【文章內(nèi)容簡介】 粒度大，則氣化不完全；力度不均勻，則氣流分布不均勻，會發(fā)生燃料局部過熱、結疤或形成風洞。⑧、機械強度 指原料抗破碎能力。應選擇機械強度高的固體燃料；⑨、熱穩(wěn)定性 煤及煤焦的熱穩(wěn)定性是指其在高溫作用下是否容易破碎的性質。要求熱穩(wěn)定性較好； 圖18固定床煤氣發(fā)生爐結構 ⑩、化學活性 煤及煤焦的化學活性是指與氣化劑如氧、水蒸氣、二氧化碳的反應能力，化學活性高的原料有利于氣化能力和氣體質量的提高。 總之，結合實際情況綜合考慮。學習內(nèi)容4：常壓間歇法水煤氣生產(chǎn)過程 水煤氣生產(chǎn)的特點 煤氣爐內(nèi)燃料層的分區(qū)：干燥區(qū)、干餾區(qū)、氣化區(qū)、灰渣區(qū) 水煤氣生產(chǎn)的工作循環(huán)a) 吹風階段b) 蒸汽吹凈階段c) 一次上吹制氣階段d) 下吹氣階段e) 二次上吹制氣階段f) 空氣吹凈階段吹空氣和吹水蒸氣過程的操作條件① 吹空氣過程② 吹水蒸氣過程 ③ 氣流速度 ④ 氣化原料的選擇 圖17煤氣爐的結構學習內(nèi)容5： 移動床間歇氣化造氣系統(tǒng)主要包括原料煤的配置、造氣、氣體凈化除塵、廢熱回收等裝置，其中最主要的是氣化爐。學習內(nèi)容6：流化床煤氣化制備甲醇原料氣 流化床煤氣化過程是粉煤在反應器內(nèi)呈流化狀態(tài)，在一定溫度、壓力條件下與氣化劑反應生成煤氣。特點： 與常壓移動床相比，床層溫度均勻，傳熱傳質效率高，氣化強度大，使用粉煤，原料價格便宜且煤種適應范圍寬，產(chǎn)品煤氣中基本不含焦油和酚類物質。是煤氣化制備甲醇的主要研究和發(fā)展方向。 溫克勒氣化工藝是最早的以褐煤為氣化原料的常壓流化床氣化工藝。 圖19 UGI水煤氣發(fā)生爐示意圖 圖110溫克勒氣化工藝流程圖溫克勒氣化工藝流程 主要包括煤的預處理、氣化、氣化產(chǎn)物顯熱的利用、煤氣的除塵和冷卻。①、原料的預處理 首先對原料進行破碎和篩分，制成010mm的爐料，一般不需要干燥，如果爐料表面含有水分，可以使用煙道氣對原料進行干燥，控制入爐原料的水分在8%12%。對于有黏結性的原料，需要經(jīng)過破黏處理，以保證床內(nèi)的正常流化。②、氣化 預處理后的原料送入料斗中，料斗中充以氮氣或二氧化碳惰性氣體，用螺旋加料器將煤料加入氣化爐的底部煤在爐內(nèi)的停留時間大約15min。氣化劑送入爐內(nèi)和煤反應，生成煤氣由頂部引出，煤氣中含有大量的粉塵和水蒸氣。③、粗煤氣的顯熱回收粗煤氣的出爐溫度一般為900℃左右，在氣化爐上部設有廢熱鍋爐。④、煤氣的除塵和冷卻出煤氣爐的粗煤氣進入廢熱鍋爐，回收余熱，產(chǎn)生蒸汽，然后進入兩級旋風分離器和和洗滌塔，除去煤氣中的大部分粉塵和水汽，經(jīng)過凈化冷卻，煤氣溫度降至3540℃，含量降至520mg/m3.學習內(nèi)容7：灰熔聚流化床煤氣化技術 氣化原理：C+H2O CO+H2氣化工藝 濕法氣流床氣化是指煤或石油焦等固體碳氫化合物以水煤漿或氺碳漿的形式與氣化劑一起通過噴嘴，氣化劑高速噴出與料漿并流混合霧化，在氣化爐內(nèi)進行火焰型非催化部分氧化反應的工藝過程。具有代表性的工藝為德士古（Texaco）氣化工藝德士古水煤漿氣化是一個復雜的物理和化學反應過程，水煤漿和氧氣噴入氣化爐后，瞬間經(jīng)歷水煤漿升溫、水分蒸發(fā)、煤熱解揮發(fā)、殘?zhí)繗饣蜌怏w間的化學反應等過程，最終生成以CO、H2為主要組分的粗煤氣，灰渣采用液態(tài)排除。德士古水煤漿氣化制備甲醇原料氣與其它氣化工藝相比是最經(jīng)濟的、是單醇工業(yè)規(guī)模化的重要方法。德士古氣化爐： 德士古氣化爐是一種以水煤漿進料的加壓氣流床氣化裝置。根據(jù)粗煤氣采用的冷卻方式不同，該爐分為淬冷型和全熱回收型。淬冷型氣化爐 在淬冷型氣化爐中，粗合成氣體經(jīng)過淬冷管離開氣化段底部，淬冷管底端浸沒在一水池中。粗氣體經(jīng)過急冷到水的飽和溫度，并將煤氣中的灰渣分離下來，灰熔渣被淬冷后截留在水中，落入渣罐，經(jīng)過排渣系統(tǒng)定時排放，之后冷卻了的煤氣經(jīng)過側壁上的出口離開氣化爐的淬冷段。全熱回收型氣化爐在全熱回收型氣化爐中，粗合成氣離開氣化段后，在合成器冷卻器中從1400℃被冷卻到700℃， 圖111德士古氣化爐結構圖回收的熱量用來生產(chǎn)高壓蒸汽。熔渣向下流到冷卻器被淬冷，經(jīng)過排渣系統(tǒng)排出，合成氣由淬冷段底部送入下一工序。 各種煤氣發(fā)生爐的比較u 固定床 固定床煤氣化爐的主要特點是：爐內(nèi)氣體流速較慢，煤粒靜止，停留時間1~，操作條件為：溫度800~1000℃；壓力常壓4MPa；原料煤粒徑3～30mm。用煤要求具有高活性、高灰熔點、高熱穩(wěn)定性。① 常壓固定床間歇氣化常壓固定床氣化技術是一項古老的煤氣化技術，20世紀30年代開始采用，原料是無煙塊煤或焦炭，山西晉城的塊煤或焦炭是上好原料。粒度為25～75mm。生成的水煤氣中，(CO+H2)體積分數(shù)達80 ％～85％。固定床間歇氣化技術成熟、 圖112 固定床煤氣化爐工藝可靠、 投資較低、不需要空分制氧裝置。但氣化需要的無煙塊煤或焦炭價格較高，而篩粉煤堆積、資源利用率低、環(huán)境污染嚴重，這種造氣爐逐步被淘汰。② 加壓固定床連續(xù)氣化 魯奇碎煤加壓氣化技術產(chǎn)生于20世紀40年代。魯奇氣化爐生產(chǎn)能力大，煤種適應性廣，主要用于生產(chǎn)城市煤氣，生產(chǎn)合成氣的較少。云南解化集團和山西天脊集團采用該技術生產(chǎn)合成氨。采用魯奇氣化爐生產(chǎn)合成氣時，氣體成分中甲烷含量高為8％～10％，但氮氣很低，對甲醇生產(chǎn)極為有利。因含焦油、酚等物質，氣化爐后需設置廢水處理及回收、甲烷分離轉化等裝置。，氣化溫度900～1050℃。該工藝所用原料煤粒度為8～50mm，要求使用活性好、黏結性差的煙煤或褐煤。采用固態(tài)排渣方式運行。單爐投煤量1000t／d。粗煤氣中(CO+H2)達85％、CH4含量達9％，并含有炭黑和煤焦油。魯奇加壓氣化所產(chǎn)氣中一般含甲烷為8％～10％。 該工藝污水排放中含有較多的焦油、酚類和氨。需要配備較復雜的污水處理裝置，環(huán)保處理費用較高。u 流化床 流化床技術特點：爐內(nèi)氣體流速較大，煤粒懸浮于氣流中做相對運動，呈沸騰狀，有明顯床層界限，停留時間數(shù)分鐘。操作條件：溫度為800～1000℃；；煤塊粒徑1～5mm；用煤要求具有高活性、高灰熔點。 流化床技術主要包括：灰熔聚流化床技術、溫克勒爐氣化和魯奇循環(huán)流化床技術。各種煤氣發(fā)生爐的比較灰融聚流化床氣化技術是中國科學院山西煤化所在20世紀80年代初開發(fā)的。其氣化爐氣化壓力有常壓和加壓(～)兩種，采用空氣或氧氣做氣化劑。該工藝在流化床底部設計了灰團聚分離裝置，形成床內(nèi)局部高溫區(qū)，使灰渣團聚成球，借助重力的差異，使灰渣團分離，提高炭利用率。 該技術目前還處在小規(guī)模工業(yè)示范的階段，缺乏大規(guī)模工業(yè)化及長周期運行的經(jīng)驗。在放大及工程化應用方面還需要一定的過程。u 氣流床氣化 氣流床氣化是一種并流氣化，用氣化劑將粒度為100μm以下的煤粉帶入氣化爐內(nèi)，也可將煤粉先制成水煤漿，然后用泵打入氣化爐內(nèi)。煤料在高于其灰熔點的溫度下與氣化劑發(fā)生燃燒反應和氣化反應，灰渣以熔融態(tài)形式排出氣化爐。學習內(nèi)容8：煤氣化技術的選擇目前常用的、 技術較成熟的氣流床主要有干粉和水煤漿兩種。 從高溫煤氣的冷卻( 熱回收) 流程分, 又可分為廢熱鍋爐和冷激式流程。干粉氣化法代表性的干粉氣化技術有: Shell、 德國未來能源公司的 GSP 和 Prenflo 技術。Shell 工藝( 見圖 3) 是將原煤粉碎到 粒度, 水分干燥 2%以下送入常壓煤倉和加壓煤倉。然后以氮氣為載體用噴嘴輸入氣化爐, 噴嘴為 4 個或6 個對稱布置。氧氣、 蒸汽和粉煤在爐內(nèi)反應溫度超過 1 400℃~1 600℃。熔渣沿水冷壁內(nèi)襯里注入水溶而固化, 通過鎖斗打出, 煤氣和炭灰用循環(huán)冷煤氣激冷到約 900℃以免黏性灰渣帶入廢熱鍋爐。煤氣冷到約 300℃, 在一個特殊的除塵器, 分離炭灰再送入氣化爐, 冷煤氣(約 40℃)送出氣化裝置。圖 113 Shell 粉煤氣化工藝流程示意圖GSP 氣化流程 ( 見圖 4) 中, 原煤磨到 粒度, 水分干燥到 2%以下送入氣化爐, 并同燒嘴噴入的氧氣在氣化室進行燃燒和部分氧化反應。GSP 是單個燒嘴。粉煤載氣是氮氣還是 CO2 可根據(jù)煤氣用途而定。煤氣和熔渣同向由下部出口導出并進入激冷室用水淬冷, 液渣固化為顆粒狀排出。出氣化爐的煤氣溫度為 210℃~220℃的飽和煤氣。GSP 是冷激式熱回收流程。圖 114 GSP 氣化工藝流程示意圖Prenflo 氣化流程 ( 見圖 5) 是 KT 爐的改進技術。 進爐粉煤的粒度 ( 200 目) , 輸送載氣為氮氣, 燒嘴通常為 2 個, 對噴嘴和飛灰向上進入廢熱鍋爐, 經(jīng)冷卻后在旋風除塵器和洗滌塔除塵。該氣化冷卻流程兼有廢熱鍋爐和水洗流程, 可保證煤氣低的含塵量。圖115 Pr enflo 粉煤氣化工藝流程示意圖干粉氣流床氣化的共同點: ( 1) mm~, 水分小于 2%的干粉煤。 ( 2) 氣化壓力在 MPa~。 ( 3)干粉氣流床氣化反應式:2C + CO2 = 2CO + (1)C + O2 = CO2 + (2)C + H2O = CO + H2 (3)氣化溫度約 1500℃。 因此碳的轉化率高, 氣化反應中( 2) 式和( 3) 式的反應少, 煤氣中 CO 高, H2 較低相比這種煤氣的熱值較高。 另外氣化爐均采用水冷壁而不是耐火磚, 爐襯的使用壽命長。水煤漿氣化法適合于大型化的水煤漿氣化有 Texaco 氣化和DOW公司的 LGTI 氣化。Texaco 水煤漿加壓氣化工藝屬氣流床加壓氣化技術。原料煤經(jīng)運輸、制漿、泵送入爐系統(tǒng)、安全可靠、投資省。原料煤經(jīng)磨制成水煤漿后，泵送進氣化爐頂部單燒嘴下行制氣。該技術單爐生產(chǎn)能力大，目前國際上最大的氣化爐日投煤量為 2000t，國內(nèi)已投產(chǎn)的氣化爐最大能力為 1000t/d。對原料煤適應性較廣，氣煤、煙煤、次煙煤、無煙煤、高硫煤及低灰熔點的劣質煤、石油焦等均能用作氣化原料。但要求原料煤含灰量較低、還原性氣氛下灰熔點低于 1300℃，灰渣黏溫特性好。氣化壓力從 、 、 到 皆有工業(yè)化生產(chǎn)裝置在長周期穩(wěn)定運行，裝置建成投產(chǎn)后即可正常穩(wěn)定生產(chǎn)。Texaco激冷氣化流程。原煤先經(jīng)磨煤制成水煤漿, 其質量分數(shù)為 55%~60%。煤漿與氧經(jīng)燒嘴( 1 個)噴入爐內(nèi)。爐內(nèi)溫度高于煤的流動溫度( FT)。Texaco 煤氣熱回收流程有兩種, 即激冷流程與廢鍋流程。爐渣經(jīng)鎖斗系統(tǒng)排出并進入熔渣槽。國內(nèi)絕大多數(shù)為激冷流程。圖116 Texaco 水煤漿氣化工藝流程簡圖DOW 公司的 LGTI 水煤漿氣化在美國路易安娜州煤氣化公司使用。DOW 氣化爐是兩段爐, 下段是氣化段, 上段是利用下段高溫煤氣來氣化從上段噴入的煤漿(約為總量15%) , 使出氣化爐的煤氣溫度降到約1 000℃, 然后進入熱回收和冷卻系統(tǒng)。DOW 氣化的熱回收是采用廢熱鍋爐流程。爐渣用水冷激經(jīng)破碎機破碎, 降壓送入常壓脫水裝置。水煤漿氣化的特點: (1) 煤漿帶 35%~40%水入爐,因此氧耗比干粉煤氣化約高 20%。 (2) 爐襯是耐火磚,磨蝕沖刷嚴重, 每年要更換1次。 (3) 方程(2)式和(3)式反應量較大, 生CO2量大, 有效氣體成分( CO+H2)低。(4) 對煤有一定要求, 如灰體積分數(shù)應＜13%, 灰熔融性溫度＜1300℃, 水質量分數(shù)＜8%等。煤氣化技術的對比選擇對于煤氣化技術的選擇主要從適用性原則、可靠性原則、先進性原則、經(jīng)濟性原則、安全環(huán)保原則這五個方面進行對比和選擇。目前國內(nèi)對煤氣化法感興趣的主要有三種方法，分別是Texcao、 Shell和 GSP 氣化法。下面就從這五個方面進行比較從而選擇出本項目所選擇的煤氣化法。（1）適用性原則這三種方法對原料煤適應性較廣，氣煤、煙煤、次煙煤、無煙煤、高硫煤及低灰熔點的劣質煤都可以適用，從而都能夠克服重慶的煤含硫量高這一特點。（2）可靠性原則Shell粉煤氣化在國外只用于電廠 , 國內(nèi)引進此技術首次用于化工 , 無經(jīng)驗可參考。從國內(nèi)幾套爐子開車情況來看 , 困難還很多 , 開車運行過程中出現(xiàn)了很多問題 , 連續(xù)運行周期只有 2～3個月 , 要解決所有問題尚需時日 , 可靠性有待提高。GSP煤氣化技術國內(nèi)也是首次引進 , 國外大工業(yè)化運行經(jīng)驗也不多 , 國內(nèi)引進項目剛剛開始 , 可靠性有待考證。與以上兩種煤氣化技術相比之下，Texcao氣化技術由于引進較早 , 建設裝置最多 , 商業(yè)運行時間最長 , 經(jīng)過多年的探索改進 , 用于化工生產(chǎn)技術已成熟 , 可靠性最高。（3）先進性原則Shell和 GSP 煤氣化技術氣化溫度高, 一般在 1400～1700 ℃, 碳轉化率可達99% , 煤氣中甲烷含量極少 [ Φ(CH4 ) % ] , 不含重烴 , 合成氣中Φ(CO +H2 ) 高達90%以上 , 氣化效率很高。Texcao煤氣化技術的碳轉化率較高 (96%～98% ) , 所產(chǎn)生的煤氣中Φ(H2 + CO )均較高(80%～85% ) ,雖然氣化效率與前面兩種方法相比較低，但氣化裝置工藝水平先進。（4）經(jīng)濟性原則Texcao煤氣化爐內(nèi)襯耐火磚價格高、壽命短 ,只能使用 1～2 a, 噴嘴也只能使用 60～150 d,氣化爐連續(xù)運行周期短 , 維護費用高 , 需設備用爐。 由于料漿含一定