PKM加压气化培训手册

PKM加压气化培训

手册

中煤龙化化工公司人力资源部编制

二0一二年八月

企业文化

圣火精神：

工作上求实业务上求精

标准上求高管理上求严

讲科学严谨讲团队协作

讲拼搏奉献讲发展创新

参加《PKM加压气化培训手册》丛书审核领导:

高鹏飞

参加手册起草人员：

施宝春、郎晓东

引言:

煤炭是我国的主要能源，也是重要的化工原料。我国煤炭产

量近七亿吨，约占总能耗的70%。煤炭是一种固态物质，储运和

使用既不方便，燃烧和反应也难完全，而且又污染了环境，加强

煤炭转化为煤气或合成原料气等洁净的二次能源，减少或改变煤

直接燃烧的状况，不仅可以大大提高其利用效率和燃烧效能，而

且可以根本改善环境条件，减少了乃至消灭污染。

《PKM加压气化培训手册》丛书总结二十年PKM加压气化炉

:带格式的：，.

运行经验，并与其他气化方法对比，，简单介绍了工艺原理、工艺

流程，设备构造并列举大量案例分析、实训题目等，其中案例分

析着重列举了二十年所发生的各类生产运行中的事故，对发生的

原因、吸取的经验教训和事后的防范措施做了较详实的介绍，对

:带格式的：突出显示

从事煤化工的同行来说是1本难律的经验之书、借鉴之书。

编著此书，我们是初次尝试，限于水平，错误与不当之处，

在所难免，恳请读者指正。批注⑴：请更换措辞方式

1、注意调整引言部分措辞方法、语言结构与逻辑顺序,叙述中

心要一致。

2、本书正文部分文字内容较多，应适当添加图片或流程图，如

图片选材有困难，请在图片添加处添加如下形状，并标明添加内

容。

带格式的：字体：：号

加压气化图带格式的：居中

带格式的：两端对齐

3、更改添加部分只供编者做形式参考，具体内容请编者根据全

书内容，自行编辑。

目录

第一童煤炭加压气化理论基础.......................86

一、煤炭加压气化简介......................................................97

二、鲁奇碎煤加压气化的发展..............................................12W

三、加压气化反应的物理化学基础.........................................1513

四、加压气化过程及反应................................................1917

五、煤的性质对加压气化的影响............................................2119

六、生产操作条件的影响..................................................3028

案例分析................................................................3633

分享与讨论（作业）：.....................................................3835

相关链接................................................................3936

本章小结：..............................................................4037

第二章PKM加压气化............................4138

-V造气分厂PKM加压气化装置............................................4239

二、PKM加压气化......................................................4239

三、PKM加压气化参数控制................................................5148

案例分析................................................................5552

分享与讨论（作业）：.....................................................5653

相关链接................................................................5855

本章小结：..............................................................5855

第三章PKM加压气化炉的构造及附属设备.........5956

一、煤锁................................................................6057

二、气化炉..............................................................6259

三、排灰系统............................................................6562

四、废热锅炉0060.................................................................................................................6562

五、喷淋洗涤器0050.............................................................................................................6562

六、灰蒸汽喷淋冷却器0160................................................................................................6562

七、酚水罐0240.....................................................................................................................6562

八、西水收集槽0230.............................................................................................................6562

九、闪蒸槽0220.....................................................................................................................6562

十、冷凝液收集槽0260........................................................................................................6562

案例分析................................................................6562

分享与讨论（作业）：.....................................................6663

相关链接................................................................竺3

本章小结：..............................................................6966

第四章PKM加压气化炉的操作管理...............7067

一、PKM加压气化炉开车与点火............................................Z168

二、日常运行............................................................Z168

三、气化炉停车及特殊操作................................................7168

四、现场管理............................................................7168

五、安全生产管理........................................................7168

案例分析................................................................Z471

分享与讨论（作业）：.....................................................7572

相关链接................................................................7774

本章小结：..............................................................7875

题库....................................................................7976

第一章煤炭加压气化理论基础

本章简介：1、煤炭加压气化简介

2、加压气化的发展

3、加压气化反应的物理化学基础

4、加压气化的反应

5、煤的性质对加压气化的影响

6、生产操作条件的影响

第一章煤炭加压气化理论基础

一、煤炭加压气化简介

1、煤的气化的定义

气化过程是煤炭的一个热化学加工过程。它是以煤或煤焦为原

料，以氧气(空气、富氧或工业纯氧)、水蒸气或氢气等作气化剂(或

称气化介质)，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分

转化为可燃性气体的工艺过程。气化时所得的可燃气体称为煤气，进

行气化的设备称为煤气发生炉。

2、煤的各种气化方法

(1)根据气化压力的不同：煤的气化方法一般分为常压气化和

加压气化。常压气化的煤气发热值较低，在采用间歇法生产水煤气时,

发热值也仅有2500千卡/标米3左右，要进一步使发热值提高是十分

困难和不经济的。因此，这种气化方法达不到城市煤气的质量要求，

仅作为一些工厂内的气体燃料和生产合成氨的原料气。为了解决上述

问题，加压气化法就因运而生。

(2)根据气化原料的粒度及其运动方式：煤的气化方法可分为

移动床、流化床和气流床法。

在这些气化方法中，按照加热方式，又可分为外热式、内热式、

自热式和热载体式等；按照排渣的方式，又可分为固态排渣和液态排

渣；按照气-固接触方式，又可分为变流操作和并流操作。

3、鲁奇式加压气化法及其特点

鲁奇加压气化法是一个自热式、逆流移动床生产工艺，采用氧气

-水蒸气或空气-水蒸气为气化剂，在2.0〜3.0MPa的压力和900〜

1100℃的温度条件下对煤炭进行气化，制得的煤气经脱除二氧化碳后

的发热值在4000千卡/标米3左右。

鲁奇炉的生产方式主要有固态排渣和液态排渣两种。

鲁奇式加压气化法与其它气化法比较，有如下优点：

（1）原料方面

①可以采用灰熔点较低的煤；

②可以采用粒度较小（一般在5〜25亳米）的煤，对煤的机械强

度和热稳定性的要求较低；

③可采用一些水分较高（例如20〜30%）和灰分较高（例如30%）

的劣质煤，并生产出优质的城市煤气，这在其它一些气化方法中是难

以是实现的；

④近年来，经过改进的鲁奇炉，已能气化一般粘结性和稍强粘结

性的煤，这就大大地扩大了气化用煤的选择范围；

⑤耗氧量低，在20公斤/厘米2的压力下气化所需的氧气量仅为

常压气化时的1/3〜2/3,压力更高还可降低；

（2）生产过程方面

①气化炉的生产能力高c如以水分为20〜25%的褐煤来说,气化

炉的操作强度在2500公斤/米2•时左右，这要比一般常压气化炉高

4〜6倍；

②气化过程是连续进行的，有利于实现自动化；

③产气压力高，可以缩小设备和管道的尺寸，降低单位产气量的

金属消耗量和减少投资；

（3）气化产物方面

①可以得到各种有价值的焦油和轻质油副产品，前者产率近于低

温干储（例如以煤的可燃物计算达8〜9%）,后者的产率甚至比低温

干僧还多;

②压力高的煤气也易于净化处理，副产品的回收率比较高；

③通过改变气化压力和气化剂的汽氧比等条件，以及通过对气化

炉生产的煤气净化加工处理后，几乎可以制得FL/CO各种不同比例的

化工合成原料气，从而大大地发挥了加压气化技术的应用范围。

（4）煤气输送方面

①可以降低动力消耗。据计算，在30公斤/厘米2的压力下用氧-

水蒸气混合物作为气化剂时，所需压缩的氧气，约占所制得的煤气体

积的14〜15%,这比常压造气后再压缩到30公斤/厘米2几乎可节省

动力2/3。

②煤气从加压气化炉中出来时所具有的压力可以被利用于远距

离输送（或用于化工合成），在20公斤/厘米2压力下气化时，中间不

用再设立加压站，便可将煤气输送到150公里以外的地区八因此.一

些煤气生产厂可以设立在矿区附近，从而减少了煤的运输费用。

鲁奇加压气化法缺点：

①除具有的高压工厂所固有的复杂性以外，固态排渣的鲁奇炉中

水蒸气的分解率低。常压气化炉中水蒸气的分解率约50%左右，而在

20公斤/厘米2压力下水蒸气分解率仅能达到32〜38%。这样，就需耗

用大量的高压水蒸气。近年来，新发展的液态排泄鲁奇炉，水蒸气的

消耗量就可大大降低，水蒸气分解率为95左右；

②在生产运行中，设备的损坏与检修较为频繁，因此生产运行开

工率比较低，一般在75〜85%；

③需要昂贵的制氧装置。在制氧装置中的空压机、氧压机采用电

动时，则煤气生产的电耗较大，电费占煤气生产成本的1/5〜1/4。

因此降低氧气生产成本是十分重要的。目前，国外一些大型化工煤气

工厂的动力主要是采用蒸汽轮机，并从蒸汽轮机中间抽出一部分背压

水蒸气供气化、净化用，这种动力利用形式效率最高，氧气的生产成

本最低，值得借鉴。

二、鲁奇碎煤加压气化的发展

鲁奇碎煤加压气化技术的发展根据炉型的变化大致可划分为三

个发展阶段。

第一阶段（1930〜1954年），内径62.6m,外径为63m,单炉产

气量可达5000〜8000nf/h,只能气化非粘结性煤，气化强度较低，

气化剂为氧气和水蒸气，气化剂通过炉篦的中空转轴由炉底中心送入

炉内，出灰口设在炉底侧面，炉内壁有耐火砖，耐火豉厚度一般为

120〜150mm，砌筑在内壁的支撑圈上，内衬砖既可避免炉体受热损坏,

又可减少气化炉的热损失。

第二阶段（1954〜1965年），内径62.6〜3.7%设置了搅拌装

置，起到了破黏作用，从而可以气化弱粘结性煤，炉篦由单层平型改

为多层塔节型结构，取消了炉内的耐火衬里，设置了水夹套，排灰改

为炉底中心排灰，气化剂由炉底侧向进入炉篦下部。

第三阶段（1969〜1980年），第三代鲁奇炉，内径增大到63.8m,

外径为4>4.128m,高度12.5的圆简体，气化炉操作压力为3.05Mpa。

采用双层夹套外壳，装有搅拌器和煤分布器，它们安装在同一空心转

轴上。桨叶和搅拌器、布煤器都为壳体结构，外供锅炉水通过搅拌器、

布煤器的空心轴内中心管，首先进入搅拌器最下底的桨叶进行冷却，

然后再依次通过冷却上桨叶、布煤器，最后从空心轴与中心管间的空

间返回夹套形成水循环。转动炉篦采用宝塔型结构，分为五层，从下

到上逐层叠合固定在底座上，顶盖呈锥形，炉篦材质选用耐热、耐磨

的珞镒合金钢铸造。灰刮刀的安装数量由气化原料煤的灰分含量来决

定。支停炉篦的止推轴承体上开有注油孔，由外部通过油管注入止推

轴承面进行润滑，该润滑油为耐高温的过热汽缸油。单炉产气量可达

35000-55000m7h,自动化程度较高。在该炉型中，煤、灰锁上下

锥阀采用硬质合金密封而C南非“萨索尔”公司采用了碳化硅粉末合

金技术。

第四代鲁奇炉，内径5m,几乎能适应各种煤种，单炉产气量可

达7500(W(标)/h°

液态排渣气化炉，可以大幅度提高气化炉内燃烧区的反应温度，

不但臧少了蒸汽消耗量，提高了蒸汽分解率，而且气化炉出口燃气有

效成分增加，从而使煤气质量提高，单炉生产能力比固态排渣气化炉

提高3〜4倍。气化后灰渣呈熔融态排出。气化压力2.0〜3.0Mpa,

气化炉上部设有布煤搅拌器，气化剂由气化炉下部喷啸喷入，气化时,

灰渣在高于煤灰融点温度下呈熔融状态排出，熔渣快速通过气化炉底

部出渣口流入急冷器，在此被水急冷而成固态炉渣，然后通过灰锁排

出。

鲁奇公司还进行了“鲁尔TOO”气化炉的研究开发，该气化炉将

气化压力提高到lOMPa(lOOatm),喷着操作压力的提高，氧耗量降

低，煤气中甲烷含量提高，以替代天然气。

液态排渣气化炉有以下特点：

(1)由于液态排渣气化炉的汽氧比远低于固态排渣，所以气化

层的反应温度高，碳的转化率增大，煤气中的可燃成分增加，气化效

率高。煤气中CO含量较高，有利于生成合成气。

(2)水蒸汽耗量大为降低，且配入的水蒸汽仅满足于气化反应，

蒸汽分解率高，煤气中的剩余水蒸汽很少，故而产生的废水远小于固

态排渣.

(3)气化强度大。由于液态排渣气化煤气中的水蒸汽量很少,

气化单位质量的煤所生成的湿粗煤气体积远小于固态排渣，因而煤气

气流流速低，带出物减少，因此在相同带出物条件下，液态排渣气化

强度可以有较大提高。

（4）液态排渣的氧气消耗较固态排渣要高，生成煤气中的甲烷

含量少，不利于生产城市煤气，但有利于生产化工原料气。

（5）液态排渣气化炉体材料在高温下的耐磨、耐腐饨性能要求

高。在高温、高压下如何有效地控制熔渣的排出问题是液态排渣的技

术关键，尚需进一步研究。

三、加压气化反应的物理化学基础

1、平衡常数是温度的函数

（1）对放热反应，增加温度使转化率降低，即反应向减少生成

物的方向移动。所以要增加放热反应的生成物产量，宜在较低温度下

进行，但随着温度减少，反应速度会降低。

（2）对吸热反应，平衡常数随着温度升高而增加，平衡转化率

也增加，即反应向增加生成物的方向移动。因此，吸热反应应当在高

温下进行。

2、压力对平衡的影响

虽然平衡常数与压力无关，但是对于反应前后有体积变化的反

应，则压力对系统反应有影响。

（1）反应前后体积不发生变化的反应，压力对反应平衡没有影

响。

(2)反应后体积缩小的反应，系统压力增加，使反应远离平衡

点，反应自动向体积缩小方向进行。

(3)反应后体积增大的反应，提高压力，不利于反应向增大体

积的方向进行。

3、浓度对平衡的影响

在平衡体系内增加反应物的浓度，平衡就会向着减少反应物的浓

度方向移动，也就是向产生生成物的方向移动。在气化过程中，对于

C+tbOuCO+H,的反应，为了充分利用碳，使反应向生成CO+乩的方向

进行，通常采用过量的水蒸气，并不断从气化炉中将产品煤气引出，

这有利于碳的气化。

4、气化反应的化学平衡

(1)碳与水蒸汽的反应

在高温下，碳与水蒸汽的反应主要为：

C+H2O.-CO+H2-Q,

C+2H2O=CO2+2H「QI

这两个反应都是强的吸热反应。温度对上述两个反应的影响程度

不同，在温度较低时，C+2H2。的反应平衡常数比C+H2。的为大，这表

明温度较低不利于C+HQTCO+也的进行。在温度较高时则情况相反。

随着温度的增加,有利于提高CO含置和降低CO?含量°

(2)碳与二氧化碳的反应

碳与二氧化碳的反应也是强的吸热反应，反应所需的吸热更多，

这就表明它的平衡常数受温度的影响比与水蒸汽反应时更为强烈。虽

然在一般的气化炉中并不以二氧化碳作为气化剂，但是在燃烧过程中

产生大量二氧化碳，而此二氧化碳的还原反应在气化过程中是一个重

要的反应。

（3）碳的加氢反应

碳加氢直接合成甲烷是强的放热反应。因此，为了增加煤气中的

甲烷含量，提高煤气的热值，宜采用较高的气化压力和较低的温度。

反之，为了制取合成原料气，应降低甲烷的含量，则可以采用较低的

气化压力、较高的反应温度。

（4）甲烷化反应

在加压气化过程中，除了煤干偏、碳加氢产生甲烷外，CO与C02

的甲烷化反应以及碳与水蒸汽直接生成甲烷的反应都是产生甲烷的

重要反应。

一氧化碳或二氧化碳的甲烷化反应虽然都是均相反应，但由于它

们需要有4个或5个分子的相互作序，一般都要在有催化剂的条件下

才能进行，而煤中灰分的某些组分，对甲烷的生成起了催化作用。

为了使这两个反应向生成CH”的方向进行，必须没有炭沉积在催化

剂的表面。

通常在系统中添加足够量的蒸汽.进行CO+FWTCOZ+HZ反应,以

保持高的比和CO?的活性，这样可以避免碳的沉积。

(5)一氧化碳变换反应

在气化炉中，最后出气化炉的煤气组成必然由CO+H2O»CO2+H2

反应控制。该反应应称为一氧化碳变换反应或称水煤气平衡反应。

5、气化反应平衡混合物组成计算

对实际的气化过程来说，化学平衡只表示可以前进的、但是不能

达到的目的。也就是说，它是化学反应的极限状态。

根据平衡常数，可用于计算平衡转化率和平衡组成。

例1:计算压力为0.1、k3.4Mpa,温度为800、1000、1500K时，

C+H2O,(0+也反应水蒸汽的平衡转化率。

解：设x为转化的蒸汽摩尔数，以lmol蒸汽为基准，压力为P。

由表查得，平衡常数二0.04406,乂回二2.6170,K四二608.1°

当达到平衡时，H20(蒸汽)=(l-x)mol,CO=;rmol,H2rmol

总气相体积Z=(l+x)mol

xPxP(l-.r)P

则Pe=--，P.=--，PO=-——

O1+x1+KxH\+x

Kg(PH),xPj(1+x)Px!

K=---------------=(-----)•--------------------

1+X(1-X)P\-X2

所以“信

以不同条件的总压力尸及K值代入，可求得蒸汽转化率X。

例2:计算800、1000K,0.1、1、3.4Mpa时,C+2HCH1反应,

也的平衡转化率c

解：设比的摩尔转化率为X,并以2mO1H2为计算基础，其部分

转化率为x/2,总压为P。

在平衡时，H2=(2-x)mol,CHi=x/2mol

气相总体积Z-(2-楙1ol

__PxT2__(2—x)P

Pciit~2-x/2fP,，i=2-x/2

K=-CH,=&■(4-»=M4-X)

2:

~(PH;>~4-/4(2-x)>"4(2-JP

所以x=2±.2;-^=l±.

J1+4PK2JI+4PK

将不同的K值与总压力代入，当转化率为x/2时得到结果；计算

结果证明了提高压力有利于CH」的合成反应。但如果再成倍提高压力

(如由3.4提高到6.8即2),甲烷的浓度仅稍有提高，而设备、操作、

维修费用却增加很多，这样在经济上并不合算。因此，一般的加压气

化常选用(2.0〜3.5)MPa的压力。同时看到，在温度低时有利于该

反应的进行。

四、加压气化过程及反应

1、干燥

湿煤(操作燃料)加入气化炉后，由于煤与热气流之间的热交换,

煤中的水分蒸发。

湿煤3T干煤+员0

2、干馆

当干煤的温度进一步提高，从烽中逸出挥发物。在干馆阶段进行

着煤的热分解反应。热分解反应是所有气化工艺共同的基本反应之

干煤加热＞煤气（CO,、CO、凡、CH,、HQ、NH*、HS）+焦油（液

体）+焦

3、气化

经干馅后得到的焦与气流中的七0、CO?、上反应，生成可燃性气

体。

（1）碳与水蒸汽的反应

在一定温度下，碳与水蒸汽之间发生下列反应：

C+H2OTCO+H2吸热

C+2H2OTCO2+2H2吸热

这是制造水煤气的主要反应，前一式子称为水煤气反应。

（2）碳与二氧化碳的反应

在气化阶段进行的第二个重要反应为发生炉煤气反应，即碳与二

氧化碳的反应。

C+CO2T2co吸热

这是非常强烈的吸热反应，必须在高温条件下才能进行的反应。

（3）甲烷生成反应

煤气中的甲烷，一部分来自煤中挥发物的热分解，另一部分则是

气化炉内的碳与煤气中的氢反应、气体产物之间的反应结果。

C+2H2->2CH,放热

C0+3H2f2cH4+2比0放热

2C0+2H2TCH1+CO2放热

C02+4H^CH.(+2H20放热

这些生成甲烷的反应，都是放热反应。

(4)变换反应

CO+FLOfC(W

该反应称为一氧化碳变换反应，或称水煤气平衡反应，该反应为

一可逆反应。它是气化阶段生成的CO与水蒸汽之间的反应。为了制

取乩，需要利用这一反应。由于该反应易于达到平衡，通常在气化炉

煤气出口温度条件下，反应达到平衡，从而该反应决定了出口煤气的

组成。

4、燃烧

经气化后残留的焦与气化剂中的氧进行燃烧。由于碳与水蒸汽、

二氧化碳之间的反应都是强烈的吸热反应，因此气化炉内必须经常保

持非常高的温度。为了提供必要的热量，通常采用煤的部分燃烧。

4焦+()2T2(1)CO十(2-彳)CO2+灰

其中，匕是统计常数，取决于燃烧产物中CO与C02之比例，其范围在

1-2之间。

五、煤的性质对加压气化的影响

1、煤种对煤气组分和产率的影响

(1)煤气组分煤种不同，经加压气化后生成的煤气质量是不

一样的，随着煤碳化度的加深，煤的挥发份减少。挥发份越高的煤，

干佣组分在煤气中占的比例越大。在不同压力下，煤种与净煤气发热

值Q的关系如图4-3-4所不。

:带格式的：缩进：至行缩进：三可

域代码已更改

—东部

­•-西部

北部

:带格式的：字体：小几加相，(国际)宋体

，图IT煤种与净煤气热值的关系

:带格式的：居中，纾而：泞行缩进：。字符

:带格式的：区进：首行缩进：4字符

域代码已更改

图1-2粗煤气组成与气化原料的关系

域代码已更改

|■第一季度|

■第：季度

■第三季度

5N

图・3比例

5CM

3O

2C

10152025

恒烬与冷媒大热位的美系

1t-3TW网和堪气技或。r化原FI的大系

.-MJ2；2一气短，3—X期次

图表要使用可更改数据图表,要清晰形式可变换。

由于干馆气中的甲烷比气化段生成的甲烷量要大，所以在相同气

化压力下，越年轻的煤种，气化后煤气中的甲烷含量越高，煤气的热

值越高。由图4-3-4可看出，用加压气化法制取城市煤气时，劣质的

褐煤或弱黏结烟煤作为气化原料佳。此外，年轻煤种的半焦活性高，

气化层的反应温度较低，这样有利于甲烷的生成。因此，煤种越年轻,

产品煤气中的CH,和CO?呈卜升趋势,CO呈下降趋势,这些煤种以挥

发分表示时，粗煤气组成与气化原料的关系如图4-3-5所示。

（2）煤气产率煤气的产率与煤中的碳的转化方向有关，煤中挥发

分越高，转化为焦油的有机物就越多，转入到焦油中的碳越多，进入

真正气化区生成煤气的碳量减少，煤气生产率就下降。煤中挥发分与

煤气产率、干俯气量之间的关系如图4-3-6所示。

【

永

一

』

•

麻

官

、

典

籍

图1-3-6煤中挥发分勺燥气产率、

「信煤气M之间的关系

1—用以气产率j2一声煤气产率,3—1■漏媒气上

和燃气施价百分比；〃一十哨燃气Ch煤气热能

2、煤种对各项消耗指标的影响

随着煤的变质程度加深，也就是碳化度加深，煤中C/H比则加大,

煤气化转化成煤气的过程，是一个缩小C/H比的过程。在煤的气化过

程中，主要通过入炉水蒸气与炽热的碳进行反应产生氢:

C+ILO.-CO+IL-Q

C+2H20.<02+2H2-Q

在炉内燃烧层碳和氧的反应给卜述反应提供了热量C所以,随着

煤的变质程度加深，气化所用的水蒸气，氧气量也相应增加。另外,

由于年轻煤活性好，挥发分高，有利于OL的生成，这样就降低了氧

气耗量。

3、煤种对其他副产品的特性和产率的影响

(1)硫化物煤中的硫化物在加压气化时，一部分以硫化氢和各

种有机硫形式进入煤气中。煤中的硫含量，主要取决于原料煤中的硫

含量。硫含量高的煤，气化生成的煤气中硫含量就高。一般煤气中的

硫化物总量占原料煤硫化物总量的70%〜80%。

(2)氨煤气中的氨的产生与原料煤的性质、操作条件及气化剂

中的氮含量有关。在通常操作条件下，煤中的氮约有50%〜60%转化

为氨，气化剂中也约有10%的氮转化为氨，气化温度越高，煤气中氨

含量就越高。因此煤气中的氨含量与原料煤中的氮含量成正比关系。

(3)焦油和轻油原料煤的性质是影响焦油产率的主要因素。一

般是变质程度浅的褐煤比变质程度较深的气煤和长焰煤的焦油产率

大，而变质程度更深的烟煤和无烟煤其焦油产率更低。

加压气化焦油比重较轻，烷烧，,晞烧含量高，酚类含量高，沥青

质少。加压气化焦油的性质与低温干储焦油的性质相近，这是因为气

化炉内干馆段的温度与低温干像的温度基本相同，一般为60CTC左右,

所以它们的组成、性质也基本相同。

煤种不同，所产焦油的性质也不同，一般随着煤的变质程度增加，

箕焦油中的酸性油含量降低,.沥青质增加,焦油的比重增大。

①随着气化用煤的活性减少，气化炉的生产能力显著降低，投煤

量减少；

②煤的变质程度越深，气化后生成的煤气产率越大；

③随着煤的活性减小，气化所耗用的氧气量增加；

④水蒸气的消耗主要随氧气用量增加而增加，以便使碳一氧燃烧

反应所放出的热量与水蒸气一碳气化反应所吸收的热量相平衡，此

外，为了避免灰渣熔融，还要求水蒸气过量。

①高活性的煤制得的煤气中甲烷含量较高。

②随着煤变质程度的提高，气化炉的煤气出口温度提高，气化炉

夹套的水蒸气产量也有所增加，热效率将随着煤的品位的提高而下

降。

4、煤的理化性质对加压气化的影响

(1)煤的粒度对加压气化的影啊在加压气化过程中，煤的粒度

对气化炉的运行负荷、煤气和焦油的产率以及各项消耗指标影响很

大。煤的粒度越小，其比表面积越大，在动力学控制区的吸附和扩散

速度加快，有利气化反应的进行。煤粒的大小也影响着原准备阶段的

加热速度，很显然粒度越大，传热速度越慢，煤粒内部与外表面之间

的温差也大，使颗粒内焦油蒸汽扩散阻力和停留时间延长，焦油的热

分解增加。煤粒的大小也对气化炉的生产能力影响很大，与常压气化

相比，加压气化过程中气体的流速减慢，相同粒度情况下煤的带出物

减少.故而可提高气流线速度,使气化炉的生产能力提高,但粒度过

小将会造成气化炉床层阻力加大，煤气带出物增加，这样就限制了气

化炉的生产能力。

气化炉床层阻力随着生产能力的提高或煤粒度的减小而增加，提

高操作压力，使气流速度降低，则床层阻力就会变小。

另外，煤的粒度越小，水蒸气和氧气的消耗量增加，煤耗也会增

加。通常2mm以下的煤粉每增加1.5%,氧气和水蒸气的消耗将提高

综上所述，煤的粒度大小对加压气化的影响较大。煤粒过小，还

会造成气化炉加料时产生偏析现象，即颗粒大的煤落向炉膛，而较小

的颗粒和粉末落到床层中间，这样气化炉横断面上的阻力将不均匀，

易造成燃料床层偏斜或烧穿。严重影响气化炉的运行安全。但煤粒过

大又易造成加煤系统堵塞和架桥，灰中残碳也会升高。

63.8m加压气化炉一般入炉要求煤粒度分布

粒度范围占入炉煤比例/%粒度范围占入炉煤比例/%

/mm标准范围/mm范围标准

0〜52.5<513〜2517.515〜20

5〜69.79〜1125〜5015.215〜20

6〜1352.650〜5550〜1002.5<5

(2)原料煤中水分对气化过程的影响煤中所含的水分随煤变质

程度的加深而减少，水分较多的煤，挥发分往往较高，则进入气化层

的半焦气孔率也大，因而使反应速度加快，生成的煤气质量较好。另

外在气化一定的煤种时，其焦油和水分存在着一定的关系，水分太低,

会使焦油产率下降。由于加压气化炉的生产能力较高，煤在炉内干燥、

干储层的加热速度很快，一般在20〜40℃/niin之间，因此对一些热

稳定性差的煤，为防止热裂，要求煤中含有一定的水分，但煤中水分

过高又会给气化过程带来不良影响。

①水分过高，增加了干燥所需热量，从而增加了氧气消耗，如图

4-3-8所示，降低了气化效率。

②水分过高，煤处于潮湿状杰，易形成煤粉黏结和堵塞筛分，使

入炉粉煤量增加。

2.(X1

Q.18

0.16

0.14

水加%

图4-3-8煤中水分同氧气消耗量的关系

(3)煤中灰分及灰熔点对气化过程的影响

①随着煤中灰分的增加，灰渣中的残碳总量增大，燃料的损失增

加。另外灰分增大后，带出的显热增加，从而使气化过程的热损失增

大，热效率降低。

②随着煤中灰分的增加，加压气化的各项消耗指标，如氧气消耗、

水蒸气消耗、原料煤消耗等指标上升，而煤气产率下降。

当灰熔点降低时，在气化炉氧化层易形成灰渣熔融，即通常所说

的灰结渣。结成的渣块导致床层透气性差，造成气化剂分布不均，致

使工况恶化，气化床层紊乱，煤气成分大幅波动，严重时将导致恶性

事故的发生。另外，灰结渣易将未反应的碳包裹，使碳未完全反应即

被带出炉外，使灰渣中含碳量增加，燃料损失增加。为了维持氧化层

反应温度低于灰熔点，就需要增加入炉气化剂中的水蒸气量，从而增

加了水蒸气的消耗。相反，对于灰熔点较高的煤，即使活性较差，亦

可提高氧化层温度，从而提高了煤的反应性能，汽氧比降低，降低了

水蒸气消耗，并使气化强度得到提高，故煤中灰分的灰熔点越高，对

加压气化过程越有利。

(4)煤的粘结性对气化过程的影响

煤的粘结性是指煤在高温干用时的粘结性能。粘结性煤在气化炉

内进入干用层时会产生胶质体，这种胶质体粘结较高，它将较小的煤

块粘结成大块，其机理与炼焦过程相同，这就使得干得层的透气性变

差，从而导致床层气流分布不均和阻碍料层的下移，使气化过程恶化。

(5)煤的机械强度和热稳定性的影响

煤的机械强度是指煤的抗碎能力。易破碎的煤在筛分后的传送及

气化炉加煤过程中必然产生很多煤局,这样会增加入炉煤的粉煤含

量，使煤气带出物增加。

煤的热稳定性是指煤在经受高温和温度急剧变化时的粉碎程度。

热稳定性差的煤在气化炉内容易粉化，给气化过程带来不利影响。另

一方面由于热稳定性差，气化时煤块破碎却增加了反应表面积，从而

增加了气化反应速度，提高了气化强度。

（6）煤的化学活性的影响

煤的化学活性是指煤同气化剂反应时的活性，也就是指碳与氧

气，二氧化碳或水蒸气相互作用时的反应速度。煤种不同，其反应活

性是不同的。一般煤的碳化程度越浅，焦炭质的气孔率越大，即其内

表面积越大，反应性越高。煤的反应活性越高，则发生反应的起始反

应温度越低，气化温度也越低，有利于甲烷生成反应的进行，煤气热

值相应提高。放热的甲烷反应又促进其他气化反应的进行，为气化层

提供了部分热量，降低了氧气的消耗。

在气化温度相同时，煤的反应活性越高，则气化反应速度越快，

反应接近平衡的时间越短。因此，反应活性高的煤种气化炉的生产能

力较大，与反应活性差的操相比，有时竟差40%〜50%。

煤的反应活性对气化过程的影响在温度较低时较大，当温度升高

时，温度对反应速度的影响显著加强，这时相对降低了反应活性的影

响程度。

六、生产操作条件的影响

1、压力对煤气组成的影响

提高气化压力，有助于下列诸反应的进行

C+2H2->CH厂84.3KJ/mol

C0+3HC组+上0-219.3KJ/mol

CO2+4H2->CH4+2H2O-162.8KJ/mol

2C0+2H2-^CH.+C02-247.3KJ/mol

提高气化压力，不利于下列诸反应的进行

2H20T2H2+O2

C+H20T2H2+CO

C+2H20f2H2+CO2

随着气化压力的提高，CO2和CH.1含量增加，而CO和田含量减少,

气体的总体积减小，煤气产率呈现下降趋势，净化后的煤气发热值亦

随压力的提高而增加。

2、压力对煤气产率的影响

随着压力升高，煤气产率下降。煤气产率随压力升高而下降是由

于生成气中甲烷量增多，从而使煤气总体积减少。

0152025

气化压加kg/cm：）

气化生力/〈咫/日窿）

由4-3-3利短，祖成,/气化压力关系用1-3-10煤气产率与々化压力关系

1一M燃气；2一“煤气

3、压力对氧气和水蒸汽消耗量的影响

在气化过程中，甲烷生成的反应为放热反应，随着压力升高，生

成甲烷反应速度加快，反应释放出的热量增加，这些反应热可为水蒸

汽分解、二氧化碳还原等吸热反应提供热源，因此甲烷生成的放热反

应即成为气化炉内除碳燃烧反应以外的第二热源，从而减少了碳燃烧

反应中氧的消耗，故随气化压力提高，氧气的消耗量减少。

随着气化压力升高，水蒸气消耗量增加。因压力升高，生成甲烷

所耗氢量增加，则气化系统需要水蒸气分解的绝对量增加，而压力增

高却使水蒸气分解反应向左进行的速度增大，即水蒸气分解率降低。

由于水蒸气分解率下降，使加压气化的热效率有所降低。

汽化U力“kg/cm?）

气化压力/（kg,'em：）

Cd4-3-11气化压力与能气杆.量,牝气利用冰的关系*14-3-12水蒸气耗K与气化乐力关系

I一长气消耗修；2—箕公用用率1—£说,2—力：油气飨对分解2；3—水扬气分1节

4、压力对气化炉生产能力的影响

气化炉的生产能力取决于气化反应的化学反应速度和气固相的

扩散速度。随着气化压力的提高，既加快了气化反应进行的速度，又

增加了气一固反应接触的时间（气流在炉内的停留时间长），从而强

化了生产。在加压情况下，同样的温度条件，可以获得较大的生成甲

烷的反应速度。因而在相同温度下加压气化的化学反应速度比常压

快，对提高气化炉的生产能力有利。炉内气流速度的提高，对提高生

产能力亦是重要的措施。气化温度相同，在压力P下操作的气化炉内

的气流仅为常压气化气流速度的1/P。由此可见，在不增大飞灰的前

提下，加压气化的气流速度可以大大提高。根据计算，加压气化炉的

生产能力比常压气化大约高出根号P倍。

5、气化层温度与气化剂温度对媒气生产的影响

气化层温度降低，有利于放热反应的进行，也就是有利于甲烷的

生成反应，使煤气热值提高，但温度降低太多，如在650〜70(TC时,

无论是甲烷生成反应或其他气化反应的反应速度都非常缓慢，也会使

灰中残余碳量增加，增大了原料损失。同时低温还会使灰变细，增大

了床层阻力，降低了气化炉的生产负荷。气化层温度的选择取决于煤

的熔化特性，根据灰熔点来确定气化层温度，此温度对气化反应速度

及平衡常数有很大的影响，同时还影响到煤气的组成，在实际操作中，

气化层温度在很大程度上取决于水蒸汽和氧气消耗量，随着温度的提

高，CO2,CHK诸气体组分的形成量明显下降，CO、H2的量增加。

温度的提高，可以加快反应速度。

气化剂温度是指气化剂入炉前的温度，提高气化剂温度可以减少

用于预热气化剂的热量消耗，从而减少氧气消耗量，较高的气化剂温

度有利于碳的燃烧反应的进行，使氧的利用率提高。一般在气化剂温

度较低时，则带进炉内的显热相应减少，为了保持炉中正常气化温度

和反应热平衡，应适当提高气化剂中为氧含量，增加一些碳的燃烧热。

因此，随着气化剂温度降低，亦应降低汽氧比，随着气化剂温度的提

高，水蒸汽的消耗量略为上升，而分解率下降，这是由于在较高的气

化剂温度下，2C+0L2C()2和CO2+C=2C0反应能力加强，使粗煤气中(U

和CH,的含量略有降低，因而煤气产率获得增加。

水蒸汽的过热度太低，也是不允许的，一方面由于氧气耗量增加

太多而不经济•另一方面可能造成气化炉下灰的困难c

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图1-3-11气化讯温度与钝气利月率的关系

1一也气利门率；2・3—分别为粗煤，和沙燃气产牛；1一4燃气发蚪勺

气化层温度的降低，将有助于下列诸反应的进行

C+2H2fCH「84.3KJ/mol

C0+3H2分组+上0-219.3KJ/mol

C02+4H2fCH,+2H2O-162.8KJ/mo1

2C0+2H2^CH.I+C02-247.3KJ/mol

6、汽氧比的选择

汽氧比是指气化过程中，水蒸汽与氧气耗量比，改变汽氧比，实

际上是调整与控制气化过程的温度。碳化程度深的煤，采用的汽氧比

较小，能适当提高气化炉内的温度，以提高生产能力。

采用不同的汽氧比，对煤气生产过程的影响主要有：

①在一定的热负荷条件下，水蒸汽的消耗量随汽氧比的增加而增

加，氧气的消耗量随汽氧比的增加而相应减少。

②随着汽氧比的提高，水蒸汽分解率显著降低。

③汽氧比的改变对煤气组成的影响很大，随着汽氧比的增加，气

化炉内反应温度降低，气化炉内CO+HO-COz+H?的还原反应增强，使

得煤气组成中CO含量减少，C（k上含量增加，甲烷的增量在粗煤气

的组成中尚不显著，但在脱除CO2后的净煤气组成中相应增加，煤气

发热值提高。

④汽氧比改变和炉内温度的变化对产品和焦油的性质也有影响，

提高汽氧比，焦油中碱性组分下降，芳烧组分则显著增加。

案例分析（仅为示例，请参照格式补充相关内容）

例1:E炉YV910阀杆折，点动YV9U煤喷出，险些伤人

一、事故时间：2010年10月21日后夜班

二、事故地点：造气分厂造气车间七楼E炉

三、事故经过：

21日凌晨0:40分，造气车间E炉煤锁上锥阀YV910出现故障信

号，当班人员王英民马上通知当班班长刘志峰去现场确认阀位，告知

开关都到位，点动后充压，但压力不涨，通知车间主任及分厂领导，

经现场确认YV910故障，摘完L406射源后，检修人员拆料筐手孔，

由于汽大，无法看清阀的情况也无法处理，又将手孔带上，请示停车

泄压后处理，四点多钟通过YV914放空管泄压的气化炉压力已经泄净

了，检修工再次拆开手孔，仍有气，车间主任让中控打开YV9U将煤

加到气化炉以后，重新点动YV911,然后再进行处理，此时，从料筐

手孔窜出气流夹带煤块，将七楼东侧的玻璃打碎。

四、事故原因：

（一）主要原因：

①炉内没有排料，煤锁有煤，虽无压，但很热，点动煤锁下锥阀

YV9U时，强烈的热气流夹带粉煤从手孔窜出；

②手孔没有及时用螺丝拧紧。

（二）间接原因：

①判断不准，如果直接判断出阀头掉了，就不必拆手孔；

②经验不足，炉内没有排料，虽然无压了，但很热，手孔开着的

时候，不应点动煤锁下锥阀YV911；