常壓固定床煤氣化工藝設(shè)計(jì)-展示頁
2025-03-10 20:03本頁面
【正文】 下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，煤中的可燃成分轉(zhuǎn)化為氣體燃料，即產(chǎn)品煤氣，灰分則以灰渣的形式出。 下圖 所示為典型的煤氣化工藝流程 。 煤的干燥脫水過程去除了原煤中所含的全部水分，在溫度達(dá)到 350℃ 以上時(shí)，開始發(fā)生煤顆粒的熱解反應(yīng)，析出氣體中間產(chǎn)物和焦油，統(tǒng)稱為揮發(fā)分 。 （二）固定床反應(yīng)器 固定床反應(yīng)器又稱填充床反應(yīng)器，裝填有固體催化劑或固體反 應(yīng)物用以實(shí)現(xiàn)多相反應(yīng)過程的一種反應(yīng)器。床層靜止不動(dòng)，流體通過床層進(jìn)行反應(yīng)。固定床反應(yīng)器主要用于實(shí)現(xiàn)氣固相催化反應(yīng)，如氨合成塔、二氧化硫接觸氧化器、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐等。 1. 固定床反應(yīng)器分類 固定床反應(yīng)器有三種基本形式 ：① 軸向絕熱式固定床反應(yīng)器：流體沿軸向自上而下流經(jīng)床層，床層同外界無熱交換 。徑向反應(yīng)器與軸向反應(yīng)器相比，流體流動(dòng)的距離較短，流道截面積較大，流體的壓力降較小。③ 列管式固定床反應(yīng)器：由多根反應(yīng)管并聯(lián)構(gòu)成。列管式固定床反應(yīng)器適用于反應(yīng)熱效應(yīng)較大的反應(yīng)。 （ 2） IFE（國家爐具公司）法 常壓下以空氣及蒸汽氣化煙煤制取低熱值燃料氣，系兩段爐，英國開發(fā)。 （ 4） Leuna（路易那）溶渣法 常壓下以蒸汽與氧氣化焦炭制取中熱值煤氣，德國 Leuna 廠開發(fā)。 1936年由德 國 Lurgi公司工業(yè)化。山西天脊煤化工集團(tuán)則有 Lurgi Ⅳ 型爐在 下氣化塊煤，爐徑 ，共 4 臺(tái)，用于生產(chǎn)合成氨后加工成硝酸磷肥。南非 Sasol 廠共有 89臺(tái)，年處理煤 3300 萬噸用于生產(chǎn)合成油。常壓固定床煤氣發(fā)生爐，一般以塊狀無煙煤或煙煤等為原料，用蒸汽或水蒸汽與空氣的混合氣體作氣化劑，生產(chǎn)以一氧化碳和氫氣為主要可燃成分的氣化煤氣。氧化層溫度一般維持在 1100～1250℃，這決定于原料煤灰熔點(diǎn)的高低。 2. 固體 燃料氣化反應(yīng)的基本原理 固定床煤氣發(fā)生爐制造燃?xì)?，首先使得空氣通過燃料層，碳與氧發(fā)生放熱反應(yīng)以提高溫度。 3. 常壓固定床煤氣化發(fā)生爐內(nèi)部的傳熱、傳質(zhì)過程 常壓固定床煤氣化發(fā)生爐內(nèi)部的傳熱、傳質(zhì)過程十分復(fù)雜。就傳熱而言，有氣固相間、氣固相與爐壁間、固相不同層面之間的各種傳熱過程。傳熱過程包括以下各個(gè)步驟： （ 1） 顆粒內(nèi)傳導(dǎo)； （ 2） 相接觸的顆粒間傳導(dǎo)； （ 3） 顆粒間輻射； （ 4） 顆粒流體間的對(duì)流； （ 5） 顆粒向流體的輻射； （ 6） 流體內(nèi)傳導(dǎo)； （ 7） 流體內(nèi)輻射； （ 8） 流體混合； （ 9） 顆粒爐壁間傳導(dǎo)； （ 10）顆粒爐壁間輻射； （ 11）流體爐壁間對(duì)流； （ 12）流體爐壁間輻射。 傳熱與傳質(zhì)過程可能伴隨化學(xué)反應(yīng)，也可能不伴隨化學(xué)反應(yīng)。 氣體和固體的許多特性（如熱容、粘度、傳質(zhì)系數(shù)等）都是溫度和壓力的函數(shù)，當(dāng)溫度變化范圍較小時(shí)，可以采用平均值的方式來簡化傳熱與傳質(zhì)的數(shù)學(xué)模型。 由于煤粒在粒度和形狀上的多變性，再加上床層不同高度空隙率的不同，總傳熱系數(shù)很難精確地求得，現(xiàn)有公式 計(jì)算的理論值和實(shí)驗(yàn)值之間的偏差達(dá)到 20%以內(nèi)時(shí)便可以認(rèn)為足夠精確。這一系數(shù)的計(jì)算要更困難一些，爐內(nèi)氣固相間傳熱的擾動(dòng)、化學(xué)反應(yīng)的存在、煤粒形狀的不規(guī)則都有可能帶來計(jì)算結(jié)果的偏差，有時(shí)候這種偏差甚至?xí)哌_(dá)幾十倍。氣體部分送氣柜儲(chǔ)存，所得粗煤氣再進(jìn)一步凈化；而液渣部分被送至循環(huán)水池中除塵，洗滌后再經(jīng)循環(huán)水泵送入洗滌塔進(jìn)行循環(huán)使用。 （ 1）燃料層溫度 合適的燃料層溫度對(duì)煤氣質(zhì)量、氣化強(qiáng)度及氣化熱效率至關(guān)重要，發(fā)生爐煤氣中的有效成分（ CO＋ H2）的含量主要取決于碳的氧化與還原反應(yīng)（ C＋ CO2→ 2CO）和水蒸氣的分解反應(yīng)【 C＋ H2O（ g） → CO＋ H2】上面的兩個(gè)反應(yīng)均屬吸熱反應(yīng)。所以提高爐溫不僅有利于提 高 CO 和 H2的平衡濃度，而且可以提高反應(yīng)速度，增加氣化強(qiáng)度，從而使氣化爐的生產(chǎn)能力提高。隨著加料和排灰的進(jìn)行，燃料以一定速度向下移動(dòng)。在氣化強(qiáng)度較大或燃料灰分較高時(shí)，應(yīng)加快燃料層的移動(dòng)速度，反之亦然。干餾干燥層則既 對(duì)煤氣降溫有對(duì)煤料預(yù)熱?？傊愿叩脑蠈痈叨扔欣跉饣^程。某廠如下表： 表 1 煤氣爐的操作指標(biāo) 爐底壓力 980～ 3430 ap 空氣流量 3500～ 40003mh 爐出口壓力 340～ 780 ap 灰層厚度 150～ 300 ㎜ 飽和溫度 45～ 57℃ 火層厚度 150～ 250 ㎜ 爐出口溫度 450～ 520℃ 料層厚度 450～ 600 ㎜ 三、氣化爐的設(shè)計(jì)計(jì)算 用實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算法進(jìn)行發(fā)生爐煤氣化過程計(jì)算如下： （一） 已知直接測定和在煤氣發(fā)生爐試驗(yàn)時(shí)所獲原始數(shù)據(jù) 無煙煤的工業(yè)分析 【 7】 % 。 %ar d da fW A V? ? ? 無煙煤的元素分析。 5 .5 8 % 。 1 .0 2 %d a f d a fw N w S?? 干發(fā)生爐煤氣組成。 0 .2 % 。 2 6 .5 % 。 51 .9 %CH N???? 焦油產(chǎn)率 0jV? （即表示煤氣中幾乎不帶焦油，可忽略，如果煤氣中帶有焦油，則必須取得焦油組成）。 1. 確定工作原料組成 . 1 0 0 7 .0100ar dAA ???? ????? 100 100???????%? 由可燃基轉(zhuǎn)變成應(yīng)用基的轉(zhuǎn)換系數(shù)為 ? ? ? ?1 0 0 1 0 0 7 . 0 1 7 . 6 70 . 7 5 3 31 0 0 1 0 0a r a rWAK ? ? ? ?? ? ? 由此可求得按應(yīng)用基計(jì)算的原料組成為 ： ? ? ? ? 0 .7 5 3 3 8 0 .8 6 6 0 .9 1 %a r d a fw C w C K? ? ? ? ? ? ? ? 0 .7 5 3 3 5 .5 8 4 .2 %a r d a fw H w H K? ? ? ? ? ? ? ? 0 .7 5 3 3 1 1 .1 5 8 .4 %a r d
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