【正文】 但由于地下煤層的構(gòu)成及其走向變化多端 ， 至今尚未形成一種技術(shù)成熟的 ， 能推廣使用的方法 。 一般一年半左右 ， 必須局部或全部更換 。 激冷流程的投資比廢鍋流程要少得多 。 德士古爐是液態(tài)排渣爐 ， 操作溫度必須大于煤的灰熔點 T3， 一般在1300～ 1500℃ 。 在美國 、 歐洲 、 日本和中國建立了多套商業(yè)化裝臵 。 （ 4） 技術(shù)不夠成熟 。氣化爐高溫排出的熔渣經(jīng)激冷后成玻璃狀顆粒 ， 性質(zhì)穩(wěn)定 ， 對環(huán)境影響小 。 膜式壁一方面提高了 Shell煤氣化技術(shù)的效率 ， 不需要外加蒸汽 ，并可副產(chǎn)中 、 高壓蒸汽；同時也增大了工藝操作強度 ， 膜式壁增加了工程設(shè)計的難度和制造的復(fù)雜程度 。 熔化煤灰沿爐壁流入水浴固化 ， 通過鎖斗排出 。 KT爐常壓下操作 ， 氧耗高 ， 要達(dá)到高轉(zhuǎn)化率有困難 。 火焰溫度 2023℃ ， 火焰末端即爐中部溫度為 1500～ 1600℃ 。 氧煤比既是重要的反應(yīng)條件 ， 又涉及氧耗等經(jīng)濟指標(biāo) 。 在高溫下 ， 所有的干餾產(chǎn)物都被分解 ， 只含有很少量的 CH4（ ％ ） ， 而且煤顆粒各自被氣流隔開 ， 單獨地裂解 、 膨脹 、 軟化 、 燒盡直至形成熔渣 ， 因此煤粘結(jié)性對煤氣化過程沒有影響 。 提高溫度同時要防止灰分結(jié)渣 ， 可在原料煤中添加石灰石或白云石以提高煤的軟化點和熔點 ， 但前提是煤灰分具有一定的堿性 。 Winkler氣化爐示意圖 流化床氣化 58 2） 溫克勒 （ Winkler） 煤氣化工藝 典型的工業(yè)規(guī)模的溫克勒爐內(nèi)徑 m， 高 23 m， 以褐煤為原料 ， 氧 水蒸氣鼓風(fēng)時生產(chǎn)能力 47000 m3/h， 空氣 水蒸氣鼓風(fēng)時為 94000 m3／ h， 生產(chǎn)能力可在 25％ ～ 150％ 范圍內(nèi)變化 。 57 2） 溫克勒 （ Winkler） 煤氣化工藝 溫克勒煤氣化方法是流化床技術(shù)發(fā)用過程中 ， 最早用于工業(yè)生產(chǎn)的 。 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 。 由于煤氣中的帶出物大為減少 ， 灰渣中的碳含量在 2％ 以下 ， 煤氣出口溫度也低 ， 加之生成的重焦油可經(jīng)風(fēng)口循環(huán)回爐氣化利用 ， 所以液態(tài)排渣氣化過程的熱效率和氣化效率高于固態(tài)排渣氣化 。 為了克服這些缺點 ， 開發(fā)了液態(tài)排渣的技術(shù) 。 魯奇加壓氣化法的 優(yōu)點： ① 可以用劣質(zhì)煤氣化 ，灰熔點較低 ， 粒度較小 （ 5～ 25 mm） 、 水分較高 （ 20％ ～ 30％ ） 和灰分較高（ 30％ ～ 40％ ） 的煤都可使用 ， 因而擴大了氣化用煤的范圍； ② 生產(chǎn)能力高 ，用褐煤氣化強度可達(dá) 2023～ 2500 kg/m2〃h ， 比常壓氣化爐高 5倍左右； ③ 氧耗量低； ④ 反應(yīng)床的操作溫度和爐出口煤氣溫度低 ， 碳效率高 ， 氣化效率可達(dá) 80％ ～ 90％ ； ⑤ 煤氣熱值高； ⑥ 能耗低； ⑦ 煤氣用途廣 ， 通過調(diào)整氣化壓力 、 氣化劑組成以及凈化加工處理 ， 得到諸如工業(yè)燃?xì)?、 城市煤氣以及各種H2CO比例的化工合成原料氣等； ⑧ 技術(shù)先進(jìn) ， 操作穩(wěn)定 。 因為煤的氣化所產(chǎn)生的煤氣的體積一般都比氣化介質(zhì)的體積更大 ， 據(jù)計算 ， 在 — 水蒸汽混合物作為氣化劑時 ， 所需壓縮的氧氣約占所制得煤氣體積的 14～ 15％ ， 這比常壓造氣產(chǎn)生的煤氣再壓縮到 ， 可節(jié)省動力約 2/3。 在常壓氣化爐和加壓氣化爐中 ， 假定帶出物的數(shù)量相等 ， 則出爐煤氣動壓頭相等 ， 可近似得出 ， 加壓氣化爐與常壓氣化爐生產(chǎn)能力 （ 以煤氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量表示 ） 之比為： 對于常壓氣化爐 ， Pl通常略高于大氣壓 ， P1≈ （ 大氣壓 ） 。 為解決這一矛盾 ， 只有增加水蒸汽用量 ， 通過提高水蒸汽濃度 ， 使生成物氫氣的絕對量增加 ， 以滿足甲烷生成反應(yīng)的需要 。 降低壓力和升高溫度都有利于二氧化碳的還原和水蒸汽的分解 。 加壓移動床氣化爐工況：原料煤由上而下 ， 氣化劑由下向上 ， 逆流接觸 。所用原料為焦炭 、 無煙塊煤以及無煙煤屑制成的型煤 。 間歇法使用至今 ， 已有悠久的歷史 ， 其缺點是生產(chǎn)必須間歇 。 3WG爐 （ 威爾曼一格魯夏爐 ） 有不帶攪拌裝臵與帶攪拌裝臵的兩種 。但氣化強度一般均按工作原料計算。 移動床煤氣化 33 一般煤氣發(fā)生爐的氣化強度為 200～ 250 kg／ m2〃h ， 經(jīng)強化之后氣化強度可達(dá)到 450～ 500 kg／ m2〃h ， 而不致降低煤氣質(zhì)量 。水分、揮發(fā)分高，則經(jīng)干燥和干餾后進(jìn)入氣化區(qū)的碳減少，水蒸氣耗量減少。 )(km ol/)(kg 12 )(km ol /kmolNm km ol 3碳碳碳 ??%10 09%.2023 804 kJ/N m1%.4112 633 kJ/m 33 ???)(/)(12/)(/406418)(/碳碳碳碳kmo lkgkmo lkJkgNmNmkJ ? 移動床煤氣化 29 （ b） 沿氣化爐料層高度煤氣組成的變化 ① 氣化劑中的氧 ， 經(jīng)過灰渣層的預(yù)熱 ， 進(jìn)人燃料層 7～ 10 cm（ 氧化層 ） 后 ，就幾乎全部消耗 ， CO2達(dá)最大值 ， 并開始出現(xiàn) CO； ② 在氧消失后水蒸氣才開始分解 ，這大約在氧化層以上 30~40cm區(qū)間內(nèi)進(jìn)行 ，同時發(fā)生 CO2的還原反應(yīng) ， 氣體中 H2和CO增加很快 ， 這一層是在還原層的下部 ，可稱為第一還原層； ③ 第一還原層上方約 40cm為第二還原層 ， 這里除了進(jìn)行 CO2的還原反應(yīng)外 ，還進(jìn)行均相水煤氣反應(yīng)； ④ 在燃料層上部空間 ， 氣相中 CO和H2O含量在減少 ， 而 CO2和 H2在增加 ， 說明均相水煤氣反應(yīng)仍在進(jìn)行 。 加壓方法常用氧氣與水蒸氣為氣化劑 ， 對煤種適用性大大擴大 。 氣化劑與煤逆流接觸 ， 氣化反應(yīng)進(jìn)行得比較完全 ， 灰渣中殘?zhí)忌?。 當(dāng)氣化過程中焦油被利用時 ， 焦油作為可利用的熱 。 氣化爐的生產(chǎn)能力通常用容積氣化強度表示 ， 與固體的密度和固體的停留時間有關(guān)： m/VR=ρ/τ 式中： m固體的質(zhì)量流量 ， kg/h。 移動床氣化爐中煤的機械強度與飛灰?guī)С鑫锖蜌饣瘡姸扔嘘P(guān) ， 需用機械強度高的煤 。這一方面是因為測定灰熔點的條件不同于氣化爐過程，另一方面也與煤的灰分產(chǎn)率有關(guān)。 （ b） 煤中礦物質(zhì)對環(huán)境的影響 煤中礦物質(zhì)的某些組分在氣化過程中是形成污染的根源 。 弱粘結(jié)性煤在加壓下 ， 特別是在常壓到 1MPa之間 ， 其粘結(jié)性可能迅速增加 。 煤氣化的物理化學(xué)基礎(chǔ) 13 對于煤氣化過程來說 ， 氣化用煤的性質(zhì)有重要的影響 ， 若煤的性質(zhì)不適合煤的氣化工藝 ， 將導(dǎo)致氣化爐生產(chǎn)指標(biāo)的下降 ， 甚至惡化 。 ),(. iccc CTfmndtdn ??? 煤氣化的物理化學(xué)基礎(chǔ) 10 （ 1）碳的氧化反應(yīng) （ 52） （ 53） 式中 A指前因子； Ea活化能； R氣體常數(shù)， ／ mol〃K 。 壓力高 ，生成甲烷多 ，因此高壓氣化可以得到含甲烷多 、 熱值較高的煤氣 。 5 煤氣化的物理化學(xué)基礎(chǔ) 1）氣化反應(yīng)化學(xué)平衡 煤氣化就過程而言包括煤的干餾和干餾半焦與氣化劑的氣化反應(yīng) 。 氣化原料煤由上部加料裝臵裝入爐膛 ， 含有氧氣與水蒸氣的氣化劑由下部送風(fēng)口進(jìn)入 ， 經(jīng)爐柵 （ 又名爐蓖 ）均勻分配入爐與原料層接觸發(fā)生氣化反應(yīng) 。 氣化煤氣可用作城市煤氣 ， 工業(yè)燃?xì)?、 化工原料氣 （ 又稱合成氣 ） 和工業(yè)還原氣等 。 發(fā)生爐與氣化過程示意圖 ； ； ；； 4 煤氣化過程 ? 發(fā)生爐中中各層作用 灰渣層 可預(yù)熱氣化劑和保護(hù)爐柵不會受到高溫的傷害； 氧化層 進(jìn)行碳的燃燒反應(yīng) ， 反應(yīng)速率快 ， 氧化層溫度最高 ， 高度較小； 還原層 進(jìn)行二氧化碳和水蒸氣的還原反應(yīng) ， 為吸熱反應(yīng) ， 所需熱量由氧化層帶人 ， 反應(yīng)速率較慢 ， 因而還原層高度超過氧化層 。 6 氣化反應(yīng)化學(xué)平衡 反應(yīng) 反應(yīng)式 反應(yīng)熱 ΔHk, kJ其反應(yīng)在低溫時僅受化學(xué)反應(yīng)控制，而高溫時傳質(zhì)過程則成為決定速率的因素。 在1000oC左右 ， C－ H2O反應(yīng)比 C－ CO2反應(yīng)快約 105倍 ， 而 C－ H2反應(yīng)比 C－ CO2 反應(yīng)慢上百倍 。 3） 粘結(jié)性 對移動床或流化床氣化 ， 適用的氣化用煤是不粘結(jié)或弱粘結(jié)性煤 。 5） 灰分 雖然煤礦物質(zhì)中某些金屬離子對氣化反應(yīng)有催化作用 ， 然而 ，無論在固態(tài)或液態(tài)排渣的氣化爐中 ， 灰分的存在往往是影響氣化過程正常進(jìn)行的主要原因之一 。 對流化床來說 ， 即使少量的結(jié)渣 ， 也會破壞正常的流化狀況 ， 另外在爐膛上部的二次風(fēng)區(qū)的高溫 ， 會使熔渣堵塞氣體出口處等 。 煤性質(zhì)對氣化的影響 16 6） 熱穩(wěn)定性 煤的熱穩(wěn)定性指煤在加熱時 ， 是否易于破碎的性質(zhì) 。對移動床來說，粒度的下限取決于煤的機械強度，褐煤取 25 mm，煙煤 10～ 12 mm，煤最大粒度和最小粒徑比為 2，一般不宜大于 4～ 5。 η氣 ＝ 100％ ＝ 100％ （ 512） 式中： η氣 —— 氣化效率 ， （ ％ ） ； Q氣 —— 煤氣的熱量 ， ［ kJ/kg（ 煤 ）］ ； Q燃 —— 使用燃料的發(fā)熱量 ， [kJ/kg（ 煤 ） ]； Q —— 煤氣的熱值 ， （ kJ/Nm3） ； V —— 煤氣產(chǎn)率 ， [Nm3/kg（ 煤 ） ]。 目前最通用的分類方法是按 反應(yīng)器類型 分類： ① 移動床（固定床）； ②流化床； ③ 氣流床； ④ 熔融床。 常壓方法比較簡單 ， 但對煤的類型有一定要求 ， 要用塊煤 ， 低灰熔點的煤難以使用 。 （ a）理想發(fā)生爐煤氣 理論上，制取混合發(fā)生爐煤氣是按下列兩個反應(yīng)進(jìn)行的： 2C＋ O2＋ ==2CO＋ ＋ 246435 kJ〃kmol 1（碳） C＋ H2O==CO＋ H2－ 118821 kJ〃kmol 1（碳） 所謂理想條件： ―― 氣化純碳，且碳全部轉(zhuǎn)化為 CO； ―― 反應(yīng)按化學(xué)計量進(jìn)行； ―― 孤立系統(tǒng)且熱平衡。同時爐內(nèi)反應(yīng)溫度隨飽和溫度增加而下降，因此水蒸氣分解率隨之下降。若反應(yīng)處于動力學(xué)控制區(qū) ， 反應(yīng)總速率受化學(xué)反應(yīng)速率控制 ， 所有可以提高化學(xué)反應(yīng)速率的措施都可使反應(yīng)總速率提高 ， 如提高反應(yīng)溫度和反應(yīng)物濃度 ，不僅可以改善煤氣質(zhì)量 ， 而且能提高氣化強度 。 如氣化強度超過合理范圍 ， 不但會增加燃料層阻力 ， 還會使灰渣中含碳量增加和出口煤氣中帶出物增多 ， 從而增加了原料的損失 ， 因而降低煤氣產(chǎn)率 ， 并且影響到煤氣質(zhì)量 ， 其綜合結(jié)果是氣化效率降低 。 其特點是采用雙滾筒連續(xù)進(jìn)料方式 ， 采用回轉(zhuǎn)爐蓖連續(xù)排灰 ，爐內(nèi)帶有攪拌棒破粘 ， 適用于長焰煤 、 氣煤等弱粘結(jié)性煤種 。 移動床煤氣化 36 3M13型煤氣發(fā)生爐 1．料斗； 2．煤斗閘門； 3．伸縮節(jié)； 4．計量鎖煤器； 5．計量鎖氣器； 6．托板和三角架； 7．?dāng)嚢簦? 8．空心柱； 9．蝸桿減速機； 10．圓柱減速機； 11．四頭蝸桿； 12．灰盤 移動床煤氣化 37 2） 水煤氣 水煤氣是熾熱的碳與水蒸氣反應(yīng)生成的煤氣 ， 它主要由 CO和 H2組成 ，與發(fā)生爐煤氣相比 ， 含氮氣很少 ， 發(fā)熱量高 。 若和混合發(fā)生爐煤氣的氣化效率和熱效率對比 ， 水煤氣的指標(biāo)較低 ， 分別只有 60％ 和 54％ 左右 。3 m U． G． I發(fā)生爐由上錐體 、 水夾套 、 爐篦傳動裝臵 ， 出灰機