煤气化工艺Word文件下载.docx

煤气化工艺Word文件下载.docx

《煤气化工艺Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤气化工艺Word文件下载.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

制成的煤气称为混合发生炉煤气。

目前这种煤气在国内应用相当广泛。

①理想发生炉煤气　理论上，制取混合发生炉煤气是按下列两个反应进行的：

2C+O2+3.76N2＝2CO+3.76N2+246435kJ

C+H2O＝CO+H2-118821kJ

理想的发生炉煤气的组成取决于这两个反应的热平衡条件，即满足放热反应与吸热反应的热效应衡等的条件。

为了达到这个条件，每2kmol碳与空气反应，则与水蒸气起反应的碳应为：

246435/118821=2.07

所以，4.07kmol碳与蒸气空气混合物相互作用，在理论上，产生的煤气量为：

4.07＋2.07＋3.76＝9.9kmol，煤气组成为：

CO＝4.07/9.9×

100％＝41.1％

H2＝2.07/9.9×

100％＝20.9％

N2＝3.76/9.9×

100％＝38.0％

在标准状态下煤气的产率：

在标准状态下煤气的热值：

气化效率为：

实际上制取混合发生炉煤气，不可避免有许多热损失（如煤气带走的显热，灰渣中残碳是不可能消除的等），水蒸气分解和CO2还原进行不完全，使实际的煤气组成、气化效率与理论计算值有显著差异。

②炉内状况分析与工艺条件控制　经实测气化炉内各层的气体组成，得到图6-2-04。

这是以焦炭为原料及气化强度为50－350kg/m2·

h的条件下进行的。

由图6-2-04可见：

a.气化剂中的氧，经过灰渣层的预热，进入燃料层7－10cm（氧化层）后，就几乎全部消耗，CO2达最大值，并开始出现CO；

b.在氧消失后水蒸气才开始分解，这大约在氧化层以上30－40cm区间内进行，同时发生CO2的还原反应R4，气体中H2和CO增加很快，这一层是在还原层的下部，可称为第一还原层；

c.第一还原层上方约40cm为第二还原层，这里除了进行CO2的还原反应R4外，还进行均相反应R8；

d.在燃料层上部空间，气相中CO和H2O含量在减少，而CO2和H2在增加，说明R8仍在进行。

水蒸气的分解可改善煤气的质量，使煤气热值提高，但是水蒸气汽量过大，炉温太低，CO2还原反应速率降低，而且未分解蒸气量增加，热效率下降。

为此水蒸气用量有一个最佳点，即不让灰结渣的最低限度。

在生产中是控制空气为水蒸气所饱和的温度来调节水蒸气用量的。

水蒸气用量随饱和温度增加而增加。

同时炉内反应温度随饱和温度增加而下降，因此水蒸气分解率随之下降，例如饱和温度52.2℃时，水蒸气分解率为82％，饱和温度提高到63℃时，水蒸气分解率降为62％。

从图6-2-05可见在水蒸气用量较少时可得到质量较好的煤气。

随蒸气用量增加，水蒸气的绝对分解量会不断增加，但是不仅蒸气分解率随之下降，而且煤气热值不断下降。

因此只有当燃料中灰分较多，熔点较低时，才采用提高水蒸气用量的办法，以防止结渣。

气化强度是发生炉单位横截面上的气化速率。

气化强度的高低是与炉内气流速度相关的，气流速度愈大，气化强度愈大。

气流速度过大，不但会增加燃料层阻力，还会增加带出物数量，恶化CO2的还原作用。

生产过程中，按发生炉空横截面积计算，气流速度一般在0.1～0.2m/sec。

表6-2-03各种煤在机械化发生炉中的实际气化指标示例

③实际生产指标表6-2-03列出了中国典型煤种的气化指标。

可见气化效率约在63％～80％。

一般煤气发生的气化强度为200～250kg/m2·

h，经强化之后气化强度可达到450～500kg/m2·

h，而不致降低煤气质量。

强化的办法包括：

a采用富氧空气和蒸气的混合物或氧蒸气的混合物为气化剂，例如氧气浓度提高50％，生产能力增加一倍，而且煤气热值由4857kJ/m3提高到7955kJ/m3；

b提高鼓风速度，提高炉内温度。

当然这要以煤气成分不恶化为前提。

④煤气发生炉国内使用数量最多的是3M13型和Ф3W-G型炉。

图6-2-06是3M13型煤气发生炉。

其特点是采用双滚筒连续进料方式，采用回转炉篦连续排灰，炉内带有搅拌棒破粘，适用于长焰煤、气煤等弱粘结性煤种。

炉内径3m，进风口直径500mm，煤气出口直径900mm，最大风压4000～6000Pa。

耗煤1700～2500kg/h，煤气产量5500～8000m3/h·

台，水蒸气和空气用量分别为0.3～0.5kg/kg煤和1.5～2.5m3/kg煤。

3W-G炉（威尔曼-格鲁夏炉）有不带搅拌装置与带搅拌装置的两种。

国内常用不带搅拌装置的。

采用焦炭或无烟煤为原料。

其特点是：

液压加料，煤连续进入炉内，液压干法除灰，全水夹套。

炉直径3m，处理煤量1800～2500kg/h，产气量5000～7500m3/h，煤气热值4605~5443kJ/m3。

⑤煤气站工艺流程混合发生炉煤气站由于用途和输送条件不同，在工艺上分为冷煤气站和热煤气站两种。

后者把出炉热煤气经旋风除尘后，直接送用户，可以利用煤气的显热。

目前国内大多采用冷煤气站。

当气化烟煤时，气化过程中产生的焦油蒸气随同煤气一起排出。

这种焦油尚不能作为重要的化工产品，但冷凝下来会堵塞煤气管道和设备，故必须从煤气中除去。

回收焦油的冷煤气站工艺流程如图6-2-07所示。

煤气由发生炉出来，进入竖管直接水冷却器，初步除去重质焦油和粉尘，煤气被冷到85～95℃，经半净煤气管道进入电捕焦油器，除去焦油雾滴后进入洗涤塔，煤气被冷却到35℃以下，含尘量下降到100mg/m3以下，进入净煤气管，再经排送机送到用户。

⑵水煤气

水煤气是炽热的碳与水蒸气反应生成的煤气，它主要由CO和H2组成，与发生炉煤气相比，含氮气很少，发热量高。

燃烧时呈蓝色火焰，所以又称蓝水煤气。

碳与水蒸气反应是强吸热反应，需提供水蒸气分解所需的热量，一般采用二种方法：

a.交替用空气和水蒸气为气化剂的间歇气化法；

b.用氧和水蒸气为气化剂的连续气化法。

间歇法使用至今，已有悠久的历史，其缺点是生产必须间歇。

用氧和蒸气为气化剂来生产水煤气已是当前的发展趋势，以后介绍的已工业化的，或正在开发的第二代气化方法，大多是以氧-蒸气为气化剂的连续气化法。

因间歇法在国内应用广泛，故仍给予介绍。

①理想水煤气在理想条件下，首先向发生炉送入空气，发生燃烧反应：

　　　　　　　　C＋O2→CO2＋406418kJ

再送入水蒸气，发生反应：

C＋H2O→CO＋H2－118821kJ

在完全热平衡条件下，燃烧1千克摩尔碳所放出的热量可以分解406418÷

118821＝3.42kmol水蒸气，因此理想生产过程，可以表示成：

C＋O2＋3.76N2+3.42C＋3.42H2O→CO2＋3.76N2＋3.42CO＋3.42H2

水煤气生产过程间歇地进行时，分成吹风阶段和制气阶段，二个阶段产生的煤气组成等指标如下：

吹风气总量（CO2＋3.76N2），组成为（21％CO2＋79％N2）；

水煤气总量（3.42CO＋3.42H2），组成为（50％CO＋50％H2）；

碳的总耗量4.42千克摩尔，即12×

4.42＝53.04kg；

计算得吹风气产率（标准条件下）为2.01m3/kg碳；

计算得水煤气产率（标准条件下）为2.89m3/kg碳；

计算得水蒸气的消耗量为1.16kg/kg碳；

理想水煤气热值：

Q高＝0.5×

12633＋0.5×

12776＝12705kJ/m3；

Q低＝0.5×

10804＝11719kJ/m3；

气化效率：

②实际水煤气生产指标在实际生产中，在吹风阶段碳不可能完全燃烧成CO2，在制气阶段水蒸气也不可能完全分解，系统的热损失不可能避免。

因此实际生产指标与理想状况有较大的差距。

生产水煤气的原料主要是焦炭和无烟煤。

实际生产指标列于表6-2-04。

若和混合发生炉煤气的气化效率和热效率对比，可见水煤气的指标低得多，分别只有60％和54％左右。

表6-2-04水煤气生产指标

③工作循环的构成间歇法制水煤气，主要由吹空气（蓄热）、吹水蒸气（制气）两个阶段组成，但为了节约原料，保证水煤气质量，正常安全生产，还需要一些辅助阶段，实际共有六个阶段：

a．吹风阶段吹入空气，使部分燃料燃烧，将热能积蓄在料层中，废气经回收热量后排入大气；

b.蒸气吹吹净阶段由炉底吹入蒸气，把炉上部及管道中残存的吹风废气排出，避免影响水煤气的质量；

c.上吹制气阶段由炉底吹入蒸气，利用床内蓄积的能量制取水煤气，水煤气通过净化系统入贮气柜；

d.下吹制气阶段上吹制气后，床层下部温度降低，气化层上移，为了充分利用料层上部的蓄热，用蒸气由炉上方往下吹，制取水煤气，煤气送气柜；

e.二次上吹制气阶段下吹制气后炉底部残留下吹煤气，为安全起见，先吹入水蒸气，所得煤气仍送贮气柜；

f.空气吹净阶段由炉底吹入空气，把残留在炉上部及管道中的水煤气送往贮气柜而得以回收。

以上各阶段的时间分配列于表6-2-05。

表6-2-053－4分钟循环各阶段时间分配表

序号

阶段名称

3min循环,（S）

4min循环,（S）

1

2

3

4

5

6

吹风阶段

蒸气吹净阶段

上吹制气阶段

下吹制气阶段

二次上吹阶段

空气吹净阶段

40～50

45～60

50～55

18～20

60～80

60～70

70～90

为了制取氢氮比3:

1的合成氨原料气，在上吹制气阶段让空气与水蒸气一起送入气化炉，这样不仅能制得含氮的水煤气（称为半水煤气），而且可适当提高炉温，提高生产能力。

④间歇法制取半水煤气和水煤气的生产流程由热能分析可知吹风气中显热与潜热（含CO可燃成分）和水煤气的显热占总热量的相当的比例，必须加以回收。

图6-2-08是回收这些热能的流程。

吹风气送入燃烧室时加入二次空气使其燃烧，热量蓄于燃烧室的格子砧中，用以预热下吹蒸气。

除了用燃烧室回收上吹煤气和吹风气的显热外还用废热锅炉回收它们的显热。

⑤常压水煤气发生炉中国水煤气发生炉常用于生产合成氨或合成甲醇的原料气。

所用原料为焦炭、无烟块煤以及无烟煤屑制成的型煤。

使用的气化炉为U.G.I型炉，Ф2.74m和Ф3m炉用得最多。

图6-2-09为Ф3mU.G.I炉，可见发生炉由上锥体、水夹套、炉篦传动装置，出灰机械及炉底壳等五个主要部分组成。

⑶移动床加压气化

移动床加压气化的最成熟炉型是鲁奇炉（Lurgi）。

它和常压移动床一样，也是自热式逆流反应器，所不同的是采用氧气-水蒸气或空气-水蒸气为气化剂，在2.0～3.0MPa的压力和900～1100℃温度条件下进行的连续气化法。

鲁奇加压气化法的优