PKM加壓氣化培訓手冊

PKM加壓氣化培訓

手冊

中煤龍化化工公司人力資源部編制

二0一二年八月

企業(yè)文化

圣火精神：

工作上求實業(yè)務上求精

標準上求高管理上求嚴

講科學嚴謹講團隊協(xié)作

講拼搏奉獻講發(fā)展創(chuàng)新

參加《PKM加壓氣化培訓手冊》叢書審核領導:

高鵬飛

參加手冊起草人員：

施寶春、郎曉東

引言:

煤炭是我國的主要能源，也是重要的化工原料。我國煤炭產

量近七億噸，約占總能耗的70%。煤炭是一種固態(tài)物質，儲運和

使用既不方便，燃燒和反應也難完全，而且又污染了環(huán)境，加強

煤炭轉化為煤氣或合成原料氣等潔凈的二次能源，減少或改變煤

直接燃燒的狀況，不僅可以大大提高其利用效率和燃燒效能，而

且可以根本改善環(huán)境條件，減少了乃至消滅污染。

《PKM加壓氣化培訓手冊》叢書總結二十年PKM加壓氣化爐

:帶格式的：，.

運行經驗，并與其他氣化方法對比，，簡單介紹了工藝原理、工藝

流程，設備構造并列舉大量案例分析、實訓題目等，其中案例分

析著重列舉了二十年所發(fā)生的各類生產運行中的事故，對發(fā)生的

原因、吸取的經驗教訓和事后的防范措施做了較詳實的介紹，對

:帶格式的：突出顯示

從事煤化工的同行來說是1本難律的經驗之書、借鑒之書。

編著此書，我們是初次嘗試，限于水平，錯誤與不當之處，

在所難免，懇請讀者指正。批注⑴：請更換措辭方式

1、注意調整引言部分措辭方法、語言結構與邏輯順序,敘述中

心要一致。

2、本書正文部分文字內容較多，應適當添加圖片或流程圖，如

圖片選材有困難，請在圖片添加處添加如下形狀，并標明添加內

容。

帶格式的：字體：：號

加壓氣化圖帶格式的：居中

帶格式的：兩端對齊

3、更改添加部分只供編者做形式參考，具體內容請編者根據(jù)全

書內容，自行編輯。

目錄

第一童煤炭加壓氣化理論基礎.......................86

一、煤炭加壓氣化簡介......................................................97

二、魯奇碎煤加壓氣化的發(fā)展..............................................12W

三、加壓氣化反應的物理化學基礎.........................................1513

四、加壓氣化過程及反應................................................1917

五、煤的性質對加壓氣化的影響............................................2119

六、生產操作條件的影響..................................................3028

案例分析................................................................3633

分享與討論（作業(yè)）：.....................................................3835

相關鏈接................................................................3936

本章小結：..............................................................4037

第二章PKM加壓氣化............................4138

-V造氣分廠PKM加壓氣化裝置............................................4239

二、PKM加壓氣化......................................................4239

三、PKM加壓氣化參數(shù)控制................................................5148

案例分析................................................................5552

分享與討論（作業(yè)）：.....................................................5653

相關鏈接................................................................5855

本章小結：..............................................................5855

第三章PKM加壓氣化爐的構造及附屬設備.........5956

一、煤鎖................................................................6057

二、氣化爐..............................................................6259

三、排灰系統(tǒng)............................................................6562

四、廢熱鍋爐0060.................................................................................................................6562

五、噴淋洗滌器0050.............................................................................................................6562

六、灰蒸汽噴淋冷卻器0160................................................................................................6562

七、酚水罐0240.....................................................................................................................6562

八、西水收集槽0230.............................................................................................................6562

九、閃蒸槽0220.....................................................................................................................6562

十、冷凝液收集槽0260........................................................................................................6562

案例分析................................................................6562

分享與討論（作業(yè)）：.....................................................6663

相關鏈接................................................................竺3

本章小結：..............................................................6966

第四章PKM加壓氣化爐的操作管理...............7067

一、PKM加壓氣化爐開車與點火............................................Z168

二、日常運行............................................................Z168

三、氣化爐停車及特殊操作................................................7168

四、現(xiàn)場管理............................................................7168

五、安全生產管理........................................................7168

案例分析................................................................Z471

分享與討論（作業(yè)）：.....................................................7572

相關鏈接................................................................7774

本章小結：..............................................................7875

題庫....................................................................7976

第一章煤炭加壓氣化理論基礎

本章簡介：1、煤炭加壓氣化簡介

2、加壓氣化的發(fā)展

3、加壓氣化反應的物理化學基礎

4、加壓氣化的反應

5、煤的性質對加壓氣化的影響

6、生產操作條件的影響

第一章煤炭加壓氣化理論基礎

一、煤炭加壓氣化簡介

1、煤的氣化的定義

氣化過程是煤炭的一個熱化學加工過程。它是以煤或煤焦為原

料，以氧氣(空氣、富氧或工業(yè)純氧)、水蒸氣或氫氣等作氣化劑(或

稱氣化介質)，在高溫條件下通過化學反應將煤或煤焦中的可燃部分

轉化為可燃性氣體的工藝過程。氣化時所得的可燃氣體稱為煤氣，進

行氣化的設備稱為煤氣發(fā)生爐。

2、煤的各種氣化方法

(1)根據(jù)氣化壓力的不同：煤的氣化方法一般分為常壓氣化和

加壓氣化。常壓氣化的煤氣發(fā)熱值較低，在采用間歇法生產水煤氣時,

發(fā)熱值也僅有2500千卡/標米3左右，要進一步使發(fā)熱值提高是十分

困難和不經濟的。因此，這種氣化方法達不到城市煤氣的質量要求，

僅作為一些工廠內的氣體燃料和生產合成氨的原料氣。為了解決上述

問題，加壓氣化法就因運而生。

(2)根據(jù)氣化原料的粒度及其運動方式：煤的氣化方法可分為

移動床、流化床和氣流床法。

在這些氣化方法中，按照加熱方式，又可分為外熱式、內熱式、

自熱式和熱載體式等；按照排渣的方式，又可分為固態(tài)排渣和液態(tài)排

渣；按照氣-固接觸方式，又可分為變流操作和并流操作。

3、魯奇式加壓氣化法及其特點

魯奇加壓氣化法是一個自熱式、逆流移動床生產工藝，采用氧氣

-水蒸氣或空氣-水蒸氣為氣化劑，在2.0?3.0MPa的壓力和900?

1100℃的溫度條件下對煤炭進行氣化，制得的煤氣經脫除二氧化碳后

的發(fā)熱值在4000千卡/標米3左右。

魯奇爐的生產方式主要有固態(tài)排渣和液態(tài)排渣兩種。

魯奇式加壓氣化法與其它氣化法比較，有如下優(yōu)點：

（1）原料方面

①可以采用灰熔點較低的煤；

②可以采用粒度較?。ㄒ话阍??25亳米）的煤，對煤的機械強

度和熱穩(wěn)定性的要求較低；

③可采用一些水分較高（例如20?30%）和灰分較高（例如30%）

的劣質煤，并生產出優(yōu)質的城市煤氣，這在其它一些氣化方法中是難

以是實現(xiàn)的；

④近年來，經過改進的魯奇爐，已能氣化一般粘結性和稍強粘結

性的煤，這就大大地擴大了氣化用煤的選擇范圍；

⑤耗氧量低，在20公斤/厘米2的壓力下氣化所需的氧氣量僅為

常壓氣化時的1/3?2/3,壓力更高還可降低；

（2）生產過程方面

①氣化爐的生產能力高c如以水分為20?25%的褐煤來說,氣化

爐的操作強度在2500公斤/米2?時左右，這要比一般常壓氣化爐高

4?6倍；

②氣化過程是連續(xù)進行的，有利于實現(xiàn)自動化；

③產氣壓力高，可以縮小設備和管道的尺寸，降低單位產氣量的

金屬消耗量和減少投資；

（3）氣化產物方面

①可以得到各種有價值的焦油和輕質油副產品，前者產率近于低

溫干儲（例如以煤的可燃物計算達8?9%）,后者的產率甚至比低溫

干僧還多;

②壓力高的煤氣也易于凈化處理，副產品的回收率比較高；

③通過改變氣化壓力和氣化劑的汽氧比等條件，以及通過對氣化

爐生產的煤氣凈化加工處理后，幾乎可以制得FL/CO各種不同比例的

化工合成原料氣，從而大大地發(fā)揮了加壓氣化技術的應用范圍。

（4）煤氣輸送方面

①可以降低動力消耗。據(jù)計算，在30公斤/厘米2的壓力下用氧-

水蒸氣混合物作為氣化劑時，所需壓縮的氧氣，約占所制得的煤氣體

積的14?15%,這比常壓造氣后再壓縮到30公斤/厘米2幾乎可節(jié)省

動力2/3。

②煤氣從加壓氣化爐中出來時所具有的壓力可以被利用于遠距

離輸送（或用于化工合成），在20公斤/厘米2壓力下氣化時，中間不

用再設立加壓站，便可將煤氣輸送到150公里以外的地區(qū)八因此.一

些煤氣生產廠可以設立在礦區(qū)附近，從而減少了煤的運輸費用。

魯奇加壓氣化法缺點：

①除具有的高壓工廠所固有的復雜性以外，固態(tài)排渣的魯奇爐中

水蒸氣的分解率低。常壓氣化爐中水蒸氣的分解率約50%左右，而在

20公斤/厘米2壓力下水蒸氣分解率僅能達到32?38%。這樣，就需耗

用大量的高壓水蒸氣。近年來，新發(fā)展的液態(tài)排泄魯奇爐，水蒸氣的

消耗量就可大大降低，水蒸氣分解率為95左右；

②在生產運行中，設備的損壞與檢修較為頻繁，因此生產運行開

工率比較低，一般在75?85%；

③需要昂貴的制氧裝置。在制氧裝置中的空壓機、氧壓機采用電

動時，則煤氣生產的電耗較大，電費占煤氣生產成本的1/5?1/4。

因此降低氧氣生產成本是十分重要的。目前，國外一些大型化工煤氣

工廠的動力主要是采用蒸汽輪機，并從蒸汽輪機中間抽出一部分背壓

水蒸氣供氣化、凈化用，這種動力利用形式效率最高，氧氣的生產成

本最低，值得借鑒。

二、魯奇碎煤加壓氣化的發(fā)展

魯奇碎煤加壓氣化技術的發(fā)展根據(jù)爐型的變化大致可劃分為三

個發(fā)展階段。

第一階段（1930?1954年），內徑62.6m,外徑為63m,單爐產

氣量可達5000?8000nf/h,只能氣化非粘結性煤，氣化強度較低，

氣化劑為氧氣和水蒸氣，氣化劑通過爐篦的中空轉軸由爐底中心送入

爐內，出灰口設在爐底側面，爐內壁有耐火磚，耐火豉厚度一般為

120?150mm，砌筑在內壁的支撐圈上，內襯磚既可避免爐體受熱損壞,

又可減少氣化爐的熱損失。

第二階段（1954?1965年），內徑62.6?3.7%設置了攪拌裝

置，起到了破黏作用，從而可以氣化弱粘結性煤，爐篦由單層平型改

為多層塔節(jié)型結構，取消了爐內的耐火襯里，設置了水夾套，排灰改

為爐底中心排灰，氣化劑由爐底側向進入爐篦下部。

第三階段（1969?1980年），第三代魯奇爐，內徑增大到63.8m,

外徑為4>4.128m,高度12.5的圓簡體，氣化爐操作壓力為3.05Mpa。

采用雙層夾套外殼，裝有攪拌器和煤分布器，它們安裝在同一空心轉

軸上。槳葉和攪拌器、布煤器都為殼體結構，外供鍋爐水通過攪拌器、

布煤器的空心軸內中心管，首先進入攪拌器最下底的槳葉進行冷卻，

然后再依次通過冷卻上槳葉、布煤器，最后從空心軸與中心管間的空

間返回夾套形成水循環(huán)。轉動爐篦采用寶塔型結構，分為五層，從下

到上逐層疊合固定在底座上，頂蓋呈錐形，爐篦材質選用耐熱、耐磨

的珞鎰合金鋼鑄造。灰刮刀的安裝數(shù)量由氣化原料煤的灰分含量來決

定。支停爐篦的止推軸承體上開有注油孔，由外部通過油管注入止推

軸承面進行潤滑，該潤滑油為耐高溫的過熱汽缸油。單爐產氣量可達

35000-55000m7h,自動化程度較高。在該爐型中，煤、灰鎖上下

錐閥采用硬質合金密封而C南非“薩索爾”公司采用了碳化硅粉末合

金技術。

第四代魯奇爐，內徑5m,幾乎能適應各種煤種，單爐產氣量可

達7500(W(標)/h°

液態(tài)排渣氣化爐，可以大幅度提高氣化爐內燃燒區(qū)的反應溫度，

不但臧少了蒸汽消耗量，提高了蒸汽分解率，而且氣化爐出口燃氣有

效成分增加，從而使煤氣質量提高，單爐生產能力比固態(tài)排渣氣化爐

提高3?4倍。氣化后灰渣呈熔融態(tài)排出。氣化壓力2.0?3.0Mpa,

氣化爐上部設有布煤攪拌器，氣化劑由氣化爐下部噴嘯噴入，氣化時,

灰渣在高于煤灰融點溫度下呈熔融狀態(tài)排出，熔渣快速通過氣化爐底

部出渣口流入急冷器，在此被水急冷而成固態(tài)爐渣，然后通過灰鎖排

出。

魯奇公司還進行了“魯爾TOO”氣化爐的研究開發(fā)，該氣化爐將

氣化壓力提高到lOMPa(lOOatm),噴著操作壓力的提高，氧耗量降

低，煤氣中甲烷含量提高，以替代天然氣。

液態(tài)排渣氣化爐有以下特點：

(1)由于液態(tài)排渣氣化爐的汽氧比遠低于固態(tài)排渣，所以氣化

層的反應溫度高，碳的轉化率增大，煤氣中的可燃成分增加，氣化效

率高。煤氣中CO含量較高，有利于生成合成氣。

(2)水蒸汽耗量大為降低，且配入的水蒸汽僅滿足于氣化反應，

蒸汽分解率高，煤氣中的剩余水蒸汽很少，故而產生的廢水遠小于固

態(tài)排渣.

(3)氣化強度大。由于液態(tài)排渣氣化煤氣中的水蒸汽量很少,

氣化單位質量的煤所生成的濕粗煤氣體積遠小于固態(tài)排渣，因而煤氣

氣流流速低，帶出物減少，因此在相同帶出物條件下，液態(tài)排渣氣化

強度可以有較大提高。

（4）液態(tài)排渣的氧氣消耗較固態(tài)排渣要高，生成煤氣中的甲烷

含量少，不利于生產城市煤氣，但有利于生產化工原料氣。

（5）液態(tài)排渣氣化爐體材料在高溫下的耐磨、耐腐飩性能要求

高。在高溫、高壓下如何有效地控制熔渣的排出問題是液態(tài)排渣的技

術關鍵，尚需進一步研究。

三、加壓氣化反應的物理化學基礎

1、平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)

（1）對放熱反應，增加溫度使轉化率降低，即反應向減少生成

物的方向移動。所以要增加放熱反應的生成物產量，宜在較低溫度下

進行，但隨著溫度減少，反應速度會降低。

（2）對吸熱反應，平衡常數(shù)隨著溫度升高而增加，平衡轉化率

也增加，即反應向增加生成物的方向移動。因此，吸熱反應應當在高

溫下進行。

2、壓力對平衡的影響

雖然平衡常數(shù)與壓力無關，但是對于反應前后有體積變化的反

應，則壓力對系統(tǒng)反應有影響。

（1）反應前后體積不發(fā)生變化的反應，壓力對反應平衡沒有影

響。

(2)反應后體積縮小的反應，系統(tǒng)壓力增加，使反應遠離平衡

點，反應自動向體積縮小方向進行。

(3)反應后體積增大的反應，提高壓力，不利于反應向增大體

積的方向進行。

3、濃度對平衡的影響

在平衡體系內增加反應物的濃度，平衡就會向著減少反應物的濃

度方向移動，也就是向產生生成物的方向移動。在氣化過程中，對于

C+tbOuCO+H,的反應，為了充分利用碳，使反應向生成CO+乩的方向

進行，通常采用過量的水蒸氣，并不斷從氣化爐中將產品煤氣引出，

這有利于碳的氣化。

4、氣化反應的化學平衡

(1)碳與水蒸汽的反應

在高溫下，碳與水蒸汽的反應主要為：

C+H2O.-CO+H2-Q,

C+2H2O=CO2+2H「QI

這兩個反應都是強的吸熱反應。溫度對上述兩個反應的影響程度

不同，在溫度較低時，C+2H2。的反應平衡常數(shù)比C+H2。的為大，這表

明溫度較低不利于C+HQTCO+也的進行。在溫度較高時則情況相反。

隨著溫度的增加,有利于提高CO含置和降低CO?含量°

(2)碳與二氧化碳的反應

碳與二氧化碳的反應也是強的吸熱反應，反應所需的吸熱更多，

這就表明它的平衡常數(shù)受溫度的影響比與水蒸汽反應時更為強烈。雖

然在一般的氣化爐中并不以二氧化碳作為氣化劑，但是在燃燒過程中

產生大量二氧化碳，而此二氧化碳的還原反應在氣化過程中是一個重

要的反應。

（3）碳的加氫反應

碳加氫直接合成甲烷是強的放熱反應。因此，為了增加煤氣中的

甲烷含量，提高煤氣的熱值，宜采用較高的氣化壓力和較低的溫度。

反之，為了制取合成原料氣，應降低甲烷的含量，則可以采用較低的

氣化壓力、較高的反應溫度。

（4）甲烷化反應

在加壓氣化過程中，除了煤干偏、碳加氫產生甲烷外，CO與C02

的甲烷化反應以及碳與水蒸汽直接生成甲烷的反應都是產生甲烷的

重要反應。

一氧化碳或二氧化碳的甲烷化反應雖然都是均相反應，但由于它

們需要有4個或5個分子的相互作序，一般都要在有催化劑的條件下

才能進行，而煤中灰分的某些組分，對甲烷的生成起了催化作用。

為了使這兩個反應向生成CH”的方向進行，必須沒有炭沉積在催化

劑的表面。

通常在系統(tǒng)中添加足夠量的蒸汽.進行CO+FWTCOZ+HZ反應,以

保持高的比和CO?的活性，這樣可以避免碳的沉積。

(5)一氧化碳變換反應

在氣化爐中，最后出氣化爐的煤氣組成必然由CO+H2O?CO2+H2

反應控制。該反應應稱為一氧化碳變換反應或稱水煤氣平衡反應。

5、氣化反應平衡混合物組成計算

對實際的氣化過程來說，化學平衡只表示可以前進的、但是不能

達到的目的。也就是說，它是化學反應的極限狀態(tài)。

根據(jù)平衡常數(shù)，可用于計算平衡轉化率和平衡組成。

例1:計算壓力為0.1、k3.4Mpa,溫度為800、1000、1500K時，

C+H2O,(0+也反應水蒸汽的平衡轉化率。

解：設x為轉化的蒸汽摩爾數(shù)，以lmol蒸汽為基準，壓力為P。

由表查得，平衡常數(shù)二0.04406,乂回二2.6170,K四二608.1°

當達到平衡時，H20(蒸汽)=(l-x)mol,CO=;rmol,H2rmol

總氣相體積Z=(l+x)mol

xPxP(l-.r)P

則Pe=--，P.=--，PO=-——

O1+x1+KxH\+x

Kg(PH),xPj(1+x)Px!

K=---------------=(-----)?--------------------

1+X(1-X)P\-X2

所以“信

以不同條件的總壓力尸及K值代入，可求得蒸汽轉化率X。

例2:計算800、1000K,0.1、1、3.4Mpa時,C+2HCH1反應,

也的平衡轉化率c

解：設比的摩爾轉化率為X,并以2mO1H2為計算基礎，其部分

轉化率為x/2,總壓為P。

在平衡時，H2=(2-x)mol,CHi=x/2mol

氣相總體積Z-(2-楙1ol

__PxT2__(2—x)P

Pciit~2-x/2fP,，i=2-x/2

K=-CH,=&■(4-?=M4-X)

2:

~(PH;>~4-/4(2-x)>"4(2-JP

所以x=2±.2;-^=l±.

J1+4PK2JI+4PK

將不同的K值與總壓力代入，當轉化率為x/2時得到結果；計算

結果證明了提高壓力有利于CH」的合成反應。但如果再成倍提高壓力

(如由3.4提高到6.8即2),甲烷的濃度僅稍有提高，而設備、操作、

維修費用卻增加很多，這樣在經濟上并不合算。因此，一般的加壓氣

化常選用(2.0?3.5)MPa的壓力。同時看到，在溫度低時有利于該

反應的進行。

四、加壓氣化過程及反應

1、干燥

濕煤(操作燃料)加入氣化爐后，由于煤與熱氣流之間的熱交換,

煤中的水分蒸發(fā)。

濕煤3T干煤+員0

2、干館

當干煤的溫度進一步提高，從烽中逸出揮發(fā)物。在干館階段進行

著煤的熱分解反應。熱分解反應是所有氣化工藝共同的基本反應之

干煤加熱＞煤氣（CO,、CO、凡、CH,、HQ、NH*、HS）+焦油（液

體）+焦

3、氣化

經干餡后得到的焦與氣流中的七0、CO?、上反應，生成可燃性氣

體。

（1）碳與水蒸汽的反應

在一定溫度下，碳與水蒸汽之間發(fā)生下列反應：

C+H2OTCO+H2吸熱

C+2H2OTCO2+2H2吸熱

這是制造水煤氣的主要反應，前一式子稱為水煤氣反應。

（2）碳與二氧化碳的反應

在氣化階段進行的第二個重要反應為發(fā)生爐煤氣反應，即碳與二

氧化碳的反應。

C+CO2T2co吸熱

這是非常強烈的吸熱反應，必須在高溫條件下才能進行的反應。

（3）甲烷生成反應

煤氣中的甲烷，一部分來自煤中揮發(fā)物的熱分解，另一部分則是

氣化爐內的碳與煤氣中的氫反應、氣體產物之間的反應結果。

C+2H2->2CH,放熱

C0+3H2f2cH4+2比0放熱

2C0+2H2TCH1+CO2放熱

C02+4H^CH.(+2H20放熱

這些生成甲烷的反應，都是放熱反應。

(4)變換反應

CO+FLOfC(W

該反應稱為一氧化碳變換反應，或稱水煤氣平衡反應，該反應為

一可逆反應。它是氣化階段生成的CO與水蒸汽之間的反應。為了制

取乩，需要利用這一反應。由于該反應易于達到平衡，通常在氣化爐

煤氣出口溫度條件下，反應達到平衡，從而該反應決定了出口煤氣的

組成。

4、燃燒

經氣化后殘留的焦與氣化劑中的氧進行燃燒。由于碳與水蒸汽、

二氧化碳之間的反應都是強烈的吸熱反應，因此氣化爐內必須經常保

持非常高的溫度。為了提供必要的熱量，通常采用煤的部分燃燒。

4焦+()2T2(1)CO十(2-彳)CO2+灰

其中，匕是統(tǒng)計常數(shù)，取決于燃燒產物中CO與C02之比例，其范圍在

1-2之間。

五、煤的性質對加壓氣化的影響

1、煤種對煤氣組分和產率的影響

(1)煤氣組分煤種不同，經加壓氣化后生成的煤氣質量是不

一樣的，隨著煤碳化度的加深，煤的揮發(fā)份減少。揮發(fā)份越高的煤，

干傭組分在煤氣中占的比例越大。在不同壓力下，煤種與凈煤氣發(fā)熱

值Q的關系如圖4-3-4所不。

:帶格式的：縮進：至行縮進：三可

域代碼已更改

—東部

-?-西部

北部

:帶格式的：字體：小幾加相，(國際)宋體

，圖IT煤種與凈煤氣熱值的關系

:帶格式的：居中，紓而：濘行縮進：。字符

:帶格式的：區(qū)進：首行縮進：4字符

域代碼已更改

圖1-2粗煤氣組成與氣化原料的關系

域代碼已更改

|■第一季度|

■第：季度

■第三季度

5N

圖?3比例

5CM

3O

2C

10152025

恒燼與冷媒大熱位的美系

1t-3TW網和堪氣技或。r化原FI的大系

.-MJ2；2一氣短，3—X期次

圖表要使用可更改數(shù)據(jù)圖表,要清晰形式可變換。

由于干館氣中的甲烷比氣化段生成的甲烷量要大，所以在相同氣

化壓力下，越年輕的煤種，氣化后煤氣中的甲烷含量越高，煤氣的熱

值越高。由圖4-3-4可看出，用加壓氣化法制取城市煤氣時，劣質的

褐煤或弱黏結煙煤作為氣化原料佳。此外，年輕煤種的半焦活性高，

氣化層的反應溫度較低，這樣有利于甲烷的生成。因此，煤種越年輕,

產品煤氣中的CH,和CO?呈卜升趨勢,CO呈下降趨勢,這些煤種以揮

發(fā)分表示時，粗煤氣組成與氣化原料的關系如圖4-3-5所示。

（2）煤氣產率煤氣的產率與煤中的碳的轉化方向有關，煤中揮發(fā)

分越高，轉化為焦油的有機物就越多，轉入到焦油中的碳越多，進入

真正氣化區(qū)生成煤氣的碳量減少，煤氣生產率就下降。煤中揮發(fā)分與

煤氣產率、干俯氣量之間的關系如圖4-3-6所示。

【

永

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圖1-3-6煤中揮發(fā)分勺燥氣產率、

「信煤氣M之間的關系

1—用以氣產率j2一聲煤氣產率,3—1■漏媒氣上

和燃氣施價百分比；〃一十哨燃氣Ch煤氣熱能

2、煤種對各項消耗指標的影響

隨著煤的變質程度加深，也就是碳化度加深，煤中C/H比則加大,

煤氣化轉化成煤氣的過程，是一個縮小C/H比的過程。在煤的氣化過

程中，主要通過入爐水蒸氣與熾熱的碳進行反應產生氫:

C+ILO.-CO+IL-Q

C+2H20.<02+2H2-Q

在爐內燃燒層碳和氧的反應給卜述反應提供了熱量C所以,隨著

煤的變質程度加深，氣化所用的水蒸氣，氧氣量也相應增加。另外,

由于年輕煤活性好，揮發(fā)分高，有利于OL的生成，這樣就降低了氧

氣耗量。

3、煤種對其他副產品的特性和產率的影響

(1)硫化物煤中的硫化物在加壓氣化時，一部分以硫化氫和各

種有機硫形式進入煤氣中。煤中的硫含量，主要取決于原料煤中的硫

含量。硫含量高的煤，氣化生成的煤氣中硫含量就高。一般煤氣中的

硫化物總量占原料煤硫化物總量的70%?80%。

(2)氨煤氣中的氨的產生與原料煤的性質、操作條件及氣化劑

中的氮含量有關。在通常操作條件下，煤中的氮約有50%?60%轉化

為氨，氣化劑中也約有10%的氮轉化為氨，氣化溫度越高，煤氣中氨

含量就越高。因此煤氣中的氨含量與原料煤中的氮含量成正比關系。

(3)焦油和輕油原料煤的性質是影響焦油產率的主要因素。一

般是變質程度淺的褐煤比變質程度較深的氣煤和長焰煤的焦油產率

大，而變質程度更深的煙煤和無煙煤其焦油產率更低。

加壓氣化焦油比重較輕，烷燒，,晞燒含量高，酚類含量高，瀝青

質少。加壓氣化焦油的性質與低溫干儲焦油的性質相近，這是因為氣

化爐內干館段的溫度與低溫干像的溫度基本相同，一般為60CTC左右,

所以它們的組成、性質也基本相同。

煤種不同，所產焦油的性質也不同，一般隨著煤的變質程度增加，

箕焦油中的酸性油含量降低,.瀝青質增加,焦油的比重增大。

①隨著氣化用煤的活性減少，氣化爐的生產能力顯著降低，投煤

量減少；

②煤的變質程度越深，氣化后生成的煤氣產率越大；

③隨著煤的活性減小，氣化所耗用的氧氣量增加；

④水蒸氣的消耗主要隨氧氣用量增加而增加，以便使碳一氧燃燒

反應所放出的熱量與水蒸氣一碳氣化反應所吸收的熱量相平衡，此

外，為了避免灰渣熔融，還要求水蒸氣過量。

①高活性的煤制得的煤氣中甲烷含量較高。

②隨著煤變質程度的提高，氣化爐的煤氣出口溫度提高，氣化爐

夾套的水蒸氣產量也有所增加，熱效率將隨著煤的品位的提高而下

降。

4、煤的理化性質對加壓氣化的影響

(1)煤的粒度對加壓氣化的影啊在加壓氣化過程中，煤的粒度

對氣化爐的運行負荷、煤氣和焦油的產率以及各項消耗指標影響很

大。煤的粒度越小，其比表面積越大，在動力學控制區(qū)的吸附和擴散

速度加快，有利氣化反應的進行。煤粒的大小也影響著原準備階段的

加熱速度，很顯然粒度越大，傳熱速度越慢，煤粒內部與外表面之間

的溫差也大，使顆粒內焦油蒸汽擴散阻力和停留時間延長，焦油的熱

分解增加。煤粒的大小也對氣化爐的生產能力影響很大，與常壓氣化

相比，加壓氣化過程中氣體的流速減慢，相同粒度情況下煤的帶出物

減少.故而可提高氣流線速度,使氣化爐的生產能力提高,但粒度過

小將會造成氣化爐床層阻力加大，煤氣帶出物增加，這樣就限制了氣

化爐的生產能力。

氣化爐床層阻力隨著生產能力的提高或煤粒度的減小而增加，提

高操作壓力，使氣流速度降低，則床層阻力就會變小。

另外，煤的粒度越小，水蒸氣和氧氣的消耗量增加，煤耗也會增

加。通常2mm以下的煤粉每增加1.5%,氧氣和水蒸氣的消耗將提高

綜上所述，煤的粒度大小對加壓氣化的影響較大。煤粒過小，還

會造成氣化爐加料時產生偏析現(xiàn)象，即顆粒大的煤落向爐膛，而較小

的顆粒和粉末落到床層中間，這樣氣化爐橫斷面上的阻力將不均勻，

易造成燃料床層偏斜或燒穿。嚴重影響氣化爐的運行安全。但煤粒過

大又易造成加煤系統(tǒng)堵塞和架橋，灰中殘?zhí)家矔摺?/p>

63.8m加壓氣化爐一般入爐要求煤粒度分布

粒度范圍占入爐煤比例/%粒度范圍占入爐煤比例/%

/mm標準范圍/mm范圍標準

0?52.5<513?2517.515?20

5?69.79?1125?5015.215?20

6?1352.650?5550?1002.5<5

(2)原料煤中水分對氣化過程的影響煤中所含的水分隨煤變質

程度的加深而減少，水分較多的煤，揮發(fā)分往往較高，則進入氣化層

的半焦氣孔率也大，因而使反應速度加快，生成的煤氣質量較好。另

外在氣化一定的煤種時，其焦油和水分存在著一定的關系，水分太低,

會使焦油產率下降。由于加壓氣化爐的生產能力較高，煤在爐內干燥、

干儲層的加熱速度很快，一般在20?40℃/niin之間，因此對一些熱

穩(wěn)定性差的煤，為防止熱裂，要求煤中含有一定的水分，但煤中水分

過高又會給氣化過程帶來不良影響。

①水分過高，增加了干燥所需熱量，從而增加了氧氣消耗，如圖

4-3-8所示，降低了氣化效率。

②水分過高，煤處于潮濕狀杰，易形成煤粉黏結和堵塞篩分，使

入爐粉煤量增加。

2.(X1

Q.18

0.16

0.14

水加%

圖4-3-8煤中水分同氧氣消耗量的關系

(3)煤中灰分及灰熔點對氣化過程的影響

①隨著煤中灰分的增加，灰渣中的殘?zhí)伎偭吭龃?，燃料的損失增

加。另外灰分增大后，帶出的顯熱增加，從而使氣化過程的熱損失增

大，熱效率降低。

②隨著煤中灰分的增加，加壓氣化的各項消耗指標，如氧氣消耗、

水蒸氣消耗、原料煤消耗等指標上升，而煤氣產率下降。

當灰熔點降低時，在氣化爐氧化層易形成灰渣熔融，即通常所說

的灰結渣。結成的渣塊導致床層透氣性差，造成氣化劑分布不均，致

使工況惡化，氣化床層紊亂，煤氣成分大幅波動，嚴重時將導致惡性

事故的發(fā)生。另外，灰結渣易將未反應的碳包裹，使碳未完全反應即

被帶出爐外，使灰渣中含碳量增加，燃料損失增加。為了維持氧化層

反應溫度低于灰熔點，就需要增加入爐氣化劑中的水蒸氣量，從而增

加了水蒸氣的消耗。相反，對于灰熔點較高的煤，即使活性較差，亦

可提高氧化層溫度，從而提高了煤的反應性能，汽氧比降低，降低了

水蒸氣消耗，并使氣化強度得到提高，故煤中灰分的灰熔點越高，對

加壓氣化過程越有利。

(4)煤的粘結性對氣化過程的影響

煤的粘結性是指煤在高溫干用時的粘結性能。粘結性煤在氣化爐

內進入干用層時會產生膠質體，這種膠質體粘結較高，它將較小的煤

塊粘結成大塊，其機理與煉焦過程相同，這就使得干得層的透氣性變

差，從而導致床層氣流分布不均和阻礙料層的下移，使氣化過程惡化。

(5)煤的機械強度和熱穩(wěn)定性的影響

煤的機械強度是指煤的抗碎能力。易破碎的煤在篩分后的傳送及

氣化爐加煤過程中必然產生很多煤局,這樣會增加入爐煤的粉煤含

量，使煤氣帶出物增加。

煤的熱穩(wěn)定性是指煤在經受高溫和溫度急劇變化時的粉碎程度。

熱穩(wěn)定性差的煤在氣化爐內容易粉化，給氣化過程帶來不利影響。另

一方面由于熱穩(wěn)定性差，氣化時煤塊破碎卻增加了反應表面積，從而

增加了氣化反應速度，提高了氣化強度。

（6）煤的化學活性的影響

煤的化學活性是指煤同氣化劑反應時的活性，也就是指碳與氧

氣，二氧化碳或水蒸氣相互作用時的反應速度。煤種不同，其反應活

性是不同的。一般煤的碳化程度越淺，焦炭質的氣孔率越大，即其內

表面積越大，反應性越高。煤的反應活性越高，則發(fā)生反應的起始反

應溫度越低，氣化溫度也越低，有利于甲烷生成反應的進行，煤氣熱

值相應提高。放熱的甲烷反應又促進其他氣化反應的進行，為氣化層

提供了部分熱量，降低了氧氣的消耗。

在氣化溫度相同時，煤的反應活性越高，則氣化反應速度越快，

反應接近平衡的時間越短。因此，反應活性高的煤種氣化爐的生產能

力較大，與反應活性差的操相比，有時竟差40%?50%。

煤的反應活性對氣化過程的影響在溫度較低時較大，當溫度升高

時，溫度對反應速度的影響顯著加強，這時相對降低了反應活性的影

響程度。

六、生產操作條件的影響

1、壓力對煤氣組成的影響

提高氣化壓力，有助于下列諸反應的進行

C+2H2->CH廠84.3KJ/mol

C0+3HC組+上0-219.3KJ/mol

CO2+4H2->CH4+2H2O-162.8KJ/mol

2C0+2H2-^CH.+C02-247.3KJ/mol

提高氣化壓力，不利于下列諸反應的進行

2H20T2H2+O2

C+H20T2H2+CO

C+2H20f2H2+CO2

隨著氣化壓力的提高，CO2和CH.1含量增加，而CO和田含量減少,

氣體的總體積減小，煤氣產率呈現(xiàn)下降趨勢，凈化后的煤氣發(fā)熱值亦

隨壓力的提高而增加。

2、壓力對煤氣產率的影響

隨著壓力升高，煤氣產率下降。煤氣產率隨壓力升高而下降是由

于生成氣中甲烷量增多，從而使煤氣總體積減少。

0152025

氣化壓加kg/cm：）

氣化生力/〈咫/日窿）

由4-3-3利短，祖成,/氣化壓力關系用1-3-10煤氣產率與々化壓力關系

1一M燃氣；2一“煤氣

3、壓力對氧氣和水蒸汽消耗量的影響

在氣化過程中，甲烷生成的反應為放熱反應，隨著壓力升高，生

成甲烷反應速度加快，反應釋放出的熱量增加，這些反應熱可為水蒸

汽分解、二氧化碳還原等吸熱反應提供熱源，因此甲烷生成的放熱反

應即成為氣化爐內除碳燃燒反應以外的第二熱源，從而減少了碳燃燒

反應中氧的消耗，故隨氣化壓力提高，氧氣的消耗量減少。

隨著氣化壓力升高，水蒸氣消耗量增加。因壓力升高，生成甲烷

所耗氫量增加，則氣化系統(tǒng)需要水蒸氣分解的絕對量增加，而壓力增

高卻使水蒸氣分解反應向左進行的速度增大，即水蒸氣分解率降低。

由于水蒸氣分解率下降，使加壓氣化的熱效率有所降低。

汽化U力“kg/cm?）

氣化壓力/（kg,'em：）

Cd4-3-11氣化壓力與能氣桿.量,牝氣利用冰的關系*14-3-12水蒸氣耗K與氣化樂力關系

I一長氣消耗修；2—箕公用用率1—￡說,2—力：油氣饗對分解2；3—水揚氣分1節(jié)

4、壓力對氣化爐生產能力的影響

氣化爐的生產能力取決于氣化反應的化學反應速度和氣固相的

擴散速度。隨著氣化壓力的提高，既加快了氣化反應進行的速度，又

增加了氣一固反應接觸的時間（氣流在爐內的停留時間長），從而強

化了生產。在加壓情況下，同樣的溫度條件，可以獲得較大的生成甲

烷的反應速度。因而在相同溫度下加壓氣化的化學反應速度比常壓

快，對提高氣化爐的生產能力有利。爐內氣流速度的提高，對提高生

產能力亦是重要的措施。氣化溫度相同，在壓力P下操作的氣化爐內

的氣流僅為常壓氣化氣流速度的1/P。由此可見，在不增大飛灰的前

提下，加壓氣化的氣流速度可以大大提高。根據(jù)計算，加壓氣化爐的

生產能力比常壓氣化大約高出根號P倍。

5、氣化層溫度與氣化劑溫度對媒氣生產的影響

氣化層溫度降低，有利于放熱反應的進行，也就是有利于甲烷的

生成反應，使煤氣熱值提高，但溫度降低太多，如在650?70(TC時,

無論是甲烷生成反應或其他氣化反應的反應速度都非常緩慢，也會使

灰中殘余碳量增加，增大了原料損失。同時低溫還會使灰變細，增大

了床層阻力，降低了氣化爐的生產負荷。氣化層溫度的選擇取決于煤

的熔化特性，根據(jù)灰熔點來確定氣化層溫度，此溫度對氣化反應速度

及平衡常數(shù)有很大的影響，同時還影響到煤氣的組成，在實際操作中，

氣化層溫度在很大程度上取決于水蒸汽和氧氣消耗量，隨著溫度的提

高，CO2,CHK諸氣體組分的形成量明顯下降，CO、H2的量增加。

溫度的提高，可以加快反應速度。

氣化劑溫度是指氣化劑入爐前的溫度，提高氣化劑溫度可以減少

用于預熱氣化劑的熱量消耗，從而減少氧氣消耗量，較高的氣化劑溫

度有利于碳的燃燒反應的進行，使氧的利用率提高。一般在氣化劑溫

度較低時，則帶進爐內的顯熱相應減少，為了保持爐中正常氣化溫度

和反應熱平衡，應適當提高氣化劑中為氧含量，增加一些碳的燃燒熱。

因此，隨著氣化劑溫度降低，亦應降低汽氧比，隨著氣化劑溫度的提

高，水蒸汽的消耗量略為上升，而分解率下降，這是由于在較高的氣

化劑溫度下，2C+0L2C()2和CO2+C=2C0反應能力加強，使粗煤氣中(U

和CH,的含量略有降低，因而煤氣產率獲得增加。

水蒸汽的過熱度太低，也是不允許的，一方面由于氧氣耗量增加

太多而不經濟?另一方面可能造成氣化爐下灰的困難c

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圖1-3-11氣化訊溫度與鈍氣利月率的關系

1一也氣利門率；2?3—分別為粗煤，和沙燃氣產牛；1一4燃氣發(fā)蚪勺

氣化層溫度的降低，將有助于下列諸反應的進行

C+2H2fCH「84.3KJ/mol

C0+3H2分組+上0-219.3KJ/mol

C02+4H2fCH,+2H2O-162.8KJ/mo1

2C0+2H2^CH.I+C02-247.3KJ/mol

6、汽氧比的選擇

汽氧比是指氣化過程中，水蒸汽與氧氣耗量比，改變汽氧比，實

際上是調整與控制氣化過程的溫度。碳化程度深的煤，采用的汽氧比

較小，能適當提高氣化爐內的溫度，以提高生產能力。

采用不同的汽氧比，對煤氣生產過程的影響主要有：

①在一定的熱負荷條件下，水蒸汽的消耗量隨汽氧比的增加而增

加，氧氣的消耗量隨汽氧比的增加而相應減少。

②隨著汽氧比的提高，水蒸汽分解率顯著降低。

③汽氧比的改變對煤氣組成的影響很大，隨著汽氧比的增加，氣

化爐內反應溫度降低，氣化爐內CO+HO-COz+H?的還原反應增強，使

得煤氣組成中CO含量減少，C（k上含量增加，甲烷的增量在粗煤氣

的組成中尚不顯著，但在脫除CO2后的凈煤氣組成中相應增加，煤氣

發(fā)熱值提高。

④汽氧比改變和爐內溫度的變化對產品和焦油的性質也有影響，

提高汽氧比，焦油中堿性組分下降，芳燒組分則顯著增加。

案例分析（僅為示例，請參照格式補充相關內容）

例1:E爐YV910閥桿折，點動YV9U煤噴出，險些傷人

一、事故時間：2010年10月21日后夜班

二、事故地點：造氣分廠造氣車間七樓E爐

三、事故經過：

21日凌晨0:40分，造氣車間E爐煤鎖上錐閥YV910出現(xiàn)故障信

號，當班人員王英民馬上通知當班班長劉志峰去現(xiàn)場確認閥位，告知

開關都到位，點動后充壓，但壓力不漲，通知車間主任及分廠領導，

經現(xiàn)場確認YV910故障，摘完L406射源后，檢修人員拆料筐手孔，

由于汽大，無法看清閥的情況也無法處理，又將手孔帶上，請示停車

泄壓后處理，四點多鐘通過YV914放空管泄壓的氣化爐壓力已經泄凈

了，檢修工再次拆開手孔，仍有氣，車間主任讓中控打開YV9U將煤

加到氣化爐以后，重新點動YV911,然后再進行處理，此時，從料筐

手孔竄出氣流夾帶煤塊，將七樓東側的玻璃打碎。

四、事故原因：

（一）主要原因：

①爐內沒有排料，煤鎖有煤，雖無壓，但很熱，點動煤鎖下錐閥

YV9U時，強烈的熱氣流夾帶粉煤從手孔竄出；

②手孔沒有及時用螺絲擰緊。

（二）間接原因：

①判斷不準，如果直接判斷出閥頭掉了，就不必拆手孔；

②經驗不足，爐內沒有排料，雖然無壓了，但很熱，手孔開著的

時候，不應點動煤鎖下錐閥YV911；