煤化工工艺学-5气化

件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为气体的煤气的主要组成为固体CO+固体

氨

油…40-

— 1950s气流 德国Koppers-Totzek,KT炉，常压、干 －GSP 5.1 5.1次发生。当炉料装好进行气5.1灰渣作 控 有无反三个方面的作

根据煤灰分含量的多少和

灰渣层温由于灰渣结构疏松并含有子的气化能力制定合

低，灰中的残许多孔隙，对气化剂的均匀分布有一定的

灰操灰渣层一般控制在

较少，所以灰层中基本不煤灰的温度比刚人炉的气400mm较为合适，视具

化学反化剂温度高，可使气热

况而清灰太少，灰渣层厚灰层上面的氧化层温度很响气化反应的正常进

5.1

风量来实

C+02→ 2C+02→2C0+02→5.1

CH2OH2C2H2O2H2CO2C2H2CH4CO3H2CH4H2O2CO2H2CO2CH4CO24H2CH45.1

5.1 人炉的在这一层相遇并进行换热，中

脱水过程一般地，利用劣质 间歇法制煤气（特点）氧化层 灰 度 块度和反应性能来具体确定 料在这一层相遇并进行换热，中的水分受热蒸发。一般 如 气化类型和 放均2 2.C+O 放均22 3. 吸 4. 吸2 5.C+2H 放24气相燃6. 放烧反应7.2CO+O2→2CO2 均相8.CO+H2O→CO2+H2 反应9.CO+3H2→CH4+ 放1,1.气化类型和原子的反应（N、S）：SO2+3H2＝H2S+2H2O2H2S+SO2＝3S+2H2OC+2S＝CS2CO+S＝N

按（C、O、H2O、CO、CO2H2、CH4）2 的，若选择R1、R2、R3、R9为“基线”，其他矢量

C+2H2O3C+2H2O2C+2H2O

--2.（C，O，H2O,CO，CO2,H2（－,－,－,＋,＋,＋,＋为防止反应中生成C，OH2O或者CO，CO2,H2,CH4被反 C+1/2O2→CO C+O2→2CO2 C+H2O C+2H2O→CO2+2H2 3C+2H2O→2CO+CH4 2C+2H2O→CO2+CH42r1-r11-r10-3 Kp 3y↑↓y↘↑y↑↓y↓↑y↘↑30.1MPaCO平衡含量

K firirargK Kp g3C-H-体系的平衡趋y↑↓y↘↑y↑↓y↓↑y↘↑3蒸汽-氧的煤气化过程，煤气组成由气化反应式的（4）8.CO，CO2,H2,CH4H2O，此外还含有3Pp反 Pp

PCH

CO H

p3 H3

CxOy→

T<1200℃(1)两个溶解的氧分子渗入石墨晶格并使之活化4C+3O2→

水蒸汽在碳的表面物理吸附C+H2O(吸附)——CxOy+H2(吸附H2（吸附）——中间络合物在高温下分解或与气相中水蒸汽反应形成COCO(吸附

氧传递机理1975McKee和Chatterji石墨-5氧传递机理Verra提出焦-按照不同的供热方式和气化剂分类C+O2→CO2+Q C+H2O→CO+H2-Q煤气主要可燃成分：CO、煤气中CO2含量高

煤空灰

C+H2O→CO+H2-

热C+H2→CH4 CH4

煤残Ⅰ:02；H2O(气C+H2→CH4C+O2→CO2+QC+H2O→CO+H2Q煤空气灰水蒸气气化阶段：甲烷化反应：CO+3H2→CH4+H2O 2煤料在高于其灰的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化1气体产 气体产

1

1气固相反应器类 －块煤(6-501气固相反应器类 －块煤(3-51

1气净化*适于高*气化效率出要求高（套LurgisK-T2（％）2N2高CH4含3容积气化强度, ρ 固体的密度 平均停留时间 返混 碳的转化 反应速率 温3τ随以下的因素而减小：返混的减少（N值上升）5.2 不同反应器类型煤容积气化强度（qm/vR）的比约煤 卸压 压 衡 炉内

518用料槽阀门加料⑴炉型不同对气化用煤的另一方面，煤中水分太快，容易使煤块碎 仓中易结块；粉粹过程中易堵塞，煤粉烘干过程中消耗煤气量加大（2）挥发分⑶煤的粘结性（4）固定碳5. 5.灰内制得的煤气为发生炉煤气。（COH2N21件，即满足放热反应与吸热反应的热效应衡等的条件。吸热反应：Ｃ＋ 热平衡：２.２Ｃ＋０.６Ｏ２H2Ｏ＋２.N2H2＋２.３CO:40%;H2:18.2%;实际 混合发生炉煤气（CO:↘; N2:↗; 温度 气体组成灰灰煤煤气

煤煤

CO和H2的产生不是同CO2先于CO出现CO2与O2的关系(CH2OCO灰渣层C+O2→CO2+Q，（Ｏ２↘，CO2↗）C+CO2→2CO-Q（Ｏ耗尽，出现CO，CO2）还原层C+CO2→2CO-还原层以CO+H2O→CO2+H2+Q（CO稍，CO2和H2↗⑵合理气化强度：（温度、原料、气化炉有关通过水封的旋转灰盘排出） 其特点是：加料，煤连续进入炉内，干法除灰，机、灰斗、炉栅、炉体Ｃ＋Ｏ２＋３.７６N2＝ＣＯ２＋３.７６３Ｃ＋３H2Ｏ＝＝３ＣＯ＋３Ｈ2-Ｃ＋Ｏ２＋３.７６N2＋３Ｃ＋３H2Ｏ=ＣＯ２＋３.７６

＋３ＣＯ＋３理想水煤气组成：50%ＣＯ与50%Ｈ2Ｃ间歇法制水煤气，主要由吹空气（蓄热）六阶段工作循环： 以上各阶段的时间分配列于下3－4分钟循环各阶段时间分配表阶段4min循环3min循环1吹风阶2蒸气吹净43上吹制气4下吹制气5二次上吹6空气吹净4富氧连续气化制造水煤气和半水◦气化原料要求：高挥发份不黏煤、弱黏低挥发份无烟煤、炉体用钢板制下部设有水夹套以回收热量、副产蒸汽上部内衬耐火材料，炉底设转动炉篦排软蒸汽总 上吹蒸汽蒸下吹蒸汽

集汽上空气鼓风

集汽蒸汽缓冲

生炉吹风空气

囱阀洗 烟囱 塔下行煤气气煤气去净气柜水

气柜水最成熟炉型是炉（Lurgi）。它和常压移动床一气或空气-水蒸气为气化剂，在2.0～3.0MPa的压力和第一阶段 克制造的早期炉．在云南5.3固定（移动）置，冷却至37℃左右送至低温甲醇洗装置，进行脱硫、5.3固定（移动）的使用范围．降低了制气成本；耗氧量低，在2.0MPa压5.3固定（移动） 模，成为国内一些厂家采用加压气化的。5.3固定（移动）5.3固定（移动）5.3固定（移动）5.3固定（移动）蚀5.3固定（移动）

5.3固定（移动）液态排渣加压气化技术和固态排渣比较氧比也仅为1．3：1左右。煤气中的水蒸气含量显著下5.45.4在固定床阶段，是以很小的速度下移，与气化剂逆5.4原料 5.4水煤气变换反应等，见式（2）、式（3）、式（4）5.41 CO2 CH2O(g)CO CCO2(8) COH2OCO2H(10)

C2HOCO5.45.4悬浮悬浮床5.4

加煤

煤空5.4（70%）大于煤粒，均沉积在流化床底部．由30％左右的灰分由◦

煤气散热锅（废热锅二次气化0-10mm级的入炉料，入了减少带出物，有时将0.5mm以下的细粒筛去，不加入炉内。8-12％左右。经过常的流化工况。60~70％由炉底经炉箅送化，其余的30~40％

加煤煤

煤气出散热（废热锅

供料蒸空

二次气化 ①操作温度 :③原料低．故不适宜使用低活性、低 ④二次气化剂用量及组成2)温克勒流化床气化生 气①和水煤气②的气化指指褐煤褐煤水分w(H)/w(N)/w(O)/w(S)/Φ(CO)/Φ(H2)/Φ(CH4Φ(CO2)/Φ(N2)/--灰分/灰分/ 13 232)温克勒流化床气化生产气和水煤气的气化指指褐煤褐煤产品组成Φ（H2S)/值分焦油和轻油--产品热值（汽/煤（氧/煤条（空气/煤-气化温度气化压力约约煤气产率结气化强度碳转化率气化效率控制在由于流 灰团聚气化工艺，如U-Gas气化法提高 方法 ① ②③煤气热值提高，氧耗降低：甲烷化为体积缩小的放热反应。 3260kg/(m2.h)0.98MPa（常压 煤灰成分：灰分中w(CaO)+w(MgO)占50％；w(SiO2)占常压温克勒气高温温克勒气气化压力温度氧气/(m3/kg煤水蒸气/(m3/kg煤产率（CO+H2)/(m3/t煤气化强度碳转化率产率（CO+H2)，气化强度，碳转化率明显氧氧其特点是团聚排渣排渣方式

①⑧减少对环境的污染。

在气化炉内，共完成

水U-GAS合物

5.4成热气鼓风、烟气鼓

①灰熔聚及分离c

但是，该 焦 1.基本原理熔渣(液态排渣)。速干馏和热解，同时煤焦与气化剂进行着燃烧和气化反应煤因此原料煤的黏结性、机械强度、热稳定性对气化过程故，气流床气化除对熔渣的黏度-温度特性有一定要求外，流接触时间很短(气流在反应器中的短暂停留)，故要求气为此，必需保持很高的反应温度(达2000℃左右)和使用煤粉(＜200目)作为原料，以纯氧和水蒸汽为气化剂，所以渣的粘度-温度特性.磨粉、余热回收、除尘等辅助装置庞气流床气化时需用粉煤，要求粗度为70-80200目筛，故需较庞大的制粉设备，耗电量大气流床为并流操作，制得的煤气与入炉的之间K-T结构着气化炉头．2K-T反应速度快2K-T在炉内的高温下，灰渣熔融呈液态保护幕 2K-T耐火衬里 2K-T 图5- K-气化工艺流1-煤斗；2-3-4-5-6-锅炉；7-废热锅炉；8-除渣机；9-----1-2K-T①煤粉小于25mm的原料煤送至球磨机中进行，从燃烧炉2K-T 2K-T2K-T

14-急冷 2K-T辐射辐射废热锅炉2K-T 2K-T效率达

步可降至3mg／m3冷却洗涤 2K-T操作条件与火焰中心温度为 ③压力 2K-T⑤蒸气煤比：0．3~0．34kg／kg 烟 褐 原料组6.18.-68.49.85. 4 3 11 生成气.1.4.痕痕痕 1.52.1. ＜0.1.0.www0www0

10.

10.

10.2K-T ；效成份(CO+H2)可达85％2K-T 3 CoalGasficationProcess）简称 煤。煤电转化总（净）效率>43%（低位发热量）19983 气化火焰中心温度随煤种不同1600~2200℃之间，出炉煤气温度约为1400~1700℃。3S 煤气化工艺在德国汉

CO+H2≈CO+H≈CO/H2≈CO+H≈CO/H2≈ 产气率3 N2、CO2气动输 N2、CO2气动输N2、CO22再经由加压氮气或二N2、CO2水激冷水激冷熔

3.3 煤气化工艺技术 在典型的操作条件下 99% 34 结构简图见图5-48。S 它主要由内桶和外桶两部分组成:包括膜式水冷壁、环形空3. 技术用于合成气 尘 洗 硫连续运行10年水冷壁内连续运行10年水冷壁外气流床 壁重力方向，当渣层较薄时，由于耐火衬层冷却至灰附着，当渣层增厚到一定升高到灰以上时，熔渣流淌减薄；当渣层渣层温度降低到灰以下时熔渣聚积增厚，GSP粉煤气德国黑水泵煤气厂从1977年开始开发了干法进料的加压煤开始建立的中试装置处理量为后来达到10t/h到1983年又建成了大型装置。进入系统的煤经后在干燥器内用700~800℃烟气干燥GSP粉煤气传送速度3~8m/s粉状褐煤的负载密度粉煤和氧蒸汽进行火焰反应，停留时间为3~10s反应剂以轴向的平行方向通过喷嘴进入，热煤气和熔渣粗煤气同液态渣一起离开反应室后进入激冷室，用水激 GSP气化反带水冷壁的反应 带水冷格栅的反应

▼水冷壁外CoolingScreenoftheGasification气化反应器的水冷LiquidPressurizedPipecoilwith

Solid

CoolingScreenStratificationinCoalGasification150kW/m2煤气化装置中的水冷格 t癈

=50

=8

=1~

~ 表5- 两种粉煤气化参东爱尔勃褐 西爱尔勃褐项目粉煤消耗率/[kg/m3粗煤气（干0.65~0.0.0.碳转化率.5~3.2.5~3.3.1~4.0~0.0~0.约约约（干5、德士古(TEXACO)冷却

喷耐火砖水水出

冷却

喷耐火水

冷却

喷耐火水

）熔渣经淬冷、后 冷却

喷

－水煤浆进料（煤耐火砖衬－液态排水水出

1-输煤装置；2-煤仓；3-球磨机；4-煤浆槽；5-煤浆泵；6-气化炉；7-热锅炉；8-渣锁；9-对流式废热锅炉；10-气体洗涤器；11-沉淀器；12-灰渣煤 煤 分为开路(不返料)和闭路(返料)水A一段湿法(开路水B一段湿法(闭路添 返 承受热力腐蚀、机械磨蚀外，还将灰渣的物理、化学 熔渣 进进一步冷却至300收显热和生产蒸(废热锅炉 (废热锅炉渣，与煤气分离，同时产生高压蒸汽。然后，粗废水中含有极少量的酚、化氢和氨，只需常规处理即固体排放物(固体熔渣)不会造成对环境的污染，并可用工艺条件及气化有5%～8%甚至的水分在内。气化压力：2.45MPa（表压气化温入炉煤量（干O2很重要。研究水煤浆的成浆特性和工艺，寻求提高选择合适的煤种(活性好、灰分和灰都较低)，调配最佳粒度和粒度分布是具有良好流动性和较为稳氧煤比与气化温度的关

氧煤比与碳转化率的关气化压力2.45MPa（表压）；温度1380℃；入炉煤量（干100~105t/h；煤浆质量分数为。气流床气化操作压力的增加，不仅增加了反应物浓 ...7.9.④投煤量.-3.2. 4 7 -宽，能使用除褐煤以外的各种灰渣的黏度-排出的废 当本法使用高灰的煤气化时，可能需要添加助熔剂以克服排渣的。这时此法就特大为逊色，使耗氧 煤 气煤 气煤的气化是指直接向煤层中注入气化剂而使煤在转变成煤气后再将它将煤的开采与气化集中为一个过程，将煤层中所含的有效能量以最清洁的方式输出地面，而将残渣等废物留在地下，从而大大减轻了煤炭开采与地上气化煤 气图图5-煤 气如下图所示，在钻孔1底部点火后，由钻孔1通入气化剂，则在钻孔1底部形成一个燃烧区，其燃烧层面称为火焰工作面。产带的热量传给周围的煤层，从而在气化通道中相继形成燃烧区（）（Ⅱ）、干馏区（Ⅲ）和干燥区（Ⅳ）。煤 气随着煤层的燃烧与气化，火焰工作面不断向前、向上推进。下方的析空区逐渐被烧剩的灰渣和顶板跨落的岩石所充填。同时，块煤也可能下落到析空区，而形成一个反应性较高的块煤区。这样，气化区逐煤 气 气化一般分为有井式和无井式两类，无井式气化工程量小，只需通过钻孔和贯通两个主要环节便可完成气化的钻孔的目的是为了将气化过程引入煤而贯通则是为了在两钻孔底部沿煤层开辟一个气化通道，从而使气化过程在煤煤 气 径流化理变量 小气流床

煤气粉尘含量高，后处理系统磨损、腐蚀较重灰 液态排渣，氧耗随灰含量和的增高而增加求备煤系统庞大，除尘系统庞大，废热回收昂贵—炉（移动炉（移动K-T炉（气流0047mm占有无无煤煤气产率粗煤气耗氧（折成气 一般损失9-的煤。国内机械化采煤的的3 ω(O2)/ω(C)=0.27;ω(H2O)/ω(C)=0.45 煤气净化的目脱除煤气中酸性气体的重⑴H2S气体脱除的必①硫化物的有机硫化物：二硫化无机硫化物：硫化要指脱H2SH2S占总硫量的90%以上。②H2S气体脱除的必要 若煤气用于化工合成原料时，H2S会使催化 CO2有脱除的必要性CO2脱硫方法的⑴干缺点：脱硫剂再生，需要周期性生产，