煤化工工藝學(xué)課件5.3 固定(移動(dòng))床氣化法

1、 5 5、煤的氣化、煤的氣化 53 固定(移動(dòng))床氣化法 53 固定(移動(dòng))床氣化法一、發(fā)生爐煤氣（空氣煤氣） 以煤或焦炭為原料，以空氣和水蒸氣為氣化劑，通入發(fā)生爐內(nèi)制得的煤氣為發(fā)生爐煤氣。（ H2 N2 ）1. 制氣原理：理想發(fā)生爐煤氣 理想的發(fā)生爐煤氣的組成取決于這兩個(gè)反應(yīng)的熱平衡條件，即滿足放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)的熱效應(yīng)衡等的條件 。理想情況：氣化純碳，且碳全部轉(zhuǎn)化為CO；按化學(xué)計(jì)量方程供入空氣和水蒸氣且無(wú)過(guò)剩；氣化系統(tǒng)為孤立系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)熱平衡思考：實(shí)際發(fā)生爐煤氣與理想發(fā)生爐煤氣組成有何不同，思考：實(shí)際發(fā)生爐煤氣與理想發(fā)生爐煤氣組成有何不同， 為什么？會(huì)計(jì)算。為什么？會(huì)計(jì)算。P161放熱

2、反應(yīng)：. N2 . N2 +.吸熱反應(yīng)： H2H2 -.熱平衡：. H2. N2 . H2 . N2 理想發(fā)生爐煤氣組成:CO:40%; H2:18.2 %; N2:41.8%; （體積分?jǐn)?shù)）實(shí)際上制取混合發(fā)生爐煤氣（ CO:; H2:; N2: ; ） 實(shí)際上制取混合發(fā)生爐煤氣，不可避免有許多熱損失，水蒸氣分解和CO2還原進(jìn)行不完全，使實(shí)際的煤氣組成、氣化效率與理論計(jì)算值有顯著差異。思考：結(jié)合各料層反應(yīng)原理，說(shuō)明圖中煤氣組成的變化規(guī)思考：結(jié)合各料層反應(yīng)原理，說(shuō)明圖中煤氣組成的變化規(guī)律。律。沿料層高度煤氣組成的變化灰渣層： 氣化劑（ ，H2）被預(yù)熱，氣體組成不變；氧化層： C+O2CO2 +Q

3、 ，（ ， CO2） C+CO22CO -Q（ 耗盡，出現(xiàn)CO，CO2 ）還原層： C+CO22CO -Q C+H2OCO+H2 -Q（CO ，CO2 H2 ）還原層以上： CO+H2OCO2+H2 +Q（ CO 稍 ， CO2和H2稍 ）2.氣化過(guò)程的控制目的：高的氣化效率氣化爐的選擇： 原料弱黏結(jié)性需破黏選擇帶攪拌裝置的氣化爐；機(jī)械強(qiáng)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。合理氣化強(qiáng)度：（溫度、原料、氣化爐有關(guān)） 氣化強(qiáng)度超過(guò)合理的范圍，就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，因而降低了煤氣產(chǎn)率，并且影響到煤氣的質(zhì)量，其綜合效果

4、是氣化效率降低，氣化強(qiáng)度按工作原料計(jì)算，煙煤氣化強(qiáng)度按工作原料計(jì)算，煙煤200-300kg/(m2.h)爐溫：（保持均勻和不結(jié)渣）水蒸氣耗量與原料性質(zhì)關(guān)系：水蒸氣的單位消耗量的差異主要由于原料煤的理化性質(zhì)不同，但為防止結(jié)渣要提高水蒸氣的量。 水蒸汽的單位消耗量對(duì)水蒸氣分解率和氣化指標(biāo)的影響提高水蒸氣量，但水蒸氣分解率卻下降，煤氣熱值降低3.煤氣發(fā)生爐具有凸型爐箅的煤氣發(fā)生爐3M13型煤氣發(fā)生爐：其特點(diǎn)：爐內(nèi)帶有攪拌棒破粘主要適用于氣煤等弱粘結(jié)性煤種，濕法排灰（灰渣通過(guò)水封的旋轉(zhuǎn)灰盤排出）。3M21型煤氣發(fā)生爐不帶攪拌裝置主要用于氣化貧煤、無(wú)煙煤和焦炭等不黏不黏結(jié)性結(jié)性燃料威爾曼-格魯夏(W-G

5、)煤氣發(fā)生爐兩種形式：一種是無(wú)攪拌裝置的用于氣化無(wú)煙煤、焦炭等不黏結(jié)性燃料；另一種是有攪拌裝置的用于氣化弱黏結(jié)性煙煤。國(guó)內(nèi)常用不帶攪拌裝置的。其特點(diǎn)是：液壓加料，煤連續(xù)進(jìn)入爐內(nèi)，液壓干法除灰，全水夾套。1、山渣機(jī) 2、灰斗 3、爐柵 4、爐體 5、汽包 6、爐頂 7、雙鐘罩加燒煤箱 8、斜橋上煤裝置思考：煤氣發(fā)生爐出來(lái)的煤氣可以直接供給用戶嗎？思考：煤氣發(fā)生爐出來(lái)的煤氣可以直接供給用戶嗎？4.煤氣發(fā)生站工藝流程有焦油回收的冷煤氣工藝流程：這種焦油不能作為重要產(chǎn)品，但必須從煤氣中除去，防冷凝下來(lái)堵塞煤氣管路和設(shè)備。煤氣由發(fā)生爐出來(lái)，進(jìn)入豎管直接水冷卻器，初步除去重質(zhì)焦油和粉塵，煤氣被冷到8595

6、，經(jīng)半凈煤氣管道進(jìn)入電捕焦油器，除去焦油霧滴后進(jìn)入洗滌塔，煤氣被冷卻到35以下，含塵量下降到100mg/m3以下，進(jìn)入凈煤氣管，再經(jīng)排送機(jī)送到用戶。思考：家里做飯用的管道煤氣燃燒時(shí)是什么顏色？思考：家里做飯用的管道煤氣燃燒時(shí)是什么顏色？二、水煤氣 水煤氣是由熾熱的碳和水蒸氣反應(yīng)所生成的煤氣。燃燒時(shí)呈藍(lán)色，所以又稱為藍(lán)水煤氣。需提供水蒸氣分解所需的熱量熱量，一般采用二種方法：a.交替用空氣和水蒸氣為氣化劑的間歇?dú)饣ㄩg歇?dú)饣?；b.用氧和水蒸氣為氣化劑的連續(xù)氣化法連續(xù)氣化法。 1.制氣原理.N2 . N2 +394.1kJ/molH2 2 - 394.1kJ/moln間歇法制造水煤氣間歇法制造水

7、煤氣兩段：吹空階段（吹風(fēng)階段）； 吹蒸階段（制氣階段）。理想水煤氣生成理想水煤氣的方程式：. N2 H2 . N2 2 理想水煤氣組成：50%與50%2 氣化效率：100%實(shí)際水煤氣2含量高于（ OH2 22 ）常含有2、N2 、H2S和4 等氣化效率：60%65%思考：理想水煤氣與實(shí)際水煤氣的組成有何不同？思考：理想水煤氣與實(shí)際水煤氣的組成有何不同？2.間歇法制造水煤氣工作循環(huán)的構(gòu)成 間歇法制水煤氣，主要由吹空氣（蓄熱）、吹水蒸氣（制氣）兩個(gè)階段組成，但為了節(jié)約原料，保證水煤氣質(zhì)量，正常安全生產(chǎn)，還需要一些輔助階段，實(shí)際共有六個(gè)階段：吹風(fēng)階段、水蒸氣吹凈階段、一次上吹階段、下吹制氣階段、二次

8、上吹階段、空氣吹凈階段。 六階段工作循環(huán) ：a吹風(fēng)階段 吹入空氣，使部分燃料燃燒，將熱能積蓄在料層中，廢氣經(jīng)回收熱量后排入大氣；b. 蒸氣吹凈階段 由爐底吹入蒸氣，把爐上部及管道中殘存的吹風(fēng)廢氣排出，避免影響水煤氣的質(zhì)量；c. 一次上吹制氣階段 由爐底吹入蒸氣，利用床內(nèi)蓄積的能量制取水煤氣，煤氣送氣柜；d. 下吹制氣階段 上吹制氣后，床層下部溫度降低，氣化層上移，為了充分利用料層上部的蓄熱，用蒸氣由爐上方往下吹（使氣化過(guò)程在一個(gè)穩(wěn)定，溫度均勻的區(qū)域進(jìn)行），制取水煤氣，煤氣送氣柜；e. 二次上吹制氣階段 下吹制氣后爐底部殘留下水煤氣，為安全起見(jiàn)，先吹入水蒸氣，所得煤氣仍送貯氣柜；f. 空氣吹凈階

9、段 由爐底吹入空氣，把殘留在爐上部及管道中的水煤氣送往貯氣柜而得以回收，以免隨吹風(fēng)氣逸出而損失。以上各階段的時(shí)間分配列于下表：34分鐘循環(huán)各階段時(shí)間分配表分鐘循環(huán)各階段時(shí)間分配表：序號(hào) 階段名稱 3min循環(huán),（S） 4min循環(huán),（S） 1 2 3 4 5 6 吹風(fēng)階段 蒸氣吹凈階段 上吹制氣階段 下吹制氣階段 二次上吹階段 空氣吹凈階段 4050 2 4560 5055 1820 2 6080 2 6070 7090 1820 2 其缺點(diǎn)是生產(chǎn)必須間歇閥門頻繁切換，生產(chǎn)效率低觀察：爐中有沒(méi)有攪拌裝置？為什么？觀察：爐中有沒(méi)有攪拌裝置？為什么？4.水煤氣發(fā)生爐及水煤氣站流程水煤氣發(fā)生爐o U

10、GI煤氣化爐 是一種常壓固定床煤氣化設(shè)備。o 原料：通常采用無(wú)煙煤或焦炭，o 發(fā)生爐由上錐體、水夾套、爐篦傳動(dòng)裝置，出灰機(jī)械及爐底殼等五個(gè)主要部分組成。3.富氧連續(xù)氣化制造水煤氣和半水煤氣特點(diǎn)：取消六階段循環(huán)，采用富氧氣純氧氣和水蒸氣特點(diǎn)：取消六階段循環(huán)，采用富氧氣純氧氣和水蒸氣為氣化劑，延長(zhǎng)有效制氣時(shí)間，使生產(chǎn)能力提高。為氣化劑，延長(zhǎng)有效制氣時(shí)間，使生產(chǎn)能力提高。氣化原料要求：高揮發(fā)份不黏煤、弱黏煤、 低揮發(fā)份無(wú)煙煤、焦炭等o 其特點(diǎn)：是連續(xù)式操作生產(chǎn)發(fā)生爐煤氣（即空氣煤氣）外，或間歇式操作生產(chǎn)半水煤氣或水煤氣。 爐子為直立圓筒形結(jié)構(gòu)。o 爐體用鋼板制成，o 下部設(shè)有水夾套以回收熱量、副產(chǎn)蒸

11、汽，o 上部?jī)?nèi)襯耐火材料，爐底設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)爐篦排灰。o 優(yōu)點(diǎn)是o 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，一般不需用氧氣作氣化劑，熱效率較高。o 缺點(diǎn)是o 生產(chǎn)強(qiáng)度低，對(duì)煤種要求比較嚴(yán)格，采用間歇操作時(shí)工藝管道比較復(fù)雜。水煤氣站流程上行煤氣閥煙囪閥下行煤氣閥吹風(fēng)空氣閥下吹蒸汽閥上吹蒸汽閥蒸汽總閥氣柜氣柜水封氣柜水封洗滌塔洗氣箱煙囪廢熱鍋爐燃燒室水煤氣發(fā)生爐集汽包集汽包蒸汽緩沖罐空氣鼓風(fēng)機(jī)上水蒸汽軟水煤氣去凈化圖5-27 水煤氣站流程3.兩段式完全氣化爐特點(diǎn)： 使用高揮發(fā)份的弱黏結(jié)性煙煤及褐煤； 干鎦氣化分段進(jìn)行； 兩段爐具有比一般發(fā)生爐較長(zhǎng)的干餾段，煤加熱速度變慢，干餾溫度低，獲得的焦油質(zhì)量比較輕。兩段式煤氣發(fā)生爐

12、（P173圖-28）上段：干餾段下段：氣化段下段煤氣溫度500600，上段煤氣溫度100150，只含輕質(zhì)焦油。略兩段式水煤氣發(fā)生爐 現(xiàn)有水煤氣爐上部增設(shè)干餾段，原料煤在干餾段進(jìn)行低溫干餾，產(chǎn)生半焦落入氣化段，再用空氣、水蒸氣間歇制水煤氣。氣化爐構(gòu)造 與兩段煤氣發(fā)生爐相似，包括加料裝置、干餾段、氣化段、回轉(zhuǎn)爐箅及排灰裝置。原料 不黏結(jié)或弱黏結(jié)性的煙煤或熱穩(wěn)定性好的褐煤。思考：之前是常壓，若加壓下氣化如何？思考：之前是常壓，若加壓下氣化如何？4.加壓氣化原理與工藝加壓固定床氣化爐生產(chǎn)工況 p175 表5-15,褐煤在各種不同壓力下的氣化試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明：氣化壓力是一個(gè)重要的操作參數(shù)，它對(duì)煤氣化過(guò)程及其

13、煤氣組成、熱值、產(chǎn)率等有顯著影響。思考：如何影響思考：如何影響? 圖圖5-31-5-34說(shuō)明了什么？說(shuō)明了什么？ p176過(guò)程原理及其影響因素過(guò)程原理以及影響因素壓力對(duì)煤氣組成影響甲烷和二氧化碳含量增加；氫氣和一氧化碳含量減少（在加壓下為甲烷生成反應(yīng)制造了條件 ）壓力對(duì)氧氣耗量的影響減少氧氣的消耗（為常壓的1323）壓力對(duì)蒸汽耗量的影響蒸汽耗量增加（為防止結(jié)渣和利于甲烷化的反應(yīng)，為常壓的2.53倍）壓力對(duì)氣化爐生產(chǎn)能力的影響提高生產(chǎn)能力（氣化強(qiáng)度提高，反應(yīng)速率加快，碳的轉(zhuǎn)化率較高）對(duì)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）思考：思考： 加壓氣化爐加壓氣化爐-魯奇爐（魯奇爐（Lu

14、rgi)的特征。的特征。加壓氣化對(duì)煤氣輸送動(dòng)力的影響節(jié)省煤氣動(dòng)力消耗固定床加壓氣化爐及工藝流程加壓氣化爐 最成熟爐型是魯奇爐（Lurgi）。它和常壓移動(dòng)床一樣，也是自熱式逆流反應(yīng)器，所不同的是采用氧氣-水蒸氣或空氣-水蒸氣為氣化劑，在2.03.0MPa的壓力和9001100溫度條件下進(jìn)行的連續(xù)氣化法。o 雙層殼體（內(nèi)外兩層厚剛筒間形成水夾套，可引出供氣化爐使用）；o 設(shè)有煤分布器和攪拌器（破黏）；o 塔節(jié)型爐箅且設(shè)有破渣裝置（氣化劑均勻分布）；工藝流程P179圖5-365.加壓液態(tài)排渣氣化爐基本原理 僅向爐內(nèi)通入適當(dāng)?shù)乃魵饬浚刂茽t溫度在灰熔點(diǎn)之上，使灰渣以熔融態(tài)自氣化爐內(nèi)排出（消除了結(jié)渣對(duì)

15、爐溫的影響）氣化爐概況及其結(jié)構(gòu)液態(tài)排渣氣化爐主要特點(diǎn)： 灰渣呈熔融液態(tài)排出； 特殊的排灰機(jī)構(gòu)（英國(guó)煤氣公司把工業(yè)魯奇爐爐篦部分去掉，裝上氧蒸氣下傾斜嘴，氣化劑噴入使溫度為1500，使灰渣形成流動(dòng)的熔渣。熔渣通過(guò)位于中央的排渣口排入急激室的水中淬冷成渣粒。）； 爐體為鋼制外殼（內(nèi)砌耐火磚，再襯碳化硅）； 噴嘴外部設(shè)水夾套； 排渣口材質(zhì)為硝基硅酸鹽或碳化硅（抗熔渣侵蝕）；加壓液態(tài)排渣氣化爐的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：a.氣化爐生產(chǎn)能力提高34倍；b.水蒸氣分解率大為提高，后系統(tǒng)的冷凝液量大為減少；c.煤氣帶出物減少；煤氣出口溫度低；d.煤氣中CO和H2組分提高25%左右，煤氣熱值提高；e:降低了煤耗；f:改善了環(huán)境污染；缺點(diǎn)：a爐襯材質(zhì)要求高；b:熔渣池結(jié)構(gòu)和