流化床气化技术

流化床气化技术流化床气化本章主要内容1.常压流化床气化原理2.常压流化床（温克勒炉）气化工艺3.高温温克勒（HTW）气化法流化床分类

常压流化床气化加压流化床气化第一节常压流化床气化1、常压流化床气化2、常压温克勒气化炉3、常压温克勒气化炉的工艺条件和气化指标1、常压流化床气化原料:

流化床采用0~10mm的小颗粒煤作为气化原料。

气化剂:

同时作为流化介质，通过气化炉内的气体分布板（炉箅）自下而上经过床层。

反应状态：控制气化剂的流速，使床内的原料煤全部处于流化状态，煤料在剧烈的搅动和返混中，煤粒和气化剂充分接触，进行着化学反应和热量传递。利用碳燃烧放出的热量，提供给煤粒进行干燥、干馏和气化。2、常压流化床（温克勒炉）气化工艺（1）温克勒气化炉

温克勒气化工艺是最早的以褐煤为原料的常压流化床气化工艺，在德国的莱纳（Leuna）建成第一台工业炉。温克勒气化炉一般工艺流程示意图结构该炉是一个高大的圆筒形容器。在结构和功能上可分为两大部分：下部的圆锥部分为流化床；上部的圆筒部分为悬浮床，其高度约为下部流化床高度的6~10倍。一般沿筒体的圆周设置二个成三个进口，互成180。或120。。（2）温克勒气化工艺流程1-料斗；2-气化炉；3-废热锅炉；4，5-旋风分离器；6-洗涤塔；7-煤气净化装置；8-焦油水分离器；9-泵低温常压温克勒气化工艺流程原料的预处理气化粗煤气的显热回收煤气的除尘和冷却(3)工艺条件及气化指标原料:

粒度为0~10mm的褐煤、不黏煤、弱黏煤和长焰煤等均可使用，但要求具有较高的反应性。操作温度:

实际操作温度的选定，取决于原料的活性和灰熔点，一般为900℃左右。操炸压力:约为0.098MPa二次气化剂用量使用二次气化剂的目的是为了提高煤的气化效率和煤气质量

常压温克勒气化炉优点优点：温克勒气化工艺单炉的生产能力较大、煤气中无焦油，污染小。由于气化的是细颗粒的粉煤，因而可以充分利用机械化采煤得到的细粒度煤。由于煤的干馏和气化是在相同温度下进行的，相对于移动床的干馏区来讲，其干馏温度高得多，所以煤气中几乎不含有焦油，酚和甲烷的含量也很少，排放的洗涤水对环境的污染较小。常压温克勒气化炉缺点a.气化温度低。为防止细粒煤粒中灰分在高温床中软化和结渣，破坏气化剂在床层截面上的均匀布，流化床气化时的操作温度应控制在900℃左右，所以必须使用活性高的煤为原料，并因限制了煤气产量和碳转化率的进一步提高b.气化炉设备庞大。由于流化床上部固体物料处于悬浮状态，物料运动空间比固定床气化炉中燃料层和上部空间所占的总空间大的多，故流化床气化时以容积计的气化强度比固定床时要小得多。c.热损失大。炉床内温度分布均匀，出炉煤气温度几乎与炉床温度一致，故带走热量较多，热损失较大。d.带出物损失较多。使用细颗粒煤为原料，气流速度较高。颗粒在流化床中磨损使细粉增加，故出炉煤气中带出物较多。e.粗煤气质量较差。由于气化温度较低，不利于二氧化碳还原和水蒸气分解反应，故煤气中CO2含量偏高，可燃组分含量(如CO、H2、CH4等)偏低，因此净化压缩煤气耗能较多。第二节加压流化床气化1、高温温克勒（HTW）气化法2、加氢气化法3、固体热载体气化法高温温克勒（HTW）气化法高温温克勒气化法的基础是低温常压温克勒气化法。它是采用比低温常压温克勒气化法更高的压力和温度的一项气化技术。除了保持常压温克勒气化炉的简单可靠、运行灵活、氧耗量低和不产生液态烃等优点外，主要采用了带出煤粒再循环回床层的做法，从而提高了碳的利用率。高温温克勒（HTW）气化法工艺流程高温温克勒气化法的基础是低温常压温克勒气化法。它是采用比低温常压温克勒气化法更高的压力和温度的一项气化技术。除了保持常压温克勒气化炉的简单可靠、运行灵活、氧耗量低和不产生液态烃等优点外，主要采用了带出煤粒再循环回床层的做法，从而提高了碳的利用率常压温克勒气化法的工艺缺点，主要是由于操作温度和压力偏低造成的。为克服上述缺点，需提高操作温度和压力1、基本原理（1)温度的影响已知提高气化反应温度有利于二氧化碳还原和水蒸气分解反应。可以提高气化煤气中一氧化碳和氢气的浓度，并可提高碳转化率和煤气产量。提高反应温度，同时要防止灰分结渣而影响过程的正常进行。

提高灰熔点方法：

当灰分具有一定碱性时，在原料煤中可添加石灰石、石灰或白云石来提高煤的软化点和熔点。（2)压力的影响

采用加压流化床气化可改善流化质量，消除一系列常压流化床所存在的缺陷。采用加压，增加了反应器中反应气体的浓度，在相同流量下减小，气流速度，增加了气体与原料颗粒间的接触时间。在提高生产能力的同时，可减少原料的带出损失。在同样生产能力下，可减小气化炉和系统中各设备的尺寸。压力的影响①对床层膨胀度的影响：当气流的质量流量不变时，随着压力的提高，床层膨胀度急剧下降。为使膨胀度达到保证正常流化所需的值，则需提高气体的线速度，即增加鼓风量（生产能力增加）。当负荷、粒度组成、膨胀度均相同的条件下，加压下流化床可得到较均匀的床层，气泡含量很少，颗粒的往复运动均匀，并具有相当明显的上部界限。所以，加压流化床的工作状态比常压下稳定。②对带出物带出条件的影响：随着流化床反应器中压力的提高，气流密度增大，气流速度减小，床层结构改善，这些都为减少带出物创造了有利条件。不仅带出量减少，而且带出物的颗粒尺寸也减小了。即，当床层膨胀度不变时，压力升高，将使带出量大大减少。③煤气热值提高，氧耗降低：甲烷化为体积缩小的放热反应。压力提高，有利于甲烷的生成，使煤气热值得到相应提高。甲烷生成伴随着热的释放，相应降低了气化过程中的氧耗。2、HTW气化工艺流程大致流程含水分8~12％的干褐煤输入充压至0.98MPa的密闭料锁系统后，经螺旋加料器加入气化炉内。白云石、石灰石或石灰也经螺旋加料器输入炉中。煤与白云石类添加物在炉内与经过预热的气化剂(氧气／蒸汽或空气／蒸汽)发生气化反应。携带细煤粉的粗煤气由气化炉逸出.在第一旋风分离器中分离出的较粗的煤粉循环返回气化炉。粗煤气再进入第二旋风分离器，在此分离出细煤灰并通过密闭的灰锁系统将灰排出。除去煤尘的煤气经废热锅炉生产水蒸汽以回收余热，然后进入水洗塔使煤气最终冷却和除尘。褐煤水分超过8~12％时，需经预干燥，使煤中水分含量不大于10％。3、工艺条件和气化指标（1）气化温度提高气化温度有利于二氧化碳的还原反应和水蒸气的分解反应，相应地提高了煤气中的一氧化碳和氢气的浓度，碳的转化率和煤气的产率也提高。提高气化反应温度是受灰熔点的限制的。当灰分为碱性时，可以添加石灰石、石灰和白云石来提高煤的软化点和熔点（2）加压气化加压气化可以增加炉内反应气体的浓度，流量相同时，气体流速减小，气固接触时间增大，使碳的转化率提高，在生产能力提高的同时，原料的带出损失减小。在同样的生产能力下，设备的体积相应减小。（3）加压流化床的工作状态比常压的稳定。经研究，加压流化床内气泡含量少，固体颗粒在气相中的分散较常压流态化时均匀，更接近散式流态化，气固接触良好。（4）加压流化时，对甲烷的生成是有利的，相应提高了煤气的热值。加氢气化法1．HYGAS法2．Hydrane法1．HYGAS法流程HYGAS气化原理此法是粉煤在加压下加氢一次制取富甲烷气体燃料的方法气化原理是根据甲烷的质量碳氢比为3︰1，采取向半焦中的碳在高压下直接加氢的办法，增加生成气中的甲烷含量。煤加氢气化炉富氢气制造方法方法之一是利用水蒸气作为气化剂，在温度为1000℃的富氢气发生器流化床中，与加氢气化器来的热焦粒进行气化反应方法之二采用电加热的方法提供制富氢气所需要的热量，因而此法不需要氧气方法之三是用水蒸气—铁法。以空气和水蒸气作为气化剂，在1100℃的流化床中与来自加氢气化器的焦粒在压力下反应富氢气制造方法2．Hydrane法该法是流化床加压加氢的又一种方法，与HYGAS法比较，可以直接加氢生产甲烷含量更高的气体燃料。固体热载体气化法1．二氧化碳接受体法2．Cogas法1．二氧化碳接受体法以气化燃料本身为载热体，并通过固体活化剂受体吸收生成气中的二氧化碳。用做固体活化剂受体的有白云石(MgO·CaO)、氧化钡(BaO)、石灰石等燃料需粉碎到粒度为0.110～0.150mm，活化剂粒度为0.85～3.26mm。主要设备有低温热分解器、气化器、燃烧再生器三个设备，各自进行气化过程的一部分反应，分开进行的优点是燃烧产生的氮气不会混入产品气中。气化器中进行的反应是纯水煤气反应，压力在0.98～2.06MPa之间，有利于甲烷的生成。热分解器和气化器内的温度均为816℃，再生器的温度为1038℃，三个设备内的压力基本相等为0．98～2．06MPa之间二氧化碳接受体法工艺流程2．Cogas法该法的原理是煤在低压多段流化床内热解而产生油和气体，然后在流化床中用蒸汽进行残留半焦的气化，气化所需要的热量来自半焦在空气中的燃烧，因而该方法的基本组成部分为；热解段、气化段、燃烧段Cogas法的基本组成部分为：热解段、气化段、燃烧段

（1）热解段该法的热解段实际是制取合成油和半焦的COED法。在表压0.10～0.20MPa下，研磨到200目并经过干燥的煤依次在四段(视煤种而定)热分解器中，受热分解，各段温度逐级上升，典型的温度为：干燥器温度，190℃；第一热解段，316℃；第二热解段，454℃；第三热解段，538℃；第四热解段，816℃。每个热解段都是一个煤半焦流化床层，由下一段来的气体将循环半焦粒加热并使其达到流态化（2）气化段粒度为3mm左右的焦粒，温度约820℃左右，从燃烧器来的940℃的循环热焦粒与之混合在一起，使床层温度维持在900℃左右，部分焦粒与气化剂反应，没有反应的焦粒在870℃下进入燃烧器，经过升温后作为气化器的循环焦粉，它们是气化的供热载体，又是气化燃料（3）燃烧段中可见，空气被预热到500℃后由燃烧器的底部送入，与气化器来的部分高温焦粉燃烧，燃烧器内的温度被加热到1900℃左右。高温燃烧气向上流动的过程中，将气化器来的部分焦粉提升并加热到940℃，焦粉循环回气化器，而大部分烟气逸出。气化生成气和热分解气混合后的组成为：φ(H2)，57.9％；φ(CO)，31.2％；φ(CH4)，4.0％；φ(C02)，6.6％；φ(N2)，0.3％。发热值为12.97MJ∕m3。由于受焦粉热容量的限制，循环焦粉与进入气化炉的新焦粉的比例达30︰1，因而，提升管内的循环焦粉的量极高。气化器的压力较低，但为了能将焦粉提升起来，燃烧器的出口烟气压力必须维持在0.4MPa以上。加上燃烧器高温液态排渣，因而增加了技术上的难度。COED法流程Cogas法气化段流程高温温克勒气化炉与常压温克勒气化炉的比较

项目常压温克勒气化炉高温温克勒气化炉气化条件压力/MPa温度/℃0.0989500.981000气化剂氧气/(m3/kg煤)水蒸气/(m3/kg煤)0.3980.1670.3800.410产率（CO+H2)/(m3/t煤）气化强度(CO+H2)/[m3/(m2.h)]碳转化率/%13962122911483500496优点：产率（C