第四章-固定床加压气化PPT课件..ppt

第四章固定床加压气化第一节概述 目前，在工业应用中较为成熟的技术为鲁奇碎煤加压气化工艺，其碎煤加压气化炉是由德国鲁奇公司所开发，称为鲁奇加压气化炉，简称鲁奇炉发发展阶阶段第一代第二代第三代第四代年代193619541952196519691978炉型Dg2.6m，侧侧面除灰Dg2.6m，中间间除灰Dg3.8m，（MARK-）Dg5.0m，（SASOL-）煤种褐煤弱粘/不粘煤所有煤种所有煤种生产产能力m3/h80001400017000/3200045000360005500075000100000气化强度m3/m2h150026003200/350042003500450038005000鲁奇加压气化炉各发展阶段主要技术特性第二节加压气化原理及气化过程1 气化过程热工特性 鲁奇加压气化炉内生产工况如图4-1所示图4-1碎煤加压气化炉内生产工况 在实际的加压气化过程中，原料煤从气化炉的上部加入，在炉内从上至下依次经过干燥、干馏、半焦气化、残焦燃烧、灰渣排出等物理化学过程 加压气化炉是一个自热式反应炉，通过在燃烧层中的燃烧反应，产生大量热量，这些热量提供给： 气化层生成煤气的各还原反应所需的热量； 煤的干馏与干燥所需热量； 生成煤气与排出灰渣带出的显热； 煤气带出物显热及气化炉设备散失的热量。

这种自热式过程热的利用效果好，热量损失小 在加压气化炉内，根据不同的气化特性，可分为六层，依次是干燥层、干馏层、甲烷层、第二反应层、第一反应层和灰渣层 表4-1气化炉内各层的高度及温度图4-2 加压气化炉燃料床高度与温度的关系 碳的氧化反应、二氧化碳还原反应、水蒸气分解反应以及甲烷的生成反应等 它与常压气化炉的主要差别在于，加压煤气中含有较多的甲烷成分一方面是由于具有较厚的干馏层，挥发分热解生成甲烷；同时，也由于在甲烷层碳的加氢生成甲烷2 加压气化的主要反应1.二氧化碳还原反应 图 4-3平衡混合物组成与压力的关系2.水蒸气分解反应图4-4不同温度下水蒸气分解反应总速度与压力的关系1-6 分别表示反应压力为0.098、0.98、1.96、4.9、6.86和9.8MPa3.甲烷生成反应 图4-5甲烷的生成速度与温度、压力的关系1-0.098MPa；2-4.9MPa；3-9.8MPa图4-6石墨加氢气化的甲烷平衡含量曲线1Kcal/m3=4.1863KJ/m3图4-7加压气化炉中各层的主要反应及产物3 气化压力对气化指标的影响(1)压力对煤气组成的影响 提高气化炉操作压力，有利于下列各反应的进行： 提高气化压力，不利于下列诸反应的进行： 随着气化压力的提高，有利于体积缩小的反应进行，煤气中CH4和CO2的含量增加，煤气的热值提高。

对生产城市煤气有利，对于生产合成气不利，故而需综合考虑图4-12 粗煤气组成与气化压力关系 随着压力升高，由于生成气中甲烷增多，从而使煤气总体积减少，煤气产率下降图4-13 煤气产率与气化压力关系1-粗煤气；2-净煤气（2）压力对煤气产率的影响 （3）压力对氧气和水蒸气消耗量的影响图4-14气化压力与氧气耗量、氧气利用率的关系1氧气消耗量；2氧气利用率 随着压力升高，生成甲烷反应速度加快，反应释放出的热量增加，从而减少了碳燃烧反应的耗氧量图4-15 水蒸气耗量与气体压力的关系1氢量；2水蒸气绝对分解量；3水蒸气分解率 因压力升高，生成甲烷所消耗氢量增加，则气化系统需要水蒸气分解的绝对量增加，因此随着压力升高水蒸气消耗量增多但是，压力增高却使水蒸气分解反应向左进行的速度增大，即水蒸气分解率下降4）压力对生产能力的影响 在常压气化炉和加压气化炉中，假定带出物的数量相等，则出炉煤气的动压头相等，加压气化炉与常压气化炉生产能力之比如下式表示： 对于常压气化炉，P1通常略高于大气压，P10.1078MPa；常压、加压的气化温度之比T1/T2 1.11.25，则可得到： V1、V2分别表示煤气在压力P1、P2下的标准状况体积数，m3。

当生产能力均以煤气在标准状态下的体积流量表示时，加压气化比常压气化高3.353.81 倍如气化压力为2.45MPa的鲁奇加压气化炉，其生产能力将比常压下高5.245.96倍 在同一反应料层厚度h时，两种气化方法的气固接触时间的比较： 加压气化炉内的气固接触时间是常压气化的，如气化压力是2.45MPa时，2/ 1=4.77三 煤种及煤的性质对加压气化的影响1 煤的理化性质对加压气化的影响 （1）煤的粒度对加压气化的影响 与常压气化相比，加压气化过程中气体的流速减慢，相同粒度情况下煤的带出物减少，故而可提高气流线速度，使气化炉的生产能力提高，但粒度过小将会造成气化炉床层阻力加大，煤气带出物增加，限制了气化炉的生产能力 煤的粒度减小，水蒸气和氧气的消耗量下降 加压气化炉中采用的原料粒度：褐煤640mm、烟煤525mm、焦炭和无烟煤520mm三 煤种及煤的性质对加压气化的影响1 煤的理化性质对加压气化的影响 （2）原料煤中水分对气化过程的影响 水分较多的煤，挥发分往往较高，则进入气化层的半焦气孔率也大，反应气体通过内扩散进入固体内部时容易进行，从而使反应速度加快，生成的煤气质量较好 煤中水分过高会给气化过程带来不良影响。

增加了干燥所需热量，从而增加了氧气消耗，降低了气化效率 干燥不充分，导致干馏过程不能正常进行，进而会降低气化层温度，导致甲烷生成反应、二氧化碳及水蒸气的还原反应速率减小，煤气质量降低三 煤种及煤的性质对加压气化的影响1 煤的理化性质对加压气化的影响 （3）煤中灰分及灰熔点对气化过程的影响 加压气化原则上对灰分无严格要求 随着灰分的增大，炉渣的排出量增加，随炉渣排出的碳损耗量也必然增加另外，带出的显热增加，从而使气化过程的热损失增加，热效率降低 随着煤灰分的增大，加压气化的各项消耗指标，如氧气消耗、蒸汽消耗、原料煤消耗等指标上升，而煤气产率下降 加压气化的原料，灰分一般在19%以下比较经济三 煤种及煤的性质对加压气化的影响1 煤的理化性质对加压气化的影响 （4）煤的黏结性对气化过程的影响 黏结性煤在气化炉内进入干馏层时产生胶质体，这种胶质体黏性较高，将较小的煤块黏结成大块，使得干馏层的透气性变差，导致床层气流分布不均和阻碍料层的下移，使气化过程恶化因此，黏结性煤对气化过程是一个极为不利的因素三 煤种及煤的性质对加压气化的影响1 煤的理化性质对加压气化的影响 （5）煤的机械强度和热稳定性的影响 易破碎的煤在筛分后的传送及气化炉加煤过程中必然产生很多煤屑，这样会增加入炉煤的粉煤含量，使煤气带出物增加。

故加压气化应选用抗碎能力较高的煤种 热稳定性差的煤在气化炉内容易粉化，给气化过程带来不利影响另一方面由于热稳定性差，气化时煤块破碎却增加了反应表面积，从而增加了反应速度，提高了气化强度 三 煤种及煤的性质对加压气化的影响1 煤的理化性质对加压气化的影响 （6）煤的化学活性的影响 煤种不同，其反应活性是不同碳的组织及形态，特别是其气孔壁的微细组织的发达程度，对碳的反应性影响最大一般煤的碳化程度越浅，焦炭的气孔率越大，即其内表面积越大，反应性越高，则发生反应的起始反应温度越低，气体温度也越低气化温度低，有利于甲烷生成反应的进行，煤气热值相应提高放热的甲烷反应又促进其他气化反应的进行，为气化层提供了部分热量，降低了氧气的消耗 气化温度相同时，煤的反应活性越高，则气化反应速度越快，反应接近平衡的时间越短 煤的反应活性对气化过程的影响在温度较低时较大，当温度升高时，温度对反应速度的影响显著加强，这时相应降低了反应活性的影响三 煤种及煤的性质对加压气化的影响2 煤种对煤气组分和产率的影响2.1发热值与组成图4-8煤种与净煤气热值的关系1褐煤；2气煤；3无烟煤图4-9粗煤气组成与气化原料的关系三 煤种及煤的性质对加压气化的影响2煤种对煤气组分和产率的影响2.1发热值与组成图4-10 净煤气组成与气化原料的关系三 煤种及煤的性质对加压气化的影响 表4-2 我国太原市西山老年烟煤在鲁奇炉内所产生的干馏气、纯气化煤气及出炉煤气的体积百分组成：三 煤种及煤的性质对加压气化的影响2.2 煤气产率图4-11煤中挥发份与煤气产率、干馏煤气量之间的关系1粗煤气产率；2净气煤产率；3干馏煤气占粗煤气热能百分比；4干馏煤气占净煤气热能百分比三 煤种及煤的性质对加压气化的影响表4-3 褐煤与无烟煤气化指标对比三 煤种及煤的性质对加压气化的影响3 煤种对其他副产品的特性和产率的影响 硫化物：煤中的硫化物在加压气化时，一部分以硫化物和各种有机硫形式进入煤气中。

煤气中的硫含量主要取决于原料煤中的硫含量硫含量高的煤，气化生成的煤气中硫含量就高一般煤气中的硫化物总量占原料煤中硫化物总量的70%80% 表4-4 加压气化产物中硫的分布三 煤种及煤的性质对加压气化的影响3 煤种对其他副产品的特性和产率的影响 氨：煤气中氨的产生与原料煤的性质、操作条件及气化剂中的氮含量有关在通常操作条件下，煤中的氮约有50%60%转化为氨，气化剂中也约有10%的氮转化为氨，气化温度越高，煤气中氨含量就越高三 煤种及煤的性质对加压气化的影响3 煤种对其他副产品的特性和产率的影响 焦油和轻油：原料煤的性质是影响焦油产率的主要因素一般是变质程度深的气煤和长焰煤比变质程度浅的褐煤焦油产率大，而变质程度更深的烟煤和无烟煤其焦油产率更低 煤种不同，所产生焦油的性质也不同，一般随着煤的变质程度增加，其焦油中的酸性油含量降低，沥青质增加，焦油的比重增加三 煤种及煤的性质对加压气化的影响4 煤种对各项消耗指标的影响 随着煤的变质程度加深，气化所用的水蒸气、氧气量也相应增加 另外，由于年轻煤活性好，挥发份高，有利于 的生成，这样就降低了氧气耗量第三节加压气化操作条件1 气化压力的选择 根据煤气产品的用途选择煤气压力。

作为生产合成气，为降低能耗，降低成本，压力可选择3.04.0MPa对于生产代用天然气或者中热值城市煤气，当输送距离近时，把压力提到很高没有必要，因为压力达到2.5MPa以后，再提高压力对粗煤气中甲烷含量的提高不明显 技术上要可靠压力高，技术难度大，材质要求高，投资也大 提高压力可大幅度提高气化强度 随着压力的提高，水蒸气分解率下降，气化炉的热效率也有所降低因此，要根据生产工艺要求合理选择气化压力2 气化层温度与气化剂温度 提高气化温度，可以提高气化强度 一般情况下在气化原料煤种确定后，根据灰熔点和灰性能确定气化层温度 气化剂温度指气化剂入炉前的温度，提高气化剂温度可以减少用于预热气化剂的热量消耗，从而减少氧气消耗量，较高的气化剂温度有利于碳的燃烧反应的进行，使氧的利用率提高氧气消耗量及其利用率与气化剂温度的关系如图4-16所示2 气化层温度与气化剂温度图4-16 气化剂温度与氧气利用率的关系1氧气利用率；2、3分别为粗煤气和净煤气产率；4净煤气发热值3 汽氧比的选择 汽氧比指气化剂中水蒸气与氧气的组成比例在加压气化煤气生产中，汽氧比是一个非常重要的操作条件，起着调整与控制气化过程温度的作用，是影响气化过程最活泼的因素。

随着煤的炭化程度加深，反应活性变差，为了提高生产能力，汽氧比应适当降低 加压气化中，采用不同汽氧比，对煤气生产的影响有以下几个方面： (1)在一定热负荷条件下，水蒸气的消耗量随汽氧比的提高而增加，氧气的消耗量随汽氧比提高而相对减少，如图4-17所示 (2)汽氧比的提高，使水蒸气的分解率显著下降，将加大煤气废水量 (3)汽氧比的改变对煤气组成影响较大随着汽氧比的增加，气化炉内反应温度降低，煤气组成中一氧化碳含量减少，二氧化碳与氢含量升高，粗煤气组成与汽氧比关系如图4-18所示3 汽氧比的选择图4-17 汽氧比与蒸汽、氧气消耗量的关系1水蒸气消耗量；2氧气消耗量图4-18 粗煤气组成与汽氧比的关系3 汽氧比的选择 (4)汽氧比改变和炉内温度的变化对副产品焦油的性质也有影响提高汽氧比后，焦油中碱性组分下降，芳烃组。