甲醇?xì)饣に囋O(shè)計

甲醇?xì)饣に囋O(shè)計任務(wù)書專業(yè)化學(xué)工程與工藝班級化工1設(shè)計人孟德東一設(shè)計題目題目三年產(chǎn)120萬噸煤制甲醇?xì)饣に囋O(shè)計二設(shè)計條件1生產(chǎn)規(guī)模年產(chǎn)120萬噸甲醇，年開工日為330天，工作小時為24小時。2原料煤規(guī)格原料煤的元素分析為：C67.5%；H4.0%；O10.2%；N0.65%；S（可燃）1.73%；S（不可燃）0.34%；Cl/（mg/kg）229；F/（mg/kg）104；Na/（mg/kg）2180；K/（mg/kg）292。3產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及粗甲醇組成本產(chǎn)品（精甲醇）執(zhí)行國家《GB338—92》標(biāo)準(zhǔn)，具體指標(biāo)見下表表1甲醇《GB338—92》項目指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品色度（鉑—鈷），號≤510密度（200C），g/cm30.791～0.7920.791～0.793溫度范圍(0℃,101325Pa)，℃沸程（包括64.6±0.10C），℃≤0.81.01.5高錳酸鉀試驗，min≥503020水溶性試驗澄清水分含量，%≤0.100.15酸度（以HCOOH計），%≤或堿度（以NH3計），%≤0.00150.0030.0050.00020.00080.0015羰基化合物含量（以CH2O計），%≤0.0020.0050.01蒸發(fā)殘渣含量，%≤0.0010.0030.005表2粗甲醇組成組分百分比甲醇93.40%二甲醚0.42%高級醇（以異丁醇計）0.26%高級烷烴（以辛烷計）0.32%水5.6%粗甲醇100%年產(chǎn)83萬噸甲醇?xì)饣に囋O(shè)計1.總論1.1設(shè)計概況產(chǎn)品介紹煤氣化產(chǎn)物的有效組分是CO，H2和CH4。通過調(diào)節(jié)其各自比例后廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的不同部門，包括合成氣、城市煤氣、工業(yè)用燃?xì)?、?lián)合循環(huán)發(fā)電用燃?xì)饧耙苯鸸I(yè)還原氣等。如今，國內(nèi)外正在把煤化學(xué)發(fā)展成以煤炭氣化為基礎(chǔ)的碳化學(xué)工業(yè)，使煤化工由能源型逐漸轉(zhuǎn)向化工型。所以，煤氣化制合成氣(主要成分為CO+H2)將成為目前主要發(fā)展方向。合成氣又稱化工原料氣，其除了作為氣體燃料使用外，另一個重要用途是作為化工合成原料，已展現(xiàn)出廣闊的前景。由于合成氣化工和碳化學(xué)技術(shù)的開發(fā)和發(fā)展，煤氣化制取合成氣，進(jìn)而直接合成各種化工產(chǎn)品的工藝已成為現(xiàn)代煤化工的基礎(chǔ)。當(dāng)前國內(nèi)外進(jìn)行合成研究的重點包含以下三個方面：醇類：甲醇、乙醇、低碳混合醇、乙二醇；烴類：烷烴(CH4)、烯烴、芳烴(汽油、柴油)；酸類：醋酸。近來研究表明，大多數(shù)化工原料(烷烴，烯烴，芳烴等)均可以用合成氣直接合成，而其一次產(chǎn)物(如甲醇)又可進(jìn)一步合成更多不同產(chǎn)物。如下圖1所示。烴類烴類烯烴CO+H2（合成氣）甲烷NH3含氧化合物甲醇乙醇醋酸F－T油裂解催化劑羥基合成H2OH2/CO圖1－各種合成路線在醇類合成過程中，甲醇占據(jù)著重要的地位，它既是重要的化工原料，又是重要的二次能源。能直接用CO+H2合成的大部分產(chǎn)物，都可以通過甲醇間接制取，而且間接過程往往在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上更簡便，綜合考慮本裝置所生產(chǎn)的合成氣將被應(yīng)用于制取甲醇。在烴類合成中，甲烷合成作為從合成氣中脫出微量CO+CO2的手段已在合成氨等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，現(xiàn)階段大規(guī)模制取高濃度甲烷的工藝已在美國實現(xiàn)工業(yè)性生產(chǎn)。我國為了提高城市煤氣的熱值也正在開發(fā)低熱值部分甲烷化。液態(tài)烴的合成，即費－托合成工藝以合成氣為原料，烴類及其含氧化合物，是煤液化的主要方法之一。它是煤炭間接液化的基礎(chǔ)，其制取烯烴的直接液化過程目前還處于試驗階段，并不成熟。醋酸的合成通常采用CH4和CO的羥基化法，用Rh－I2作催化劑。在我國，目前合成氣用量最大的是化肥工業(yè)，尤其是中小合成氨廠幾乎均采用水煤氣工藝，由煤制合成氣作為合成氨原料。因而，無論從近期或遠(yuǎn)景來看，煤炭氣化制合成氣都在我國化工工業(yè)發(fā)展以及能源安全保障中發(fā)揮著不可估量的作用。簡要結(jié)論(1)產(chǎn)品市場前景良好，符合國家能源發(fā)展戰(zhàn)略和國家產(chǎn)業(yè)政策；工藝技術(shù)先進(jìn)、成熟、可靠，能耗低，安全、衛(wèi)生、環(huán)保等各項措施完善、符合國家標(biāo)準(zhǔn)；(2)從財務(wù)分析看，所得稅前內(nèi)部收益率14.68%，大于行業(yè)基準(zhǔn)收益率12%；(3)敏感性分析表明本項目有較好的抗風(fēng)險能力；(4)增加地區(qū)和國家稅收、擴(kuò)大就業(yè)崗位，拉動社會需求，促進(jìn)地區(qū)社會繁榮，社會效益良好，因此本項目是可行的。2.煤氣化工藝2.1煤氣化的應(yīng)用及重要性進(jìn)入21世紀(jì)，為了保護(hù)中國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，實施《京都議定書》減少燃煤對大氣的污染，必須大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)，煤炭氣化是最重要的應(yīng)用廣泛的潔凈煤技術(shù)，是發(fā)展現(xiàn)代煤化工最重要的單元技術(shù)，煤炭氣化可以生產(chǎn)工業(yè)燃料氣、民用燃料氣、化工合成原料氣、合成燃料油原料氣、氫燃料電池、煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、合成天然氣和火箭燃料等。煤氣化技術(shù)廣泛應(yīng)用于化工、冶金、機(jī)械和建材等重要工業(yè)部門和城市煤氣的生產(chǎn)，目前中國擁有各種類型的煤氣爐約有9000臺，其中化工行業(yè)煤氣化爐約有4000臺，以固定床氣化爐為主。多數(shù)中小化肥廠和少數(shù)大型化肥廠以煤炭(焦炭)為原料，通過煤氣化生產(chǎn)合成氨和甲醇，年耗原料煤4000多萬噸，合成氨產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的60%以上，為中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了充足的化肥。因此，煤氣化過去和今后在中國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活中，特別是對現(xiàn)代煤化工和潔凈煤技術(shù)的發(fā)展占有十分重要的地位，是實現(xiàn)中國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的主要技術(shù)手段之一。2.2煤氣化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢目前世界正在應(yīng)用和開發(fā)的煤氣化技術(shù)有數(shù)十種之多，氣化爐型也是多種多樣，最有發(fā)展前途的有10余種，所有煤氣化技術(shù)都有一個共同的特征，即氣化爐內(nèi)煤炭在高溫條件下與氣化劑反應(yīng)，使固體煤炭轉(zhuǎn)化為氣體燃料，剩下的含灰殘渣排出爐外。氣化劑為水蒸氣、純氧、空氣、CO2和H2。粗煤氣中主要成分有CO、CO2、H2、CH4、N2、H2O，還有少量硫化物、烴類和其他微量成分。各種煤氣的組成和熱值取決于煤的種類、氣化工藝、氣化壓力、氣化溫度和氣化劑組成。煤炭氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢(1)氣化壓力向高壓發(fā)展氣化壓力由常壓低壓(﹤1.0MPa)向高壓(2.0－8.5MPa)氣化發(fā)展，從而提高氣化效率、硫轉(zhuǎn)化率和氣化爐能力，實現(xiàn)氣化裝置大型化和能量高效利用，降低合成氣的壓縮能耗或?qū)崿F(xiàn)等壓合成(如甲醇低壓合成)降低生產(chǎn)成本。如Texaco氣化壓力可達(dá)6.5MPa－8.5MPa，Shell氣化壓力為2－4MPa。(2)氣化爐能力向大型化發(fā)展Texaco和Shell單臺氣化爐氣化煤量已達(dá)2000t/d以上，prenflo氣化爐單臺氣化煤量已達(dá)2600t/d。大型化便于實現(xiàn)自動控制和優(yōu)化操作、降低能耗和操作費用。(3)氣化溫度向高溫發(fā)展Texaco氣化溫度1400－1500℃，Shell氣化溫度高達(dá)1400－1700℃，流化床氣化溫度為1000(4)不斷開發(fā)新的氣化技術(shù)和新型氣化爐提高硫轉(zhuǎn)化率和煤氣質(zhì)量，降低建設(shè)投資。目前硫轉(zhuǎn)化率高達(dá)98%－99%，煤氣中含CO+H2達(dá)到80%－90%。(5)現(xiàn)代煤氣化技術(shù)與其他先進(jìn)技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用如與燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電組合的IGCC發(fā)電技術(shù)，高壓氣化(6.5MPa)與低壓合成甲醇、二甲醚技術(shù)聯(lián)合實現(xiàn)等壓合成，省去合成氣壓縮機(jī)，使生產(chǎn)過程簡化、總能耗降低。(6)煤氣化技術(shù)與先進(jìn)脫硫除塵技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)環(huán)境友好、減少污染。如在氣化爐內(nèi)加入脫硫劑(石灰石)，脫硫效率可達(dá)80%－90%。采用高效除塵器使煤氣中含塵降到1－2mg/m3以下?？傊冗M(jìn)的流化床、氣流床煤氣化技術(shù)目前已成功實現(xiàn)工業(yè)化和大型化，并不斷改進(jìn)和完善，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，是今后的主要發(fā)展方向。而固定床氣化技術(shù)特別是固定床間歇式氣化技術(shù)其氣化效率低、能耗高、污染大，隨著各氣化工藝的不斷發(fā)展將會被淘汰。國內(nèi)外煤氣化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展1.國內(nèi)煤氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢煤氣化技術(shù)在中國已有近百年的歷史，但仍然較落后和發(fā)展緩慢，就總體而言，中國煤氣化以傳統(tǒng)技術(shù)為主，工藝落后，環(huán)保設(shè)施不健全，煤炭利用效率低，污染嚴(yán)重。目前在國內(nèi)較為成熟的仍然只是常壓固定床氣化技術(shù)。它廣泛用于冶金、化工、建材、機(jī)械等工業(yè)行業(yè)和民用燃?xì)猓訳GI、水煤氣兩段爐、發(fā)生爐兩段爐等固定床氣化技術(shù)為主。常壓固定床氣化技術(shù)的優(yōu)點是操作簡單，投資?。坏夹g(shù)落后，能力和效率低，污染重，急需技術(shù)改造。如不改變現(xiàn)狀，將影響經(jīng)濟(jì)、能源和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。近40年來，在國家的支持下，中國在研究與開發(fā)、消化引進(jìn)技術(shù)方面進(jìn)行了大量工作。我國先后從國外引進(jìn)的煤氣化技術(shù)多種多樣。通過對煤氣化引進(jìn)技術(shù)的消化吸收，尤其是通過國家重點科技攻關(guān)，對引進(jìn)裝置進(jìn)行技術(shù)改造并使之國產(chǎn)化，使我國煤氣化技術(shù)的研究開發(fā)取得了重要進(jìn)展。50年代末到70年代進(jìn)行了仿K-T氣化技術(shù)研究與開發(fā)；70年代中科院山西煤化所開發(fā)了灰熔聚流化床煤氣化工藝并取得了專利；“九五”期間華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠、中國天辰化學(xué)工程公司承擔(dān)了國家重點科技攻關(guān)項目“新型(多噴嘴對置)水煤漿氣化爐開發(fā)”(22噸煤/天裝置)，中試裝置的結(jié)果表明：有效氣成分約83%，比相同條件下的Texaco生產(chǎn)裝置高1.5～2個百分點；碳轉(zhuǎn)化率>98%，比Texaco高2～3個百分點；比煤耗、比氧耗均比Texaco降低7%?！笆濉逼陂g多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)已進(jìn)入商業(yè)示范階段?！靶滦退簼{氣化技術(shù)”獲“十五”國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)立項，由兗礦集團(tuán)、華東理工大學(xué)承擔(dān)，在兗礦魯南化肥廠建設(shè)多噴嘴對置式水煤漿氣化爐及配套工程，利用兩臺日處理1150噸煤多噴嘴對置式水煤漿氣化爐(4.0MPa)配套生產(chǎn)24萬噸甲醇、聯(lián)產(chǎn)71.8MW發(fā)電，總投資為16億元。2國內(nèi)煤氣化技術(shù)簡介煤氣化是發(fā)展新型煤化工的重要單元技術(shù)，煤-電-化工聯(lián)產(chǎn)是發(fā)展的重要方向。研究表明，煤氣化技術(shù)在單元工藝，中間產(chǎn)物，目標(biāo)產(chǎn)品等方面有很大的互補(bǔ)性。將不同的工藝進(jìn)行優(yōu)化組合實現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)，并于尾氣發(fā)電，廢渣利用等形成綜合聯(lián)產(chǎn)，達(dá)到資源能源綜合利用的目的，能有效地減少工程建設(shè)投資，降低生產(chǎn)成本，減少污染物或廢物排放。3.國外煤氣化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢間歇固定床氣化爐(UGI)固定床氣化UGI爐：世界上第一臺氣化爐是德國于1882年設(shè)計的規(guī)范為200t/d的煤氣發(fā)生爐，1913年在德國OPPAU建設(shè)第一套用炭制半水煤氣的常壓固定層造氣爐，能力為300t/d，這種爐與后來演變成UGI爐。主要特點：以塊狀無煙煤或焦炭為原料，以空氣和水蒸氣為氣化劑，在常壓下生產(chǎn)合成原料氣和燃料氣。該技術(shù)是20世紀(jì)30年代開發(fā)成功的，設(shè)備容易制造、操作簡單、投資少。但在日益重視規(guī)?；?、環(huán)境保護(hù)和能源利用率的今天，其設(shè)備能力低、三廢量大以及必須使用無煙塊煤等缺點變得日益突出。Lurgi加壓氣化爐Lurgi加壓氣化爐：該技術(shù)是20世紀(jì)30年代由聯(lián)邦德國魯奇公司開發(fā)，是目前世界上建廠數(shù)量最多的煤氣化技術(shù)，主要用于生產(chǎn)城市煤氣和合成原料氣。德國Lurgi加壓氣化爐壓力位，氣化反應(yīng)溫度800-900℃，固態(tài)排渣，以小塊煤原料、蒸汽-氧連續(xù)送風(fēng)制取中熱值煤氣。產(chǎn)品煤氣經(jīng)熱回收和除油，含有約10%~12%的甲烷和不飽和烴，適宜作城市煤氣，粗煤氣經(jīng)烴類分離和蒸汽轉(zhuǎn)化后可作合成氣。主要特點：固態(tài)排渣，適宜弱黏結(jié)性碎煤（5-50mm）；生產(chǎn)能力大；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，爐內(nèi)設(shè)有破黏和煤分布器、爐箅等轉(zhuǎn)動設(shè)備，制造和維修費用大；入爐煤必須為塊煤，原料來源受限制；出爐煤氣中含焦油、酚等，污水處理和煤氣凈化工藝復(fù)雜、流程長、設(shè)備多，爐渣含碳5%左右。魯奇改進(jìn)（BGL）氣化爐固定床氣化BGL爐：由魯奇公司和英國煤氣公司聯(lián)合開發(fā)，將固體燃料全部氣化產(chǎn)生燃料氣和合成氣。其工作壓力為，氣化溫度在1400-1600℃，超過了灰渣流動溫度，灰渣呈液態(tài)形式排出。主要特點：與傳統(tǒng)Lurgi爐相比，BGL爐結(jié)構(gòu)簡單，取消了轉(zhuǎn)動爐箅，氣化強(qiáng)度高，生產(chǎn)能力大，水蒸氣耗量低，煤氣熱值提高，煤種適應(yīng)性增強(qiáng)，碳轉(zhuǎn)化率、氣化效率和熱效率均有提高，對環(huán)境的污染也減少，在當(dāng)時受到了更廣泛的重視。流化床氣化流化床煤氣化又稱為沸騰床氣化。其以小顆粒煤為氣化原料。這些細(xì)煤在自下而上的氣化劑作用下，保持著連續(xù)不斷和無次序的沸騰和懸浮狀態(tài)運動，迅速地進(jìn)行著混合和熱交換，其結(jié)果導(dǎo)致整個床層溫度組成的均一。高溫溫克勒氣化爐（HTW）溫克勒氣化爐是最早工業(yè)化的流化床氣化爐，主要特性：①單爐生產(chǎn)能力可以達(dá)到47000m3/h，較常壓移動床氣化爐要高得多；②對原煤要求不需篩分，備煤系統(tǒng)簡單；③操作溫度低，無運動部件、操作維修簡單，運轉(zhuǎn)可靠性高；④氣化操作溫度低，帶出物和灰渣中含碳量較高，因而碳利用率不高，至今只有少數(shù)爐子在運行。U-Gas氣化爐U-Gas氣化爐是應(yīng)用灰團(tuán)聚的原理，來進(jìn)行反應(yīng)和排灰的。在這種氣化爐內(nèi)，允許灰成分中熔點較低的部分先熔化，黏結(jié)其他為熔化的灰，并形成團(tuán)聚。這種工藝的優(yōu)點是不需要熔化所有的灰，對灰渣的流動性要求不高。這種氣化爐的灰渣比純干式排灰的灰渣對環(huán)境的污染小。Kellogg-RustWestinghouse(KRW)氣化爐KRW也是采用灰團(tuán)聚的流化床氣化爐，其運行狀況與UGas系統(tǒng)非常相似。二者主要的差別在于底部排灰方式不同。在KRW氣化爐中，煤，氧氣（或空氣）一起從底部通過一個噴嘴噴入反應(yīng)器。煤的裂解和燃燒發(fā)生在底部噴嘴的附近。產(chǎn)生的熱量迅速傳到整個床層。主要特點：對原煤的適應(yīng)性寬廣，碳效率高、環(huán)境影響小，爐內(nèi)無運轉(zhuǎn)部件，操作簡便、穩(wěn)定，操作彈性大。氣流床氣化氣流床氣化是一支并流式氣化。氣化劑（氧和蒸汽）將煤粉（70%以上的煤粉通過200目篩）夾帶入氣化爐。也可將煤粉制成煤漿，用泵送入氣化爐。在氣化爐內(nèi)，煤炭細(xì)粉粒與氣化劑經(jīng)特殊噴嘴進(jìn)入反應(yīng)室，會在瞬間著火，直接發(fā)生火焰反應(yīng)，同時處于不充分的氧化條件下。因此，其熱解、燃燒以及吸熱的氣化反應(yīng)，幾乎是同時發(fā)生的。順氣流的運動，未反應(yīng)的氣化劑、熱解揮發(fā)物及燃燒產(chǎn)物裹挾著煤焦粒子高速運動，運動過程中進(jìn)行著煤焦顆粒的氣化反應(yīng)。這種運動形態(tài)，相當(dāng)于流化技術(shù)領(lǐng)域里對固體顆粒的“氣流輸送”，習(xí)慣上稱為“氣流床氣化”。常壓K-T爐常壓K-T爐：K-T煤氣化工藝是最早工業(yè)化的常壓氣流床煤氣化方法，第一臺工業(yè)化K-T爐于1949年建在法國。據(jù)悉以前在西方以煤為原料生產(chǎn)合成氨，有90%用K-T爐生產(chǎn)原料氣。優(yōu)點：煤氣中CO和H2產(chǎn)氣相當(dāng)高，達(dá)90%，產(chǎn)物中無焦油、酚及烴類，甲烷含量甚低，生產(chǎn)靈活性大，可在較短時間開爐、停爐或改變生產(chǎn)負(fù)荷。缺點：氧耗高，常壓下操作，低活性煤較難達(dá)到高轉(zhuǎn)化率，同時也帶來許多經(jīng)濟(jì)上和操作上的問題。4.國外煤氣化技術(shù)簡介（1）Texaco（德士古）氣化爐：德士古氣化工藝是20世紀(jì)80年代煤氣化的最新工藝之一,它是由美國德士古公司開發(fā)的以水煤漿為原料、液態(tài)排渣氣流床加壓氣化技術(shù)。原料煤與水、添加劑、石灰石等經(jīng)磨機(jī)研磨制成濃度為60%～70%的水煤漿,由煤漿泵加壓后與高壓氧氣一起經(jīng)燒嘴混合后,呈霧狀噴入氣化爐燃燒室發(fā)生氣化反應(yīng)。通過調(diào)節(jié)氧和煤漿的比例,使?fàn)t內(nèi)氣化溫度高于煤灰流動溫度(FT)。GSP氣化爐GSP氣化法，是下噴式加壓氣流床液態(tài)排渣氣化爐，操作壓力，用粉煤、氧氣鼓風(fēng)，其結(jié)構(gòu)及工作原理與德士古氣化爐相類似。粉煤的氣化在以氧氣和蒸汽為氣化劑的火焰反應(yīng)中進(jìn)行。物料在爐內(nèi)的平均停留時間約10s，氣化火焰溫度約在1800-2200℃。反應(yīng)室中有水冷壁，在耐火層表面會結(jié)一層凝固渣層，最后形成流動渣膜，對耐火層起保護(hù)作用。特點：產(chǎn)品煤氣高氫、高一氧化碳、低甲烷可在多種行業(yè)用作燃料氣、合成氣或制氫；工藝技術(shù)簡單，整個氣化過程沒有冷凝產(chǎn)物；反應(yīng)速率高，氣化裝置生產(chǎn)能力大；燒嘴和水冷壁的使用壽命較長；氣化原料適應(yīng)范圍廣；能夠獲得較高氣化效率和碳轉(zhuǎn)化率；氣化爐操作彈性大，負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活。（2）Shell氣化Shell氣化爐為立式圓筒形氣化爐，爐膛周圍安裝有由沸水冷卻管組成的膜式水冷壁，其內(nèi)壁襯有耐熱涂層，氣化時熔融灰渣在水冷壁內(nèi)壁涂層上形成液膜，沿壁順流而下進(jìn)行分離，采用以渣改渣的防腐辦法，基本解決了高溫耐火材料損壞嚴(yán)重和檢修頻繁的難題。水冷壁與筒體外殼之間留有環(huán)形空間，便于輸入集水管和輸出集汽管的布置，便于水冷壁的檢查和維修；環(huán)形空間內(nèi)充滿溫度為250-300℃的有壓合成氣。Shell煤氣化工藝從示范裝置到大型工業(yè)化裝置均采用廢鍋流程。原料煤經(jīng)破碎、干燥后進(jìn)入磨煤機(jī)中被磨成粒度90%能通過170目篩孔的煤粉,用氮氣把煤粉從常壓煤粉倉送到加壓煤粉倉,再以較高的固氣比將煤粉送至氣化爐四個噴嘴,煤粉在噴嘴里與來自空分并預(yù)熱的氧氣(95%純度)混合后與蒸汽一起進(jìn)入氣化爐。由對稱布置的四個燃燒器噴入的煤粉、氧氣和蒸汽的混合物在爐內(nèi)迅速發(fā)生氣化反應(yīng),反應(yīng)溫度在1400℃～1700℃。2.3煤氣化基本原理煤氣化，從狹義來說，即原料煤在煤氣發(fā)生爐中，在高溫條件下，與氣化劑(空氣、氧氣、水蒸汽、二氧化碳或是它們的混合物)作用產(chǎn)生煤氣的過程。從廣義上來說，是煤由固態(tài)形式轉(zhuǎn)化為氣態(tài)產(chǎn)物的過程，也就是從煤轉(zhuǎn)化成煤氣的過程。煤氣化的本質(zhì)煤質(zhì)大分子子活性的不穩(wěn)定的碳氧化煤焦煤質(zhì)大分子子活性的不穩(wěn)定的碳氧化煤焦焦炭焦化氣態(tài)物（CO、H2、CH4）氣化劑揮發(fā)分氣化劑氣化劑圖2：煤氣化的本質(zhì)煤氣化的主要反應(yīng)(1)碳的氧化反應(yīng)：(2)碳的部分氧化反應(yīng)：(3)二氧化碳的還原反應(yīng)：(4)水蒸汽分解反應(yīng)：(5)一氧化碳變換反應(yīng)：(6)碳的加氫反應(yīng)：(7)甲烷化反應(yīng)：2.3.3煤氣化影響因素A溫度對于化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速度來說，溫度是一個非常敏感的因素，在氣流床氣化爐中，提高爐內(nèi)溫度提高，一方面使氣化反應(yīng)的速度常數(shù)增大，反應(yīng)速度加快，有利于碳在瞬間完全氧化；另一方面，溫度影響吸熱反應(yīng)平衡，使水蒸汽的分解反應(yīng)平衡朝著有利于生成一氧化碳和氫氣的方向移動，因而在煤氣中一氧化碳和氫氣的含量增加，意味著合成氣質(zhì)量的提高，所以一般情況下需維持較高的反應(yīng)溫度。但是，爐溫的提高也受其它條件的制約。通常在高溫狀態(tài)下進(jìn)行的反應(yīng)，必須要考慮到氣化爐的耐火材料、液渣能否順利排放以及高溫煤氣的廢熱回收等問題。通?；げ僮髦型ㄟ^改變煤氣化和蒸汽煤比來調(diào)節(jié)氣化爐溫度。B氧煤比在水煤漿氣化中，氧煤比是最重要的反應(yīng)條件，而氧耗又是重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，故氧煤比的調(diào)節(jié)是控制氣化過程的主要手段之一。從水煤漿氣化部分氧化的化學(xué)方程可知：氧的理論用量應(yīng)該與氧原子數(shù)與煤中的碳原子數(shù)相等。此時，煤漿中的碳通過部分氧化反應(yīng)完全轉(zhuǎn)化為一氧化碳；但如果氧的用量超過了這個比值，則一部分碳將被完全氧化，生成二氧化碳。因此，按原子數(shù)計算，氧與碳之比最高不能超過1。氧煤比對氣化過程同時存在兩方面的影響：一方面，氧煤比的增加使燃燒反應(yīng)放出的熱量增加，爐溫相對提高，有利于二氧化碳還原反應(yīng)和水蒸汽分解反應(yīng)的進(jìn)行，增加了煤氣中的有效成分，提高了碳的轉(zhuǎn)化率；另一方面，氧煤比的增加，燃燒反應(yīng)所生成的二氧化碳和水蒸汽量也增加，從而增加了煤氣中的無用成分?？紤]到上述兩方面的因素，在它條件一定的情況下，氧煤比存在一個最佳值，此時，可以到最佳的氣化結(jié)果。C蒸汽煤比在氣化劑中加入適量的水蒸汽可增加煤氣中氫的含量，降低氧耗，并能控制爐膛的溫度。但是，蒸汽煤比也不能過高，因為爐溫的降低將不利于氣化反應(yīng)的進(jìn)行。因此，水蒸汽的加入量與煤漿濃度以及生成氣的組成要求有關(guān)。D反應(yīng)壓力水煤漿氣化爐已是近年來世界各國研究煤氣化中普遍使用的方法。在高壓下，生產(chǎn)能力提高，氣相分壓增大，氣化反應(yīng)加快，停留時間延長，則使碳的轉(zhuǎn)化率提高。E煤漿濃度煤漿濃度高，黏度小，氣化效率高，產(chǎn)率高，利于氣化。因此，制漿過程中會配一定量的添加劑來改善煤漿濃度到最佳氣化要求。2.4氣化工藝選擇煤氣化方法的分類煤氣化無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有多種分類方法：①按氣化爐傳熱方式可分為外熱式(間接傳熱)和內(nèi)熱式(直接傳熱)兩類。②按煤氣熱值可分為低熱值煤氣(<8340kJ/m)，中熱值煤氣(16000－33000kJ/m)和高熱值煤氣(>33000kJ/m)三類。③按煤與氣化劑在氣化爐內(nèi)運動狀態(tài)可分為移動床(固定床)流化床(沸騰床)氣流床和熔融氣化方法。④按氣化爐壓力、氣化爐排渣方式、氣化劑種類、氣化爐進(jìn)煤粒度和氣化過程是否連續(xù)等進(jìn)行分類的。按照固定床、流化床、氣流床進(jìn)行分類不同氣化爐型技術(shù)比較分別列于表1、表2和表3。表1－固定床氣化不同方法的比較氣化方法爐型氣化爐直徑/mm煤種氧氣含量/%氣化壓力/MPa粗煤氣組成/%COH2CO2O2N2間歇氣化UGIφ3000焦炭21.8常壓32.438.57.10.321.4氣化方法空氣富氧純氧發(fā)生爐改良UGILurgi爐φ3000φ3000φ3000無煙煤焦炭焦炭21.8約50》95常壓常壓2.0~3.025.937.818.515.329.439.06.714.031.10.10.10.551.218.22.4間歇氣化煤氣熱值/(KJ/m3)冷煤氣效率/%氣化強(qiáng)度/m3/(m2.h)產(chǎn)氣率/(m3/kg)φ(CO+H2)含量/%氧耗/m3/m3/(CO+H2)煤耗/Kg/m3(CO+H2)蒸汽耗/Kg/m3(CO+H2)間歇氣化834775.010602.0870.900.6000.905空氣富氧純氧5208812295781.080.082.012502290》30003.542.712.6341.267.057.000.2140.3260.6860.5420.6770.3500.5191.346表2－流化床氣化爐技術(shù)指標(biāo)項目HTW爐U－gas型爐灰熔聚流化床氣化爐規(guī)格爐膛內(nèi)徑/mφ2.2－φ3.7φ1.2－φ2.6φ2.4－φ3.0氣化爐總高/m16－2315.3－18.515－18原料煤種褐煤、次煙煤褐煤、木屑煙煤，焦炭入爐煤粒度/mm0－100－60－8入爐煤含水量/％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))＜12＜3＜3氣化爐進(jìn)煤量/(t·d)168－284120－260120－216氣化條件氣化壓力/kPa1.0－3.00.22－2.70.03－0.05氣化溫度/℃950－1050950－1050950－1100爐頂溫度/℃900－950900－980950－1000入爐蒸汽溫度/℃250－300250－285280－310消耗定額氧氣消耗率/[m3(標(biāo)).kg(煤)]0.4860.6－0.70.47－0.54空氣消耗率/[m3(標(biāo))?kg(煤)]2.8－3.12.80－2.902.0－2.5蒸汽消耗率/[kg?kg(煤)]0.520.45－0.720.6－0.8粗煤氣產(chǎn)率(標(biāo)態(tài))/[m3.t(煤)]1600－18504680－49702200－2400干煤氣組成H2/％(體積分?jǐn)?shù))32－3415－1638－39CO/％(體積分?jǐn)?shù))36－3820－2131－32CO2/％(體積分?jǐn)?shù))9.0－10.08－921－22CH4/％(體積分?jǐn)?shù))2.0－2.20.8－1.51.8－2.1O2/％(體積分?jǐn)?shù))0.2－0.30.2－0.30.2－0.4N2/％(體積分?jǐn)?shù))0.6－1.35.6－5.74.0－4.6煤氣低熱值(標(biāo)態(tài))/(MJ·m)8.3－8.55.2－5.45.4－5.6表3－氣流床氣化爐技術(shù)指標(biāo)項目Texaco爐Shell爐K－T氣化爐規(guī)格爐膛內(nèi)徑/mφ1.67－φ3.048φ4.5φ2.0－φ3.50氣化爐總高/m14.27－18.2515.3－18.515－18原料煤種低灰熔點煙煤煙煤煙煤入爐煤粒度/mm＜0.076占70％＜0.15占90％＜0.076占80％入爐煤含水量/％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))500－2000＜2.0＜2.0氣化爐進(jìn)煤量/(t·d)168－284400－2000430－860氣化條件氣化壓力/kpa3.8－6.52.0－4.00.03－0.05氣化溫度/℃1400－15001400－17001500－1600入爐蒸汽溫度/℃不加蒸汽250250－260加煤方式水煤漿干煤粉干煤粉消耗定額氧氣消耗率/[m3(標(biāo)).kg(煤)]0.62－0.650.56－0.570.60－0.65蒸汽消耗率/[kg?kg(煤)]00.13－0.150.4－0.5粗煤氣產(chǎn)率(標(biāo)態(tài))/[m3.t(煤)]1.9－2.11.7－1.861.75－1.80干煤氣組成H2/％(體積分?jǐn)?shù))35－3626－2826.5－27.5CO/％(體積分?jǐn)?shù))45－4661－6363－65CO2/％(體積分?jǐn)?shù))1.7－1.81.8－3.81.5－2.0CH4/％(體積分?jǐn)?shù))0.02－0.030.01－0.02約0.1CO+H2％(體積分?jǐn)?shù))80－8289－9289.5－93.0N2+Ar/％(體積分?jǐn)?shù))0.6－1.30.7－0.84.3－5.4O2/％(體積分?jǐn)?shù))0.1－0.20.1煤氣低熱值(標(biāo)態(tài))/(MJ·m)9.6－9.7210.5－11.011－122.4.2氣化工藝選擇德士古水煤漿氣化工藝德士古水煤漿工藝具有以下特點：（1）煤種適應(yīng)性廣德士古水煤漿氣化在理論上可以廣泛利用各種煤種,包括高水份、高灰份、高硫份、高粘結(jié)性的煤。國內(nèi)實際生產(chǎn)中主要以煙煤為主,對煤的活性沒有嚴(yán)格要求,但對煤的灰熔點有一定要求。（2）生產(chǎn)的連續(xù)性德士古水煤漿氣化工藝采用連續(xù)進(jìn)料、液態(tài)排渣,在排渣時不影響氣化爐運行,克服了固定層氣化方法間歇性排渣的缺點,提高了生產(chǎn)的連續(xù)性。（3）降低了氣體壓縮功耗德士古水煤漿氣化工藝采用加壓氣化,煤漿的壓力由煤漿泵提供。氧氣壓力由液氧泵提供，視后工序生產(chǎn)壓力,一般其壓力等級分為2.7MPa、4.0MPa、6.5MPa、8.5MPa等,因此，氣化后的氣體壓力較高，可以省去了后工序氣體壓縮所需的大量功耗。（4）氣化強(qiáng)度高氣化爐結(jié)構(gòu)簡單，氣化強(qiáng)度高，設(shè)備體積小，布置緊湊，生產(chǎn)能力大。例如1臺直徑3200mm的氣化爐，在4.0Mpa壓力下進(jìn)行,可以日產(chǎn)合成氨760噸。（5）熱量回收利用德士古水煤漿氣化在高溫(1400℃左右)、高壓(2.0～8.5MPa)下進(jìn)行生產(chǎn),采用激冷流程或廢熱鍋爐的方式回收熱量。由于溫度、壓力較高,其回收的熱量具有較高的利用價值,可以副產(chǎn)不同壓力等級的蒸汽以及用于聯(lián)合發(fā)電等。激冷流程一般適用于合成氨和甲醇的生產(chǎn),廢熱廢鍋流程一般用于聯(lián)合發(fā)電和合成油。（6）有利于環(huán)境保護(hù)由于德士古煤氣化工藝是在高溫下進(jìn)行,產(chǎn)品氣中不含有焦油、酚等大分子烴類,廢水中主要是含氰化合物,遠(yuǎn)比其他方法生產(chǎn)的廢水易于處理。同時氣化系統(tǒng)的水在內(nèi)部循環(huán)使用,外排量很少。并且可以將難于處理的工業(yè)廢水(如含酚廢水)用于水煤漿的配制,大大減輕了對環(huán)境的污染。氣化排出的廢渣可用于建筑材料(如水泥熟料)的生產(chǎn)。（7）控制系統(tǒng)先進(jìn)、可靠德士古水煤漿氣化工藝采用了先進(jìn)的DCS集散控制系統(tǒng),自動化程度高。為了使裝置運行安全可靠,系統(tǒng)中設(shè)置了復(fù)雜的安全聯(lián)鎖。（8）一次性投資較小由于德士古煤氣化工藝專利權(quán)屬于德士古公司所有,并且重要的設(shè)備、閥門、儀表需從國外引進(jìn),專利費比較高。目前該裝置的國產(chǎn)化程度比較高，裝置建設(shè)投資數(shù)額不大。shell生產(chǎn)工藝殼牌(Shell)干煤粉氣化工藝是殼牌(Shell)公司開發(fā)的煤粉氣化工藝，具有鮮明的技術(shù)特色，是當(dāng)前先進(jìn)的第二代煤氣化工藝。早在1972年就開始基礎(chǔ)研究，1978年德國漢堡殼牌150t/d投煤量中試裝置運行幾年并取得豐富的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。1987年在美國休斯頓建設(shè)了一套投煤量250t/d的示范裝置，在此示范裝置中殼牌公司使用了十幾種煤，包括煙煤、無煙煤、褐煤、石油焦等，其運行表明，該示范裝置能適應(yīng)上述所有煤種并累計運行了15000小時。在取得大量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，于1993年在荷蘭建成日處理煤量為2000噸的單系列大型氣化裝置，1994年首次將生產(chǎn)的煤氣用于發(fā)電，并且使用了多種世界各地煤種，取得了豐富的數(shù)據(jù)。該煤氣化裝置用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電經(jīng)過3年示范運行，已于1998年1月正式交付用戶使用，氣化裝置連續(xù)運轉(zhuǎn)率達(dá)95％，其負(fù)荷可在40－100％之間調(diào)整，生產(chǎn)操作數(shù)據(jù)表明已達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。殼牌粉煤氣化工藝具有如下特點：A采用干煤粉作氣化原料，煤粉用惰性氣輸送，操作十分安全。對煤種的適應(yīng)性比較廣泛，從較差的褐煤、次煙煤、煙煤到石油焦均可使用；對煤的灰熔點適應(yīng)范圍比其它氣化工藝更寬，即使是高灰分、高水分、高硫的煤種也能使用。B氣化溫度高，一般在1400－1600℃，碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%，合成氣質(zhì)量好。煤氣中甲烷含量極少，不含重?zé)N組分，CO+H2含量可達(dá)到含量可90%C氧耗低。采用干煤粉進(jìn)料與水煤漿進(jìn)料氣化法相比不需在爐內(nèi)蒸發(fā)水分，氧氣用量因而可減少15－25%，從而降低了生產(chǎn)成本。配套空分裝置規(guī)模相對縮小，投資也可相應(yīng)降低。D氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，無耐火磚襯里。水冷壁設(shè)計壽命按25年考慮。正常使用維護(hù)量很小，運行周期長，也無需設(shè)置備用爐。商業(yè)化運行單臺爐日處理煤量已達(dá)2000噸，目前，正在設(shè)計更大規(guī)模的裝置。E每臺氣化爐設(shè)有4－6個燒嘴，故對生產(chǎn)負(fù)荷調(diào)節(jié)比Texaco單個燒嘴更為靈活，范圍也更寬。Shell燒嘴保證壽命為8000小時，已超過連續(xù)16000小時運行。燒嘴的使用壽命長，也是氣化裝置能長期運行的一個重要保證。F熱效率高。Shell煤氣化的冷煤氣效率達(dá)到78－83%，其余－15%副產(chǎn)高壓或中壓蒸汽，總的原料煤的熱效率達(dá)98%，處于很高水平。G對環(huán)境影響小。氣化過程無廢氣排放。系統(tǒng)排出的融渣和飛灰含碳低，可作為水泥等建筑材料，堆放時也無污染物滲出。氣化污水不含焦油、酚等，容易處理，需要時可作到零排放。熔融床氣化工藝熔融床氣化爐是一種氣-液-固三相反應(yīng)的氣化爐，燃料和氣化劑并流進(jìn)入爐內(nèi)，煤在熔融的渣，金屬與鹽浴中直接接觸氣化劑而氣化，生成的煤氣由爐頂?shù)莱觯以鼊t以液態(tài)和熔融物一起溢流出氣化床。爐內(nèi)溫度很高，燃料一進(jìn)入床內(nèi)便迅速被加熱氣化，因而沒有焦油類物質(zhì)生成。熔融床不同于移動床，沸騰床和氣流床，對煤的粒度沒有過分的要求，大部分熔融床氣化爐適應(yīng)磨得很粗的煤，也包括煤粉。熔融床也可以適應(yīng)強(qiáng)粘結(jié)性煤，高灰煤和高硫煤。熔融床的缺點是熱損失大，熔融物對環(huán)境污染嚴(yán)重，高溫熔鐵鹽對爐體造成嚴(yán)重腐蝕。魯奇加壓氣化爐工藝（1）原料選擇加壓氣化所應(yīng)的煤種有無煙煤、煙煤、褐煤等。煤的活性高，能在較低的溫度下操作，降低氧耗，并能提高氣化強(qiáng)度和煤氣質(zhì)量，因此煤的活性越高越好，加壓氣化也可以采用弱黏結(jié)性煤種，爐內(nèi)需設(shè)攪拌破黏裝置，依靠漿葉的轉(zhuǎn)動，將結(jié)塊打碎。（2）生產(chǎn)過程控制氣化爐的生產(chǎn)能力高，以水分含量為20%-25%的褐煤為原料，氣化爐的氣化強(qiáng)度在2500kg/(m2.h)左右，比一般的常壓氣化強(qiáng)度高4-6倍，所產(chǎn)煤氣的壓力高，可以縮小設(shè)備和管道尺寸。（3）氣化產(chǎn)物壓力高的煤氣易于凈化處理，副產(chǎn)品的回收率高，通過改變氣化壓力和氣化劑的汽氧比等條件，以及對煤凈化處理后，幾乎可以制的各種比例（H2/CO）的化工合成原料氣。（4）煤氣輸送可以降低動力消耗，便于遠(yuǎn)距離輸送。各種氣化工藝的比較Texaco水煤漿氣化技術(shù)、Shell煤氣化技術(shù)、熔融床氣化工藝、魯奇加壓氣化爐成分及工藝比較分別見下表：表1-1四種煤氣工藝水煤氣的成分含量成分德士古Shell熔融床魯奇加壓H235.126.734.838CO45.563.326.021.5CO217.11.510.328.5CH40.10.15.811.2H2S+COS1.11.70.50.7N20.74.10.39073Ar0.61.10.2表1-2四種煤氣化工藝比較項目德士古Shell熔融床魯奇加壓灰熔點/oC小于1300小于1450大于14001600-1700水分/％小于8小于8（褐煤）小于2（煙煤）小于20小于154灰分/％小于13小于13灰分無限制小于40操作壓力/MPa操作溫度/oC1350-14001400-17001100-1300900-1000排灰方式液態(tài)液態(tài)固態(tài)固態(tài)碳的轉(zhuǎn)化率/％98-99大于989888-95原料準(zhǔn)備復(fù)雜，費用高復(fù)雜，費用高簡單，費用低簡單，費用低煤氣水處理較簡單簡單量大，復(fù)雜量大，復(fù)雜以上比較可以看出，Shell工藝在運行周期、單爐產(chǎn)能、變負(fù)荷能力、碳的轉(zhuǎn)化率和有效氣(CO+H2)含量等方面優(yōu)勢明顯，而且在環(huán)保和資源綜合利用方面也具有優(yōu)勢，有較好的技術(shù)發(fā)展前景，但該技術(shù)設(shè)備投資較大。中國石化集團(tuán)公司和殼牌公司合作，已投資136億美元在岳陽洞庭化肥廠建設(shè)日耗煤2000t的煤氣化廠，以煤代油生產(chǎn)合成氨300kt/a。目前還有多家采用Shell粉煤氣化工藝造氣用于生產(chǎn)合成氨的裝置正在建設(shè)中。魯奇加壓氣化工藝在國內(nèi)合成氨生產(chǎn)中已有多套工業(yè)化裝置，技術(shù)成熟，運行可靠，國產(chǎn)化率高。但Lurgi煤氣化工藝明顯存在許多缺陷，導(dǎo)致合成工藝流程復(fù)雜，廢水處理困難，環(huán)境污染嚴(yán)重。Texaco工藝在我國已有近10年的成功應(yīng)用經(jīng)驗。水煤漿是一種由水、煤、添加劑混合制備而成的新型煤基流體環(huán)保燃料，流動性好、儲存穩(wěn)定、運輸方便，既保留了煤的燃燒特性，又具備了類似重油的液態(tài)燃燒特點，燃燒效率高，污染物排放低，2t水煤漿可以替代1t燃油。［8］相比之下，Texaco工藝具有明顯的優(yōu)勢，而且水冷激流程特別適合與合成氨、甲醇生產(chǎn)工藝相匹配。若將我國每年燒掉的30000kt重油全改為水煤漿，其意義將是深遠(yuǎn)的。有關(guān)資料表明，我國每年的原油產(chǎn)量在1.6億t左右，2004年中國石油進(jìn)口達(dá)1億t。因此，Texaco水煤漿氣化技術(shù)是目前合成氨、甲醇生產(chǎn)廠家的優(yōu)選工藝，將成為緩解我國石油供需矛盾和減少常規(guī)污染的主要途徑。3.工藝流程簡述3.1工藝流程說明3.1.1煤漿制備及輸送工段來自原料貯運系統(tǒng)的粒度為10mm以下的碎煤，連續(xù)送入煤倉V1101，在煤倉中儲存可供4小時的用量。煤倉中的煤經(jīng)煤稱量給料機(jī)W1101計量后送入磨煤機(jī)M1101。磨煤機(jī)M1101中還加入添加劑，以穩(wěn)定煤漿，降低煤漿粘度。從界區(qū)外運來的添加劑（主要是造紙廢液，含木質(zhì)素磺酸鈉）由軟管注入到添加劑地下槽V1207，再由添加劑地下槽泵P1202送到添加劑槽V1202中儲存，添加劑槽V1202底部設(shè)有蒸汽盤管。添加劑槽中的添加劑經(jīng)添加劑給料泵P1203計量后送入磨煤機(jī)M1101。制漿用水為渣水處理工序的冷凝液和濾液。來自渣水處理工段濾液受槽V1416的濾液經(jīng)濾液泵P1409由調(diào)節(jié)閥FV1101進(jìn)行流量調(diào)節(jié)后送入磨煤機(jī)M1101。氣化爐未開車時，磨煤機(jī)M1101的工藝水由新鮮水補(bǔ)充。煤﹑添加劑﹑工藝水按比例在磨煤機(jī)M1101中濕磨至所要求的粒度分布﹑濃度約為58～62％(WT)的水煤漿后從磨煤機(jī)M1101出口溢出，溢流出的煤漿經(jīng)滾筒篩S1101濾去3mm以上的大顆粒，煤漿依靠重力自流至磨煤機(jī)出料槽V1102，由磨煤機(jī)出料槽泵P1101送至煤漿槽V1201儲存，再由煤漿給料泵P1201送往氣化工序。為防止煤漿在儲存過程中發(fā)生沉淀，在磨煤機(jī)出料槽V1102、煤漿槽V1201頂部分別安裝有攪拌器X1101﹑X1201進(jìn)行攪拌。同時，在開﹑停車時為防止煤漿管線堵塞，還設(shè)置了沖洗水系統(tǒng)：來自管網(wǎng)的新鮮水送到?jīng)_洗水槽V1103后由沖洗水泵P1102分配到磨煤機(jī)區(qū)域﹑煤漿槽區(qū)域﹑氣化框架﹑渣水處理等四個區(qū)域，沖洗時用軟管連接。磨煤單元的排放﹑沖洗﹑泄漏等廢水都匯集到磨煤排放池V1203中，由磨煤排放池泵P1204送到濾液受槽V1416中，以供循環(huán)利用。工藝流程中還考慮了用于降低煤灰熔點的石灰石工藝流程。用以改善熔渣性能的石灰石由槽車運至界區(qū)，并用氣力輸送至石灰儲倉V1104，在石灰儲倉V1104頂部設(shè)有除塵系統(tǒng)以防止粉塵污染，石灰石經(jīng)石灰稱量給料機(jī)W1102稱量后送至磨煤機(jī)M1101。3.1.2多噴嘴對置式氣化及煤氣初步凈化工序由磨煤機(jī)出口槽泵來的煤漿送入煤漿槽V1201。煤漿槽有一定的標(biāo)高，提供煤漿給料泵所需的入口壓頭。來自煤漿槽的煤漿，由兩臺煤漿給料泵P1201A、P1201B加壓后，分別經(jīng)煤漿切斷閥進(jìn)入工藝燒嘴X1301。投料前，煤漿經(jīng)煤漿循環(huán)閥循環(huán)回煤漿槽V1201。空分裝置來的純氧，分別經(jīng)氧氣流量調(diào)節(jié)閥、氧氣切斷閥后，進(jìn)入工藝燒嘴X1301的中心通道和外通道。根據(jù)安全系統(tǒng)要求，投料前用氧氣放空方式建立氧氣流量。水煤漿和氧氣通過四個對稱布置在同一水平面的工藝燒嘴同軸射流進(jìn)入氣化爐內(nèi)，氣化反應(yīng)的條件為～4.0MPa、～1350℃。生成的粗合成氣為H2、CO、CO2及水蒸汽等的混合物。煤中的未轉(zhuǎn)化組分與煤灰形成灰渣。粗合成氣與灰渣一起向下，穿過洗滌冷卻水分布環(huán)，沿洗滌冷卻管進(jìn)入洗滌冷卻室的水浴中。大部分的灰渣冷卻后，落入洗滌冷卻室底部。粗合成氣經(jīng)分布器后由多層橫向分隔器破泡洗滌，出洗滌冷卻室，去煤氣初步凈化工序。洗滌水經(jīng)黑水過濾器V1309濾去可能堵塞洗滌水分布環(huán)的大顆粒，送入位于洗滌冷卻管上部的洗滌水分布環(huán)。洗滌冷卻室底部含渣水中含固量～1%，通過液位調(diào)節(jié)連續(xù)排出洗滌冷卻室，送入含渣水處理工序。在氣化爐烘爐期間，洗滌冷卻室底部水經(jīng)過水封槽V1305溢流排入澄清槽V1411，在開車期間，含渣水經(jīng)過開工管線去真空閃蒸。洗滌冷卻室底部的粗渣經(jīng)破渣機(jī)X1304破渣后排入鎖斗V1307，然后定時排放。在氣化爐預(yù)熱期間，利用頂置的預(yù)熱燒嘴進(jìn)行升溫，直到氣化爐內(nèi)溫度達(dá)到要求的溫度。預(yù)熱燒嘴有其單獨的燃料供給和調(diào)節(jié)系統(tǒng)。洗滌冷卻室出口氣體經(jīng)開工抽引器X1303排入大氣。通過調(diào)節(jié)預(yù)熱燒嘴風(fēng)門和抽引蒸汽量控制氣化爐的真空度在100～800mmH2O。氣化爐燃燒室裝有若干直接測量反應(yīng)溫度的熱電偶。工藝燒嘴在高溫下工作，為了保護(hù)燒嘴，在端部有冷卻盤管和水夾套，通入的冷卻水連續(xù)循環(huán)流動以冷卻燒嘴，防止高溫?fù)p壞。脫鹽水首先送入燒嘴冷卻水槽V1301，由燒嘴冷卻水泵P1301加壓后送入燒嘴冷卻水換熱器E1301，然后分多路分別進(jìn)入對應(yīng)的工藝燒嘴的冷卻盤管。出燒嘴冷卻盤管的水分別進(jìn)入對應(yīng)的燒嘴冷卻水回水分離罐V1306。燒嘴冷卻水回水分離罐V1306通入低壓氮氣，作為CO分析的載氣。V1306的氣相經(jīng)放空管排入大氣。在四個放空管上分別安裝CO監(jiān)測器，通過監(jiān)測CO含量來判斷燒嘴是否被燒穿，正常CO含量為0ppm。分離器的冷卻水依靠重力合流返回?zé)炖鋮s水槽。燒嘴冷卻水系統(tǒng)設(shè)置了一套單獨的聯(lián)鎖系統(tǒng)，在判斷燒嘴端部冷卻盤管和水夾套泄漏的情況下，將引起燒嘴冷卻水系統(tǒng)四選二聯(lián)鎖造成氣化爐聯(lián)鎖停車，以保護(hù)工藝燒嘴（X1301A～F）不受損壞。燒嘴冷卻水泵（P1301A/B）設(shè)置了自啟動功能，當(dāng)出口壓力低（PSL1310）則備用泵自啟動。如果備用泵啟動后仍不能滿足要求，出口壓力低低（PSLL1310），則事故冷卻水槽（V1302）的事故閥（KV1309）打開短時間向燒嘴提供燒嘴冷卻水。沉積在氣化爐洗滌冷卻室底部的粗渣及其他固體顆粒，通過循環(huán)水流的循環(huán)作用，經(jīng)鎖斗安全閥、鎖斗進(jìn)口閥進(jìn)入鎖斗V1307。鎖斗安全閥處于常開狀態(tài)，僅當(dāng)洗滌冷卻室液位低低引起的氣化爐停車，安全閥才關(guān)閉。鎖斗循環(huán)泵P1302從鎖斗頂部抽取相對潔凈的水送回洗滌冷卻室底部水浴，建立的循環(huán)水流攜帶渣進(jìn)入鎖斗。鎖斗循環(huán)分為收渣、泄壓、清洗、排渣和充壓五個階段，一個循環(huán)的時間大約為30分鐘。鎖斗程序啟動后，當(dāng)排渣時間到時，循環(huán)閥打開，鎖斗循環(huán)泵入口關(guān)閉，鎖斗進(jìn)口閥關(guān)閉，鎖斗泵自身循環(huán)。鎖斗泄壓閥打開，渣池溢流閥關(guān)閉，鎖斗開始減壓，鎖斗內(nèi)壓力泄至渣池V1303。減壓后，清洗閥打開，清洗泄壓管線，設(shè)定時間到后關(guān)閉清洗閥，關(guān)閉鎖斗泄壓閥，打開自鎖斗沖洗水罐V1308至鎖斗的鎖斗沖洗閥及自鎖斗至渣池的鎖斗出口閥，鎖斗開始排渣。排渣計時器開始計時，到達(dá)預(yù)定時間后，鎖斗出口閥、鎖斗沖洗閥關(guān)閉。鎖斗充壓閥打開，用來自含渣水處理工序高溫?zé)崴肞1402的高壓灰水對鎖斗進(jìn)行充壓。當(dāng)鎖斗與氣化爐之間的壓差小于設(shè)定值時，充壓閥關(guān)閉，鎖斗進(jìn)口閥重新打開。與此同時，鎖斗循環(huán)泵入口閥打開，循環(huán)閥關(guān)閉，鎖斗開始收渣，渣池溢流閥在鎖斗出口閥關(guān)閉5min打開。全部排渣循環(huán)(泄壓、清洗、排渣、充壓)時間大約2分鐘。鎖斗循環(huán)重新開始?；宜傻蛪夯宜肞1406經(jīng)灰水冷卻器E1302冷卻后，通過鎖斗沖洗水罐加水閥，送入鎖斗沖洗水罐。沖洗水罐設(shè)置有至渣池的溢流管線。鎖斗排放出的渣水，排放至渣池前倉。大約排放5分鐘后，渣池溢流閥打開，較清的渣水溢流至渣池后倉，并由渣池泵P1303將渣水送往含渣水處理工序的真空閃蒸罐V1402。排入渣池的粗渣在前倉由刮板輸送機(jī)M1301送入粗渣斗V1304，由渣車運出界區(qū)。從氣化爐洗滌冷卻室出來的飽和了水蒸汽的合成氣進(jìn)入混合器X1403，在這里與黑水循環(huán)泵P1401來的水洗塔黑水混合，使合成氣夾帶的固體顆粒完全潤濕，以便從合成氣中快速除去。從黑水循環(huán)泵P1401來的黑水，一路入混合器X1403，另一路經(jīng)黑水過濾器V1309過濾后進(jìn)入氣化爐的洗滌水分布環(huán)。水/合成氣的混合物進(jìn)入旋風(fēng)分離器V1408，氣相中的大部分細(xì)灰進(jìn)入液相，連續(xù)排出旋風(fēng)分離器，進(jìn)入含渣水處理工序。出旋風(fēng)分離器的合成氣進(jìn)入水洗塔T1401的下部，合成氣向上穿過泡罩塔板，與塔中部加入的蒸發(fā)熱水塔加熱的循環(huán)灰水和塔上部加入的來自外界的變換高溫冷凝液逆流直接接觸，洗滌剩余的固體顆粒。合成氣在洗滌塔頂部經(jīng)過旋流板除沫器，除去夾帶在氣體中的霧沫，基本上不含細(xì)灰的工藝氣送出水洗塔。在水洗塔出口管線設(shè)置在線分析儀，分析CH4、CO、CO2及H2。干凈的合成氣經(jīng)過電動閥送往變換工序。開車和停車期間，合成氣經(jīng)壓力調(diào)節(jié)排至火炬。火炬管線連續(xù)通入N2使火炬管線保持微正壓。水洗塔底部排出的黑水，通過流量控制經(jīng)減壓進(jìn)入含渣水處理工序。含渣水處理工序再生的灰水，經(jīng)過熱水塔預(yù)熱返回水洗塔。黑水循環(huán)泵從水洗塔底部抽取上層黑水，送至氣化爐洗滌冷卻室、混合器。開車和停車時，原水或灰水可直接送入黑水循環(huán)泵入口。3.1.3含渣水處理工序含渣水處理工序的作用是將多噴嘴對置式氣化及煤氣初步凈化工序產(chǎn)生的黑水所含的固體和溶解的氣體分離出來，并將黑水所含的熱量加以回收。進(jìn)入含渣水處理工序的黑水共有四條路線：氣化爐洗滌冷卻室排放、旋風(fēng)分離器排放、水洗塔排放及鎖斗排放。來自氣化爐洗滌冷卻室、旋風(fēng)分離器及水洗塔底部的黑水分別經(jīng)過減壓后送入蒸發(fā)熱水塔T1402下部蒸發(fā)室。蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室中，一部分水蒸發(fā)為蒸汽，連同少量溶解氣體，進(jìn)入蒸發(fā)熱水塔上部熱水室，與低壓灰水泵P1406來的灰水直接接觸，加熱灰水，自身大部分冷凝。熱水室的熱水流入高溫?zé)崴轛1407，經(jīng)高溫?zé)崴肞1402進(jìn)入水洗塔中部。熱水室未冷凝的閃蒸氣去變換裝置汽提塔。蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室底部被濃縮的黑水經(jīng)液位調(diào)節(jié)閥由底側(cè)部排出，進(jìn)入低壓閃蒸罐V1406進(jìn)一步閃蒸，蒸汽去除氧槽V1405除氧，濃縮后的黑水進(jìn)入真空閃蒸罐V1402，來自渣池的含渣水用渣池泵P1303經(jīng)過流量調(diào)節(jié)也送入真空閃蒸罐。真空閃蒸罐內(nèi)進(jìn)行真空閃蒸，大量溶解的氣體釋放出來，黑水進(jìn)一步濃縮，含固量增大，溫度進(jìn)一步降低。真空閃蒸汽進(jìn)入真空閃蒸冷卻器E1402，被循環(huán)水冷卻，再送入真空閃蒸分離罐V1403，從分離器頂部出來的閃蒸汽送往水環(huán)式真空泵P1412。真空閃蒸分離器底部冷凝液依靠重力送往灰水槽V1412。真空閃蒸罐底部的黑水經(jīng)液位控制依靠重力送至靜態(tài)混合器X1402，與來自絮凝劑槽V1413經(jīng)絮凝劑泵P1410加壓的絮凝劑混合后流入澄清槽V1411。來自真空閃蒸罐的黑水送入澄清槽V1411。為了加速固體在澄清槽V1411中的沉降速率，在系統(tǒng)中加入了絮凝劑。絮凝劑貯存在絮凝劑槽V1413中，由絮凝劑泵P1410調(diào)節(jié)至適當(dāng)流量后，經(jīng)靜態(tài)混合器X1402和黑水充分混合后送入澄清槽V1411。澄清槽V1411上部設(shè)置一臺緩慢轉(zhuǎn)動的刮渣機(jī)X1401，將沉降的固體推到澄清槽底部出口。澄清槽上部澄清水溢流，依靠重力進(jìn)入灰水槽V1412?；宜?jīng)低壓灰水泵P1406去蒸發(fā)熱水塔T1402、鎖斗沖洗水罐V1308、氣化爐預(yù)熱水循環(huán)和廢水處理。為防止溶解固體在黑水系統(tǒng)中的累積，需向界外連續(xù)送出一部分灰水進(jìn)行處理。此外，為了防止管道及設(shè)備結(jié)垢，在系統(tǒng)中還加入分散劑，分散劑貯存在分散劑槽V1415內(nèi)，經(jīng)分散劑泵P1414調(diào)節(jié)適當(dāng)流量，送至V1411至V1412管線入口。密封的澄清槽V1411和灰水槽V1412通低壓氮氣，由共同的氮封水槽V1414排放。澄清槽V1411底部的細(xì)渣和水經(jīng)澄清槽底流泵P1407送往真空過濾機(jī)M1401。濾餅通過卡車送至貯放區(qū)域。濾液進(jìn)入濾液授槽V1416，經(jīng)濾液泵P1409送至水煤漿制備工序的磨煤機(jī)M1101。4.德士古工藝設(shè)計及計算4.1德士古水煤漿加壓氣化原理和爐內(nèi)流動過程特點德士古水煤漿加壓氣化屬氣流床，氧氣和水煤漿通過德士古燒嘴混合后噴射時立即霧化進(jìn)入氣化爐，在0.1秒內(nèi)煤漿中水被氣化，煤粒子被氣體隔開，各煤粒獨立的進(jìn)行反應(yīng)，氣化爐在煤灰熔點以上溫度發(fā)生反應(yīng)，固體在氣化爐內(nèi)停留3～5秒鐘，反應(yīng)生成的粗合成氣甲烷含量減少，一般僅為0.1%以下，碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)98%，由于反應(yīng)溫度高，不生成渣油、酚及高級烴等可凝聚的副產(chǎn)物。4.1.1德士古水煤漿加壓氣化原理氣化爐內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是很多的，在火焰中可能同時進(jìn)行以下化學(xué)反應(yīng)：CmHn+(m+n/4)O2=mCO2+n/2H2O①2C+O2=2CO+246.6KJ②C+O2=CO2+409.1KJ③2CO+O2=2CO2+573.2KJ④H2+1/2O2=H2O⑤C+H2O=CO+H2－122.7KJ⑥CO2+H2=CO+H2O－42.3KJ⑦CH4+H2O=CO+3H2－412.8KJ⑧C+CO2=2CO－165.0KJ⑨CH4=C+2H2⑩此時還可能發(fā)生如下副反應(yīng)：COS+H2O=H2S+CO2①C+O2+H2=HCOOH②N2+3H2=2NH3③N2+H2+2C=2HCN④4.1.2爐內(nèi)流動過程的特點德士古水煤漿氣化過程從流動特征上講屬受限對流反應(yīng)過程，按流動過程可將爐內(nèi)分為三個流動區(qū)域，即對流區(qū)、回流區(qū)和管流區(qū)，每個區(qū)域的流動特征各異。在對流區(qū)中物流流動速度大，不斷地與回流區(qū)進(jìn)行物質(zhì)交換，噴口附近回流區(qū)中的高溫氣體大量地被卷吸到對流區(qū)，而遠(yuǎn)離噴口區(qū)域卻有大量流體離開對流區(qū)進(jìn)入回流區(qū)，未離開部分流體則進(jìn)入到管流區(qū)。1、射流區(qū)反應(yīng)及特征進(jìn)入射流區(qū)的介質(zhì)有水煤漿和來自回流區(qū)的高溫?zé)煔?，發(fā)生的過程是：霧化后的水煤漿接受爐膛輻射熱并與來自回流區(qū)的高溫?zé)煔庋杆倩旌仙郎?，水份蒸發(fā)，揮發(fā)份逐漸放出來，在氣化溫度下0.1秒左右，釋放出的揮發(fā)份與來自回流區(qū)CO、H2等與CO2相遇達(dá)到著火條件即發(fā)生燃燒，溫度持續(xù)升高，煤中難以揮發(fā)的碳?xì)浠衔镆查_始裂解，脫揮發(fā)份的過程結(jié)束后，形成的殘?zhí)汲识嗫椎氖杷蔂睿舸藭r氧未消耗完，則殘?zhí)紝⑦M(jìn)行燃燒反應(yīng)。由于此區(qū)中含大量水份及氧氣等，究竟發(fā)生的部分氧化反應(yīng)還是燃燒反應(yīng)，依據(jù)動力學(xué)研究確定：在射流區(qū)中氧氣消耗完之前的區(qū)域，以生成CO2的完全燃燒反應(yīng)為主（C+O2=CO2），定義為一次反應(yīng)區(qū)，在氧氣消耗完之后的區(qū)域，碳的各種轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率相當(dāng)，即過程進(jìn)入到氣化反應(yīng)階段，此區(qū)域與管流區(qū)一并稱為二次反應(yīng)區(qū)。（氣化反應(yīng)區(qū)）2、管流區(qū)反應(yīng)及特征進(jìn)入管流區(qū)的介質(zhì)為來自一次反應(yīng)區(qū)的燃燒產(chǎn)物及CH4、殘?zhí)?、水蒸氣及惰性氣體等，此區(qū)中進(jìn)行的反應(yīng)主要是碳的非均相氣化反應(yīng)，甲烷水蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)，逆變換反應(yīng)等，對比二次反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)進(jìn)行方向研究結(jié)果在1350℃下，有下列特點：⑴反應(yīng)⑥和反應(yīng)⑨反應(yīng)尚未到達(dá)平衡，反映將沿著生成CO和H2的方向進(jìn)行。⑵反應(yīng)⑺沿著生成CO的方向進(jìn)行，即逆變換反應(yīng)，生成CO和H2O。⑶CH4轉(zhuǎn)化反應(yīng)⑧沿著生成CO+H2的方向進(jìn)行。說明氣化產(chǎn)品氣中CH4存在是由于其與水蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)警醒的不夠完全的原因，而不是進(jìn)行了甲烷化反應(yīng)。不難發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)平衡常數(shù)升高轉(zhuǎn)性，故有提高氣化溫度，出口氣體中CH4含量降低的說法。3、回流區(qū)反應(yīng)及特征回流區(qū)中的介質(zhì)為在對流卷吸作用下來自對流區(qū)的燃燒產(chǎn)物殘?zhí)?、水蒸汽和少量氧氣等，因而其反?yīng)包括一次反應(yīng)和二次反應(yīng)，此區(qū)為一、二次反應(yīng)共存區(qū)。4.2工藝計算氣化過程中，進(jìn)入氣化爐內(nèi)的碳主要是指原料帶入的碳；帶出氣爐的碳，則包括煤氣，焦油，輕質(zhì)油，酚，煤氣吹出物和灰渣等。氣化過程中，氫的來源包括水蒸氣和原料煤中的氫；帶出氣化爐中的氫則包括在煤氣，焦油，輕質(zhì)油，酚，氨和煤氣中未分解的水煤氣。對于加壓而言氣化劑中水蒸汽的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常壓氣化，煤氣中未分解的水煤氣的量少，同時氣化時產(chǎn)生甲烷的量叫常壓氣化也多。氣化過程中氧的來源，一是原料中的化合氧，二是氣化劑帶入的氧；帶出氣化爐的氧，主要是生成煤氣中的氧,以及焦油，輕質(zhì)油中微量的氫。加壓氣化過程過程的衡算步驟和內(nèi)容基本與常壓的相同.以100kg褐煤為計算基準(zhǔn),已知原始數(shù)據(jù)如下.褐煤的工業(yè)分析（%）:Mar=19.5;Aar=27.3;Var=28.2;Sar=0.36褐煤的元素分析（%）：w(Cdaf)=72.13;w(Hdaf)=5.5;w(Odaf)=19.70;w(Ndaf)=1.99;w(Sdaf)=0.68換算為收到基：由收到無灰基轉(zhuǎn)變成收到基的轉(zhuǎn)換系數(shù)：K=(100-Mar-Aar)\100=（）\100=0.532w(Car)=67.5X0.532=35.91w(Har)=4X0.532=2.13w(Oar)=10.2X0.532=5.43w(Nar)=0.65X0.532=0.35w(Sar)=0.34X0.53=0.18褐煤分析（%）：W(半焦)=74.98W(焦油)=6.5W熱水解）=11.04W(煤氣及損失)=7.48灰渣熔點：T1=1380度;T2>1400度；T3>1420度粗煤氣：Φ(CO2)=31.65%;Φ(O2)=0.3%;Φ(C2H4)=0.2%;Φ(H2S)=0.15%Φ(CO)=17.4%;Φ(H2)=37.2%;Φ(CO2)=12.1%;Φ(CH4)=31.65%;Φ(N2)=1.0%高熱值：11903KJ/m3焦油組成：w(C)=80.0;w(H)=9.0.；w(O)=8.7；w(N)=1.0；w(S)=1.3輕質(zhì)油組成：W(C)=85.0%;W(H)=15.0%;副產(chǎn)品產(chǎn)率：W(焦油)=3.96%；W(輕質(zhì)油)=0.794%；W(水溶性酚)=0.52%；W(氨)=0.66%氣化條件如下：原料粒度：6-25mm氣化爐操作壓力：氣化爐操作溫度：1000-1050℃水蒸氣、氧氣壓力：水蒸氣溫度：450-500℃煤氣出爐溫度：300℃帶出物比例：1%灰渣含碳量：6%在除去1%的帶出物后，100kg褐煤實際入爐的物料如下：m(Car)=38.02kg;m(Har)=2.9kg;m(Oar)=10.3kg;m(Nar)=1.08kg;m(Sar)=0.36kg;m(Mar)=19.30kg;m(Aar)=27.02kg;在除去帶出物損失后，副產(chǎn)品產(chǎn)率如下(kg):m(焦油)=3.92;m(輕質(zhì)油)=0.786；m(水溶性酚)=0.515；m(氨)=0.65(1)物料衡算①碳的衡算。根據(jù)碳平衡計算求粗煤氣的產(chǎn)率。射出煤氣的產(chǎn)率為V粗，計算如下。計算粗煤氣的碳量m(C粗)=12\22.4[Φ(CO2)+Φ(CO)+Φ(CH4)+2Φ(C2H4)]=0.5357x(31.65%+17.4%+12.1%+2x0.2%)=0.3297(kg\m3)計算灰渣中排出的碳量。灰渣中的碳含量以6%計，硫含量以0.35%計，則灰渣的產(chǎn)量為：A=100XAa\(100-6-0.35)=100X27.3\(100-6-0.35)=28.85(kg)從灰渣中排出的碳量為：m(CA)= Ax6%=28.85x6%=1.73(kg)碳平衡計算帶入氣化的碳量：m（C入）=38.02（kg）帶出氣化爐的含量包括下面幾項。粗煤氣帶出的碳量：m(C粗)=0.3297x100V粗灰渣帶出的碳量：m=1.73(kg)焦油帶出的碳量：m（C焦油）=3.92x0.8=3.136(kg)輕質(zhì)油帶出來的碳量：m（C輕質(zhì)油）=0.786x0.85=0.66(kg)酚帶出的碳量：m(C酚)=0.515x72÷94=0.394(kg)根據(jù)碳平衡m（C入）=m（C出）得：38.02=32.97V粗+1.73+3.136+0.668+0.394得粗煤氣的產(chǎn)率為：V粗=（）/32.97=0.973(m3/kg煤)②氫的衡算。根據(jù)氫平衡來計算水蒸汽的分解量。計算粗煤氣中的氫量。m（H粗）=2/22.4x[Φ(H2)+2Φ(CH4)+Φm/2(CnHm)+Φ（H2S）]x100V粗=0.0893x(37.2%+2x12.4%+2x0.2%+0.15%)x100x0.973=5.384(kg)b.計算熱解水耗氫量。設(shè)煤中含氧量的50%生成熱解水，則熱解水的耗氫量為：m＇(H水)=0.510.32x2\16=0.645(kg)c.氫平衡的計算。原料煤帶入的氫量，m(H煤)=2.9(kg)待求的水蒸氣帶入的氫量設(shè)為，m(H粗)=5.384(kg)焦油帶出的氫量，m(H焦油)=3.92*0.09=0.353(kg)輕質(zhì)油帶出的氫量，m(H輕質(zhì))=0.785*0.15=0.118(kg)酚帶出的氫量，m(H酚)=0.151*6÷94=0.033(kg)氨帶出的氫量，m(H氨)=0.65*3÷17=0.155(kg)熱解水帶出的氫量，m‘(H水)=0.645(kg)帶出的氨量共計:m(H出)=m(H粗)+m(H焦油)+m(H輕質(zhì))+m(H酚)+m(H氨)+m‘(H水)=6.648由氫平衡m(H入)=m(H出)得2.9+m(H水)=6.648所以求得水蒸氣帶入氣化爐氫量為：m(H水)=3.748（kg）則，水蒸氣的分解量為:m(H2o)=3.748×18/2=33.732(kg)③氧的衡算。通過氧的衡算，可以計算出單位原料的耗氧量。a.粗煤氣中的氧量計算。m(O粗)=[φ（O2）+φ（CO2）+0.5φ（CO）]×100V粗=0.014286×（0.3+31.65+0.5×17.4）×100×0.973=56.503（kg）b.氧平衡計算入方原料煤帶入的氧量，煤m(O)=10.32（kg）已分解的水蒸氣帶入的氧量，水m(O)=33.732×16/18=29.984(kg)設(shè)吹風(fēng)帶入的氧量，風(fēng)m（O）帶入的氧量共計，入m(O)=風(fēng)m(O)+40.302出方粗煤氣帶出的氧量粗m(O)=56.503(kg)焦油帶出的氧量焦油m(O)=3.92×0.087=0.341(kg)酚帶出的氧量酚=m(O)=0.515×16/94=0.088(kg)熱解水帶出的氧量熱解水m(O)0.5×10.32=5.16(kg)帶出的氧量共計m(O出)=粗m(O)+焦油m(O)+酚m(O)+熱解水m(O)=62.092(kg)根據(jù)氧平衡入m(O)=出m(O)得：風(fēng)m(O)+40.302=62.092風(fēng)m(O)=21.79(kg)則氧氣的耗量可以換算為：V(O2)=21.79/32×22.4=15.25[m3/(100kg)]未分解水蒸氣的量近似計算如下。取汽氧比為7kg水蒸氣/1m3氧氣（標(biāo)準(zhǔn)），則入爐總水蒸氣量為:m水=V（O2）×7=15.25×7=107[kg水蒸氣/(100kg煤)]所以未分解水蒸氣量為：107—33.732=73.268（kg）入爐水蒸氣的分解情況如表所示。表入爐水蒸氣的分解情況（以100kg入爐煤計）項目數(shù)值氫含量氧含量總水蒸氣量/kg水蒸氣分解量/kg未分解水蒸氣量/kg水蒸氣分解率/%10733.73273.26831.5211.8893.7488.14195.11129.98465.127④氮的衡算。加壓氣化過程中，氮的來源除原料中含氮的部分外，用作氣化劑的工業(yè)氧氣中也要帶進(jìn)去一部分氮；而生成物中的氮，主要包含在生成氣中的氮及焦油和氨中的氮。通過氮平衡計算，可以確定工業(yè)氧氣的純度。入方原料煤帶入的氮量，m(N煤)=1.08工業(yè)氧氣帶入的氮量設(shè)為，m(N風(fēng))共計，m(N入)=1.08+m(N風(fēng))出方粗煤氣帶出的氮量，m(N粗)=1/100×(28×100×0.973)/22.4=1.216（kg）焦油帶出的氮量，m(N焦油)=3.92×0.01=0.0392（kg）氨帶出的氮量，m(N氨)=0.65×14÷17=0.5353（kg）共計m(N出)=1.7905（kg）根據(jù)氮平衡m(N入)）=m(N出)，得到1.08+m(N風(fēng))=1.7905所以m（N風(fēng)）=0.7105（kg）換算后得：V（N風(fēng)）=0.7105÷28×22.4=0.5684m3／100kg煤由此求得工業(yè)氧的純的為：k=15.25÷﹙15.25＋0.5684﹚×100%=96.5%氣化過程的物料平衡項目m（C）/%m（H）/%m（O）/%m（N）/%m（S）/%m（A）/%m（M）/%總質(zhì)量/kg入方原料煤38.42.9310.321.090.3627.319.5100工業(yè)氧0021.790.710500022.5005分解水蒸氣03.74829.984000033.732未分解水蒸氣00000073.26873.268共計38.46.67862.0941.80050.3627.392.768229.5005出方干煤氣32.0925.38456.5031.2160.210095.405煤中干燥水00000019.319.3未分解水蒸氣00000073.26873.268熱解水00.6455.1600005.805焦油3.1360.3530.3410.03920.048003.9172輕質(zhì)油0.6680.118000000.786酚0.3940.0330.08800000.515氨00.11500.53530000.6503煤氣帶出物0.380.030.10.0100.280.21灰渣1.730000.10227.02028.582共計38046.67862.0921.80050.3627.392.768229.5005差額誤差0000000000000000（2）熱量衡算以1000kg收到基煤為計算基準(zhǔn)，計算如下：1：供熱方氣化原料的發(fā)熱量Q1為：Q1=m1Q原料=100X15666=1566600式中m1——氣化的原料氣，100kg，下同Q燃料——氣化原料的熱值，15666kj/kg氣化原料的顯熱Q2為：Q2=c2m2t2=1.256X100X25=3140kj式中c2——氣化原料的比熱容，kj/kg，取為1.256t2——入爐煤的溫度，25℃c．氣化劑中工業(yè)氧的顯熱Q3為：Q3=c3m3t3=0.9016X22.5005X30=608.6kj式中c3——工業(yè)氧的比熱容，0.9016kj/kg.℃m3——工業(yè)氧的消耗量，kgt3——工業(yè)氧入爐溫度，取為30℃氣化劑中水蒸氣的熱焓Q4。查有關(guān)水蒸氣表，得450℃、30kg/cm2下，過熱水蒸氣的焓為3344.4kj/kg，所以Q4=107X3344.4=357850.8kj爐體夾套軟水帶入的熱量Q5。Q5=c5m5t5=4.18X8X30=1003.2kj式中c5——水的比熱容，4.18kj/kg.℃m5——加入氣化爐的軟水的質(zhì)量，取8kgt5——軟水的入爐溫度，取為30℃.由以上計算，供給氣化爐的總熱量為：Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=1566600+3140+608.6+357850.8+1003.2=1929202.6kj2：付熱方氣化過程生成的各項有效熱量與所有的熱損失之和，為熱量衡算的付熱方，由以下幾項組成：生成的煤氣熱量Q6為：Q6=100V粗X2843X4.178=100X0.973X11903=1158162kj式中V粗——粗煤氣的產(chǎn)率，0.973m3/kg煤11903——粗煤氣的發(fā)熱量，kj/m3b.生成煤氣的顯熱Q7為：Q7=100c7V粗t7=100X1.5519X0.973X300=45300KJ式中1.5519——粗煤氣的比熱容，kj/kg.℃t7——粗煤氣的出口溫度，℃c.出爐煤氣中水蒸氣的熱焓Q8為：Q8=m8H水=98.305X3030=297864.2KJ式中m8——粗煤氣夾帶水蒸氣量，kgH水——粗煤氣中水蒸氣的熱焓，kj/kg。粗煤氣出口溫度為30℃，粗煤氣中水蒸氣的分壓.d.生成的焦油熱Q9為：Q9=m9Q焦油=3.9172X33632.7=131746KJ式中m9——焦油產(chǎn)量，kgQ焦油——焦油熱量，33632.7kj/kg焦油的顯熱和潛熱Q10為：Q10=m9（376.8+2.72t7）=2.9172X(376.8+2.72X300)=3480KJ式中376.8——焦油的潛熱，kj/kg2.72——焦油的比熱容，kj/kg.℃f.生成輕質(zhì)油的發(fā)熱能Q11為：Q11=m11Q輕質(zhì)油=0.786X43652.5=34310.8KJ式中m11——生成輕質(zhì)油的質(zhì)量，kgQ輕質(zhì)油——輕質(zhì)油的熱值，kj/kgg.輕質(zhì)油的顯熱和潛熱Q12為：Q12=m11（293+1.57t7）=0.786X(293+1.57X300)=600.5KJ式中293——輕質(zhì)油的潛熱，kj/kg1.57——輕質(zhì)油的比熱容,kj/kg.℃h.生成氨的發(fā)熱能Q13為：Q13=m13Q氨=0.6503X22190=14430KJ式中22190-氨的熱值，kj/kgi.氨的顯熱和潛熱Q14為：Q14=m13（1557.49+2.31t7）=0.6503X(1557.49+2.31X300)=1463KJ式中1557.49——氨的潛熱，kj/kg2.31——氨的比熱容，kj/kg.℃J.生成的酚的發(fā)熱能Q15為：Q15=m15Q酚=0.515X32657=16818KJ式中Q酚——酚的熱值，kj/kg生成酚的顯熱和潛熱很小，可以忽略不計。k.煤氣夾帶煤粉的發(fā)熱能Q16為：Q16=m16Q煤=1.0X15666=15666KJ式中m16——煤氣中帶出的碳量，kgQ煤——煤的發(fā)熱量，kj/kgl.夾帶出煤粉的顯熱Q17為：Q17=c17m16t7=1.1723X1.0X300=351.7KJ式中c17——煤粉的比熱容，kj/kg.℃m.灰渣帶出碳量的發(fā)熱能Q18為：Q18=m