化工工藝學-第五章-煤的氣化

1、聊城大學2013級講義 概念概念：煤的氣化（：煤的氣化（Coal gasification)是以是以煤或煤焦（半焦）煤或煤焦（半焦）為原料，以為原料，以氧氣（空氣、富氧空氣或純氧）氧氣（空氣、富氧空氣或純氧）、水蒸氣或氫氣水蒸氣或氫氣等為氣化劑（或稱氣化介質(zhì)），在高溫條件下通過化學反應等為氣化劑（或稱氣化介質(zhì)），在高溫條件下通過化學反應把煤或煤焦中的有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為把煤或煤焦中的有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為煤氣煤氣的過程。的過程。 氣化條件：氣化條件：氣化爐、氣化劑、供給能量（三者缺一不可）氣化爐、氣化劑、供給能量（三者缺一不可） 氣化產(chǎn)品：氣化產(chǎn)品：CO、H2、CH4O2、H2O、H2，根據(jù)產(chǎn)熱，根據(jù)產(chǎn)熱方式和

2、煤氣用途選擇性供方式和煤氣用途選擇性供入（入（ H2 很少用）很少用）煤的氣化是最有應用前景的技術(shù)之一煤的氣化是最有應用前景的技術(shù)之一煤氣化過程煤氣化過程C(s) + O2(g) 2CO2(g)-406kJ/mol發(fā)發(fā)生生爐爐中中各各層層特特點點煤氣化的物理化學基礎(chǔ)煤氣化的物理化學基礎(chǔ)氣化反應化學平衡氣化反應化學平衡煤氣化就過程而言包括煤氣化就過程而言包括煤的干餾煤的干餾和和干餾半焦與氣化劑干餾半焦與氣化劑的氣化反應。的氣化反應。煤的干餾反應相對較快，而干餾半焦的氣化反應較慢。參與反應的煤的干餾反應相對較快，而干餾半焦的氣化反應較慢。參與反應的氣體可能是最初的氣化劑，也可能是氣化過程的產(chǎn)物。煤

3、中少量元氣體可能是最初的氣化劑，也可能是氣化過程的產(chǎn)物。煤中少量元素氮和硫在氣化過程中產(chǎn)生了含氮和含硫的產(chǎn)物，主要是素氮和硫在氣化過程中產(chǎn)生了含氮和含硫的產(chǎn)物，主要是NH3、HCN、NO、 H2S、COS、CS2等。等。煤干餾半焦中主要成分是碳煤干餾半焦中主要成分是碳，故，故討論平衡反應時通常只考慮元素碳的氣化反應。討論平衡反應時通常只考慮元素碳的氣化反應。燃燒及氣化反應熱、平衡常數(shù)燃燒及氣化反應熱、平衡常數(shù)反應反應反應式反應式反應熱反應熱HkkJmol-1平衡常數(shù)平衡常數(shù)8001300非均相反應非均相反應燃燒燃燒C+O2=CO2-406.41.810171.51013部分燃燒部分燃燒2C+O

4、2=CO-123.21.410174.561015炭與水蒸氣反應炭與水蒸氣反應C+H2O=CO+H2118.60.8071.01102Boudouard反應反應C+CO2=2CO160.90.7753.04102加氫反應加氫反應C+2H2=CH4-83.80.4661.0810-2均相反應均相反應氫燃燒氫燃燒2H2+O2=2H2O-241.12.210174.41011CO燃燒燃燒2CO+O2=2CO2-283.62.410154.91010水煤氣反應水煤氣反應CO+H2O=CO2+H2-42.41.040.333甲烷化反應甲烷化反應CO +3H2=CH4+H2O-206.70.5771.77

5、10-4氣化反應平衡組成與溫度壓力關(guān)系氣化反應平衡組成與溫度壓力關(guān)系 溫度高，氣溫度高，氣化反應進行化反應進行比較完全。比較完全。 壓力高，生壓力高，生成甲烷多，成甲烷多，因此因此高壓氣高壓氣化可以得到化可以得到含甲烷多、含甲烷多、熱值較高的熱值較高的煤氣。煤氣。 反應歷程反應歷程氣化劑向固體氣化劑向固體( (碳碳) )表面轉(zhuǎn)移或擴散。表面轉(zhuǎn)移或擴散。 A 第一步第一步氣化劑被吸附在固體氣化劑被吸附在固體( (碳碳) )表面。表面。 A 第二步第二步被吸附的氣化劑在固體被吸附的氣化劑在固體( (碳碳) )表面起反應而表面起反應而形成中間配合物。形成中間配合物。 A 第三步第三步中間配合物的分解

6、或與氣相中到達固體中間配合物的分解或與氣相中到達固體( (碳碳) )表面的氣體分子發(fā)生反應。表面的氣體分子發(fā)生反應。 A 第四步第四步產(chǎn)物從固體產(chǎn)物從固體( (碳碳) )表面解吸并擴散到氣相。表面解吸并擴散到氣相。A 第五步第五步氣化反應動力學氣化反應動力學煤的性質(zhì)對氣化的影響煤的性質(zhì)對氣化的影響 水分：水分：流化床流化床5%，氣流床，氣流床2%。 揮發(fā)分：揮發(fā)分：可增加煤氣產(chǎn)率和熱值，但增加煤氣凈化負荷可增加煤氣產(chǎn)率和熱值，但增加煤氣凈化負荷 粘結(jié)性：粘結(jié)性：移動床流化床用不粘結(jié)或弱粘結(jié)性煤。移動床流化床用不粘結(jié)或弱粘結(jié)性煤。 反應活性反應活性(反應性反應性)：活性高有利活性高有利 灰分：灰

7、分： 灰渣中碳的損失：灰分越多，隨灰渣而損失的碳量越多灰渣中碳的損失：灰分越多，隨灰渣而損失的碳量越多 煤中礦物質(zhì)對環(huán)境的影響煤中礦物質(zhì)對環(huán)境的影響 灰熔點與結(jié)渣性灰熔點與結(jié)渣性 煤灰的粘溫特性：灰渣粘度煤灰的粘溫特性：灰渣粘度250Pa.s 熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性：加熱時，是否容易破碎加熱時，是否容易破碎氣化效率氣化效率 機械強度：機械強度：強度低，只能用氣流床與流化床強度低，只能用氣流床與流化床 粒度分布：粒度分布：移動床移動床10100mm塊煤；流化床塊煤；流化床08mm細粒煤；細粒煤； 氣流床氣流床6mm煤。煤。煤氣化過程的指標煤氣化過程的指標v 煤氣產(chǎn)率煤氣產(chǎn)率：Nm3/kg(煤煤)v

8、氣化強度氣化強度：kg(煤煤)/m3 hv 氣化效率氣化效率：冷煤氣效率，每：冷煤氣效率，每Kg煤氣化所得冷煤氣在完全燃煤氣化所得冷煤氣在完全燃 燒時放出的熱量與每燒時放出的熱量與每Kg煤的發(fā)熱量之比。煤的發(fā)熱量之比。QQ V=100%=100%QQ氣氣燃燃QQ=QQ氣焦油熱燃鼓風v 熱效率熱效率：所有直接加入到氣化過程中熱量的利用程度。：所有直接加入到氣化過程中熱量的利用程度。煤氣化爐原理和分類煤氣化爐原理和分類供熱方法供熱方法部分氧化法（自熱）部分氧化法（自熱）間接供熱（外熱）間接供熱（外熱）利用氣化反應釋放熱供熱利用氣化反應釋放熱供熱A A 移動床移動床沸騰床沸騰床氣流床氣流床熔融床熔融

9、床反應器反應器煤氣熱值煤氣熱值低熱值低熱值:33494kJ/m3A 移動床氣化爐移動床氣化爐 移動床氣化爐移動床氣化爐 原料：原料：6-50 mm塊煤或煤焦塊煤或煤焦 加料方式：上部加料加料方式：上部加料 排灰方式：固態(tài)或液態(tài)排灰方式：固態(tài)或液態(tài) 灰渣和煤氣出口溫度：不高灰渣和煤氣出口溫度：不高 爐內(nèi)情況：煤焦與產(chǎn)生的煤爐內(nèi)情況：煤焦與產(chǎn)生的煤氣、氣化劑與灰渣都進行逆氣、氣化劑與灰渣都進行逆向熱交換向熱交換（逆流操作）（逆流操作）流化床氣化爐流化床氣化爐 流化床氣化爐流化床氣化爐 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：固態(tài)排灰方式：固態(tài) 灰渣和煤

10、氣出口溫度：接近灰渣和煤氣出口溫度：接近爐溫爐溫 爐內(nèi)情況：懸浮沸騰，煤與爐內(nèi)情況：懸浮沸騰，煤與氣化劑傳熱快，溫度均勻氣化劑傳熱快，溫度均勻氣流床氣化爐氣流床氣化爐 氣流床氣化爐氣流床氣化爐 原料：粉煤（原料：粉煤（70%以上通以上通過過200目）目） 加料方式：下部與氣化劑加料方式：下部與氣化劑并流加料并流加料（并流操作）（并流操作） 排灰方式：液態(tài)排渣排灰方式：液態(tài)排渣 灰渣和煤氣出口溫度：接灰渣和煤氣出口溫度：接近爐溫近爐溫 爐內(nèi)情況：煤與氣化劑在爐內(nèi)情況：煤與氣化劑在高溫火焰中反應高溫火焰中反應移動床氣化移動床氣化幾種煤氣組成幾種煤氣組成 煤氣名稱煤氣名稱 氣化劑氣化劑 煤氣組成煤氣

11、組成/V 熱值熱值（kJ/M3） H2COCO2N2CH4O2空氣煤氣空氣煤氣 空氣空氣 2.6 10 14.7 72.0 0.5 0.2 3800-4600 混合發(fā)生混合發(fā)生爐煤氣爐煤氣 空氣空氣-蒸氣蒸氣 13.5 27.5 5.5 52.8 0.5 0.2 5000-5200 水煤氣水煤氣 水蒸氣水蒸氣48.4 38.5 6.0 6.4 0.5 0.2 10000-11300 半水煤氣半水煤氣 蒸氣、空氣蒸氣、空氣 40.0 30.7 8.0 14.6 0.5 0.2 8800-9600 混合發(fā)生爐煤氣混合發(fā)生爐煤氣2222C+O +3.76N =2CO+3.76N246.435kJ m

12、ol碳22C+H O=CO+H118.821kJ mol碳以空氣和水蒸氣為氣化劑，制得的煤氣為發(fā)生爐煤氣。以空氣和水蒸氣為氣化劑，制得的煤氣為發(fā)生爐煤氣。1）理想發(fā)生爐煤氣）理想發(fā)生爐煤氣v 氣化純碳，且碳全部轉(zhuǎn)化為氣化純碳，且碳全部轉(zhuǎn)化為CO；v 按化學計量方程供入空氣和水蒸氣且無過剩按化學計量方程供入空氣和水蒸氣且無過剩；v 氣化系統(tǒng)為孤立系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)熱平衡。氣化系統(tǒng)為孤立系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)熱平衡。222.07C+2.07H O=2.07CO+2.07H246.435kJ mol碳CO:H2:N2=4.07:2.07:3.76煤煤氣氣組組成成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%燃料層厚度燃料層厚度/cm混合發(fā)生爐煤氣組成隨燃料層高度的變化曲線混合發(fā)生爐煤氣組成隨燃料層高度的變化曲線氣相氣相 爐渣層：爐渣層：氣化劑（氣化劑（O2 ，H2）被預）被預熱，氣體組成不變；熱，氣體組成不變； 氧化層：氧化層：C+O2CO2+Q(O2，CO2) ，C+0.5O2CO+Q(O2耗盡，出現(xiàn)耗盡，出現(xiàn)CO，CO2) 第一還原層：第一還原層：C+CO22CO-QC+H2OCO+H2-Q（CO，CO2 ，H2） 第二還原層：第二還原層：C+CO22CO-QCO

14、+H2OCO2+H2-Q（CO，H2） 氣相：氣相：CO+H2OCO2+H2-Q（CO2，H2）2）沿氣化爐料層高度煤氣組成的變化）沿氣化爐料層高度煤氣組成的變化3） 水蒸氣對氣化過程的影響水蒸氣對氣化過程的影響4） 氣化過程的控制氣化過程的控制 ：達到高氣化效率：達到高氣化效率氣化爐的選擇氣化爐的選擇 粘結(jié)性弱（需破粘）選擇帶攪拌裝置的氣化爐；粘結(jié)性弱（需破粘）選擇帶攪拌裝置的氣化爐； 機械強度和熱穩(wěn)定性差不宜攪拌；機械強度和熱穩(wěn)定性差不宜攪拌； 原料篩分粒度小的，要求煤氣熱輸送的選擇干法出灰。原料篩分粒度小的，要求煤氣熱輸送的選擇干法出灰。合理氣化強度合理氣化強度（與溫度、原料、氣化爐有關(guān)

15、）（與溫度、原料、氣化爐有關(guān)）氣化強度超過合理范圍氣化強度超過合理范圍，可能使灰渣中含碳量增加和出口煤氣中帶出物，可能使灰渣中含碳量增加和出口煤氣中帶出物增多，從而增加了原料的損失，降低煤氣產(chǎn)率，并且影響到煤氣的質(zhì)量增多，從而增加了原料的損失，降低煤氣產(chǎn)率，并且影響到煤氣的質(zhì)量，其綜合效果是，其綜合效果是氣化效率降低。氣化效率降低。5） 混合煤氣發(fā)生爐混合煤氣發(fā)生爐3M13型煤氣發(fā)生爐型煤氣發(fā)生爐1料斗；料斗；2煤斗閘門；煤斗閘門；3伸縮節(jié)；伸縮節(jié)；4計量鎖煤器；計量鎖煤器；5計量鎖氣器；計量鎖氣器；6托板和三角架；托板和三角架；7攪棒；攪棒；8空心柱；空心柱；9蝸桿減速機；蝸桿減速機；10圓

16、柱減速機；圓柱減速機；11四頭蝸桿；四頭蝸桿；12灰盤灰盤 3M13型和型和W-G型爐型爐3M13型煤氣發(fā)生爐型煤氣發(fā)生爐 p 爐內(nèi)爐內(nèi)帶有攪拌棒帶有攪拌棒破粘破粘p雙滾筒連續(xù)進料雙滾筒連續(xù)進料p回轉(zhuǎn)爐箅連續(xù)排灰回轉(zhuǎn)爐箅連續(xù)排灰p主要適用于長焰煤、氣主要適用于長焰煤、氣 煤等煤等弱粘結(jié)性煤種弱粘結(jié)性煤種威爾曼威爾曼-格魯夏格魯夏(W-G)煤氣發(fā)生爐煤氣發(fā)生爐其一：無攪拌裝置的用于氣化無其一：無攪拌裝置的用于氣化無煙煤、焦炭等不粘結(jié)性燃料；煙煤、焦炭等不粘結(jié)性燃料；其二：有攪拌裝置的用于氣化弱其二：有攪拌裝置的用于氣化弱粘結(jié)性煙煤。粘結(jié)性煙煤。國內(nèi)常用不帶攪拌裝置的。國內(nèi)常用不帶攪拌裝置的。 ：

17、液壓加料，煤連續(xù)進入爐內(nèi)，液液壓加料，煤連續(xù)進入爐內(nèi)，液壓干法除灰，全水夾套。壓干法除灰，全水夾套。威爾曼威爾曼-格魯夏格魯夏(W-G)煤氣發(fā)生爐煤氣發(fā)生爐1、山渣機 2、灰斗 3、爐柵 4、爐體 5、汽包 6、爐頂 7、雙鐘罩加燒煤箱 8、斜橋上煤裝置水煤氣水煤氣水煤氣是由熾熱的碳和水蒸氣反應所生成的煤氣，主要由水煤氣是由熾熱的碳和水蒸氣反應所生成的煤氣，主要由CO和和H2組成。燃燒時呈藍色，所以又稱為組成。燃燒時呈藍色，所以又稱為藍水煤氣藍水煤氣。碳與水蒸氣反應作為強吸熱反應，需提供水蒸氣分解所需的碳與水蒸氣反應作為強吸熱反應，需提供水蒸氣分解所需的熱量，一般采用兩種方法：熱量，一般采用兩

18、種方法：a. 交替用交替用空氣和水蒸氣空氣和水蒸氣為氣化劑的為氣化劑的間歇氣化法間歇氣化法；b. 同時用同時用氧和水蒸氣氧和水蒸氣為氣化劑的為氣化劑的連續(xù)氣化法連續(xù)氣化法。 1） 理想水煤氣理想水煤氣u 吹風階段：吹風階段：2222CO3.76N =CO3.76N406.418kJ mol碳22CH O=COH118.821kJ mol碳223.42C3.42H O=3.42CO3.42H406.418kJ mol碳u 制氣階段：制氣階段：先通空氣先通空氣再通水蒸氣再通水蒸氣理想水煤氣生產(chǎn)過程：理想水煤氣生產(chǎn)過程：吹風氣總量吹風氣總量水煤氣總量水煤氣總量理想水煤氣中理想水煤氣中H2：CO=1:

19、1實際水煤氣實際水煤氣H2含量高于含量高于CO（ COH2O CO2 H2）2） 間歇法制水煤氣的工作循環(huán)間歇法制水煤氣的工作循環(huán)吹空氣吹空氣(吹風蓄熱吹風蓄熱)和和吹水蒸氣吹水蒸氣(制氣制氣)兩個階段兩個階段吹風階段吹風階段水蒸氣吹凈階段水蒸氣吹凈階段上吹制氣階段上吹制氣階段下吹制氣階段下吹制氣階段二次上吹制氣階段二次上吹制氣階段空氣吹凈階段空氣吹凈階段序號序號 階段名稱階段名稱 3 min循環(huán)循環(huán)/s 4 min循環(huán)循環(huán)/s (a) (b) (c) (d)(e) (f)吹風階段吹風階段 蒸氣吹凈階段蒸氣吹凈階段 上吹制氣階段上吹制氣階段 下吹制氣階段下吹制氣階段 二次上吹階段二次上吹階段

20、空氣吹凈階段空氣吹凈階段 4050 2 4560 5055 1820 2 6080 2 6070 7090 1820 2 六階段循環(huán)時間分配表六階段循環(huán)時間分配表在上吹制氣階段，讓空氣與水蒸氣一起進入氣化爐，這樣不僅能制在上吹制氣階段，讓空氣與水蒸氣一起進入氣化爐，這樣不僅能制得含氮的水煤氣得含氮的水煤氣( (半水煤氣半水煤氣) )，而且可適當提高爐溫，提高生產(chǎn)能力。，而且可適當提高爐溫，提高生產(chǎn)能力。3） 常壓水煤氣發(fā)生爐常壓水煤氣發(fā)生爐U.G.I水煤氣發(fā)生爐水煤氣發(fā)生爐1.外殼；外殼；2.安全閥；安全閥；3.保溫材料；保溫材料；4.夾套夾套鍋爐；鍋爐；5.爐篦；爐篦；6.灰盤接觸面；灰盤接

21、觸面；7.爐底；爐底；8.保溫磚；保溫磚；9.耐火磚；耐火磚；10.液位計；液位計；11.渦輪；渦輪；12.渦桿；渦桿；13.油箱油箱 結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：爐體用鋼板卷焊而成；爐體用鋼板卷焊而成；爐頂及爐上部耐火材料；爐頂及爐上部耐火材料；下部裝有水夾套。下部裝有水夾套。爐頂有手動和半自動的加料器爐頂有手動和半自動的加料器爐下部偶偏心疊合爐箅爐下部偶偏心疊合爐箅排渣；排渣；可調(diào)節(jié)的灰梨可調(diào)節(jié)的灰梨排灰。排灰。主要組成：主要組成：上錐體、水夾套、爐上錐體、水夾套、爐箅傳動裝置、出灰機械、爐底殼箅傳動裝置、出灰機械、爐底殼加壓移動床氣化加壓移動床氣化常壓移動床氣化的主要局限：煤氣熱值低，煤氣中常壓

22、移動床氣化的主要局限：煤氣熱值低，煤氣中CO含量高，不能含量高，不能滿足城市煤氣要求，氣化強度低，生產(chǎn)能力有限，煤氣不宜遠距離輸送。滿足城市煤氣要求，氣化強度低，生產(chǎn)能力有限，煤氣不宜遠距離輸送。加壓氣化爐與常壓氣化爐類似，原料自上而下，氣化劑自下而上，逆加壓氣化爐與常壓氣化爐類似，原料自上而下，氣化劑自下而上，逆流接觸，煤碳由固態(tài)向氣態(tài)轉(zhuǎn)化。流接觸，煤碳由固態(tài)向氣態(tài)轉(zhuǎn)化。爐內(nèi)料層：干燥層、干餾層、爐內(nèi)料層：干燥層、干餾層、甲烷層甲烷層、氣化層、氧化層和灰渣層。、氣化層、氧化層和灰渣層。有利于有利于CH4的生成，提高煤氣的熱值。的生成，提高煤氣的熱值。加壓移動床氣化過程原理及影響因素加壓移動床

23、氣化過程原理及影響因素1） 壓力對煤氣組成的影響壓力對煤氣組成的影響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在相同溫度下，隨在相同溫度下，隨著著氣化壓力氣化壓力提高，煤氣中甲烷和二氧化碳含量提高，煤氣中甲烷和二氧化碳含量增加，一氧化碳和氫含量減少。增加，一氧化碳和氫含量減少。 煤氣組成與氣化壓力的關(guān)系煤氣組成與氣化壓力的關(guān)系2） 壓力對氧氣耗量的影響壓力對氧氣耗量的影響甲烷生成反應放熱成為氣化爐內(nèi)除碳燃燒反應以

24、外的第二熱源，甲烷生成反應放熱成為氣化爐內(nèi)除碳燃燒反應以外的第二熱源，可為水蒸氣分解、二氧化碳還原等吸熱反應提供熱源從而減少了碳可為水蒸氣分解、二氧化碳還原等吸熱反應提供熱源從而減少了碳燃燒反應中氧的消耗。故燃燒反應中氧的消耗。故隨氣化反應壓力提高，氧氣的消耗量減少。隨氣化反應壓力提高，氧氣的消耗量減少。3） 壓力對水蒸氣耗量的影響壓力對水蒸氣耗量的影響CH4PH2水蒸氣分解生成的氫氣是甲烷生成反應中氫的重要來源。水蒸氣分解生成的氫氣是甲烷生成反應中氫的重要來源。提高氣化壓力，提高氣化壓力，H2O分解率分解率，只有只有增加水蒸氣耗量增加水蒸氣耗量，使得生成氫，使得生成氫氣的絕對量增加。（為防止

25、結(jié)渣和利于甲烷化的反應，加壓時水蒸氣總氣的絕對量增加。（為防止結(jié)渣和利于甲烷化的反應，加壓時水蒸氣總耗量為常壓時的耗量為常壓時的2.53倍）倍）4） 壓力對氣化爐生產(chǎn)能力的影響壓力對氣化爐生產(chǎn)能力的影響提高生產(chǎn)能力（氣化強度提高，反應速率加快，碳的轉(zhuǎn)化率較高）提高生產(chǎn)能力（氣化強度提高，反應速率加快，碳的轉(zhuǎn)化率較高）5） 壓力對煤氣產(chǎn)率的影響壓力對煤氣產(chǎn)率的影響降低（氣體體積減小，煤氣中二氧化碳含量高）降低（氣體體積減小，煤氣中二氧化碳含量高）6） 壓力對煤氣輸送動力消耗的影響壓力對煤氣輸送動力消耗的影響節(jié)省煤氣輸送的動力消耗，減少煤的運輸費用節(jié)省煤氣輸送的動力消耗，減少煤的運輸費用固態(tài)排渣移

26、動床加壓氣化爐固態(tài)排渣移動床加壓氣化爐魯奇爐魯奇爐(Lurgi)采用氧氣采用氧氣-水蒸氣或空氣水蒸氣或空氣-水蒸水蒸氣為氣化劑，在氣為氣化劑，在2.03.0 MPa和和9001100下進行連續(xù)氣化。下進行連續(xù)氣化。p 雙層殼體（內(nèi)外兩層厚剛雙層殼體（內(nèi)外兩層厚剛筒間形成水夾套，可引出筒間形成水夾套，可引出供氣化爐使用）；供氣化爐使用）；p 設(shè)有煤分布器和攪拌器設(shè)有煤分布器和攪拌器（破粘）；（破粘）；p 塔節(jié)型爐箅且設(shè)有破渣裝塔節(jié)型爐箅且設(shè)有破渣裝置（氣化劑均勻分布）；置（氣化劑均勻分布）；結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 特特 點點液態(tài)排渣移動床加壓氣化爐液態(tài)排渣移動床加壓氣化爐BG/L熔渣氣化爐熔渣氣化爐液態(tài)排渣

27、氣化爐操作溫液態(tài)排渣氣化爐操作溫度一般在度一般在11001500，操作壓力為操作壓力為2.353.04MPa。 液態(tài)排渣氣化爐的基本液態(tài)排渣氣化爐的基本原理是，僅向氣化爐內(nèi)通原理是，僅向氣化爐內(nèi)通入適量的水蒸汽，控制爐入適量的水蒸汽，控制爐溫在灰熔點以上，使灰渣溫在灰熔點以上，使灰渣呈熔融狀態(tài)自爐內(nèi)排出。呈熔融狀態(tài)自爐內(nèi)排出。流化床氣化流化床氣化溫克勒溫克勒(F.Winkler)流化床氣化爐流化床氣化爐流化床氣化，把氣化劑（蒸氣和富流化床氣化，把氣化劑（蒸氣和富氧空氣或氧氣）送入氣化爐內(nèi)，使煤氧空氣或氧氣）送入氣化爐內(nèi)，使煤顆粒呈沸騰狀態(tài)進行氣化反應。顆粒呈沸騰狀態(tài)進行氣化反應。對大部分煤來說

28、，灰分開始軟化的對大部分煤來說，灰分開始軟化的溫度為溫度為10501150。為了避免結(jié)渣，。為了避免結(jié)渣，流化床的操作溫度經(jīng)常維持在流化床的操作溫度經(jīng)常維持在850900。在這個溫度下，只能用。在這個溫度下，只能用反應反應性好的褐煤性好的褐煤為氣化原料，才能獲得質(zhì)為氣化原料，才能獲得質(zhì)量較好的煤氣。量較好的煤氣。使氣流中夾帶碳粒使氣流中夾帶碳粒得到充分的氣化得到充分的氣化溫克勒煤氣化工藝溫克勒煤氣化工藝粗煤氣粗煤氣的顯熱回收的顯熱回收溫克勒爐的優(yōu)點是生產(chǎn)能力大、溫克勒爐的優(yōu)點是生產(chǎn)能力大、結(jié)構(gòu)簡單、可用小顆粒煤、煤氣中結(jié)構(gòu)簡單、可用小顆粒煤、煤氣中無焦油等，其缺點是碳轉(zhuǎn)化率低，無焦油等，其缺點

29、是碳轉(zhuǎn)化率低，只能使用高活性的煤，煤氣質(zhì)量差，只能使用高活性的煤，煤氣質(zhì)量差，帶出物多，而且設(shè)備龐大。帶出物多，而且設(shè)備龐大。本工藝的主要缺點是操作溫度本工藝的主要缺點是操作溫度和壓力偏低造成的，為此發(fā)展了高和壓力偏低造成的，為此發(fā)展了高溫溫克勒（溫溫克勒（HTW）及灰團聚氣化工）及灰團聚氣化工藝，如藝，如 KRW氣化法氣化法和和U-Gas氣化法氣化法。針對溫克勒爐的缺點，針對溫克勒爐的缺點，HTW爐主要進行的改進：爐主要進行的改進：提高氣化壓力到提高氣化壓力到1MPa，這不但降低了合成氣再壓縮的能量，而，這不但降低了合成氣再壓縮的能量，而且提高了生產(chǎn)能力。且提高了生產(chǎn)能力。 提高氣化溫度提高

30、氣化溫度，有利于二氧化碳還原和水蒸氣分解，提高氫和一，有利于二氧化碳還原和水蒸氣分解，提高氫和一氧化碳濃度，提高碳轉(zhuǎn)化率和煤氣產(chǎn)率。氧化碳濃度，提高碳轉(zhuǎn)化率和煤氣產(chǎn)率。(要防止結(jié)渣，可在煤要防止結(jié)渣，可在煤中添加中添加石灰石石灰石等來提高煤料的軟化點和熔點等來提高煤料的軟化點和熔點)。I.流化床粗粒帶出物循環(huán)回到流化床氣化，從而提高了碳的轉(zhuǎn)化率流化床粗粒帶出物循環(huán)回到流化床氣化，從而提高了碳的轉(zhuǎn)化率。高溫溫克勒法高溫溫克勒法U-GAS氣化法氣化法流化床灰團聚煤氣化工藝流化床灰團聚煤氣化工藝特點：灰團聚排渣特點：灰團聚排渣原理：在流化床中導入原理：在流化床中導入氧化性高氧化性高速射流速射流，使煤

31、中灰分在軟化而未，使煤中灰分在軟化而未熔融狀態(tài)下，在一個錐形床中相熔融狀態(tài)下，在一個錐形床中相互熔聚而粘結(jié)成含碳量較低的球互熔聚而粘結(jié)成含碳量較低的球狀灰渣，有選擇地排出爐外。狀灰渣，有選擇地排出爐外。與固態(tài)排渣比：降低了灰渣中的與固態(tài)排渣比：降低了灰渣中的碳損失；碳損失；與液態(tài)排渣比：減少了灰渣帶走與液態(tài)排渣比：減少了灰渣帶走的顯熱損失。的顯熱損失。由中心進入氣體的氧由中心進入氣體的氧/汽比較大，故床底中心區(qū)汽比較大，故床底中心區(qū)(熔聚區(qū)熔聚區(qū))溫度較溫度較高，當達到灰的初始軟化溫度時，灰粒選擇性地和別的顆粒團高，當達到灰的初始軟化溫度時，灰粒選擇性地和別的顆粒團聚起來。團聚體不斷增大，直到

32、它不能被上升氣流托起為止。聚起來。團聚體不斷增大，直到它不能被上升氣流托起為止。借助兩級旋風分離器實現(xiàn)細粉循環(huán)并進一步氣化，借助兩級旋風分離器實現(xiàn)細粉循環(huán)并進一步氣化，生成細灰與床層中的熔聚灰一起形成灰球排出。生成細灰與床層中的熔聚灰一起形成灰球排出。山西煤化所灰熔聚流化床氣化爐山西煤化所灰熔聚流化床氣化爐氣流床氣化氣流床氣化氣流床：氣化劑（水蒸汽與純氧）將煤粉或煤漿夾帶入氣化爐進行并流氣化。氣流床：氣化劑（水蒸汽與純氧）將煤粉或煤漿夾帶入氣化爐進行并流氣化。 原料：煤分（原料：煤分（70%小于小于200目）目） 氣化劑：純氧氣化劑：純氧-水蒸氣水蒸氣反應溫度高達反應溫度高達2000煤適用范圍

33、廣煤適用范圍廣液態(tài)排渣液態(tài)排渣并流氣化并流氣化特特 點點K-T爐氣化方法爐氣化方法K-T型氣化爐及廢熱回收示意圖型氣化爐及廢熱回收示意圖 特點：特點：J 溫度高、氣化強度大溫度高、氣化強度大J 尤其適合合成氣的生產(chǎn)要求尤其適合合成氣的生產(chǎn)要求J 煤種適用性強煤種適用性強L 需龐大的磨粉、余熱回收、除塵裝置需龐大的磨粉、余熱回收、除塵裝置L 常壓操作，氧耗高，難達到高轉(zhuǎn)化率常壓操作，氧耗高，難達到高轉(zhuǎn)化率L 干煤粉進料（難度）干煤粉進料（難度）加壓干粉進料工藝加壓干粉進料工藝如如Shell法法謝爾謝爾(shell)煤氣化法煤氣化法外壁外壁熔熔灰灰爐內(nèi)爐內(nèi)水冷水冷特點：特點： 加壓操作加壓操作、干

34、煤粉進料干煤粉進料、對噴燒、對噴燒嘴；嘴；14001700，煤轉(zhuǎn)化率高，煤轉(zhuǎn)化率高 耗氧較少、煤氣有效成分較多耗氧較少、煤氣有效成分較多 水冷壁、液態(tài)排渣水冷壁、液態(tài)排渣 磨煤能耗、粉塵磨煤能耗、粉塵謝爾氣化法典型工藝流程圖謝爾氣化法典型工藝流程圖優(yōu)點：優(yōu)點：可使用各種煤，碳轉(zhuǎn)化率高；產(chǎn)品中可使用各種煤，碳轉(zhuǎn)化率高；產(chǎn)品中CO+H2產(chǎn)率高，適合做合成氣；產(chǎn)率高，適合做合成氣；氣化產(chǎn)物無焦油；采用干粉進料，降低氧耗；加壓操作，提高生產(chǎn)能力。氣化產(chǎn)物無焦油；采用干粉進料，降低氧耗；加壓操作，提高生產(chǎn)能力。缺點：缺點：設(shè)備成本高，系統(tǒng)復雜。設(shè)備成本高，系統(tǒng)復雜。GSP氣化法氣化法GSP氣化爐氣化爐G

35、SP氣化技術(shù)工藝流程圖氣化技術(shù)工藝流程圖用于神華寧煤集團煤基烯烴項目的用于神華寧煤集團煤基烯烴項目的GSP氣化爐氣化爐德士古德士古(Texaco)氣化法氣化法特點：特點： 加壓操作、水煤漿進料加壓操作、水煤漿進料（安全、（安全、易高壓操作）易高壓操作） 碳轉(zhuǎn)化率高，煤源廣碳轉(zhuǎn)化率高，煤源廣 負荷適應性強負荷適應性強 液態(tài)排渣、無廢水液態(tài)排渣、無廢水 進料比干煤粉簡單穩(wěn)定進料比干煤粉簡單穩(wěn)定 濕法研磨節(jié)省動力濕法研磨節(jié)省動力 煤漿需加穩(wěn)定劑煤漿需加穩(wěn)定劑 副產(chǎn)蒸氣利用很重要副產(chǎn)蒸氣利用很重要 O2耗較高、耗較高、CO2較多較多氣化爐氣化爐旋風分離旋風分離水洗水洗磨煤磨煤煤煤水水水煤漿水煤漿水煤漿

36、水煤漿氧氧氧氧水煤漿泵水煤漿泵鎖斗鎖斗渣渣合成氣合成氣熱水熱水蒸發(fā)塔蒸發(fā)塔酸性氣體酸性氣體德士古氣化法流程圖德士古氣化法流程圖國家九五攻關(guān)，水煤漿氣化及煤化工國家工程中心華東理工國家九五攻關(guān)，水煤漿氣化及煤化工國家工程中心華東理工 由中心一個燒嘴變?yōu)樗闹芩膫€對噴燒嘴由中心一個燒嘴變?yōu)樗闹芩膫€對噴燒嘴 通過撞擊流強化傳質(zhì)過程，有效氣提高通過撞擊流強化傳質(zhì)過程，有效氣提高2-3%，氧耗有所下降，氧耗有所下降多噴嘴對置式水煤漿氣化多噴嘴對置式水煤漿氣化1.1 基本原理基本原理氣體氣體氣流床氣流床煤粒與氣體煤粒與氣體同時穿過同時穿過煤粒：煤粒：70%小于小于200目目氣體氣體流化床流化床煤粒運動煤粒運動氣體穿過氣體穿過煤粒：煤粒：3-5 mm氣體氣體移動床移動床煤粒不動煤粒不動氣體穿過氣體穿過煤粒：煤粒：6-50 mm三種煤氣化工藝的比較三種煤氣化工藝的比較爐內(nèi)狀態(tài)分類爐內(nèi)狀態(tài)分類移動床移動