式中，除了焦炭或半焦为固体产物，其余全部是气态产物，除此之外，还有少量含
有机氮、硫等元素的气态中间产物。
<二）固定床反应器
固定床反应器又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多
相反应过程的一种反应器。
固体物通常呈颗粒状，粒径2～15mm左右，堆积成一
定高度<或厚度）的床层。
床层静止不动，流体通过床层进行反应。
它与流化床反
应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。
固定床反应器主要用于实
现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。
用于
气固相或液固相非催化反应时，床层则填装固体反应物。
1.固定床反应器分类
固定床反应器有三种基本形式：
①轴向绝热式固定床反应器：
流体沿轴向自上
而下流经床层，床层同外界无热交换。
②径向绝热式固定床反应器：
流体沿径向流
过床层，可采用离心流动或向心流动，床层同外界无热交换。
径向反应器与轴向反
应器相比，流体流动的距离较短，流道截面积较大，流体的压力降较小。
以上两种
形式都属绝热反应器，适用于反应热效应不大，或反应系统能承受绝热条件下由反
应热效应引起的温度变化的场合。
③列管式固定床反应器：
由多根反应管并联构
成。
管内或管间置催化剂，载热体流经管间或管内进行加热或冷却，管径通常在
25～50mm之间，管数可多达上万根。
列管式固定床反应器适用于反应热效应较大
的反应。
2．固定床气化法
<1）GI（GasIntegrale>法
常压下以空气及蒸汽气化块状高挥发份烟煤以间歇制取中热值煤气，意大利曾
使用过。
<2）IFE<国家炉具公司）法
常压下以空气及蒸汽气化烟煤制取低热值燃料气，系两段炉，英国开发。
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<3）IGI两段法
常压下以空气及蒸汽气化烟煤制取中热值煤气，意大利于上世纪40年代开
发。
<4）Leuna<路易那）溶渣法
常压下以蒸汽与氧气化焦炭制取中热值煤气，德国Leuna厂开发。
<5）Lurgi<鲁奇）干灰法
2.5～3.2MPa下用蒸汽与氧使3～50mm次烟煤或褐煤气化。
1936年由德国Lurgi公
司工业化。
我国云南解放军化肥厂有11台捷克制的Lurgi型气化炉，炉径2.7m，
在2.0MPa下将褐煤用纯氧加压气化。
山西天脊煤化工集团则有LurgiⅣ型炉在
3.0MPa下气化块煤，炉径3.8m，共4台，用于生产合成氨后加工成硝酸磷肥。
太
原化工公司亦有一台用于制氨，气化压力2.5MPa，炉径2.8m。
南非Sasol厂共有
89台，年处理煤3300万吨用于生产合成油。
<三）常压固定床煤气发生炉的基本气化原理
固体燃料用气化剂进行热加工，得到可燃性气体的过程称为固体燃料的气化，
又称为造气，所得的气体统称为气化煤气，用来与燃料进行气化反应的气体称为气
化剂。
常压固定床煤气发生炉，一般以块状无烟煤或烟煤等为原料，用蒸汽或水蒸
汽与空气的混合气体作气化剂，生产以一氧化碳和氢气为主要可燃成分的气化煤
气。
1.煤气炉内燃料层的分层
煤气炉内燃料层固体燃料的气化反应，按煤气炉内生产过程进行的特性分为三
层，干燥层——在燃料层顶部，燃料与热的煤接触，燃料中的水分得以蒸发；干馏
层——在干燥层下面，由于温度条件与干馏炉相似，燃料发生热分解，放出挥发分
及其它干馏产物变成焦炭，焦炭由干馏层转入气化层进行热化学反应；气化层——
煤气炉内气化过程的主要区域，燃料中的炭和气化剂在此区域发生激烈的化学反
应，鉴于反应条件的不同，气化层还可以分为氧化层和还原层：
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<1）氧化层：
碳被气化剂中的氧氧化成二氧化碳和一氧化碳，并放出大量的热
量，煤气的热化学反应所需的热量靠此来维持。
氧化层温度一般维持在1100～
1250℃，这决定于原料煤灰熔点的高低。
<2）还原层：
还原层是生成主要可燃气体的区域，二氧化碳与灼热碳起作用，
进行吸热化学反应，生产可燃的一氧化碳；水蒸气与灼热碳进行吸热化学反应，生
成可燃的一氧化碳和氢气，同时吸收大量的热。
2.固体燃料气化反应的基本原理
固定床煤气发生炉制造燃气，首先使得空气通过燃料层，碳与氧发生放热反应
以提高温度。
随后使蒸汽和空气混合通过燃料层，碳与蒸汽和氧气发生吸热和放热
的混合反应以生成发生炉煤气。
3.常压固定床煤气化发生炉内部的传热、传质过程
常压固定床煤气化发生炉内部的传热、传质过程十分复杂。
就传质来讲，不仅
有气相和固相各自的本体运动，还有气固相间、固相颗粒内部向颗粒外部的传质过程。
就传热而言，有气固相间、气固相与炉壁间、固相不同层面之间的各种传热过程。
从机理上讲，传质过程有扩散传质和对流传质，传热过程有传导、对流和辐射等方式。
传热过程包括以下各个步骤：
<1）颗粒内传导；
<2）相接触的颗粒间传导；
<3）颗粒间辐射；
<4）颗粒流体间的对流；
<5）颗粒向流体的辐射；
<6）流体内传导；
<7）流体内辐射；
<8）流体混合；
<9）颗粒炉壁间传导；
<10）颗粒炉壁间辐射；
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<11）流体炉壁间对流；
<12）流体炉壁间辐射。
相对来讲，传质过程就要简单的多，其原因有以下三点：
<1）颗粒内扩散经常可以忽略；
<2）没有向炉壁的传质；
<3）没有与辐射传热相对应的传质方式。
传热与传质过程可能伴随化学反应，也可能不伴随化学反应。
下面对常压固定床煤气化反应炉内部的传热与传质进行简单归纳。
气体和固体的许多特性<如热容、粘度、传质系数等）都是温度和压力的函数，当温度变化范围较小时，可以采用平均值的方式来简化传热与传质的数学模型。
但在煤气化反应炉中，温度沿床层高度的变化很大，因而必须确定各种性质与温度之间的函数关系。
由于煤粒在粒度和形状上的多变性，再加上床层不同高度空隙率的不同，总传
热系数很难精确地求得，现有公式计算的理论值和实验值之间的偏差达到20%以内时便可以认为足够精确。
除了总传热系数以外，气相和固相之间的传热系数也是一个很重要的参数。
这一系数的计算要更困难一些，炉内气固相间传热的扰动、化学反应的存在、煤粒形状的不规则都有可能带来计算结果的偏差，有时候这种偏差甚至会高达几十倍。
二、工艺流程的确定及流程简图
<一）工艺流程的确定
将焦炭先送入加料器中，再送入气化炉中气化，所得产品一部分送入集尘器除
尘，继而将高温产品加热废热锅炉回收废热，另一部分直接进入汽包，进入汽包的
产品一部分进入饱和器中，在此与空气、氢气和水蒸汽混合并再次进入气化炉中；
一部分直接返回至气化炉中在生产【2】；还有一部分经废热锅炉吸收完湿热后送入洗
涤塔洗涤去尘。
气体部分送气柜储存，所得粗煤气再进一步净化；而液渣部分被送
至循环水池中除尘，洗涤后再经循环水泵送入洗涤塔进行循环使用。
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<二）流程简图
图3富氧连续气化工艺流程图
1—自动加焦机2—煤气发生炉3—鼓风机4—混合器5—灰斗6—废锅
7—汽包8—蒸汽过热器9—洗气箱10—洗气塔11—水封
<三）生产条件的确定和说明
1.气化过程的工艺条件
气化过程的工艺条件对于既定的原料、设备和工艺流程，为了获得质量优良的
煤气，和足够高的气化强度，就必须选择最佳的气化条件。
<1）燃料层温度合适的燃料层温度对煤气质量、气化强度及气化热效率至关重
要，发生炉煤气中的有效成分＋CO2→2CO）和水蒸气的分解反应【C＋H2O
属吸热反应。
而在煤气炉操作温度下，上述反应属于动力学控制区。
所以提高炉温
不仅有利于提高CO和H2的平衡浓度，而且可以提高反应速度，增加气化强度，从
而使气化炉的生产能力提高。
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<2）燃料层的运移速度和料层高度【5】在固定床气化过程中，整个床层高度是
相对稳定的。
随着加料和排灰的进行，燃料以一定速度向下移动。
这个速度的选择
主要依据气化炉的气化强度和燃料灰分含量。
在气化强度较大或燃料灰分较高时，
应加快燃料层的移动速度，反之亦然。
燃料层分为灰分、氧化层、还原层和干馏干
燥层，其作用各不相同，灰层有预热气化剂和保护炉箅不致过热的作用、氧化、还
原层是进行气化反应的部分，直接影响煤气的质量。
干馏干燥层则既对煤气降温有
对煤料预热。
各层高度大致如下：
灰层100～300㎜，氧化还原层约500㎜，干馏
干燥层300～500㎜。
总之，稍高的原料层高度有利于气化过程。
<四）操作条件
操作条件因工艺流程、炉型、煤种而异。
某厂如下表：
表1煤气炉的操作指标
炉底压力
980～3430
空气流量
3500～4000
炉出口压力
340～780
灰层厚度
150～300㎜
饱和温度
45～57℃
火层厚度
150～250㎜
炉出口温度
450～520℃
料层厚度
450～600㎜
三、气化炉的设计计算
用实际数据计算法进行发生炉煤气化过程计算如下：
<一）已知直接测定和在煤气发生炉实验时所获原始数据
【7】
无烟煤的工业分析
无烟煤的元素分析。
干发生炉煤气组成。
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焦油产率<即表示煤气中几乎不带焦油，可忽略，如果煤气中带有焦油，
则必须取得焦油组成）。
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