煤气炉温度波动太大为原则。通常下吹蒸汽量约为上吹蒸汽量的1.11.5倍。下吹时间在实际生产中根据炉型决定。现在多数企业采用蒸汽流量稳压自调技术，按炉温控制供给蒸汽量，以提高蒸汽分解率。2CO2CO33/mm七 工艺条件分析和操作条件选择1 工艺条件 循环时间：较短的循环时间可以减少气化层的温度波动，有利于提高蒸汽分解率和煤气质量。循环时间根据燃料的化学活性而定。气化活性高的燃料循环时间可以较短。 表3-11不同燃料循环时间表七 工艺条件分析和操作条件选择1 工艺条件生产强度：应当适度。过分强调设备出力，增加生产强度，对生产操作和节能降耗不利。在实际生产中，应提倡经济运行，适当减少吹风时间，相应减少上、下吹风蒸汽用量，虽然煤气炉的生产能力有所下降，但原料煤和蒸汽消耗可以大幅度降低。八 主要设备1 煤气发生炉 煤