【文章內容簡介】 的要求。熱穩(wěn)定性差的燃料，在氣化過程中易于碎裂，產生的大量粉塵及微粒，將被氣流諾走或堵塞爐膛管這使燃料層阻力增大，過多消耗動力，甚至影響制氣產量。燃料之所以受熱后不穩(wěn)定，主要是由于下述三個原因；(1) 在燃料層準備階段(即干燥和干餾時)，釋出水分和有機物的過程中，燃料裂碎。（2）燃料中的碳酸鹽受熱分解為二氧化碳。(3)燃料受熱時，內外溫度差大，以及由于夾石等膨脹系數不同而碎裂。7燃料的成渣性能燃料的成渣性能是指燃料在氣化時是否易于燒結成渣。易于成波的燃料在用于燃燒和氣化而受到高溫時，容易軟化熔融而生成镕渣塊，使排灰和氣化劑的均勻分布發(fā)生困難，以致不得不降溫操作，從而導致氣體質量和產量下降。一般認為，在灰分中的氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂和氧化亞鐵的含量越多，越易結渣；合氧化鋁和二氧化硅越多，則熔點較高不易結渣。粘結性粘結性是煤在高溫下干餾粘結的性能。對煉焦來說，煤具有粘結性是十分需要的；但是對制造煤氣來說，不宜采用黏結性的煤。因為在氣化過程中煤粒相互粘結后，生成焦拱，破壞燃料層的透氣性，妨礙氣化劑的均勻分機傻氣化操作難以正常進行。燃料粒度 25—100mm入爐燃料粒度大小和粒度范圍，影晌氣化時的質交換和熱交換條件。粒度小的燃料，反應表面大，有利于氣化反應，但是會使氣化劑通過燃料層時的阻力增大，并限制氣化劑的最大流速(因為氣化劑流速應在帶出燃料量的允許范圍以內)。粒度范圍大，易產生小粒填充大粒間隙的現象，使燃料層阻力增大。同時還會使加料入爐時大粒偏布爐壁，小粒集中中央，產生所謂“偏析”現象，影響氣流分布。一般在制取水煤氣或半水煤氣的固定層煤氣發(fā)生爐中所用的燃料采取分級過篩，粒度分為25—100毫米和10一40毫米兩種，可較粒度大小混燒的提高制氣能力。發(fā)生爐煤氣爐中用的燃料可在5—25毫米。四、煤氣化的基本原理C＋O2+=CO2 + C＋H2O=CO+H2區(qū)域區(qū)域名稱用途及進行過程化學反應Ⅰ灰渣層分配氣化劑，防止爐篦超溫。借灰渣的顯熱預熱氣化劑Ⅱ氧化區(qū)（燃燒區(qū)）碳被氣化劑中的氧氧化成CO、CO2，并放出熱量C+O2＝CO2 2C+O2＝2COⅢ還原區(qū)CO2還原成 CO，或蒸汽分解為氫；原料被氣體預熱C+CO2＝2COC+H2O ＝CO+H2C+2H2O ＝CO2+2H2 CO+H2O＝CO2+H2Ⅳ干餾區(qū)原料依靠氣體換熱進行熱分解，并析出下列物質：水分、揮發(fā)分、焦油Ⅴ干燥區(qū)依靠氣體的顯熱，來蒸發(fā)原料中的水分Ⅵ空間起積聚煤氣的作用煤氣化的工業(yè)方法：蓄熱法：中小氮肥使用的方法富氧法：較節(jié)約和有發(fā)展前途的方法蓄熱法：若能充分利用太陽能最理想化五、氣化爐結構和燃料層的分區(qū) 第三節(jié) 半水煤氣的制取一、固體燃料的氣化：碳與氧的反應和碳與蒸汽的反應，這兩個反應稱為固體燃料的氣化反應。以空氣為氣化劑的反應：C+O2＝CO ΔΗ0R＝ /mol 2C+1／2O2＝CO ΔΗ0R＝ /mol C+CO2＝2CO ΔΗ0R＝ /mol CO+1／2O2＝CO2 ΔΗ0R＝ /mol 以蒸汽為氣化劑的反應：C+H2O（g） ＝CO+H2 ΔΗ0R＝ /mol C+2H2O （g） ＝CO2+2H2 ΔΗ0R＝ /molCO+H2O＝CO2+H2 ΔΗ0R＝ /mol C+2H2＝CH4 ΔΗ0R＝ /mol 而燃燒物中的一氧化碳，則為生成的二氧化碳與赤熱的碳相互作用的二次反應產物C+CO2＝2CO； 第二種假說是所謂一氧化碳學說。他們認為，碳與氧反應的一次反應產物為一氧化碳，所進行的反應為： C+O2＝CO 由此生成的一氧化碳再與氧化合成二氧化碳——二次反應產物CO+1／2O2＝CO2無論從那一種理論出發(fā)，在固定層煤氣發(fā)生爐中，我們都可以認為在氧化區(qū)中存在著大量的二氧比碳與一氧化碳。為了制取煤氣必須將二氧化碳還原為一氧化碳，并且就在還原區(qū)中進行。所以還原區(qū)是煤氣發(fā)生爐中燃料層的最重要的區(qū)域，反應C+CO2＝2CO為空氣煤氣生成過程中的基本反應。該反應基本上決定了所制出氣體質量和氣化強度。此反應在高溫800以上以顯著的速度進行；在低溫下反應速度不大，幾乎等于零。C+CO2＝2CO的反應是復雜的多相過程，并且是通過以下四步過程進行的：第一階段 第三階段 三 氣化反應的動力學過程 氣化反應屬于氣固相系統(tǒng)的多相反應。整個過程包括物理和化學兩個過程，可分成下列各步驟： 1．氣流中的活性組分向碳的表面擴散（物理過程)。 2．活性組分被碳表面所吸附(物理過程)。 3．生成中間產物(或反應產物)(化學過程)。 4．中間產物分解成反應產物(化學過程)。 5．反應產物脫附(物理過程)。 6．反應產物擴散入氣流中(物理過程)。 四 制氣過程工作循環(huán)：間歇式氣化時，自上一次開始送入空氣至下一次再送入空氣止，稱為一個工作循環(huán)。1．吹風：吹入空氣，提高燃料層溫度，回收顯熱和潛熱后吹風氣放空。2．蒸汽一次上吹制氣： 自下而上送入水恭汽進行氣化反應，燃料層上部溫度升高，下部降低。3．蒸汽下吹：水蒸汽自上而下進行氣化反應，使燃料層溫度趨于均衡。4．二次上吹制氣：將爐底部下吹煤氣排凈，為吹入空氣作準備。5．空氣吹凈：回收此部分吹風氣，作為半水煤氣中氮的主要來源。間歇式制氣工作循環(huán)中各階段氣體的流向如圖五 氣化效率(一)氣化效率 間歇式制造半水煤氣的過程中，吹風階段的效率稱為吹風效率，制氣階段的效率稱為制氣效率，吹風效率與制氣效率綜合起來稱為氣化過程的總效率。1．吹風效率吹風效率是指積蓄于燃料層中的熱量與吹風階段消耗燃料煤的熱值之比。若不考慮煤氣發(fā)生爐的熱損失，積蓄于燃料層中的熱雖應等于吹風階段反應放出的熱量與吹風氣的烙值之差，因此吹風效率可用下式表示2．制氣效率制氣效率是指制氣階段所產煤氣的熱值與制氣階段消耗燃料煤的熱值、入爐蒸汽的焓值及吹風時積蓄于燃料層中可以利用的熱量三者之和之比，可用下式表示3．氣化總效率氣化總效率是指氣化過程制得半水煤氣的熱值與氣化過程所消耗燃料煤的熱值和入爐蒸汽焓值的和之比隨著燃料層溫度上升，吹風氣溫度上升．二氧化碳含量下降，吹風效率下降，但制氣效率上升。所以溫度對吹風效率和制氣效率有著不同的影響。在800850〔時總效率最高。六 工藝條件燃料層的溫度 一般發(fā)生爐內燃料層的最高溫度根據燃料性質不同而控制在1000一1200℃。如果影響發(fā)生爐燃料層溫度的各因素——燃料層高度、燃料質量、粒度、蒸汽—氧比、氣化強度等為一定時，爐子出口氣體溫度對以穩(wěn)定在一定范圍內。但在爐內發(fā)生變化時，爐子出口溫度即會產生被動。這時，伴隨著出口氣體成分的變化．氣體產率和質量也會有所變化。觀察燃料層溫度的分布相沿爐膛截面的溫度均勻與否，除了用儀表測量爐上爐下的溫度叭往往還采用試火棍的方法，觀察燃料層沿爐膛縱向及橫向的分布，并繪成所謂火層圖來了解爐內火層的分布情況。蒸汽用量入爐氣化劑中加入蒸汽的目的是降低燃料層溫度，不使過熱結渣，同時也能把蒸汽分解而生成氫。但是，加入蒸汽過多，除了會降低氣體質量(即發(fā)生爐煤氣中無效的二氧化碳增加)外，主要的是會使氣化區(qū)溫度降低，而氣化區(qū)溫度過低，即會相應地降低蒸汽分解率、熱效率和氣化強度。為了使入爐氣化劑混合均勻，一般在入爐前即將蒸汽與空氣混合。由于在一定溫度下空氣已經飽和了蒸汽，故一般都根據混合氣的飽和溫度來調節(jié)加入爐的蒸汽量。從圖中可以看出，隨著蒸汽消耗量的增加，被分解的蒸汽絕對量也在上九但蒸汽分解率及氣體熱值卻不斷下除一氧化碳也在下降，氫卻有所上升。這表明：(1)隨著蒸汽單位消耗量的增大，燃料層溫度和蒸汽分解率均下降；(2)隨著蒸汽單位消耗量的增大，減少了水煤氣向生成一氧化碳方向的反應因而降低了氣體熱值，稍稍增高了氫的含量。從圖中可以看出，在蒸汽單位消耗量大于o．6公斤／公斤碳后，氣體熱值和分解率曲線下降坡度轉快。因此，在這種氣化強度下，用這種燃料制取發(fā)生爐煤氣時，除非為了避免結渣，否則不希望超過此值。對進入氣化層的有效碳來說，適宜的蒸汽單位消耗量與燃料特性、氣化強度和爐篦結構形式有關?；胰埸c高，操作溫度和蒸汽分解率可以相應提高，因而蒸汽單位消耗量可以降低?；瘜W活性高，在同樣溫度下蒸汽分解率高反應吸熱多，因而蒸汽單位消耗量也可以降低一些。3吹風速度：提高吹風速度，氧化層反應加速，且使二氧化碳在還原層停留時間減少，吹風氣中CO含量降低，減少了熱損失。但風量過大將導致飛灰增加，燃料損失加大，甚至燃料層出現風洞以致被吹翻，造成氣化條件嚴重惡化。4碳層高度：制氣階段，碳層高度的增加，蒸汽分解率增加，吹風階段，隨碳層高度的增加停留時間延長，二氧化碳增加。系統(tǒng)阻力：阻力來自碳層高度和系統(tǒng)管徑及彎頭數量、洗氣塔液位。阻力大，電耗高，制氣強度差。氣體組成：％， ％， (H2+CO)/N2= 硫化氫越低越好。七 工業(yè)方法和工藝流程八 間歇、連續(xù)法造氣對比 九 節(jié)能措施1 降低造氣過程的熱量損失（一）、降低吹風氣中可燃性氣體含量，減少吹風熱損失，（二）、提高蒸汽分解率減少制氣顯熱損失，（三）、控制較低的爐頂溫度，減少吹風熱損失和制氣顯熱損失，（四）、降低爐渣中殘?zhí)亢亢惋w屑量，減少其小完全燃燒損失，（五）、減少散熱損失。2 造氣系統(tǒng)降低原料煤單耗的措施（一）、堅持高爐溫操作（二）加大吹風過程的空氣流速（三）、及時處理爐況，保證氣流分布均勻（四）、提高入爐煤質量，做到配煤入爐‘（五）、加強回收利用，減少跑冒滴漏3降低蒸汽消耗的措施（一）合理調節(jié)入護蒸汽流量，（二）、采用過熱蒸汽制氣，防止蒸汽帶水入爐（三）、原料煤的性質和碳層厚度 河 北 科 技 大 學 教 案 用 紙上次課復習：煤氣化反應原理固定床反應制氣的特點能量回收本次課題（或教材章節(jié)題目）：第三章 硫化物的脫除教學要求：了解脫硫的目的和意義；脫硫方法的選擇；濕法脫硫的原理。重 點：脫硫方法的選擇與對比難 點：堿法脫硫的原理及工藝指標的確定教學手段及教具：講授內容及時間分配：第一節(jié) 粉塵的清除及脫除方法 第二節(jié) 原料氣的脫硫一、硫化物的來源及存在形式二、脫硫的目的三、濕式氧化法脫硫的基本原理第三節(jié) 氨水液相催化法第4節(jié) 栲膠脫硫一、栲膠液的制備二、栲膠脫硫脫硫機理三、栲膠法脫硫主要指標第5節(jié) ＰＤＳ脫硫第六節(jié) 干法脫硫課后作業(yè)1 合成氨原料氣為何要進行脫硫?脫硫方法可分為郵幾類?備類的特點是什么?3．氧化鋅法脫硫的原理是什么？其硫容的大小受到哪些因素的影響?4．鈷鉬加氫能獨立脫硫嗎？什么場合使用鈷鉬加氫脫硫?5．活性炭法脫硫的原理是怎樣的?脫硫后的活性炭如何再生？6．什么是濕式氧化法?與中和法相比有何不同?7．如何選則濕式氧化法的氧化催化劑？8．簡述氨水催化法脫硫及兩生的原理。9．影響氨水催化法脫硫效率利再生效卒的因素有哪些?11．氨水催化法脫硫的正常生產控制指標是怎樣的?它們對脫硫效率或再生效率有什么影響?參考資料同上河 北 科 技 大 學 教 案 用 紙第三章 硫化物的脫除 第一節(jié) 粉塵的清除固體燃料氣化所制得的原料氣中的粉塵主要是飛灰和固體燃料的微粒。這些粉塵隨著氣體而被帶出爐外。被帶出的粉塵數量和顆粒大小隨燃料的種類和燃料的氣化方法而異。不同固體燃料氣化過程中所災帶的粉塵含量的數據，列下表：粉塵的危害：引起設備和管道的堵塞、系統(tǒng)阻力的增加和造成鼓風機、壓縮機等機械過早地磨損；粉塵在氣體流過的設備中沉降，會把設備中的催化劑、拉西環(huán)或其它類型的填料堵塞。常用設備：旋風分離器。工作原理是分散于氣體中的固體微粒在離心力的作用下有較大的離心力，該力足以克服氣體阻力飛向器壁，微粒碰到器壁而下落，并聚集于旋風分離據的錐形底內，然后間歇地排出器外。濕法脫硫對氣體中含塵的要求是20毫克／標準米3，干法脫硫則為5毫克／標準米3以下。除塵方法：噴水除塵濕式電除塵器液滴的分離第二節(jié) 硫化物的脫除硫化物的來源及存在形式：原料煤中以有機硫和無機硫的方式存在：硫化亞鐵、硫酸鐵鹽等在還原氣氛中被氫還原為無機硫(H2s)和有機硫(cs2，cOs、硫醇、噻吩、硫醚等)。原料氣中硫化物的含量與原料含硫量以及加工方法有關。以煤為原料時，每立方米原料氣中含硫化氫一般為幾克；用高硫煤為原料時，硫化氫可高達20一30g/m3，有機硫為1—2g/m3；天然氣、石腦油、重油中的硫化物含量因產池不同而有很大差別。脫硫的目的：硫化物是各種催化劑的毒物，對甲烷轉化和甲烷化催化劑、中溫變換催化劑、低溫變換催化劑、甲醋合成催化劑、氨合成催化劑的活性有顯著影響。硫化物還會腐蝕設備和管道，給后面工段的生產帶來許多危害。因此，對原料氣中硫化物進行清除是十分必要的。一、脫硫方法的選擇原則濕法：滿足工藝需要硫容大活性好，易再生