煤氣化技術主講人：張國偉內容概要1、概述2、煤炭氣化原理3、原料的性質對氣化的影響4、煤炭氣化技術-固定床氣化法5、煤炭氣化技術-流化床氣化法6、煤炭氣化技術-氣流床氣化技術

1、煤氣化工藝的工藝過程包括哪些？2、煤氣化工藝的主要產品有哪些？3、煤氣化的產品的應用有哪些？一、

第一節(jié)概述煤炭氣化的簡介煤炭氣化工藝的分類煤炭氣化的評價指標煤炭氣化的原則流程概1、煤炭氣化的簡介煤或煤焦與氣化劑（空氣、氧氣、水蒸氣、氫等）在一定溫度及壓力下發(fā)生化學反應，將煤或煤焦中有機質轉化為煤氣的過程氣化的主要階段包括：備煤、氣化、氣體洗滌、黑水處理、一氧化碳變換等工段氣化的主要產品包括：CO、H2、CH4

用于生產各種燃料，是干凈的能源，利于提高人民生活水平和環(huán)境保護;煤氣化生產的合成氣是合成液體燃料等多種產品的原料。18世紀后半葉煤化工發(fā)展始于18世紀后半葉，用煤生產民用煤氣；在歐洲當時用煤干餾方法，生產的干餾煤氣用于城市街道照明；1840年由焦炭制發(fā)生爐煤氣來煉鐵，1875年使用增熱水煤氣作為城市煤氣二次世界大戰(zhàn)時期二次世界大戰(zhàn)時期，煤炭氣化工業(yè)在德國得到迅速發(fā)展。1932年采用一氧化碳與氫通過費一托(FlscherTropsch)合成法生產液體燃料獲得成功，1934年德國魯爾化學公司應用此研究成果創(chuàng)建了第一個F-T臺成油廠，1936年投產。1935~1945年期間德國共建立了9個合成油廠，總產量達570kt。二次世界大戰(zhàn)后二次世界大戰(zhàn)后，煤炭氣化工業(yè)因石油、天然氣的迅速發(fā)展減慢了步伐，進人低迷時期，煤氣主要作為城市煤氣及臺成氪原料的生產等，直到20世紀70年代成功開發(fā)由合成氣制甲醇技術，由于甲醇的廣泛用途，使煤炭氣化工業(yè)又重新引起人們重視。70年代后1975年，美國Eastaman(依斯曼)公司開始了合成醋酐的實驗室研究，重點是開發(fā)適用的催化劑，以便在工業(yè)化生產時能達到需要的條件下，減少副產物生成。他們采用醋酸甲酯與一氧化碳為原料羰基合成制取醋酐，并于1977年中試成功。到20世紀80年代末，由煤炭氣化制合成氣，羰基合成生產醋酸、醋酐開始大型化生產，這是煤制化學品的一個非常重要的突破。

現(xiàn)在現(xiàn)在，隨著氣化生產技術的進一步發(fā)展，以生產含氧燃料為主的煤炭氣化合成甲醇、二甲醚，有廣闊的市場前景。其中二甲醚不僅是從合成氣經甲醇制汽油、低碳烯烴的重要中間體·而且也是多種化工產品的重要原料。甲醇從近年供需情況來看，除作基本有機化工原料、精細化工原料外，作為替代燃料應用，預計需求量將達800～1000萬噸／年，到2020年t甲醇需求預計達5000萬噸／年。

南非南非開發(fā)煤炭間接液化歷史悠久，早在1927年南非當局注意到依賴進口液體燃料的嚴重性，基于本國有豐富的煤炭資源，開始尋找煤基合成液體燃料的新途徑，1939年首先購買了德國F—T合成技術在南非的使用權，在20世紀50年代初，成立了SASOL公司，1955年建立了SASOLIT，1980年和1982年叉相繼建成了SASOL一Ⅱ廠和SA—SOLⅢ廠。

煤炭氣化發(fā)展簡史2煤炭氣化工藝的分類

地面氣化

將煤從地下挖掘出來后再經過各種氣化技術獲得煤氣的方法。

將未開采的煤炭有控制的燃燒，通過對煤的熱化學作用生產煤氣的過程。地下氣化地理位置煤炭氣化原理其原理如圖此過程的反應式如下：煤在氣化過程中不需外界供熱，而是利用煤與氧反應放出熱量來達到反應所需溫度，即燃燒一部分氣化所用燃料，將熱量積累到燃料層里，再通入水蒸氣發(fā)生化學反應制取煤氣。傳熱方式外熱式內熱式是指利用外部給氣化爐提供熱量的過程。其熱源可由加熱外部爐壁來加熱燃料，爐壁需選用耐火度高且導熱性好的材料；同時也可用高度過熱水蒸氣(1100℃)；另外也可用加熱水蒸氣和粉末燃料的混合物到1100℃．達到水煤氣反應溫度。其原理如圖所示地面氣化技術分類地面氣化技術分類煤炭氣化原理氣化介質純氧

加氫富氧水蒸氣地面氣化技術分類入爐的煤塊粒度粉煤炭氣化塊煤炭氣化

移動床氣化沸騰床氣化氣流床氣化熔融床氣化

燃料在爐內狀況其他分類工業(yè)煤氣分類煤炭氣化原理定義：以空氣為氣化劑生成的煤氣。主要成分：N2，CO，CO2，H2。特點：熱值低，主要作為化學工業(yè)原料，煤氣發(fā)動機燃料等。空氣煤氣

混合煤氣

半水煤氣

水煤氣

定義：以空氣和適量水蒸氣為氣化劑生成的煤氣。主要成分：

N2，CO，H2，CO2。特點：工業(yè)上一般用作燃料。定義：以水蒸氣為氣化劑生成的煤氣。主要成分：H2，CO，CO2，N2。特點：H2和CO含量達85％以上，一般用作化工原料定義：以水蒸氣加適量的空氣或富氧空氣為氣化劑生成的煤氣主要成分：H2，CO，N2，CO2。特點：（H2+CO）=3N2（質量），一般用來合成氨工業(yè)煤氣幾種氣化爐的工藝性能氣化強度水蒸氣消耗量熱效率氣化效率單爐生產能力3煤炭氣化過程主要評價指標評價指標

水蒸氣消耗量和水蒸氣分解率是煤炭氣化過程重要的指標4煤氣化的主要工藝流程氣化壓力向高壓發(fā)展氣化爐能力向大型化發(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、碳轉化率和氣化爐能力，實現(xiàn)氣化裝置大型化和能量高效回收利用，降低合成氣的壓縮能耗或實現(xiàn)等壓合成（如甲醇低壓合成），降低生產成本。如Texaco氣化壓力可達6.5～8.5MPa，Shell氣化壓力為2～4MPa。

Texaco和Shell單臺氣化爐氣化煤量已達2000t/d以上。Prenflo氣化爐單爐氣化煤量已達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。

氣化溫度向高溫發(fā)展Texaco氣化溫度1400～1500℃，Shell氣化溫度高達1400～1700℃，流化床氣化溫度為1000～1200℃。氣化溫度高，煤中有機物質分解氣化，消除或減少環(huán)境污染，對煤種適應性廣。塵降到1～2mg/m3(標)以下。

技術不斷進步不斷開發(fā)新的氣化技術和新型氣化爐，提高碳轉化率和煤氣質量，降低建設投資。目前碳轉化率高達98%～99%，煤氣中含CO+H2達到80%～90%。

現(xiàn)代煤氣化技術與其他先進技術聯(lián)合應用如與燃氣輪機發(fā)電組合的IGCC發(fā)電技術；高壓氣化（6.15MPa）與低壓合成甲醇、二甲醚技術聯(lián)合實現(xiàn)等壓合成，省去合成氣壓縮機，使生產過程簡化，總能耗降低。

環(huán)保效果更好煤氣化技術與先進脫硫、除塵技術相結合，實現(xiàn)環(huán)境友好，減少污染。如在氣化爐內加入脫硫劑（石灰石），脫硫效率可達80%～90%；采用高效除塵器使煤氣中含煤炭氣化發(fā)展方向1、什么是煤炭氣化技術，煤炭氣化工藝大概包括了那些工段？2、煤炭氣化的產品包括哪些？3、煤炭氣化技術分類包括哪些？4、煤炭氣化過程的評價指標？5、煤炭氣化簡單流程？總結本節(jié)課總結：作業(yè)P142：填空題2、3、5、7選擇題2、3、6、71、什么是煤炭氣化技術，煤炭氣化工藝大概包括了那些工段？2、煤炭氣化的產品包括哪些？3、煤炭氣化技術分類包括哪些？4、煤炭氣化過程的評價指標？5、煤炭氣化簡單流程？復習復習：

1煤氣化的基本條件煤焦爐及設備2氣化的幾個重要過程3氣化過程主要化學反應4氣化過程物理化學基礎5

煤氣平衡組份的計算第二節(jié)煤炭氣化原理知識目標掌握煤炭氣化方法、煤炭氣化原理了解地上氣化熟悉與理解氣化過程的理論基礎與煤氣平衡組成的計算能力目標能掌握煤炭氣化反應會判斷實際用煤氣化時的主要影響因素會解釋T、P對氣化的影響1煤氣化的基本條件煤氣化溫度煤氣化壓力氣化原料氣化劑氣化反應容器氣化反應反應條件具體的氣化過程隨所采用的爐型不同，操作條件不同，所使用的氣化劑及燃料組成的不同而不同，但基本都包括幾個主要的過程，即煤的干燥、干餾、熱解、不完全燃燒等過程。2煤氣化的幾個重要過程

氣化的幾個重要過程就移動床來說，基本接近于低溫干餾（500-600℃)。沸騰床和氣流床氣化工藝此過程較復雜，氣流床幾個過程幾乎同時進行。就單純熱解作用的氣態(tài)而言．煤氣熱值隨煤中揮發(fā)分的增加而增加，隨煤的變質程度的加深氫氣含量增加而烴類和二氧化碳含量減少。

加氣體流速，提高氣體溫度都可以增加干燥速度。煤中水分含量低、干燥溫度高、氣流速度大，則干燥時間短；反之，煤的干燥時間就長。

煤氣化熱解干餾干燥一次反應C+O2→CO2-394.1kJ/molC+H2O≒CO＋H2+135.0kJ/molC+1/2O2→CO-110.4kJ/molC+2H2O→CO2+2H2+96.6kJ/molC+2H2≒CH4-84.3kJ/molH2+1/2O2→H2O-245.31kJ/mol

二次反應C+CO2≒2CO+173.3kJ/mol2CO+O2≒2CO2-566.6kJ/molCO+H2O≒H2+CO2-38.4kJ/molCO+3H2≒CH4+H2O-219.3kJ/mol3C+2H2O→CH4+2CO+185.6kJ/mol2C+2H2O→CH4+CO2+12.2kJ/mol氣化主反應煤炭氣化原理3煤氣化的主要化學反應煤氣化主要的副反應S+O2=SO2S02+2CO=S+2CO2C+2S=CS2CO+S=COSN2十3H2=2NH3N2+02=2NON2+202=2NO2N2+H20+2C0=2HCN+02S+H2=H2S2H2S十S02=3S+2H20

煤氣化主要的副反應煤炭氣化原理反應歷程氣體反應物向固體(碳)表面轉移或擴散。

第一步氣體反應物被吸附在固體(碳)表面。

第二步被吸附的氣體反應物在固體(碳)表面起反應而形成中間配合物。

第三步中間配合物的分解或與氣相中到達固體(碳)表面的氣體分子發(fā)生反應。

第四步反應物從固體(碳)表面解吸并擴散到氣相

第五步4、氣化過程的物理化學基礎

呂·查德理（LeChatelier）原理：處于平衡狀態(tài)的體系，當外界條件（溫度、壓力及含量（摩爾分數(shù)）等）發(fā)生變化時，則平衡發(fā)生移動，其移動方向總是朝著削弱或者抗拒外界條件改變的影響。呂·查德理（LeChatelier）原理

吸熱反應（Q<0）的K值，隨溫度升高而增加；而放熱反應（Q>0）的K值，隨溫度升高而下降。溫度的影響

壓力增加，反應向體積縮小的方向移動。壓力的影響溫度、壓力對氣化平衡的影響溫度與反應平衡圖

氣化用煤的煤質、煤種對氣化過程有很大的影響，煤種不僅影響氣化產品的產率與質量，而且關系到氣化的生產操作條件。

在選擇氣化用原料的種類時，必須結合氣化方式和氣化爐的結構進行考慮，也要充分利用資源，合理選用原料。第三節(jié)原料煤對氣化的影響3、1煤種對氣化的影響氣化用煤第一類

第二類

第三類第四類氣化時不黏結也不產生焦油氣化時黏結并產生焦油氣化時不黏結但產生焦油氣化時不黏結，能產生大量的甲烷無煙煤、焦炭、半焦和貧煤

弱黏結或不黏結煙煤褐煤

泥炭

特性代表原料無煙煤、焦炭、半焦和貧煤

弱黏結或不黏結煙煤褐煤

泥炭

無煙煤、焦炭、半焦和貧煤

弱黏結或不黏結煙煤褐煤

泥炭

無煙煤、焦炭、半焦和貧煤

這類原料氣化時不黏結，不會產生焦油，所生產的煤氣中只含有少量的甲烷，不飽和碳氫化合物極少，但煤氣熱值較低。無煙煤在中國的儲量約占總儲量的18％。無煙煤一號(年老無煙煤)產地主要有北京門頭淘、福建龍巖和廣東梅縣，無煙煤二號(中等無煙煤)主要產在山西晉城和河南焦作，無煙煤三號(年輕無煙煤)主要產地在山西陽泉和寧夏汝箕溝。煙煤

褐煤

泥炭煤

氣化煤種的主要特征

這種煤炭氣化時黏結，并且產生焦油，煤氣中的不飽和烴、碳氫化合物較多，煤氣凈化系統(tǒng)較復雜，煤氣的熱值較高。煙煤中貧煤、長焰煤、不粘和弱黏煤在一定條件下可作為氣化用煤。中國的煙煤主要分布在北方各省，華北地區(qū)儲量約占全國總儲量的60％以上。

氣化時不黏結但產生焦油。褐煤是變質程度較低的煤，加熱時不產生膠質體，含有高的內在水分和數(shù)量不等的腐殖酸，揮發(fā)分高，加熱時不軟化，不熔融。中國褐煤的儲約占總儲量的10%，主要的褐煤產地有內蒙的平莊、札賚諾爾和大雁、吉林的舒蘭、南的小龍?zhí)逗蛷V西的百色。泥炭煤中含有大量的腐殖酸，揮發(fā)分產率近70%左右。氣化時不黏結，但產生焦和脂肪酸，所生產的煤氣中含有大量的甲烷和不飽和碳氫化合物。煤氣的發(fā)熱值：不同氣體的發(fā)熱值

指標準狀態(tài)下1m3煤氣在完全燃燒時所放出熱量高發(fā)熱值煤種對氣化煤氣組分的影響煤種對煤氣產率的影響一般來說，煤中揮發(fā)分越高，轉變?yōu)榻褂偷挠袡C物就越多，煤氣的產率下降。此外，隨著煤中揮發(fā)分的增加，粗煤氣中的二氧化碳是增加的，這樣在脫除二氧化碳后的凈煤氣產率下降得更快1、煤氣產率：2、凈煤氣產率：3、干餾煤氣占凈煤氣的體積百分比；4、干餾煤氣占凈煤氣的熱能百分比；5、干餾煤氣占粗煤氣的熱能百分比；6、干餾煤氣占粗煤氣的熱能百分比；

煤種結論不同煤種氣化產品表一般地說，變質程度較深的氣煤和長焰煤比變質程度淺的褐煤焦油產率大，而變質程度更深的煙煤和無煙煤．其焦油產率卻更低。消耗指標煤氣化反應C+H2O=CO+H2，該熱量是通過爐內的碳和氧氣燃燒以后放出的熱量來維持。不同煤種，煤中碳的質量分數(shù)不同，在氣化時所消耗的水蒸氣，氧氣等氣化劑的數(shù)量也相應增大。煤種對消耗指標及氣化組成的影響

氣化反應過程與煤的性質有很大的關系：不同的氣化流程對煤的性質也有不同的要求，對氣化工藝有影響的煤的性質如左圖所示。3、2煤炭性質對氣化的影響揮發(fā)分灰分氣化硫分粒度灰熔點水分二年級

吸附或凝聚在煤內部較小的毛細孔中的水分。

以硫酸鈣、高嶺土等形式存在的，通常大于200℃以上才能析出。

是在煤的開采、運輸、儲存和洗選過程中潤濕在煤的外表面以及大毛細孔。外在水分內在水分固定床對氣化影響煤中水分含量太高而加熱的速度又太快時，煤中水分逸出太快，容易使煤塊碎裂而引起出爐煤氣的含塵量增高。另外增加水處理量。

流化床和氣流床：固體顆粒粉碎的粒度很小，過高的含水量會降低顆粒的流動性，因而規(guī)定煤的含水量小于5％。尤其對煙煤的氣流床氣化法，采用干法加料時，要求原料煤的水分含量應小于2％。水分對氣化的影響結晶水分氣流床、流化床揮發(fā)分確定氣化用煤中揮發(fā)分含量的大小要根據(jù)氣化爐型及煤氣的用途來確定。固定床氣化工藝時，如果煤氣用作燃料時，要求甲烷含量高、熱值大，則可以選用揮發(fā)分較高的煤作原料，在所得的煤氣中甲烷的含量較大。。

當制取得煤氣用作工業(yè)生產的合成氣時，一般要求使用低揮發(fā)分、低硫的無煙煤、半焦或焦炭。合成氨用的半水煤氣，要求氫氣含量高，而這時甲烷卻變成了一種雜質，含量不能太大，要求揮發(fā)分小于10%。揮發(fā)分對氣化的影響

氣化時由于少量碳的表面被灰分覆蓋，氣化劑和碳表面的接觸面積減少，降低了氣化效率灰分的大量增加，不可避免地增加了爐渣的排出量，隨爐渣排出的碳損耗量也必然增加。123隨著煤中灰分的增加，氣化的各項消耗指標均增加，如氧氣的消耗指標、水蒸氣的消耗指標和煤的消耗指標都有所上升，而凈煤氣的產率下降?；曳謱饣挠绊懟胰埸c變形溫度----表示軟化溫度----T2表示流動溫度----T3表示而灰熔點一般指T2對于固態(tài)排渣，要求T2＞1250℃。為防止灰分結渣，常采用的措施是通入過量蒸汽。煤中的礦物質，在高溫和活性氣體介質的作用下，轉變?yōu)槔喂痰恼辰Y物或熔融物質爐渣的能力稱為結渣性。一是氣化爐正常操作時，不致使灰熔融而影響正常生產的最高溫度，另一個是采用液態(tài)排渣的氣化爐所必須超過的最低溫度。

對于灰熔點低的煤在氣化時容易結渣，要加大水蒸氣的用量，使氧化層的溫度維持在灰熔點以下對于灰熔點高的煤種，可采用較高的操作溫度。(SiO2+Al203)(Fe2O3+CaO+MgO)來表示，該值越大，則灰熔點越高，灰分越難結渣，相反，則灰熔點越低，灰分越易結渣?；曳謱饣挠绊?/p>

煤在氣化時，其中80％～85％的硫以H2S和CS2的形式進入煤氣當中。用做合成原料氣時，硫化物的存在會使得合成催化劑中毒，煤氣中硫化物的含量越高，后面工段脫硫的負擔會超重。硫分對氣化的影響如果制得的煤氣用于燃料時，比如用做城市民用煤氣，其疏含量要達到國家標準，否則燃燒后大量的S02會排人大氣，污染環(huán)境。硫分對氣化的影響硫分對氣化的影響

煤粉粒度對氣化影響通過比表面積、傳熱系數(shù)、煤氣夾粉量有關。移動床：10－100mm的且較均勻的塊煤流化床：0－8mm的細粒煤氣流床：<0.1mm的粉煤粒度對氣化的影響

為限制2mm的煤粒不被帶出，爐內上部空間煤氣的實際速度最大為0.9～0.95m／s粒度對氣化的影響對氣化影響焦炭強度方法結果解決

轉鼓試驗是將一定量塊度大于某一規(guī)定值的焦炭試樣，放入一個特定結構尺寸的轉鼓內，轉鼓以恒定的轉速轉動。一定轉數(shù)轉達由于轉鼓內的提料板作用，焦炭在鼓內產生翻動和上下跌落運動。

在煤氣發(fā)生爐上部設置機械攪拌裝置；

轉鼓試驗是將一定量塊度大于某一規(guī)定值的焦炭試樣，放入一個特定結構尺寸的轉鼓內，轉鼓以恒定的轉速轉動。一定轉數(shù)轉達由于轉鼓內的提料板作用，焦炭在鼓內產生翻動和上下跌落運動。對原料進行瘦化處理，在入爐煤內混配一些無黏結性的煤或灰渣，以降低煤料的黏結性。

轉鼓試驗是將一定量塊度大于某一規(guī)定值的焦炭試樣，放入一個特定結構尺寸的轉鼓內，轉鼓以恒定的轉速轉動。一定轉數(shù)轉達由于轉鼓內的提料板作用，焦炭在鼓內產生翻動和上下跌落運動。煤的黏結性

黏結性煤在氣化時，干餾層能形成膠質體，使料層的透氣性變差，阻礙氣體流動。

當氣體流動變差時，將出現(xiàn)爐內崩料或架橋現(xiàn)象，使煤料不易往下移動，導致操作惡化。煤的黏結性對氣化的影響方法

燃料的機械強度是指抗碎、抗磨和抗壓等性能的綜合體現(xiàn)。

煤的熱穩(wěn)定性是指煤在加熱時，是否容易碎裂的性質。轉鼓測焦炭的強度機械強度機械強度和熱穩(wěn)定性對氣化的影響

熱穩(wěn)定性機械強度差的煤在運輸過程中，會產生許多粉狀顆粒，造成燃料損失，在進入氣化爐后，粉狀燃料的顆粒容易堵塞氣道，造成爐內氣流分布不均，嚴重影響氣化效率。熱穩(wěn)定性差的煤在氣化時，伴隨氣化溫度的升高，煤易碎裂成煤末和細粒，對移動床內的氣流均勻分布和正常流動造成嚴重的影響。1、氣化的幾個重要過程？2、煤炭氣化的主要反應？3、不同煤種對氣化氣體產率及氣體組分的影響？4、対氣化產生影響的八個指標？5、溫度和壓力對煤炭氣化的化學平衡的影響？總結本節(jié)課總結：作業(yè)P142：填空題12、15、16、18選擇題11、13

1固定床氣化工藝簡介煤焦爐及設備2常壓發(fā)生爐煤氣生產技術3水煤氣生產工藝4

加壓移動床氣化工藝5

魯奇氣化工藝第四節(jié)固定床氣化法氣化技術分類氣流床流化床移動床燃料規(guī)格＜500μm0.5~10mm5~50mm反應性高較高低熱穩(wěn)定性低中高粘結性低低低機械強度低中高水分Shell2％Texco不限＜5％＜20％4.1固定床氣化工藝簡介移動床簡介

混合發(fā)生爐氣化是移動床常壓氣化技術最成熟的氣化方法之一，原料煤在煤氣發(fā)生爐內與空氣和水蒸汽組成的混合氣化劑發(fā)生反應，生成混合發(fā)生爐煤氣?；旌习l(fā)生爐煤氣屬于低熱值煤氣，一般在4.6~7.5MJ/m3之間，主要用作工業(yè)燃料氣，不能單獨作民用煤氣使用。移動床簡介粒度控制在50mm左右物料分層明顯煤和氣反向進入；氣化劑為水蒸氣和空氣；固定床的特點固定床氣化的過程原理氧化層還原層干餾層干燥預熱層灰層熱交換分為上中下三部分常壓煤氣熱煤氣流程：500℃冷煤氣流程：30℃產品溫度進行劃分（1）燃料層溫度（2）燃料層運移速度和料層高度（3）鼓風量（4）飽和溫度煤氣氣化爐操作指標操作條件冷煤氣流程4.2常壓發(fā)生爐煤氣生產工藝工藝分類水煤氣生產原理產品六個階段工藝條件4.3水煤氣的生產工藝空氣煤氣、水煤氣、半水煤氣Ⅰ吹風階段；Ⅱ蒸汽吹凈階段；Ⅲ上吹制氣階段；Ⅳ下吹制氣階段；Ⅴ二次上吹制氣階段；Ⅵ空氣吹凈階段。Ⅰ氣化層溫度；Ⅱ蒸汽用量；Ⅲ吹風時間；Ⅳ碳層高度；Ⅴ循環(huán)時間；Ⅵ生產強度。常壓水煤氣的生產工藝流程圖（1）雙豎管冷卻水的用量可以由下式計算：主要設備簡介洗滌塔、電捕焦油器工藝參數(shù)及控制水煤氣發(fā)生爐工藝指標及控制

吹風過程的熱效率用料層蓄積的熱量與該過程所消耗的熱量之比來表示，即：吹空氣過程的操作條件②制氣階段的效率制氣效率用下式表示，即：③氣流速度④水蒸氣量⑤料層高度⑥循環(huán)時間吹空氣過程的操作條件

項

目

CHONSA總

計入方原料煤原料水分空

氣氣化用蒸汽78.63－－－1.690.56－4.581.944.4483.4636.620.85－274.72－1.44－－－10.45－－－95.05.0358.1841.2合

計78.636.83126.46275.571.4410.45499.38出方干煤氣未分解蒸汽原料水分熱解水帶出物灰渣75.20－－－1.61.775.490.660.560.12－－116.45.324.440.97－－275.57－－－－－1.02－－－－－－－－－0.410.45473.615.985.01.09211.82合計78.576.83127.13275.571.0210.45499.5差額誤差%0.060.0800－0.67－0.530.070.025029.100－0.12－0.02氣化過程物料平衡綜合表表4-2（以100㎏入爐無煙煤計算）入方

kJ%出

方kJ%原料煤發(fā)熱量2838650 95.5干煤氣發(fā)熱量2280533.276.7煤帶入的顯熱2176 0.07干煤氣顯熱2878539.68水蒸氣帶入熱112645.8 3.79煤氣中水分熱49090.21.65氣化用空氣顯熱19857.50.68帶出物熱焓553391.86灰渣熱焓64311.52.16夾套蒸汽熱焓112645.8 3.79其他熱損1235564.16合

計2973329 100合

計2973329100氣化過程熱平衡綜合表3M21型移動床混合煤氣發(fā)生爐典型常壓發(fā)生爐3M13型移動床混合煤氣發(fā)生爐典型設備典型設備U·G·I型水煤氣發(fā)生爐燃料品種工作循環(huán)中各階段時間分配/%吹風上

吹

下

吹二次上吹空氣吹凈無煙煤，粒度25～75mm無煙煤，粒度15～25mm焦炭，

粒度15～50mm石灰碳化煤球24.5～25.525.5～26.522.5～23.527.5～29.525～2626～2724～2625～2636.5～37.535.5～36.740.5～42.536.5～37.57～97～97～97～93～43～43～43～4不同燃料循環(huán)時間分配表魏爾曼-格魯夏（Wellman-Galusha）煤氣發(fā)生爐連續(xù)式兩段發(fā)生爐項

目熱粗煤氣體積分數(shù)/%冷凈煤氣體積分數(shù)/%煤氣組成COH2CO2CH4N2水分焦油輕油27.916.94.22.244.24.20.30.129.217.64.42.346.5－－－熱效率/%高熱值/（MJ/Nm3）溫度/℃產率/（Nm3/㎏煤）88～937.75～7.824003.5572～806.14～6.70常溫3.4～3.55兩段爐煤氣指標4.4、加壓氣化生產工藝

氣化爐常壓固定床氣化爐生產的煤氣熱值較低，氣化強度和生產能力有限。1939年由德國的魯奇公司設計的第一代工業(yè)裝置Mark－Ⅰ建成投產，后來又不斷地對氣化爐的結構、壓力、煤種行研究，相繼推出了Mark－Ⅱ、Mark－Ⅲ、Mark－Ⅳ、Mark－Ⅴ爐型。中國20世紀60年代就引進了捷克制造的早期魯奇爐，在云南建成投產，用褐煤加壓氣化制造合成氨。1978年天脊煤化工集團公司(原山西化肥廠)1987哈爾濱依蘭東德PKM城市煤氣和甲醇1994河南義馬Ⅳ型城市煤氣和甲醇1.加壓氣化生產特點及工藝流程1.加壓氣化生產特點（1）原料選擇（煤種適應性強、氣化小粒煤、水分、灰分高的劣質煤）（2）生產過程控制（大型化、自動化、氣化壓力高輸送容易、年輕煤有副產品）

（3）缺點（蒸汽利用率低，量大，廢水多一次性投資大）2固定床加壓氣化的基實際過程溫度分布特征：反映了氣化特征。①灰渣層。位于料層的最底部，原料中的碳已基本耗盡，起保護爐算和預熱氣化劑作用。②第一反應層。第一反應層亦即氧化層，主要進行碳的氧化反應，是料層中溫度最高的區(qū)域，并提供氣化爐內其它反應所需的熱量。③第二反應層。即氣化層。該層開始的主要標志是氧氣已全部耗盡，水蒸氣大量分解，CO2被還原，使氣體中CO和H2的含量不斷增加。CO2和H2O(g)含量逐漸減少。同時也進行著C+H2O(g)→CH4＋CO2的反應。④甲烷層。甲烷層是生成甲烷的主要反應層，也是加壓氣化與常壓氣化的區(qū)別所在。該層進行的甲烷生成反應是碳與氫、一氧化碳與氫之間的反應，反應速度比第一反應層和第二反應層中的氣化反應速度要慢得多，因此，為生成盡可能多的甲烷，一般要求甲烷層厚度較大。⑤干餾層。干燥煤脫除揮發(fā)分，生成熱解水和多種干餾產物。在加壓氣化爐內，由于溫度較低并有大量氫氣存在，因此產生的焦油和以脂肪烴為主的輕質油很少裂解，并以蒸氣狀態(tài)存在于粗煤氣中。同時，在該層還存在著CO的變換反應，決定了出爐煤氣的組成。⑥干燥層。入爐原料失去水分并逐漸升溫。與常壓氣化相比，加壓氣化過程中甲烷生成反應增多。一方面是由于較厚干餾層揮發(fā)分熱解產生甲烷，另一方面是由于甲烷層中碳的加氫生成甲烷，而且主要以后者為主。3加壓氣化工藝整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電流程（IGCC）4魯奇加壓氣化爐Mark-IV煤鎖：容積為12m3的壓力容器，它通過上下閥定期定量地將煤加入到氣化爐內。根據(jù)負荷和煤質的情況，每小時加煤3～5次。加煤過程：a.在大氣壓下向煤鎖加煤b.用煤氣充壓c.向爐內加煤d.煤鎖卸壓，煤氣送入煤鎖氣柜，殘余的煤氣由煤鎖噴射器抽出，經過除塵后排入大氣?；益i：6m3的壓力容器，和煤鎖一樣，采用液壓操作系統(tǒng)，以驅動底部和頂部錐形閥和充、卸壓閥?？梢宰詣?、半自動和手動操作。該循環(huán)如下：a.連續(xù)轉動的爐篦將灰排出氣化爐，通過頂部錐形閥進入灰鎖。底部錐形閥關閉，壓力同氣化爐b.停止爐篦轉動，灰鎖頂部錐形閥關閉，再重新啟動爐篦。c.灰鎖降壓到大氣壓后，打開底部錐形閥，灰從灰鎖進入灰斗d.關閉底部錐形閥，用過熱蒸汽對灰鎖充壓，新循環(huán)開始。魯奇加壓氣化爐Mark-IV爐體：由雙層鋼板制成，外壁按3.6MPa的壓力設計，內壁設計外壓0.25MPa。水夾套：軟化水的壓力3MPa，蒸汽除滴后作氣化劑。夾套內的給水由夾套水循環(huán)泵進行強制循環(huán)。同時夾套給水流過煤分布器和攪拌器內的通道，以防止這些部件超溫損壞。布煤器和攪拌器：布煤器和攪拌器安裝在同一轉軸上。從煤箱降下的煤通過轉動布煤器上的兩個扇型孔，均勻下落在爐內。攪拌器是一個殼體結構，由錐體和雙槳葉組成，殼體內通軟化水循環(huán)冷卻。爐篦：分四層，相互疊合固定在底座上，頂蓋呈錐體。爐篦各層上開有氣孔，氣化劑由此進入煤層中均勻分布。爐篦的轉動多采用液壓傳動裝置，也有用電動機傳動機構來驅動。由于氣化爐爐徑較大，為使爐篦受力均勻，采用兩臺液壓馬達對稱布置。

氣化壓力壓力對煤氣組成的影響工藝參數(shù)的選擇有利有弊褐煤在各種不同壓力下的氣化實驗結果指標

氣

化

壓

力/MPa0.11.02.03.04.0粗煤氣（濕）組成（體積分數(shù)）/%CH4H2CnHmCOCO2H2O

2.240.70.227.1

19.310.5

5.6

33.5

0.25

19.522.5518.6

9.427.20.414.2

23.825.012.620.40.813.1

25.627.216.115.82.29.2

26.2

30.5粗煤氣（干）組成（體積分數(shù)）/%CH4H2CnHmCOCO2

2.445.60.230.221.6

6.841.30.323.927.7

12.536.30.518.931.8

18.529.71.116.133.624.123.42.813.835..9凈煤氣（干）組成（體積）/%CH4H2CnHmCO2.758.050.25

39.0

9.456.80.433.4

17.8

53.90.727.6

29.4

44.5

1.724.438.8

37.6

3.120.5褐煤在各種不同壓力下的氣化實驗結果凈煤氣發(fā)熱值/（kJ/m3）

12301.714809.7

17138.019328.321752.7凈煤氣/粗煤氣

0.784

0.723

0.682

0.664

0.641焦油/%以煤計的產率對鋁甑的收率輕油以煤計收率4.341.60.3

6.451.21.3

8.871.22.0410.186.32.8811.894.34.23氧氣消耗量/（m3/m3凈煤氣）

0.1860.169

0.1510.138

0.127水蒸氣消耗量/（㎏/m3凈煤氣）

0.464

0.807

1.03

1.28

1.46凈煤氣產率/（m3/㎏煤）

1.45

1.05

0.71

0.64

0.56熱效率煤氣熱/總熱水蒸氣分解率

88.264.7

79.550.3

73.937.5

68.230.1

61.529.0氣化強度/（㎏煤/m3·h）

420

750

1500

1800

2200注：1.燃料成分（%）：可燃物－69.00；灰分－12.00；水分－19.00；揮發(fā)分－41.30；鋁甑焦油－12.40。2.干燃料熱值：19446kJ/㎏；燃料粒度：2～。3.試驗條件：氣化溫度為，水蒸氣過熱溫度為。對氣化影響的因素汽氧比是指氣化劑中水蒸氣和氧氣的組成比例。氣化壓力壓力對氧氣消耗量的影響壓力對蒸汽消耗量的影響壓力對氣化爐生產能力的影響壓力對煤氣產率的影響氣化層的溫度甲烷的生成反應是放熱反應，降低溫度有利于甲烷的生成。汽氧比的選擇氣化層的溫度對氣化影響氣化層的溫度規(guī)律溫度范圍影響因素甲烷的生成反應是放熱反應，因而降低溫度有利于甲烷的生戒。但溫度太低，化學反應的速度減慢。通常，生產城市煤氣時，氣化層的溫度范圍在950～1050℃左右；生產合成原料氣時，可以提高到1150℃左右。影響反應層溫度最主要的因素是通入爐中氣化劑的組成即汽氧比，汽氧比下降，溫度上升。氣化物料平衡氣化能量平衡項

目CHONSAM總重入方原料煤工業(yè)氧分解H2O（g）未分解H2O（g）38.4－－－2.93－3.748－10.4221.7929.98－1.090.7105－－0.36－－－27.2－－－19.5－－73.2710022.500533.7373.27共計38.46.67862.1921.80050.3627.392.77229.5005出方干煤氣煤中干燥水未分解水熱解水焦油輕質油酚氨煤氣帶出物灰渣32.092－－－3.1360.6680.394－0.381.735.384－－0.6450.3530.1180.0330.1150.03－56.503－－5.160.341－0.088－0.1－1.216－－－0.0392－－0.53530.01－0.21－－－0.048－－－－0.102－－－－－－－－0.2827.02－19.373.27－－－－－0.2－95.40519.373.275.8053.91720.7860.5150.65031.028.852共計38.46.67862.1921.80050.3627.392.77229.5005

差額

誤差0.0000.000.0000.000.0000.000.0000.000.0000.000.0000.000.0000.000.0000.00氣化能量平衡黏結性

氣化爐結構復雜，爐內設有攪拌裝置、煤分布器和爐算等轉動設備，設備的損壞與檢修較為頻繁，運行開工率較低75－80%，需要設備用爐;操作溫度一般為1000－1250℃氣化爐壓力2.5－4.0MPa

固態(tài)排渣魯奇加壓氣化工藝的技術特點:

煤氣中含焦油、酚等，污水處理和煤氣凈化、副產品的回收工藝復雜、流程長、投資大;

蒸汽消耗量大，分解率低，需配套規(guī)模較大的中壓以上蒸汽鍋爐;1．氣化爐開車前系統(tǒng)的檢查確認2．點火前的準備工作3．氣化爐點火及火層培養(yǎng)4．氣化爐的切氧、升壓、并網(wǎng)送氣5氣化爐的氣化控制

1．壓力熱備爐的停車與再開車2．常壓熱備爐的停車與再開車3