第六章 煤的氣化

煤氣化基礎(chǔ)煤的成因包括下列過程：①泥炭化作用。當(dāng)高等植物遺體在沼澤中堆積，在有水存在和微生物參與下，經(jīng)過分解、化合等復(fù)雜的生物化學(xué)變化，形成泥炭(泥煤)。泥炭化階段主要是植物殘骸的菌解過程。當(dāng)原始物質(zhì)為低等植物和浮游生物時(shí)則形成腐泥，稱為腐泥化作用。②成巖作用。當(dāng)?shù)貧は鲁習(xí)r，泥炭和腐泥的上部為沉積物所覆蓋，在溫度、壓力的影響下，經(jīng)過壓密、脫水、膠結(jié)和其他化學(xué)變化，分別變?yōu)楹置汉透嗝?。③變質(zhì)作用。由于地殼的運(yùn)動(dòng)，褐煤層上部頂板逐漸加厚，受地壓、地溫增高的影響，經(jīng)過復(fù)雜的物理化學(xué)作用，促使煤質(zhì)變化，由褐煤變成煙煤、無煙煤。成巖和變質(zhì)是煤化作用的兩個(gè)階段。按成煤的原始物質(zhì)不同可將煤分為腐植煤、腐泥煤、腐植腐泥煤和殘植煤。腐植煤由高等植物所形成，包括泥炭（泥煤）、褐煤、煙煤、無煙煤，其探明儲(chǔ)量和產(chǎn)量均占各類煤的主要地位。腐植煤中以角質(zhì)層、樹脂、孢子、花粉等穩(wěn)定組分為主的稱殘植煤。腐泥煤主要由藻類和浮游生物等形成，如藻煤、膠泥煤。油頁巖則是一種含礦物質(zhì)高的腐泥煤。腐植腐泥煤的原始物質(zhì)，既有高等植物，也有低等植物，如燭煤。煤的組成煤是由多種結(jié)構(gòu)形式的有機(jī)物（或稱煤素質(zhì)），與少量種類不同的無機(jī)物（或稱礦物質(zhì)）組成的混合物。煤的組成通常指煤的巖相組成和化學(xué)組成。巖相組成煤由各種類型的煤巖組成。每種類型的煤巖又由各種煤素質(zhì)所構(gòu)成。用肉眼或放大鏡觀察，可以區(qū)分煤中的宏觀煤巖成分，一般分為鏡煤、亮煤、暗煤和絲炭。少量無機(jī)顯微組分。將煤制成薄片或光片，用顯微鏡在透射光或反射光下觀察顯微煤巖組分，有機(jī)顯微煤巖組分（煤素質(zhì)）可分為:①鏡質(zhì)組分，或稱凝膠化組分，它來源于植物的木質(zhì)部分，同其他組分相比，它是均質(zhì)的，是構(gòu)成煤有機(jī)質(zhì)的主要部分;②絲炭化組分，又稱惰性組分，是植物埋沒過程中木質(zhì)纖維組織受到氧化和炭化后保留下的部分，對(duì)化學(xué)作用和熱具有惰性;③穩(wěn)定組分，包括植物殘存的花粉、孢子、角質(zhì)層、木栓、樹皮、樹脂質(zhì)較多的部分，是化學(xué)穩(wěn)定性較強(qiáng)的組分?；瘜W(xué)組成煤的化學(xué)組成可通過化學(xué)分析來了解。煤中有機(jī)質(zhì)元素主要是碳，其次是氫，還有氧、氮和硫等元素。它們以結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的大分子形式存在，這些煤的有機(jī)質(zhì)大分子是由許多結(jié)構(gòu)相似的單元所組成；單元的核心是縮合程度不同的芳環(huán)，還有一些脂肪環(huán)和雜環(huán)，環(huán)間由氧橋或次甲基橋連接而形成大分子；環(huán)上側(cè)鏈有烷基、羥基、羧基或甲氧基等。煤中無機(jī)質(zhì)元素主要是硅、鋁、鐵、鈣、鎂等，它們以蒙脫石、伊利石、高嶺石等粘土礦物形式存在，還有黃鐵礦、方解石、白云石、石英石等。煤的工業(yè)分析主要包括水分、揮發(fā)分、灰分和固定碳的測定，它是評(píng)價(jià)煤的一項(xiàng)重要指標(biāo)。煤的性質(zhì)通常指煤的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和工藝性質(zhì)。這些性質(zhì)都與成煤的原始物質(zhì)、聚積環(huán)境、地質(zhì)條件和煤化程度有關(guān)。煤的物理性質(zhì)主要包括煤的密度、表面性質(zhì)（濕潤性、表面積、孔隙度）、光學(xué)性質(zhì)(折射率、反射率)、電性質(zhì)（電導(dǎo)率、介電常數(shù)）、磁性質(zhì)、熱性質(zhì)（比熱容、熱導(dǎo)率、熱穩(wěn)定性）和機(jī)械性質(zhì)（硬質(zhì)、脆度、可磨性）。煤的化學(xué)性質(zhì)是指煤與各種化學(xué)試劑在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)，以及煤用不同溶劑萃取的性質(zhì)。煤的工藝性質(zhì)包括：①粘結(jié)性。指煙煤在受熱時(shí)本體粘結(jié)或與外加惰性物質(zhì)粘結(jié)的能力，它是評(píng)價(jià)工業(yè)用煤特別是煉焦煤的主要指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)室測定方法有粘結(jié)指數(shù)、坩堝膨脹序數(shù)、羅加指數(shù)等。②結(jié)焦性。指在模擬工業(yè)焦?fàn)t條件下，或在半工業(yè)性試驗(yàn)焦?fàn)t內(nèi)，煤結(jié)成焦炭時(shí)的性能，實(shí)驗(yàn)室測定方法有奧亞膨脹度、膠質(zhì)層指數(shù)、葛金焦型等。③發(fā)熱量。指單位質(zhì)量的煤在完全燃燒時(shí)放出的熱量。它是評(píng)價(jià)燃料煤的主要指標(biāo)。根據(jù)計(jì)算時(shí)燃燒產(chǎn)物中水的狀態(tài)不同，有高位發(fā)熱量與低位發(fā)熱量之分，包含燃燒生成的水蒸氣冷凝潛熱的，稱為高位發(fā)熱量，不包括水蒸氣冷凝潛熱的，稱為低位發(fā)熱量。④反應(yīng)性。又稱活性，是指在一定溫度下，煤與不同氣體介質(zhì)如二氧化碳、水蒸氣、氧氣、氫氣作用的氣化反應(yīng)能力。⑤熱穩(wěn)定性。指氣化、燃燒用煤在加熱時(shí)塊度變化的性質(zhì)。⑥焦油產(chǎn)率。是評(píng)價(jià)煤和油頁巖煉油適宜性的指標(biāo)，通常采用鋁甑低溫干餾法測定。⑦可選性。是反映煤在洗選過程中，除去其中礦物質(zhì)的難易程度。它是將各級(jí)粒度的煤在不同密度的液體中經(jīng)浮沉試驗(yàn)而確定的。⑧灰熔點(diǎn)和熔融灰的粘度。將煤灰制成三角錐體，放在高溫爐中，在一定氣氛下加熱，觀察灰錐形狀的變化，從而測定變形溫度T1、軟化溫度T2和流動(dòng)溫度T3，其中T2表示煤灰熔點(diǎn)。熔融灰的粘度用高溫粘度計(jì)測量。煤的分類方法1983年聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)煤炭委員會(huì)制定的國際煤分類，將煤分為低煤化度、中等煤化度和高煤化度三類（大體上分別相當(dāng)于褐煤、煙煤、無煙煤，不包括泥炭、油頁巖等），提出以鏡質(zhì)組平均隨機(jī)反射率（用偏反光顯微鏡測定煙煤和無煙煤的鏡煤質(zhì)對(duì)光的平均隨機(jī)反射程度，以區(qū)分煤的煤化度）、坩堝膨脹序數(shù)（在特制的坩堝中把煤樣按規(guī)定方法加熱，將所得焦塊同一組有序號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)焦塊比較得出相應(yīng)的序數(shù)）、干燥無灰基揮發(fā)分產(chǎn)率、惰性組分含量、恒濕無灰基高位發(fā)熱量及反射率分布特征等六項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行編碼分類，并確定以恒濕無灰基高位發(fā)熱量小于24MJ/kg和鏡質(zhì)組平均隨機(jī)反射率小于0.6％的煤為低煤化度煤。

中國1986年國家標(biāo)準(zhǔn)局批準(zhǔn)了新的分類方案并以“GB5751-86中國煤炭分類”，該標(biāo)準(zhǔn)以反映煤變質(zhì)程度的揮發(fā)分產(chǎn)率和表征煤粘結(jié)性的粘結(jié)指數(shù)G值為主要分類指標(biāo)，以膠質(zhì)層最大厚度y值和奧亞膨脹度b值為區(qū)分強(qiáng)粘結(jié)煤的輔助指標(biāo)，以透光率PM和煤的高位發(fā)熱量為區(qū)分長焰煤和褐煤的輔助指標(biāo)。將煤分為十四大類，褐煤、無煙煤各為一類。煙煤分為十二類，包括:長焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、氣煤、氣肥煤、1／3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧瘦煤、貧煤等。此外，褐煤還分為二小類，無煙煤分為三小類。在分類表中還采用數(shù)碼編號(hào)來表示煤的性質(zhì)，便于利用計(jì)算機(jī)對(duì)煤質(zhì)實(shí)行現(xiàn)代化管理和指導(dǎo)煤的利用。煤的反應(yīng)煤長期堆放在空氣中容易氧化，甚至導(dǎo)致自燃，使發(fā)熱量、粘結(jié)性降低，這種現(xiàn)象稱為煤的風(fēng)化。煤在氧化劑存在下，經(jīng)輕度氧化生成腐植酸，深度氧化生成低分子有機(jī)酸，劇烈氧化（即燃燒）生成二氧化碳、一氧化碳和水；煤在一定氫氣壓力下加熱，會(huì)發(fā)生氫化反應(yīng)，使煤增加粘結(jié)性和結(jié)焦性；在有機(jī)溶劑和催化劑存在下加氫，可以得到液化油；和氯、溴等鹵素可以起取代反應(yīng)和加成反應(yīng)；在堿性介質(zhì)中水解，可得酚類、堿性含氮化合物；與濃硫酸作用可得磺化煤。煤的轉(zhuǎn)化如干餾、氣化、液化，均包含有許多反應(yīng)，如解聚、縮合、氧化、氫化、氫解、氧解等反應(yīng)。通過這些過程，可以獲得所需要的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)產(chǎn)物或熱能。第5章煤的氣化煤氣化是煤與氣化劑作用生成氣體混合物的反應(yīng)過程。目的是將煤轉(zhuǎn)化成可燃?xì)怏w。煤氣化過程包含煤的熱解、半焦的氣化等過程。煤氣的主要組成為CO,CO2,H2,CH4,H2O.從工藝上講，煤氣化往往還包括煤氣凈化等工藝。一概述煤氣化的基本原理1.煤氣化的化學(xué)平衡主要化學(xué)反應(yīng)有：O2+C→CO2(1)

CO2+C→2CO(2)H2O+C→CO+H2(3)2H2+C→CH4(4)CO+3H2→CH4+H2O(5)CO+H2O→CO2+H2(6)吸熱煤氣化過程：熱解半焦液態(tài)、氣態(tài)產(chǎn)品。雖然以上幾反應(yīng)中主要為放熱反應(yīng)，理論上溫度低對(duì)平衡有利。但要兼顧反應(yīng)速度，所以必須有較高溫度。由熱力學(xué)平衡關(guān)系可以從理論上計(jì)算氣化氣體組成與平衡溫度關(guān)系。反應(yīng)(2)、(3)是吸熱反應(yīng)，溫度高有利生成CO和H2。壓力高對(duì)反應(yīng)(4)、(5)有利，所以高壓氣化可得到甲烷含量高的高熱值氣體。表

燃燒及氣化反應(yīng)熱、平衡常數(shù)

反應(yīng)式反應(yīng)熱△Hk

/kJ.kmol-1平衡常數(shù)800oC1000oC1.C+O2→CO22.2C+O2→2CO3.C+CO2→2CO4.C+H2O→CO+H25.C+2H2O→CO2+2H26.C+2H2→CH47.2CO+O2→2CO28.2H2+O2→2H2O9.CH4+2O2→CO2+2H2O10.CO+H2O→CO2+H2O11.CO+3H2→CH4+H2O12.2CO+2H2→CH4+CO2-406430-246372+160896+118577+16258-83800-567326-482185-801128-42361-206664-2484251.8×10171.4×10170.7750.8070.8420.4662.4×10152.2×10179×10311.040.5770.6011.5×10134.56×10153.04×1021.01×10233.61.80×10-24.9×10104.4×10114×10260.3331.77×10-45.9×10-5放熱吸熱2.煤氣化動(dòng)力學(xué)煤氣化過程：熱解半焦液態(tài)、氣態(tài)產(chǎn)品。熱解是化學(xué)反應(yīng)控制步驟，低溫下速度較慢。若在高溫下，熱解不成問題，但傳質(zhì)速度能否跟上又成了關(guān)鍵。反應(yīng)速率公式：碳氧化反應(yīng)還原反應(yīng)由此可以看出，當(dāng)CO2濃度很高時(shí)，反應(yīng)近似為零級(jí)反應(yīng)；當(dāng)CO2濃度很低時(shí)，生成的CO濃度也很低，反應(yīng)近似為一級(jí)反應(yīng)。氣化過程的水煤氣反應(yīng)的反應(yīng)速率方程為

當(dāng)k2CH21時(shí)，令k=k1/k2可得3氣化過程熱平衡由進(jìn)出物料的相互轉(zhuǎn)化可建立物料平衡，通過物料平衡以及進(jìn)出物料溫度即可進(jìn)行熱平衡計(jì)算。圖9.10一、基本概念1、氣化爐：進(jìn)行煤炭氣化的設(shè)備叫氣化爐。2、氣化爐分類按照燃料在氣化爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀況移動(dòng)床(又叫固定床)沸騰床(又叫流化床)氣流床熔融床生產(chǎn)操作壓力常壓氣化爐加壓氣化爐排渣方式固態(tài)排渣氣化爐液態(tài)排渣氣化爐一、基本概念空氣煤氣

混合煤氣水煤氣

半水煤氣

以空氣作為氣化劑生產(chǎn)的煤氣以空氣(富氧空氣或純氧)和水蒸氣的混合物作為氣化劑，生產(chǎn)的煤氣將空氣(富氧空氣或純氧)和水蒸氣分別交替送入氣化爐內(nèi)間歇進(jìn)行生產(chǎn)的煤氣氣體成分經(jīng)過適當(dāng)調(diào)整(主要是調(diào)整含氮?dú)獾牧?后，生產(chǎn)的符合合成氨原料氣的要求的煤氣4、煤氣的種類地下氣化煤炭地下氣化，就是將埋藏在地下的煤炭進(jìn)行有控制的燃燒，通過對(duì)煤的熱作用及化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生可燃?xì)怏w的過程。其過程集建井、采煤、氣化工藝合二為一，將傳統(tǒng)的物理采煤方法轉(zhuǎn)變?yōu)闊o人無設(shè)備的化學(xué)采煤方法，省去了傳統(tǒng)的采煤機(jī)械設(shè)備和地面氣化爐笨重復(fù)雜設(shè)施。其生產(chǎn)煤氣具有安全性好、投資少、見效快、污染少、效益高等顯著優(yōu)點(diǎn)，深受世界各國的重視，被譽(yù)為第二代采煤方法。建地下氣化爐的兩種技術(shù)途徑巷道式建地下氣化爐技術(shù)在正開采或廢棄的煤礦井中可啟建地下氣化爐，由人工掘進(jìn)的方式在煤層中建立起氣化巷道，并在進(jìn)氣孔底部巷道壁筑起一道密閉墻（促使定向燃燒煤層），便可將密閉墻前面的煤炭點(diǎn)燃。單套爐由氣化通道進(jìn)氣孔、輔助孔和出氣孔組成，氣化通道于同一煤層內(nèi)連通各孔。建地下氣化爐的兩種技術(shù)途徑鉆井式建地下氣化爐技術(shù)即采用常規(guī)的油氣井鉆井技術(shù)，鉆一口一般的水平井段，與另外的二口直井于同一煤層內(nèi)以洞穴式相連通。單套地下氣化爐仍由氣化通道、進(jìn)氣孔、輔助孔和出氣孔等組成。將進(jìn)氣孔底部的氣化穴煤炭點(diǎn)燃，鼓入汽化劑促使連續(xù)氣化煤炭，由輔助孔鼓入氫氣，氣化通道內(nèi)仍有氧化帶、還原帶和干餾干燥帶出現(xiàn)。此種建地下氣化爐技術(shù)于國外多采用，但國內(nèi)的遼河油田于2005年內(nèi)成功建起了首座鉆井式地下氣化爐，開創(chuàng)了國內(nèi)建地下氣化爐新階段。但因鉆井井徑受限，制約著單套爐規(guī)?；_采煤炭地下氣化開采能有效地利用礦物能源資源，畢竟國內(nèi)井工可采煤炭含量僅占煤炭資源儲(chǔ)量的11.43%，地下氣化開采就是有效利用資源的途徑。目前山東、山西、內(nèi)蒙古、貴州、河南、四川、遼寧等地區(qū)都在引入煤炭地下氣化技術(shù)，使“報(bào)廢”的煤炭資源得到充分利用。煤氣組成為：φ（C02）：9％～11％；

φ

（CO）：15%～19％；

φ

（H2）：14%～17％；

φ

（CH4）；14％～15%；

φ

（O2）：0.2％～0．3％；

φ

（N2）：53％～55％。地下氣化的概況煤炭地下氣化原理煤氣化爐原理和分類煤氣化方法有多種，氣化爐也有多種。可分為固定床、沸騰床、氣流床三種形式。幾種氣化法和氣化爐簡圖如圖9.3.9.31.固定床氣化爐塊狀原料煤一般用固定床氣化爐。在上部加料，隨氣化過程進(jìn)行料層慢慢下降，同時(shí)氣化劑由下向上逆流通過。優(yōu)點(diǎn)：操作費(fèi)用低、爐總效率高。缺點(diǎn)：熱煤氣流經(jīng)煤層時(shí)容易將煤加熱使其干燥，產(chǎn)生焦油和酚混在煤氣中，使凈化困難；對(duì)于有粘性的煤，還需設(shè)置破粘裝置；需設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)爐箅；操作周期短、維修費(fèi)用大。2.沸騰床氣化爐細(xì)煤粉宜用沸騰床氣化。優(yōu)點(diǎn)：連續(xù)生產(chǎn)、溫度分布均勻、溫度調(diào)節(jié)快、爐子構(gòu)造簡單、投資少。缺點(diǎn)：有返混現(xiàn)象、反應(yīng)溫度受原料灰熔點(diǎn)限制、不適宜于粘結(jié)性煤和好煤。(3)氣流床氣化爐很細(xì)的粉塵煤用氣流床氣化。通常煤與氣化劑并流進(jìn)入氣化爐。優(yōu)點(diǎn)：用粉煤比用塊煤價(jià)格低、不受煤種限制、無焦油酚等副產(chǎn)物、廢水少、可以用加壓氣化法提高生產(chǎn)能力。高壓氣化缺點(diǎn)：對(duì)灰熔點(diǎn)高的原料煤排渣困難、氣化效率較低。因?yàn)楸仨毑捎煤芨邷囟炔拍軞饣?。原料煤的組成和性質(zhì)對(duì)氣化的影響水分：水分較高時(shí)只適宜用固定床氣化法，因?yàn)檫@種方法床內(nèi)溫度高。對(duì)于常壓氣化，水分含量過高會(huì)影響煤氣的產(chǎn)率和氣化效率。氣化效率：制得的煤氣熱值與所使用的燃料熱值之比，氣化效率能夠反映總能量的有效利用程度。對(duì)于加壓氣化，適量的水分是有好處的，氣化速度較快，煤氣質(zhì)量也較好。灰分：將一定量的煤樣在800℃的條件下完全燃燒，殘余物即?；曳只曳衷降驮胶茫曳指咴黾咏煌ㄙM(fèi)用，對(duì)氣化過程有許多不利的影響。如：降低氣化效率，碳損耗量增大，各項(xiàng)消耗指標(biāo)均增大，凈煤氣產(chǎn)率下降等。對(duì)于加壓氣化，可允許較高的灰分含量，灰分含量達(dá)55%不至于影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。揮發(fā)組分：容易揮發(fā)組分首先反應(yīng)或者混入產(chǎn)生的煤氣中，影響煤氣化過程和氣化結(jié)果。總的來說，揮發(fā)組分多，固定C就低，煤的熱值低。硫分：煤在氣化時(shí)80%—85%的硫以H2S和CS2的形式進(jìn)入煤氣，煤氣中硫含量越高，后面工段脫硫的負(fù)擔(dān)就越重。粒度:煤的粒度可分為小于6mm的粉煤、小塊和中塊，機(jī)械化采煤粉煤含量高。褐煤易風(fēng)化裂碎,粉煤量較大。流化床氣化可用粒度小于6mm的煤；氣流床用細(xì)粉煤；固定床用塊煤。

粘結(jié)性：粘結(jié)性煤在加熱到350~450oC時(shí)就形成膠質(zhì)體，發(fā)生軟化、熔融，有液相產(chǎn)物與煤粘在一起，析出揮發(fā)物固化后形成塊狀焦炭。這種煤氣化時(shí)需要破粘措施。由于有粘結(jié)性，所以用它作焦化原料特別好，一般不用于氣化。5.2移動(dòng)床氣化法及其典型的氣化爐1.常壓氣化用空氣和水蒸氣作氣化劑，生產(chǎn)低熱值的發(fā)生爐煤氣作工業(yè)用煤氣。用塊狀煤，固態(tài)排渣。氣化爐常為圓形，下有轉(zhuǎn)動(dòng)爐箅，燃料從上部加入，氣化劑由下向上逆流導(dǎo)出。爐內(nèi)從上到下分為煤干燥、干餾、氣化、燃燒層。2.魯奇加壓氣化加壓氣化與常壓氣化的不同只是操作壓力不同，煤的適應(yīng)范圍不同，操作過程和爐結(jié)構(gòu)都大同小異。5.2.1移動(dòng)床氣化法概述加壓氣化優(yōu)點(diǎn)：能耗低、煤氣熱值高。過程：粒度5~30mm的煤間歇加入爐內(nèi)，但爐內(nèi)布料器上存煤多，煤進(jìn)入爐膛燃燒區(qū)是連續(xù)的。爐內(nèi)設(shè)有破粘裝置。煤氣化壓力約3MPa,水蒸氣和氧氣由轉(zhuǎn)動(dòng)爐箅進(jìn)入氣化爐，生成的煤氣由上部引出，灰渣經(jīng)下部灰箱排出。煤粒在爐內(nèi)從上到下移動(dòng)經(jīng)過干燥層、熱解層、氣化層、燃燒層。魯奇加壓氣化爐及魯奇加壓氣化流程如下圖：圖9.4圖9.5加壓氣化主要操作過程氣化除塵除焦油變換洗滌變換目的：發(fā)生變換反應(yīng)調(diào)節(jié)CO/H2、提高H2的比例、提高煤氣熱值。洗滌目的：除去H2S等有害氣體或惰性組分。脫酚：回收酚。不同煤種的煤氣化產(chǎn)率煙煤：加壓對(duì)煤氣產(chǎn)率不利。原因：高壓時(shí)產(chǎn)生CH4多，CO、H2少。泥炭和褐煤：低溫時(shí)加壓產(chǎn)率低，高溫時(shí)加壓產(chǎn)率高。原因：低級(jí)煤含C量少，加壓可使氣化更完全。圖9.6圖9.7煤反應(yīng)能力一個(gè)典型煤反應(yīng)速率常數(shù)與溫度關(guān)系如9.8.通常情況下隨溫度升高反應(yīng)速率是上升的。但是在600~700oC之間有異常。其加熱反應(yīng)速率大約為恒溫600oC的3倍，為700oC的2倍。原因是反應(yīng)溫度較高時(shí)熱解反應(yīng)劇烈有中間產(chǎn)物和其它副反應(yīng)發(fā)生，關(guān)系復(fù)雜。圖8魯奇加壓氣化法特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：物料逆流操作、氫耗低、C含量恒定，動(dòng)力學(xué)條件好，氣體作合成氣時(shí)壓縮費(fèi)用低。缺點(diǎn)：煤的粒度要求嚴(yán)格，粒度小的煤可使生產(chǎn)能力下降；需要處理產(chǎn)生的低溫干餾氣體；水蒸氣轉(zhuǎn)化率低，只有30~40%.水蒸氣轉(zhuǎn)化率可采取液態(tài)排渣措施來提高。用出爐粗煤氣(含有水蒸氣)與熱粗煤氣發(fā)生變換反應(yīng)，可以減少水蒸氣的消耗。魯奇加壓氣化法的消耗指標(biāo)見表9.4.液態(tài)排渣加壓氣化法爐的上部與魯奇法一樣，下部不同。結(jié)構(gòu)圖如圖9.9.特點(diǎn)：蒸汽用量少、氣化溫度高灰渣為液態(tài)。熔渣連續(xù)從下部排出后進(jìn)入急冷室，冷成固體從灰箱排出。因此產(chǎn)生的廢水少、CO／H2可在較寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，煤氣適宜作合成氣。物料平衡、熱量平衡數(shù)據(jù)如圖10.9每平方英寸面積上有256個(gè)眼,每一個(gè)眼就叫一目。所以目數(shù)越大,眼就越小。魯爾100加壓氣化爐特點(diǎn)：操作壓力更高－10MPa.甲烷含量顯著增加，氫含量減少。耗氧量、氣化效率與壓力的關(guān)系如圖9.11.9.11煤氣發(fā)生爐目前，國內(nèi)普遍使用的有3M-13型(即3A-13型)、3M-21型(即3A-21型)、w-G、u·G·I及兩段式氣化爐。這些氣化爐的共同特點(diǎn)是都有加煤裝置、爐體、除灰裝置和水夾套等。為擴(kuò)大氣化用煤種類，有的爐內(nèi)設(shè)置攪拌破黏裝置；為使氣化劑在爐內(nèi)分布均勻，采用不同的爐算?？傮w來看，各種類型的移動(dòng)床爐型結(jié)構(gòu)區(qū)別不大，為滿足不同用戶的需要。一般有爐徑1000mm、1500mm、2000mm，3000mm等規(guī)格，承煤氣爐一般有爐徑1600mm、1980mm、2260mm、2740mm、3000mm等。3M-21型移動(dòng)床混合煤氣發(fā)生爐3M-2l型氣化爐的主體結(jié)構(gòu)由四部分組成爐上部有加煤機(jī)構(gòu)下部有除灰機(jī)構(gòu)中部為爐身氣化劑的入爐裝置加煤機(jī)構(gòu)的作用是將料倉中一定粒度的煤經(jīng)相應(yīng)部件傳進(jìn)，能基本保持煤的粒度不變，安全定量地送入氣化爐內(nèi)。加煤機(jī)構(gòu)必須具有好的密封性，適當(dāng)?shù)膫魉途嚯x，不擠壓煤料而引起顆粒的破碎。3M一21型的加煤機(jī)構(gòu)主要是由一個(gè)滾筒、兩個(gè)鐘罩和傳動(dòng)裝置組成。滾筒用來實(shí)現(xiàn)煤的定量加入，上鐘罩接受滾筒落入的煤。上下鐘罩是交替開閉，當(dāng)上鐘罩打開時(shí)，下鐘罩與爐體斷開從而使煤料入爐。分布錐保證煤料在整個(gè)爐膛截面上均勻分布，不能出現(xiàn)離析現(xiàn)象，即大顆粒煤在四周，而小顆粒煤在中間，可能出現(xiàn)中間高而四周低的不良狀況。上設(shè)探火孔、水夾套、耐火襯里等主要部分。。探火孔的主要作用是在煤料的扒平、捅渣時(shí)通過它來進(jìn)行，也通過探火孔用釬子測爐內(nèi)氣化層的溫度、厚度等。探火孔由孔塞、孔座及噴氣環(huán)等主要部分構(gòu)成。對(duì)探火孔的要求是密封性要好，不能使煤氣外泄。噴氣環(huán)的作用是在打開探火孔時(shí)，為避免煤氣外泄著火，從噴氣環(huán)噴出的低壓水蒸氣斜向進(jìn)入爐內(nèi)空間上部，在探火孔處形成一層隔離水蒸氣氣幕，防止煤氣外泄和空氣進(jìn)入爐內(nèi)。通入的蒸汽表壓大于等于0.4MPa，蒸汽量不能太大以防將空氣帶人氣化爐內(nèi)引起爆炸。水夾套是爐體的重要組成部分，由于強(qiáng)放熱反應(yīng)使得氧化段溫度很高，一般在1000℃以上。加設(shè)水夾套的作用一是回收熱量，產(chǎn)生一定壓力的水蒸氣供氣化或探火孔汽封使用；另一方面．可以防止氣化爐局部過熱而損壞。夾套水必須用軟化水，特殊情況可暫時(shí)用自來水代替．但時(shí)間不宜太長以防在夾套壁上形成水垢．影響傳熱。碎渣圈位于爐體底部，上面與水套固定，下部有6把灰刀，內(nèi)壁呈渡紋型。當(dāng)爐箅和灰盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，碎渣圈不動(dòng)，可使大塊灰渣受到擠壓和剪切而碎裂，并下移。當(dāng)灰渣移到小灰刀處，即被灰刀刮到灰盤。碎渣圈的另一作用是和灰盤外套構(gòu)成水封裝置，做爐底密封用。爐頂耐火襯里和水夾套上部耐火襯里的主要作用是保護(hù)爐身鋼制外殼，防止因高溫變形燒壞。耐火襯里也可以防止熱量散失太大，爐體外部溫度太高，操作條件惡化。耐火襯里的缺點(diǎn)是容易掛渣，為防止掛渣，可以采用全水套爐身結(jié)構(gòu)除灰結(jié)構(gòu)的主要部件有爐算、灰盤、排灰刀和風(fēng)箱等。爐箅的主要作用作用是支撐爐內(nèi)總料層的重量，使氣化劑在爐內(nèi)均勻分布，與碎渣圈一起對(duì)灰渣進(jìn)行破碎、移動(dòng)和下落。它由四或五層爐箅和爐箅座重疊后用一長桿螺栓固定成一整體，然后固定在灰盤上。每兩層爐算之間及最后一層爐箅和爐箅座之間開有布?xì)饪?，每層的布?xì)饬客ㄟ^實(shí)驗(yàn)來確定。安裝時(shí)爐箅整體的中心線和爐體的中心線偏移150mm左右的距離，可以避免灰渣卡死。具體結(jié)構(gòu)如圖4—12所示。灰盤是一敞口的盤狀物，起儲(chǔ)灰、出灰和水封的作用。灰盤內(nèi)壁一般焊有斜鋼筋，便于灰渣上移至灰槽?；冶P固定在大齒輪上，大齒輪裝在鋼球上，由電動(dòng)機(jī)通過蝸輪、蝸桿帶動(dòng)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。以灰盤轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)出灰量和料層高度，灰盤轉(zhuǎn)速在0.177；1.77r/h。具體轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)煤的灰分產(chǎn)率、氣化強(qiáng)度、操作條件等實(shí)際情況來確定。3M-21型氣化爐不帶攪拌破黏裝置，可以用來氣化無煙煤、焦炭等無黏結(jié)性煤種。3M-13型移動(dòng)床混合煤氣發(fā)生爐3M-13(3A-13)型煤氣發(fā)生爐裝有破黏裝置，既能氣化弱黏結(jié)性的煤如長焰煤、氣煤等，又能氣化無煙煤、焦炭等不黏結(jié)性燃料，生產(chǎn)的煤氣可以用來作為燃料氣。3M-13型煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)如圖4-13所示．爐頂蓋上設(shè)有8個(gè)探火孔，用于探測爐內(nèi)溫度和檢查氣化層的分布情況，也可以實(shí)施搗爐操作。水夾套可以產(chǎn)生約0.07MPa的壓力。3M-13型和3M-21型的結(jié)構(gòu)及操作指標(biāo)基本相同，不同的是加煤機(jī)構(gòu)和破黏裝置。.U·G·I型水煤氣發(fā)生爐

水煤氣發(fā)生爐和混合煤氣發(fā)生爐的構(gòu)造基本相同，一般用于制造水煤氣或作為合成氨原料氣的加氮半水煤氣，代表性的爐型當(dāng)推U·G·I型水煤氣發(fā)生爐。水煤氣生產(chǎn)原料用焦炭或無煙煤，燃料從爐頂加入，氣化劑從爐底加入，灰渣主要從爐子的兩側(cè)進(jìn)入灰瓶，少量細(xì)灰由爐箅縫隙漏下進(jìn)入爐底中心的灰瓶內(nèi)。.U·G·I型水煤氣發(fā)生爐1-支柱；2-爐底三通圓門；3-爐底三通；4-長灰瓶；5-短灰瓶；6-灰斗圓門；7-灰槽；8-灰犁；9-圓門；10-夾層鍋爐放水管；11-破碎板；12-小推灰器；13-大推灰器；14-寶塔型爐條；15-夾層鍋爐入口；16-保溫層；17-夾層鍋爐；18-R型連接板；19-夾層鍋爐安全閥；20-耐火磚；21-爐口保護(hù)圈；22-探火裝置；23-爐口座；24-爐蓋；25-爐蓋安全連鎖裝置；26-爐蓋軌道；27-氣出口；28-夾層鍋爐出氣管；29一夾層鍋爐野液位警報(bào)器；30-夾層鍋爐進(jìn)水管；31-試火管及試火考克；32一內(nèi)灰盤．33-外灰盤；34-角鋼擋灰圈；35-我蝸桿箱大方門；36-蝸桿箱小方門；37一蝸桿；38-蝸輪；39-蝸桿箱灰瓶；40-爐底殼；41-熱電偶接管；42-內(nèi)刮灰板；43-外刮灰板.U·G·I型水煤氣發(fā)生爐制造水煤氣的關(guān)鍵是水蒸氣的分解，由于水蒸氣的分解是吸熱反應(yīng)，一般采用的方法是燃燒部分燃料來提供。間歇法制造水煤氣，主要是由吹空氣(蓄熱)、吹水蒸氣(制氣)兩個(gè)過程組成的。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，還包含一些輔助過程，共同構(gòu)成一個(gè)工作循環(huán)，如圖4-17所示。

第一階段為吹風(fēng)階段：吹入空氣，提高燃料層的溫度，空氣由閥門1進(jìn)人發(fā)生爐，燃燒后的吹風(fēng)氣由閥門4、5后經(jīng)過煙囪排出，或去余熱回收系統(tǒng)。第二階段為水蒸氣吹凈階段：閥門1關(guān)閉，閥門2打開，水蒸氣由發(fā)生爐下部進(jìn)入，將殘余吹風(fēng)氣經(jīng)閥門4、5排至煙囪，以免吹風(fēng)氣混入水煤氣系統(tǒng)，此階段時(shí)間很短。如不需要得到純水煤氣時(shí)，例如制取合成氨原料氣．該階段也可取消。第三階段為一次上吹制氣階段：水蒸氣仍由閥門2進(jìn)入發(fā)生爐底部，在爐內(nèi)進(jìn)行氣化反應(yīng)，此時(shí)，爐內(nèi)下部溫度降低而上部溫度較高，制得的水煤氣經(jīng)閥門4、6(閥門5關(guān)閉)后，進(jìn)入水煤氣的凈化和冷卻系統(tǒng)，然后進(jìn)入氣體儲(chǔ)罐。第四階段為下吹制氣階段：關(guān)閉閥門2、4，打開閥門3、7，水蒸氣由閥門3進(jìn)入氣化爐后，由上而下經(jīng)過煤層進(jìn)行制氣，制得的水煤氣經(jīng)過閥門7后由閥門6去凈化冷卻系統(tǒng)。該階段使燃料層溫度趨于平衡。第五階段為二次上吹制氣階段：閥門位置與氣流路線同第三階段。主要作用是將爐底部的煤氣吹凈，為吹入空氣做準(zhǔn)備。

第六階段為空氣吹凈階段：切斷閥門7，停止向爐內(nèi)通入水蒸氣。打開閥門1，通入空氣將殘存在爐內(nèi)和管道中的水煤氣吹入煤氣凈制系統(tǒng)。.U·G·I型水煤氣發(fā)生爐注意事項(xiàng)：1、水煤氣中的(CO+H2)和N2之比不符合合成氨原料氣的要求2、為避免發(fā)生爆炸，開啟時(shí)應(yīng)先開蒸汽閥，然后開空氣閥；關(guān)閉時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉加氮空氣閥，然后再關(guān)閉蒸汽。3、對(duì)每一個(gè)工作循環(huán)，都希望料層溫度穩(wěn)定。一般而言，循環(huán)時(shí)間長，氣化層的溫度、煤氣的產(chǎn)量和成分波動(dòng)大；相反，則波動(dòng)?。y門的開啟次數(shù)頻繁。4、在實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)根據(jù)具體使用的氣化原料和閥門的控制條件來確定。一般來說，氣化活性差的原料需較長的循環(huán)時(shí)間；相反，氣化活性高的原料，時(shí)間可適當(dāng)縮短，因?yàn)榛钚愿叩脑蠚饣瘯r(shí)，反應(yīng)速度大，料層溫度降低快，適當(dāng)縮短時(shí)間對(duì)氣化是有利的。工作循環(huán)的時(shí)間一般在6-10min之間。采用自動(dòng)控制時(shí)，每一個(gè)工作循環(huán)可以縮短3-4min。通常是在上述生產(chǎn)水煤氣的基礎(chǔ)上，在一次上吹制氣階段鼓入水蒸氣的同時(shí)，并適量鼓入空氣(稱加N2空氣)，這樣制得的煤氣中氮?dú)夂吭黾?，符合合成氨原料氣?/p>

φ(CO+H2)和φ(N2)之比約3.2的要求，但需注意的是，在配入加氮空氣時(shí)，其送入時(shí)間應(yīng)滯后于水蒸氣，并在水蒸氣停送之前切斷。U·G·I型水煤氣發(fā)生爐間歇法制造半水煤氣時(shí)，在維持煤氣爐溫度、料層高度和氣體成分的前提下，采用高爐溫、高風(fēng)量、高炭層、短循環(huán)(稱三高一短)的操作方法，有利于氣化效率和氣化強(qiáng)度的提高。高爐溫：在燃料灰熔點(diǎn)允許的情況下，提高爐溫，炭層中積蓄的熱量多．炭層溫度高，對(duì)蒸汽的分解反應(yīng)有利，可以提高蒸汽的分解率，相應(yīng)半水煤氣的產(chǎn)量和質(zhì)量提高。高風(fēng)速：在保證炭層不被吹翻的條件下，提高煤氣爐的鼓風(fēng)速度，碳與氧氣的反應(yīng)速度加快，吹風(fēng)時(shí)間縮短；同時(shí)高風(fēng)速還使二氧化碳在爐內(nèi)的停留時(shí)間縮短，二氧化碳還原為一氧化碳的量相應(yīng)減少，提高了吹風(fēng)效率。但風(fēng)速也不能太高，否則，燃料隨煤氣的帶出損失增加，嚴(yán)重時(shí)有可能在料層中出現(xiàn)風(fēng)洞。高炭層：炭層高度的穩(wěn)定是穩(wěn)定煤炭氣化操作過程的一個(gè)十分重要的因素，加煤、出灰速度的變化會(huì)引起炭層高度的渡動(dòng)，進(jìn)而影響爐內(nèi)工況，煤氣組成發(fā)生變化。在穩(wěn)定炭層高度的前提下，適當(dāng)增加炭層高度，有利于煤氣爐內(nèi)燃料各層高度的相對(duì)穩(wěn)定，燃料層儲(chǔ)存的熱量多，爐面和爐底的溫度不會(huì)太高，相應(yīng)出爐煤氣的顯熱損失減??；高炭層也有利于維持較高的氣化層，增加水蒸氣和炭層的接觸時(shí)間提高氣體的分解率和出爐煤氣的產(chǎn)量與質(zhì)量；采用高炭層也是采用高風(fēng)速的有利條件。但炭層太高，會(huì)增加氣化爐的阻力，氣化劑通過炭層的能量損耗增大，相應(yīng)的動(dòng)力消耗增加，因而要綜合考慮高炭層帶來的利弊。短循環(huán)：循環(huán)時(shí)間的長短，主要取決于燃料的化學(xué)活性，總的來講，燃料活性好，循環(huán)時(shí)間短；燃料活性差，則循環(huán)時(shí)間長。煤氣加工由煤氣化爐產(chǎn)生的熱煤氣經(jīng)過冷卻除塵得到粗煤氣。根據(jù)不同的使用目的，可以作相應(yīng)的加工。作為城市生活用煤氣，為了減少毒性，CO的體積含量應(yīng)控制在10%以下；作為合成氣，要調(diào)整CO/H2比例并脫去H2S；當(dāng)需要產(chǎn)生氫氣時(shí)，則要求進(jìn)行CO變換反應(yīng)；若要求高熱值煤氣，需要脫掉CO2，CO需要甲烷化等等。因此，通常對(duì)煤氣化氣要進(jìn)行一氧化碳變換、脫碳（脫除CO2）、脫硫與脫氧等處理。氣化爐冷卻洗滌除塵脫酸性氣低中熱值煤氣CO變換，脫CO2精脫硫煤氣甲烷化合成原料氣高熱值煤氣城市生活煤氣低中熱值煤氣粗氣化氣煤氣化氣主要加工工序5.2流化床氣化法及典型的氣化爐流化床：當(dāng)氣流速度加快到一定程度時(shí)，床層膨脹，顆粒被氣流懸浮起來，當(dāng)床層內(nèi)顆粒全部懸浮起來而又不帶出氣化爐的氣化方法。特點(diǎn)：氣化原料粒度小，相應(yīng)的傳質(zhì)面積大，傳熱效率高，氣化效率和氣化強(qiáng)度明顯提高。一、常壓流化床氣化工藝1.溫克勒氣化爐原料：褐煤，粒度0—10mm。一、常壓流化床氣化工藝2.溫克勒氣化工藝流程一、常壓流化床氣化工藝3.溫克勒氣化工藝條件工藝條件：原料：操作溫度：900℃。二次氣化劑用量氣化指標(biāo)：一、常壓流化床氣化工藝1.溫克勒氣化爐原料：褐煤，粒度0—10mm。二、加壓流化床氣化工藝1.高溫溫克勒氣化法二、加壓流化床氣化工藝2.U-GAS氣化法二、加壓流化床氣化工藝3.流化床加氫氣化德士古公司

TexacoIncorporated

美國大型石油公司之一。又稱得克薩斯石油公司。總部設(shè)在紐約州的哈奇森。1901年成立，名為得克薩斯燃料公司。1902年建立新石油公司，取名得克薩斯公司。1959年改今名。最初經(jīng)營石油開采，其后石油銷售網(wǎng)遍布美國，并在中東占有大量石油資源，已成為擁有120多家子公司和分支機(jī)構(gòu)的國際石油跨國公司，在32個(gè)國家勘探石油，在18個(gè)國家開采石油，在130多個(gè)國家銷售石油產(chǎn)品。此外還積極從事代用能源的研究工作，開發(fā)煤炭資源，發(fā)展頁巖油，并開采焦油砂、鈾和其他礦物，并擁有輸油管道和遠(yuǎn)洋油船隊(duì)。1984年2月，公司花費(fèi)101億美元購買了美國格蒂石油公司。90年代以來，公司參與中國南海海域的石油勘探活動(dòng)。公司背景主要是洛克菲勒財(cái)團(tuán)和芝加哥財(cái)團(tuán)，公司商標(biāo)是公司名稱德士古（Texaco）。該公司1991年資產(chǎn)額為262億美元，銷售收入為368億美元，利潤為129億美元，股東權(quán)益為98億美元，公司雇傭職工4萬人。5.3氣流床氣化工藝及典型氣化爐德士古公司是美國第三大石油公司，主要生產(chǎn)原油和天然氣產(chǎn)品，在全球擁有24家煉油廠。公司擁有2300個(gè)加油站，銷售它的燃料和潤滑劑，并經(jīng)營著多家與之相關(guān)的運(yùn)輸、貿(mào)易、分銷企業(yè)。德士古公司通過股權(quán)合作的開工分別與沙特阿拉伯石油公司和殼牌石油公司合資，在美國市場銷售該公司的產(chǎn)品。還與雪佛龍公司合資開展非洲、亞洲、澳大利亞和中東地區(qū)的業(yè)務(wù)。

1977年前一直是僅次于埃克森公司的美國第二大石油公司。1977年因其銷售額落在莫比爾石油公司之后而退居第三位。1993年以344億美元的銷售額在美國最大的工業(yè)公司中名列第九。該公司也是資本主義世界石油“七姐妹”的成員。

德士古公司原名得克薩斯公司，其前身為得克薩斯燃料公司，1901年創(chuàng)辦于得克薩斯州。1902年在燃料公司的基礎(chǔ)上建立新石油公司，取名得克薩斯公司，總部也隨之遷往紐約。德士古原是該公司的商標(biāo)，頗有名氣，因而于1959年5月改名德士古公司。德士古煤炭氣化工藝流程德士古煤炭氣化工藝流程包括：煤漿的制備和輸送、氣化、廢熱回收、煤氣的冷卻和凈化。德士古煤炭氣化工藝流程（1）煤漿的制備和輸送煤漿的制備是德士古法應(yīng)用的前提。煤漿的性質(zhì)（濃度、黏度、穩(wěn)定性等）對(duì)氣化過程和物料輸送均有重要影響，而這些指標(biāo)與煤的研磨有密切關(guān)系。研磨分為干法和濕法兩種，其中濕法為普遍采用的方法，這種方法又分為封閉式和非封閉式兩種德士古煤炭氣化工藝流程（1）煤漿的制備和輸送

德士古煤炭氣化工藝流程（2）氣化氣化爐是氣化過程核心，而噴嘴是氣化爐的關(guān)鍵設(shè)備。氣化過程：首先要被噴嘴霧化，使煤粒均勻地分散在氣化劑中，保證氣化效率。良好的噴嘴設(shè)計(jì)可保證煤漿和氧氣的均勻混合。國外使用的噴嘴結(jié)構(gòu)多用三套管式，中心管導(dǎo)入15%的氧氣，內(nèi)環(huán)隙導(dǎo)入煤漿，外環(huán)隙導(dǎo)入85%的氧氣，并根據(jù)煤漿的性質(zhì)可調(diào)節(jié)兩股氧氣的比例，促使氧氣和碳的反應(yīng)。霧化后，部分煤燃燒使氣化爐溫度很快達(dá)到1300℃以上，使反應(yīng)速率很快，平均停留時(shí)間僅幾秒鐘，高級(jí)烴完全分解，甲烷含量低，不含焦油。德士古煤炭氣化工藝流程（3）工藝條件和氣化指標(biāo)主要工藝指標(biāo)：水煤漿濃度、煤粉粒度、氧煤比、氣化操作壓力。水煤漿濃度：隨水煤漿濃度提高，煤氣中有效成分增加，氣化效率提高，氧消耗量下降。德士古煤炭氣化工藝流程（3）工藝條件和氣化指標(biāo)煤粉粒度：大顆粒煤的轉(zhuǎn)化率降低，導(dǎo)致灰渣中含碳量增大。德士古煤炭氣化工藝流程（3）工藝條件和氣化指標(biāo)實(shí)際生產(chǎn)中，要考慮煤漿的泵送、煤漿的霧化極大地受水煤漿黏度的影響。德士古煤炭氣化工藝流程（3）工藝條件和氣化指標(biāo)氧煤比決定了氣化操作溫度和碳的轉(zhuǎn)化率。德士古煤炭氣化工藝流程（3）工藝條件和氣化指標(biāo)氣化壓力：最高可達(dá)8MPa。提高氣化壓力，可增加反應(yīng)物濃度，加快反應(yīng)速率；同時(shí)由于煤粒在爐內(nèi)的停留時(shí)間延長，碳轉(zhuǎn)化率提高。其結(jié)果為氣化爐氣化強(qiáng)度提高，后續(xù)工段壓縮煤氣的動(dòng)力消耗相應(yīng)減少。德士古煤炭氣化工藝流程（3）工藝條件和氣化指標(biāo)煤種的影響：煤種范圍較寬，不適宜氣化褐煤。水分影響：褐煤吸水能力強(qiáng)，相對(duì)自由流動(dòng)的水較少，粘度大，成漿困難?；曳钟绊懀好夯胰埸c(diǎn)以上操作，熔灰所需熱量來自部分煤燃燒，因而灰分大，氧和煤的消耗量增大。選擇煤種時(shí)，應(yīng)選活性好，灰熔點(diǎn)低的煤，灰分大可加入助溶劑，但會(huì)增加成本。德士古煤炭氣化工藝流程（3）工藝條件和氣化指標(biāo)德士古煤炭氣化工藝流程（3）工藝條件和氣化指標(biāo)氣化指標(biāo)：德士古煤炭氣化工藝流程二、K-T氣化法一般用于合成氨工業(yè)中。1.K-T氣化爐結(jié)構(gòu)：向下傾斜噴嘴相對(duì)設(shè)置；爐身為一圓筒體，雙壁外殼，趁有耐火材料。德士古煤炭氣化工藝流程二、K-T氣化法1.K-T氣化工藝流程：包括煤粉制備、制氣、廢熱回收、洗滌冷卻等部分。德士古煤炭氣化工藝流程K-T氣化工藝指標(biāo)：（1）原料：原則上不受限制，但最適合褐煤和年輕煙煤；粒度：0.1mm；干粉進(jìn)料；（2）溫度：火焰中心：2000℃；粗煤氣出口溫度：1500—1600℃；急冷后：900℃。（3）壓力：微正壓，196—294Pa（表）（4）氧水比：1：0.5（V）（5）氣化效率：69—75%（6）碳轉(zhuǎn)化率：80—90%德士古煤炭氣化工藝流程K-T氣化工藝指標(biāo)：德士古煤炭氣化工藝流程K-T氣化特點(diǎn)：技術(shù)成熟，運(yùn)行穩(wěn)定，氣化爐結(jié)構(gòu)簡單，維修方便；煤種范圍寬；煤氣不含焦油和粉塵，有效成分高，不含含酚廢水，使其凈化工藝簡單；碳轉(zhuǎn)化率高。制煤粉設(shè)備龐大，耗電量高；制氣需要氧氣，需加空分設(shè)備，將煤氣中粉塵降低到規(guī)定要求，需要高效率的設(shè)備。凈化系統(tǒng)氣化爐的凈化是將煤中的灰分轉(zhuǎn)變成易清潔處理的玻璃態(tài)渣,氣化爐內(nèi)溫度維持在1400～1600℃,使煤中所含的大量礦物性的灰份被熔化成為灰渣,煤中約90%的灰份變成渣,10%的灰份成為飛灰。氣化爐采用液態(tài)排渣,渣在水槽中淬冷成半徑為5mm左右的不可浸出的玻璃狀顆粒渣,其主要成分是Si、Al、Fe和Ca等無害的惰性物質(zhì),無二次污染,是良好的建筑材料,亦可以作為磨料、絕緣材料或筑路材料出售除塵常溫煤氣凈化系統(tǒng)一般都采用文丘里濕法洗滌器除塵。粗煤氣離開氣化爐后,經(jīng)過初步冷卻,進(jìn)入陶瓷管過濾器或旋風(fēng)分離器進(jìn)行初級(jí)除塵,粗顆粒循環(huán)回氣化爐,粗煤氣接著進(jìn)入文氏洗滌器精除塵,把細(xì)顆粒的飛灰除凈,使煤氣的含塵濃度降至1～2mg/Nm3,收集的飛灰可作水泥原料,對(duì)環(huán)境無害。脫硫常溫脫硫一般采用MDEA脫硫工藝。煤中的硫份在氣化爐中部分轉(zhuǎn)化成硫化物(主要是H2S和少量的COS)留在粗煤氣里。粗煤氣逐步冷卻至40℃左右進(jìn)入常溫脫硫裝置,脫硫吸收劑盡可能地吸收煤氣中的H2S成為富液,富液經(jīng)解吸釋放H2S,再生出的吸收劑循環(huán)使用,分離出的H2S輸送到其后的Claus硫回收裝置中生成元素硫,硫磺純度在99%以上?；厥崭碑a(chǎn)品硫磺可以提高綜合利用效益。如果采用COS水解裝置把COS轉(zhuǎn)化成H2S,脫硫率可進(jìn)一步提高到98%以上。粗煤氣凈化系統(tǒng)粗煤氣凈化系統(tǒng)主要進(jìn)行粗煤氣的除塵和脫硫,可以分為常溫凈化和高溫凈化兩種。目前,由于高溫凈化還不成熟,投入商業(yè)運(yùn)行的IGCC電站的凈化措施都采用常溫凈化系統(tǒng),同時(shí)采用顯熱回收系統(tǒng),盡量減少粗煤氣顯熱和潛熱的損失。燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)燃燒,推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)膨脹做功。燃?xì)廨啓C(jī)出口的煙氣溫度約為560℃～600℃,為充分利用煙氣余熱和使汽輪機(jī)與燃?xì)鈧?cè)匹配,余熱鍋爐內(nèi)布置有蒸發(fā)器、過熱器、再熱器。由于余熱鍋爐內(nèi)的煙氣流量非常大,在較低的煙氣能級(jí)處只加熱給水不能完全利用煙氣的余熱,不僅原來的300MW機(jī)組熱力系統(tǒng)中的1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)高壓加熱器和5號(hào)、6號(hào)低壓加熱器應(yīng)該切除,而且在余熱鍋爐內(nèi)產(chǎn)生部分低壓蒸汽與再熱蒸汽一道進(jìn)入汽輪機(jī)中壓缸內(nèi)做功。制氧空分設(shè)備空分設(shè)備主要包含O2制備和N2制備裝置。在IGCC系統(tǒng)中,通常需要制備高純度的O2(一般在95%以上)作為氣化劑;對(duì)于干煤粉供料的氣化裝置,還需要制備高純度的N2(純度大于99.9%)用于煤粉的輸送和飛灰再循環(huán)。制氧技術(shù)可以分成兩大類:低溫制氧,常溫制氧。前者主要是基于深冷法制氧,技術(shù)成熟可靠,生產(chǎn)能力大,所得氧氣純度高。目前占整個(gè)制氧市場的85%。常溫制氧方法目前還不具備大規(guī)模提供高純度氧氣的能力耗能太大。例如CoolWater,WabashRiver,Tampa電站中,空分系統(tǒng)消耗的能量占總的廠用電的70.1%,75.5%,82.19%。Proxair公司正聯(lián)合開發(fā)一種膜分離技術(shù)。該技術(shù)采用陶瓷膜,能夠在800℃～900℃高溫下將O2分離出來。至今的研究表明,商業(yè)規(guī)模的陶瓷膜晶片模塊能夠在2.93MPa下可靠運(yùn)行,示范工程已經(jīng)在1.379MPa和800℃～900℃下運(yùn)行了5000h。采用這種膜分離技術(shù),IGCC電站的凈功率可以增加7%,制氧能耗降低37%,空分系統(tǒng)設(shè)備總投資降低35%,整個(gè)IGCC電站的比投資費(fèi)用能夠降低7%左右。系統(tǒng)集成優(yōu)化理論

系統(tǒng)集成優(yōu)化的范圍包括不同尺度過程-企業(yè)-園區(qū)-區(qū)域，集成內(nèi)容包括物質(zhì)集成、能量集成、水集成、信息集成。集成的方法有直觀判斷法、熱力學(xué)方法、人工智能法及數(shù)學(xué)規(guī)劃法。系統(tǒng)集成優(yōu)化不僅考慮過程系統(tǒng)本身內(nèi)部不同物理尺度的集成優(yōu)化，還要充分考慮過程系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)之間的集成優(yōu)化，這時(shí)就要將生態(tài)因子納入過程系統(tǒng)的綜合、設(shè)計(jì)、運(yùn)行和控制中。這些生態(tài)因子包括可獲取資源的特性、環(huán)境的遷移特征、生態(tài)承載力甚至生態(tài)美學(xué)觀念等。系統(tǒng)集成優(yōu)化要求在低水平層次上，要計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境容量和生態(tài)承載力；在高水平層次上，還要考慮美學(xué)、生態(tài)和諧等綜合性抽象性的目標(biāo)。燃?xì)夂驼羝麆?dòng)力聯(lián)合循環(huán)把燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽動(dòng)力裝置聯(lián)合成為一個(gè)整體的裝置。根據(jù)熱力學(xué)第二定律,對(duì)任何一種熱力發(fā)動(dòng)機(jī),循環(huán)工作介質(zhì)的加熱溫度越高放熱溫度越低,熱效率就越高。20世紀(jì)70年代末,燃?xì)廨啓C(jī)中的燃?xì)獬鯗匾堰^1200℃,加熱溫度是很高的,但它的放熱溫度也高,約為450～550℃，不少熱量隨排氣進(jìn)入大氣，故熱效率最高只達(dá)38％?，F(xiàn)代的大型蒸汽動(dòng)力裝置因受結(jié)構(gòu)和材料的限制，新蒸汽溫度一般不超過600℃，但它的放熱溫度也較低，熱效率最高只達(dá)38～39％。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置(簡稱聯(lián)合循環(huán)裝置)能把兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來它的循環(huán)既具有燃?xì)廨啓C(jī)的加熱高溫，又具有蒸汽動(dòng)力裝置的放熱低溫，從而有較高的熱效率。

聯(lián)合循環(huán)裝置的設(shè)想在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展早期就已經(jīng)提出，大約在60年代初便有了較成熟的、利用排氣余熱的聯(lián)合循環(huán)裝置。此后以石油和天然氣為燃料的聯(lián)合循環(huán)裝置得到了廣泛的應(yīng)用。以煤為燃料的“整體”聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置正在興起，許多國家都很重視燃煤聯(lián)合循環(huán)裝置的研究工作。聯(lián)合循環(huán)裝置的排氣余熱利用、煤氣化和沸騰燃燒等幾種主要形式。

物質(zhì)集成

(1)過程層次的物質(zhì)集成碳集成是煤利用過程中典型的物質(zhì)集成，其目的是如何通過碳集成減少煤炭能源利用過程CO2排放。下圖是一個(gè)考慮碳集成的能源系統(tǒng)示意圖。這個(gè)能源系統(tǒng)能夠控制燃煤發(fā)電廠的碳排放，采用這種能源系統(tǒng)利用煤不會(huì)對(duì)全球氣候變化或其他環(huán)境問題產(chǎn)生大的影響?？辗謿饣儞Q貯存利用GTCC凈化電CO2硫煤空分氣化變換貯存利用GTCC凈化電CO2硫煤IGCC的特點(diǎn)我國以“煤為基礎(chǔ)”的能源格局在未來幾十年里不會(huì)改變,我國電力的主要來源依然是煤電。為了保證電力的高效、清潔生產(chǎn)和可持續(xù)供應(yīng),需要發(fā)展高效的潔凈煤發(fā)電技術(shù)。目前能夠滿足這一要求的技術(shù)只有超超臨界循環(huán)和IGCC。IGCC的特點(diǎn)IGCC具有燃料適應(yīng)性廣的特點(diǎn),特別適合利用我國的高硫煤。此外,隨著國內(nèi)對(duì)石油燃料的需求越來越大,國際油價(jià)持續(xù)走高,液體燃料的安全供應(yīng)已經(jīng)成為影響國家安全的一個(gè)重要可持續(xù)發(fā)展的原則必然會(huì)使電力行業(yè)及電力設(shè)備制造行業(yè)面臨除塵、脫硫、脫硝的問題,此后還會(huì)面臨脫汞,減排二氧化碳的問題。作為全球第二大CO2排放國,我國已經(jīng)面臨減排的壓力,2012年以后,很可能要承擔(dān)減排義務(wù)。這對(duì)于我國的火力發(fā)電行業(yè)來說是個(gè)巨大的負(fù)擔(dān)。IGCC系統(tǒng)能夠以較低的成本富集和減排CO2,實(shí)現(xiàn)CO2的利用。據(jù)文獻(xiàn)[15],減排CO2時(shí),IGCC需要減少5%的出力,增加30%的投資,發(fā)電成本提高25%;超超臨界則會(huì)減少28%的出力,投資增加73%,發(fā)電成本上升66%。由此可見,相對(duì)超超臨界循環(huán),IGCC應(yīng)對(duì)CO2減排具有很大的優(yōu)勢煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電煤直接燃燒發(fā)電污染大，如將煤氣化與發(fā)電結(jié)合，用凈化煤氣發(fā)電，可以減少向大氣排放硫和氮的氧化物和粉塵等污染物，還可提高發(fā)電效率。聯(lián)合循環(huán)發(fā)電原理：用一燃?xì)廨啓C(jī)帶動(dòng)一發(fā)電機(jī)，利用煙氣顯熱產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動(dòng)蒸汽機(jī)帶動(dòng)另一個(gè)與之相連的發(fā)電機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：排放煙氣中不含粉塵，固體殘?jiān)滋幚恚矛F(xiàn)代技術(shù)可回收硫，煙氣中硫氧化物和氮氧化物含量低，可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。特點(diǎn)：在煤氣化過程中加入石灰脫硫，脫硫率高，且煤氣在高溫下送去燃?xì)廨啓C(jī)，提高了能量利用率。用余焦燃燒的煙氣產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽機(jī)發(fā)電。圖9.16圖9.17IGCC整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(Integratedgasifica2tioncombinedcycle,IGCC)是指將煤炭、生物質(zhì)、石油焦、重渣油等多種含碳燃料進(jìn)行氣化,將得到的合成氣凈化后用于燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)的發(fā)電技術(shù)特點(diǎn)：不僅可以很大程度上解決