流化床氣化技術(shù)

流化床氣化技術(shù)流化床氣化本章主要內(nèi)容1.常壓流化床氣化原理2.常壓流化床（溫克勒爐）氣化工藝3.高溫溫克勒（HTW）氣化法流化床分類(lèi)

常壓流化床氣化加壓流化床氣化第一節(jié)常壓流化床氣化1、常壓流化床氣化2、常壓溫克勒氣化爐3、常壓溫克勒氣化爐的工藝條件和氣化指標(biāo)1、常壓流化床氣化原料:

流化床采用0~10mm的小顆粒煤作為氣化原料。

氣化劑:

同時(shí)作為流化介質(zhì)，通過(guò)氣化爐內(nèi)的氣體分布板（爐箅）自下而上經(jīng)過(guò)床層。

反應(yīng)狀態(tài)：控制氣化劑的流速，使床內(nèi)的原料煤全部處于流化狀態(tài)，煤料在劇烈的攪動(dòng)和返混中，煤粒和氣化劑充分接觸，進(jìn)行著化學(xué)反應(yīng)和熱量傳遞。利用碳燃燒放出的熱量，提供給煤粒進(jìn)行干燥、干餾和氣化。2、常壓流化床（溫克勒爐）氣化工藝（1）溫克勒氣化爐

溫克勒氣化工藝是最早的以褐煤為原料的常壓流化床氣化工藝，在德國(guó)的萊納（Leuna）建成第一臺(tái)工業(yè)爐。溫克勒氣化爐一般工藝流程示意圖結(jié)構(gòu)該爐是一個(gè)高大的圓筒形容器。在結(jié)構(gòu)和功能上可分為兩大部分：下部的圓錐部分為流化床；上部的圓筒部分為懸浮床，其高度約為下部流化床高度的6~10倍。一般沿筒體的圓周設(shè)置二個(gè)成三個(gè)進(jìn)口，互成180?；?20。。（2）溫克勒氣化工藝流程1-料斗；2-氣化爐；3-廢熱鍋爐；4，5-旋風(fēng)分離器；6-洗滌塔；7-煤氣凈化裝置；8-焦油水分離器；9-泵低溫常壓溫克勒氣化工藝流程原料的預(yù)處理氣化粗煤氣的顯熱回收煤氣的除塵和冷卻(3)工藝條件及氣化指標(biāo)原料:

粒度為0~10mm的褐煤、不黏煤、弱黏煤和長(zhǎng)焰煤等均可使用，但要求具有較高的反應(yīng)性。操作溫度:

實(shí)際操作溫度的選定，取決于原料的活性和灰熔點(diǎn)，一般為900℃左右。操炸壓力:約為0.098MPa二次氣化劑用量使用二次氣化劑的目的是為了提高煤的氣化效率和煤氣質(zhì)量

常壓溫克勒氣化爐優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：溫克勒氣化工藝單爐的生產(chǎn)能力較大、煤氣中無(wú)焦油，污染小。由于氣化的是細(xì)顆粒的粉煤，因而可以充分利用機(jī)械化采煤得到的細(xì)粒度煤。由于煤的干餾和氣化是在相同溫度下進(jìn)行的，相對(duì)于移動(dòng)床的干餾區(qū)來(lái)講，其干餾溫度高得多，所以煤氣中幾乎不含有焦油，酚和甲烷的含量也很少，排放的洗滌水對(duì)環(huán)境的污染較小。常壓溫克勒氣化爐缺點(diǎn)a.氣化溫度低。為防止細(xì)粒煤粒中灰分在高溫床中軟化和結(jié)渣，破壞氣化劑在床層截面上的均勻布，流化床氣化時(shí)的操作溫度應(yīng)控制在900℃左右，所以必須使用活性高的煤為原料，并因限制了煤氣產(chǎn)量和碳轉(zhuǎn)化率的進(jìn)一步提高b.氣化爐設(shè)備龐大。由于流化床上部固體物料處于懸浮狀態(tài)，物料運(yùn)動(dòng)空間比固定床氣化爐中燃料層和上部空間所占的總空間大的多，故流化床氣化時(shí)以容積計(jì)的氣化強(qiáng)度比固定床時(shí)要小得多。c.熱損失大。爐床內(nèi)溫度分布均勻，出爐煤氣溫度幾乎與爐床溫度一致，故帶走熱量較多，熱損失較大。d.帶出物損失較多。使用細(xì)顆粒煤為原料，氣流速度較高。顆粒在流化床中磨損使細(xì)粉增加，故出爐煤氣中帶出物較多。e.粗煤氣質(zhì)量較差。由于氣化溫度較低，不利于二氧化碳還原和水蒸氣分解反應(yīng)，故煤氣中CO2含量偏高，可燃組分含量(如CO、H2、CH4等)偏低，因此凈化壓縮煤氣耗能較多。第二節(jié)加壓流化床氣化1、高溫溫克勒（HTW）氣化法2、加氫氣化法3、固體熱載體氣化法高溫溫克勒（HTW）氣化法高溫溫克勒氣化法的基礎(chǔ)是低溫常壓溫克勒氣化法。它是采用比低溫常壓溫克勒氣化法更高的壓力和溫度的一項(xiàng)氣化技術(shù)。除了保持常壓溫克勒氣化爐的簡(jiǎn)單可靠、運(yùn)行靈活、氧耗量低和不產(chǎn)生液態(tài)烴等優(yōu)點(diǎn)外，主要采用了帶出煤粒再循環(huán)回床層的做法，從而提高了碳的利用率。高溫溫克勒（HTW）氣化法工藝流程高溫溫克勒氣化法的基礎(chǔ)是低溫常壓溫克勒氣化法。它是采用比低溫常壓溫克勒氣化法更高的壓力和溫度的一項(xiàng)氣化技術(shù)。除了保持常壓溫克勒氣化爐的簡(jiǎn)單可靠、運(yùn)行靈活、氧耗量低和不產(chǎn)生液態(tài)烴等優(yōu)點(diǎn)外，主要采用了帶出煤粒再循環(huán)回床層的做法，從而提高了碳的利用率常壓溫克勒氣化法的工藝缺點(diǎn)，主要是由于操作溫度和壓力偏低造成的。為克服上述缺點(diǎn)，需提高操作溫度和壓力1、基本原理（1)溫度的影響已知提高氣化反應(yīng)溫度有利于二氧化碳還原和水蒸氣分解反應(yīng)?？梢蕴岣邭饣簹庵幸谎趸己蜌錃獾臐舛龋⒖商岣咛嫁D(zhuǎn)化率和煤氣產(chǎn)量。提高反應(yīng)溫度，同時(shí)要防止灰分結(jié)渣而影響過(guò)程的正常進(jìn)行。

提高灰熔點(diǎn)方法：

當(dāng)灰分具有一定堿性時(shí)，在原料煤中可添加石灰石、石灰或白云石來(lái)提高煤的軟化點(diǎn)和熔點(diǎn)。（2)壓力的影響

采用加壓流化床氣化可改善流化質(zhì)量，消除一系列常壓流化床所存在的缺陷。采用加壓，增加了反應(yīng)器中反應(yīng)氣體的濃度，在相同流量下減小，氣流速度，增加了氣體與原料顆粒間的接觸時(shí)間。在提高生產(chǎn)能力的同時(shí)，可減少原料的帶出損失。在同樣生產(chǎn)能力下，可減小氣化爐和系統(tǒng)中各設(shè)備的尺寸。壓力的影響①對(duì)床層膨脹度的影響：當(dāng)氣流的質(zhì)量流量不變時(shí)，隨著壓力的提高，床層膨脹度急劇下降。為使膨脹度達(dá)到保證正常流化所需的值，則需提高氣體的線(xiàn)速度，即增加鼓風(fēng)量（生產(chǎn)能力增加）。當(dāng)負(fù)荷、粒度組成、膨脹度均相同的條件下，加壓下流化床可得到較均勻的床層，氣泡含量很少，顆粒的往復(fù)運(yùn)動(dòng)均勻，并具有相當(dāng)明顯的上部界限。所以，加壓流化床的工作狀態(tài)比常壓下穩(wěn)定。②對(duì)帶出物帶出條件的影響：隨著流化床反應(yīng)器中壓力的提高，氣流密度增大，氣流速度減小，床層結(jié)構(gòu)改善，這些都為減少帶出物創(chuàng)造了有利條件。不僅帶出量減少，而且?guī)С鑫锏念w粒尺寸也減小了。即，當(dāng)床層膨脹度不變時(shí)，壓力升高，將使帶出量大大減少。③煤氣熱值提高，氧耗降低：甲烷化為體積縮小的放熱反應(yīng)。壓力提高，有利于甲烷的生成，使煤氣熱值得到相應(yīng)提高。甲烷生成伴隨著熱的釋放，相應(yīng)降低了氣化過(guò)程中的氧耗。2、HTW氣化工藝流程大致流程含水分8~12％的干褐煤輸入充壓至0.98MPa的密閉料鎖系統(tǒng)后，經(jīng)螺旋加料器加入氣化爐內(nèi)。白云石、石灰石或石灰也經(jīng)螺旋加料器輸入爐中。煤與白云石類(lèi)添加物在爐內(nèi)與經(jīng)過(guò)預(yù)熱的氣化劑(氧氣／蒸汽或空氣／蒸汽)發(fā)生氣化反應(yīng)。攜帶細(xì)煤粉的粗煤氣由氣化爐逸出.在第一旋風(fēng)分離器中分離出的較粗的煤粉循環(huán)返回氣化爐。粗煤氣再進(jìn)入第二旋風(fēng)分離器，在此分離出細(xì)煤灰并通過(guò)密閉的灰鎖系統(tǒng)將灰排出。除去煤塵的煤氣經(jīng)廢熱鍋爐生產(chǎn)水蒸汽以回收余熱，然后進(jìn)入水洗塔使煤氣最終冷卻和除塵。褐煤水分超過(guò)8~12％時(shí)，需經(jīng)預(yù)干燥，使煤中水分含量不大于10％。3、工藝條件和氣化指標(biāo)（1）氣化溫度提高氣化溫度有利于二氧化碳的還原反應(yīng)和水蒸氣的分解反應(yīng)，相應(yīng)地提高了煤氣中的一氧化碳和氫氣的濃度，碳的轉(zhuǎn)化率和煤氣的產(chǎn)率也提高。提高氣化反應(yīng)溫度是受灰熔點(diǎn)的限制的。當(dāng)灰分為堿性時(shí)，可以添加石灰石、石灰和白云石來(lái)提高煤的軟化點(diǎn)和熔點(diǎn)（2）加壓氣化加壓氣化可以增加爐內(nèi)反應(yīng)氣體的濃度，流量相同時(shí)，氣體流速減小，氣固接觸時(shí)間增大，使碳的轉(zhuǎn)化率提高，在生產(chǎn)能力提高的同時(shí)，原料的帶出損失減小。在同樣的生產(chǎn)能力下，設(shè)備的體積相應(yīng)減小。（3）加壓流化床的工作狀態(tài)比常壓的穩(wěn)定。經(jīng)研究，加壓流化床內(nèi)氣泡含量少，固體顆粒在氣相中的分散較常壓流態(tài)化時(shí)均勻，更接近散式流態(tài)化，氣固接觸良好。（4）加壓流化時(shí)，對(duì)甲烷的生成是有利的，相應(yīng)提高了煤氣的熱值。加氫氣化法1．HYGAS法2．Hydrane法1．HYGAS法流程HYGAS氣化原理此法是粉煤在加壓下加氫一次制取富甲烷氣體燃料的方法氣化原理是根據(jù)甲烷的質(zhì)量碳?xì)浔葹?︰1，采取向半焦中的碳在高壓下直接加氫的辦法，增加生成氣中的甲烷含量。煤加氫氣化爐富氫氣制造方法方法之一是利用水蒸氣作為氣化劑，在溫度為1000℃的富氫氣發(fā)生器流化床中，與加氫氣化器來(lái)的熱焦粒進(jìn)行氣化反應(yīng)方法之二采用電加熱的方法提供制富氫氣所需要的熱量，因而此法不需要氧氣方法之三是用水蒸氣—鐵法。以空氣和水蒸氣作為氣化劑，在1100℃的流化床中與來(lái)自加氫氣化器的焦粒在壓力下反應(yīng)富氫氣制造方法2．Hydrane法該法是流化床加壓加氫的又一種方法，與HYGAS法比較，可以直接加氫生產(chǎn)甲烷含量更高的氣體燃料。固體熱載體氣化法1．二氧化碳接受體法2．Cogas法1．二氧化碳接受體法以氣化燃料本身為載熱體，并通過(guò)固體活化劑受體吸收生成氣中的二氧化碳。用做固體活化劑受體的有白云石(MgO·CaO)、氧化鋇(BaO)、石灰石等燃料需粉碎到粒度為0.110～0.150mm，活化劑粒度為0.85～3.26mm。主要設(shè)備有低溫?zé)岱纸馄?、氣化器、燃燒再生器三個(gè)設(shè)備，各自進(jìn)行氣化過(guò)程的一部分反應(yīng)，分開(kāi)進(jìn)行的優(yōu)點(diǎn)是燃燒產(chǎn)生的氮?dú)獠粫?huì)混入產(chǎn)品氣中。氣化器中進(jìn)行的反應(yīng)是純水煤氣反應(yīng)，壓力在0.98～2.06MPa之間，有利于甲烷的生成。熱分解器和氣化器內(nèi)的溫度均為816℃，再生器的溫度為1038℃，三個(gè)設(shè)備內(nèi)的壓力基本相等為0．98～2．06MPa之間二氧化碳接受體法工藝流程2．Cogas法該法的原理是煤在低壓多段流化床內(nèi)熱解而產(chǎn)生油和氣體，然后在流化床中用蒸汽進(jìn)行殘留半焦的氣化，氣化所需要的熱量來(lái)自半焦在空氣中的燃燒，因而該方法的基本組成部分為；熱解段、氣化段、燃燒段Cogas法的基本組成部分為：熱解段、氣化段、燃燒段

（1）熱解段該法的熱解段實(shí)際是制取合成油和半焦的COED法。在表壓0.10～0.20MPa下，研磨到200目并經(jīng)過(guò)干燥的煤依次在四段(視煤種而定)熱分解器中，受熱分解，各段溫度逐級(jí)上升，典型的溫度為：干燥器溫度，190℃；第一熱解段，316℃；第二熱解段，454℃；第三熱解段，538℃；第四熱解段，816℃。每個(gè)熱解段都是一個(gè)煤半焦流化床層，由下一段來(lái)的氣體將循環(huán)半焦粒加熱并使其達(dá)到流態(tài)化（2）氣化段粒度為3mm左右的焦粒，溫度約820℃左右，從燃燒器來(lái)的940℃的循環(huán)熱焦粒與之混合在一起，使床層溫度維持在900℃左右，部分焦粒與氣化劑反應(yīng)，沒(méi)有反應(yīng)的焦粒在870℃下進(jìn)入燃燒器，經(jīng)過(guò)升溫后作為氣化器的循環(huán)焦粉，它們是氣化的供熱載體，又是氣化燃料（3）燃燒段中可見(jiàn)，空氣被預(yù)熱到500℃后由燃燒器的底部送入，與氣化器來(lái)的部分高溫焦粉燃燒，燃燒器內(nèi)的溫度被加熱到1900℃左右。高溫燃燒氣向上流動(dòng)的過(guò)程中，將氣化器來(lái)的部分焦粉提升并加熱到940℃，焦粉循環(huán)回氣化器，而大部分煙氣逸出。氣化生成氣和熱分解氣混合后的組成為：φ(H2)，57.9％；φ(CO)，31.2％；φ(CH4)，4.0％；φ(C02)，6.6％；φ(N2)，0.3％。發(fā)熱值為12.97MJ∕m3。由于受焦粉熱容量的限制，循環(huán)焦粉與進(jìn)入氣化爐的新焦粉的比例達(dá)30︰1，因而，提升管內(nèi)的循環(huán)焦粉的量極高。氣化器的壓力較低，但為了能將焦粉提升起來(lái)，燃燒器的出口煙氣壓力必須維持在0.4MPa以上。加上燃燒器高溫液態(tài)排渣，因而增加了技術(shù)上的難度。COED法流程Cogas法氣化段流程高溫溫克勒氣化爐與常壓溫克勒氣化爐的比較

項(xiàng)目常壓溫克勒氣化爐高溫溫克勒氣化爐氣化條件壓力/MPa溫度/℃0.0989500.981000氣化劑氧氣/(m3/kg煤)水蒸氣/(m3/kg煤)0.3980.1670.3800.410產(chǎn)率（CO+H2)/(m3/t煤）氣化強(qiáng)度(CO+H2)/[m3/(m2.h)]碳轉(zhuǎn)化率/%13962122911483500496優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)率（C