第四章-固定床气化工艺课件

2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学固定床Movingbed气化工艺第一节移动床气化的一般知识第二节移动床气化工艺最早，最简易，安全可靠，最成熟应用：燃料气合成气“落后的技术？”：效率规模用煤环境2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学41、移动床气化炉的一般知识原料：主要有褐煤、长焰煤、烟煤、无烟煤、焦炭气化剂：有空气、空气水蒸气、氧气水蒸气等l基本过程：燃料间歇加入，底部通入气化剂，燃料与气化剂逆向流动，灰渣由底部排出。l炉内温度分布：2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学1、移动床气化炉的一般知识炉内料层：当炉料装好进行气化时，以空气作为气化剂，或以空气(氧气、富氧空气)与水蒸气作为气化剂时，炉内料层可分为六个层带，自上而下分别为：空层、干燥层、干馏层、还原层、氧化层、灰渣层。气化剂不同，发生的化学反应不同。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学1、移动床气化炉的一般知识灰渣层作用控制有无反应三个方面的作用：由于灰渣结构疏松并含有许多孔隙，对气化剂在炉内的均匀分布有一定的好处。煤灰的温度比刚入炉的气化剂温度高，可使气化剂预热。灰层上面的氧化层温度很高，有了灰层的保护，避免了和气体分布板的直接接触，故能起到保护分布板的作用。根据煤灰分含量的多少和炉子的气化能力制定合适的清灰操作。灰渣层一般控制在100400mm较为合适，视具体情况而定。清灰太少，灰渣层加厚，氧化层和还原层相对减少，将影响气化反应的正常进行，增加炉内的阻力；清灰太多，灰渣层变薄，造成炉层波动，影响煤气质量和气化灰渣层温度较低，灰中的残碳较少，所以灰渣层中基本不发生化学反应。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学1、移动床气化炉的一般知识氧化层作用控制有无反应也称燃烧层或火层，是煤炭气化的重要反应区域，从灰渣中升上来的预热气化剂与煤接触发生燃烧反应产生的热量是维持气化炉正常操作的必要条件。考虑到灰分的熔点，氧化层的温度太高有烧结的危险，所以一般在不烧结的情况下，氧化层温度越高越好，温度低于灰分熔点的80120为宜，约1200左右。氧化层厚度控制在150300mm左右，要根据气化强度、燃料块度和反应性能来具体确定。氧化层带温度高，气化剂浓度最大，发生的化学反应剧烈，主要的反应为：C+O2CO22C+O22CO2CO+O2CO2上面三个反应都是放热反应，因而氧化层的温度是最高的。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学1、移动床气化炉的一般知识还原层作用控制有无反应还原层厚度一般控制在300500mm左右。如果煤层太薄，还原反应进行不完全，煤气质量降低；煤层太厚，对气化过程也有不良影响，尤其是在气化黏结性强的烟煤时，容易造成气流分布不均，局部过热，甚至烧结和穿孔。习惯上，把氧化层和还原层统称为气化层。气化层厚度与煤气出口温度有直接的关系，气化层薄出口温度高；气化层厚，出口温度低。因此，在实际操作中，以煤气出口温度控制气化层厚度，一般煤气出口温度控制在600左右。还原反应是吸热反应，其热量来源于氧化层的燃烧反应所放出的热在氧化层的上面是还原层，赤热的炭具有很强的夺取水蒸气和二氧化碳中的氧而与之化合的能力，水(当气化剂中用蒸汽时)或二氧化碳发生还原反应而生成相应的氧气和一氧化碳，还原层也因此而得名。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学1、移动床气化炉的一般知识干馏层原因及分解作用煤气性质干馏层位于还原层的上部，气体在还原层释放大量的热量，进入干馏层时温度已经不太高了，气化剂中的氧气已基本耗尽，煤在这个过程历经低温干馏，煤中的挥发分发生裂解，产生甲烷、烯烃和焦油等物质，它们受热成为气态而进入干燥层。干馏区生成的煤气中因为含有较多的甲烷因而煤气的热值高，可以提高煤气的热值,但也产生硫化氢和焦油等杂质。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学1、移动床气化炉的一般知识干燥层作用过程控制干燥层位于干馏层的上面，上升的热煤气与刚入炉的燃料在这一层相遇并进行换热，燃料中的水分受热蒸发。一般地，利用劣质煤时因其水分舍量较大，该层高度较大，如果煤中水分含量较少，干燥段的高度就小。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学1、移动床气化炉的一般知识空层作用控制注意事项控制空层高度一是要求在炉体横截面积上要下煤均匀下煤量不能忽大忽小；二是按时清灰。必须指出-上述各层的划分及高度，随燃料的性质和气化条件而异，且各层间没有明显的界限，往往是相互交错的。空层即燃料层的上部，炉体内的自由区，其主要作用是汇集煤气。由于空层的自由截面积增大，使得煤气的速度大大降低，气体夹带的颗粒返回床层，减小粉尘的带出量。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学1、移动床气化炉的一般知识移动床分类：移动床按气化压力来分类，可以分为常压移动床和加压移动床；按排渣性质可以分为固态排渣移动床和液态排渣移动床；按气化剂性质分为空气煤气、水煤气、混合煤气、富氧蒸汽移动床等。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学4-2移动床气化工艺常压发生炉煤气生产工艺加压气化生产工艺发生炉煤气种类制气原理煤气发生炉典型工艺流程、设备、工艺参数物料、热量衡算加压生产特点加压气化炉物料、热量衡算工艺流程与工艺参数2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学一、常压发生炉煤气生产工艺特点是：整个气化过程是在常压下进行的；在气化炉内，煤是分阶段装入的，随着反应时间的延长，燃料逐渐下移，经过干燥、干馏、还原和氧化等各个阶段，最后以灰渣的形式不断排出，而后补加新的燃料；操作方法有间歇法和连续气化法；气化剂中的空气或富氧空气，用来和碳反应提供热量，水蒸气则利用该热量和碳反应，自身分解为氢气、一氧化碳、二氧化碳和甲烷等气体。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(一)发生炉煤气种类发生炉煤气根据使用气化剂和煤气的热值不同，一般可以分为：1.空气煤气2.混合煤气3.水煤气4.半水煤气等。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学（二）制气原理-空气煤气空气煤气的制气原理气化剂：以空气作为气化剂化学反应：C+O2CO2-394.1KJ/molC+CO22CO+173.3KJ/mol缺点：炉内热量积聚，料层和煤气温度升得较高；存在易结渣；适宜采用液态排渣的气化炉；煤气热值低；出口温度高；气化效率低等问题空气煤气成分：一氧化碳为主要可燃成分。影响煤气成分的因素：温度、反应速度2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学（二）制气原理混合煤气混合煤气的制气原理气化剂：空气中混合一定量的水蒸气化学反应：特点：和空气煤气相比较，热值大大提高。又因为水蒸气的分解需要吸收热量，这就可以降低气化层的温度，使灰渣维持在不熔融的状态，因此可以采用固态排渣气化炉。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学（二）制气原理水煤气水煤气的制气原理气化剂：以水蒸气作为气化剂化学反应：C+H2OCO+H2+135.0kJmolC+2H2OCO2+2H2+96.6kJmolCO+H2OH2+CO238.4kJmolC+2H2CH4-84.3kjmol特点：它广泛用于合成原料气，这种煤气生产工艺避免了普通方法制取混合煤气时易结渣及热效率低的缺点，并能获得热值较高的水煤气。如合成氨企业影响煤气成分的因素：1、温度：水煤气反应均为吸热反应，提高温度可增加生成气体中一氧化碳和氢的含量；在900的高温下，生成二氧化碳和甲烷的量却几乎为零。2、燃料的活性l为了提供热量在气化之前，先通入空气燃烧部分煤，产生气化所需要的足够的热量，然后送入水蒸气进行气化反应制取煤气，随气化的进行，床层温度逐渐下降，到一定程度后，停止送入水蒸气。然后再通入空气进行燃烧反应。这种方法工业上称间歇制气。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学（三）煤气发生炉目前，国内普遍使用的有3M-13型(即3A-13型)、3M-21型(即3A-21型)、W-G、UGI及两段式气化炉。这些气化炉的共同特点是都有加煤装置、炉体、除灰装置和水夹套等。为扩大气化用煤，有的炉内设置搅拌破黏装置；为使气化剂在炉内分布均匀，采用不同的炉蓖。发生炉一般有炉径1000mm、1500mm、2000mm，3000mm等规格，水煤气炉一般有炉径1600mm、1980mm、2260mm、2740mm、3000mm等。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学气化炉的基本概念气化炉的组成加煤系统气化反应部分排灰系统考虑：入炉煤的分布和加煤时的密封问题。是煤炭气化的主要反应场所高温，加设内璧衬里或加设水夹套。水夹套：保护炉体免受高温，生产蒸汽。考虑：气体的均匀分布和排灰时的密封问题2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学3M-213M-21混合煤气发生混合煤气发生炉炉加煤机构：一个滚筒、两个钟罩和公布锥及传动装置组成滚筒定量加入上下钟罩交替开闭分布锥保证煤料均匀分布探火孔作用：煤料扒平、捅渣、用钎子测气化层的温度、厚度等。探火孔由孔塞、孔座及喷气环等构成。要求：密封性好喷气环的作用：从喷气环喷出的水蒸气斜向进入炉内空间上部，在探火孔处形成一层隔离水蒸气气幕，防止煤气外泄和空气进入炉内。耐火衬里水夹套炉箅作用：支撑炉内总料层，使气化剂均匀分布，与碎渣圈一起对灰渣进行破碎、移动和下落它由四或五层炉箅和炉箅座重叠后用一长杆螺栓固定成一整体，然后固定在灰盘上。每两层炉算之间及最后一层炉箅和炉箅座之间开有布气孔。安装时炉箅整体的中心线和炉体的中心线偏移少许，可以避免灰渣卡死。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学3M-21型移动床混合煤气发生炉灰盘是一敞口的盘状物，起储灰、出灰和水封的作用。内壁斜钢筋灰盘固定在大齿轮上，大齿轮装在钢球上，由电动机通过蜗轮、蜗杆带动大齿轮转动。以灰盘转速来调节出灰量和料层高度。无破黏装置：无烟煤、焦炭等碎渣圈：上面与水套固定，下部有6把灰刀。当炉箅和灰盘转动时，碎渣圈不动，大块灰渣受到挤压和剪切而碎裂，并下移。当灰渣移到小灰刀处，即被灰刀刮到灰盘。碎渣圈的另一作用是和灰盘外套构成水封装置，做炉底密封用。炉顶耐火衬里和水夹套上部耐火衬里的主要作用是保护炉身钢制外壳，防止因高温变形烧坏。耐火衬里的缺点是容易挂渣，为防止挂渣，可以采用全水套炉身结构2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学3M-13型移动床混合煤气发生炉3M-13型和3M-21型的结构及操作指标基本相同，不同的是加煤机构和破黏装置。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学WG气化炉优点：1、料管多点加料，布料比较均匀;2、采用空气鼓入水夹套增湿的办法，直接充分利用水夹套中的蒸汽;3采用干法排渣，没有水封高度的限制，可提高鼓风压力和风速等。缺点：炉体高大，所以生产厂房的建设投资相对较高，操作环境较差。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学.UGI型水煤气发生炉制造水煤气的关键是水蒸气的分解，由于水蒸气的分解是吸热反应，一般采用的方法是燃烧部分燃料来提供。间歇法制造水煤气，主要是由吹空气(蓄热)、吹水蒸气(制气)两个过程组成的。在实际生产过程中，还包含一些辅助过程，共同构成一个工作循环。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学.UGI型水煤气发生炉第一阶段为吹风阶段：吹入空气，提高燃料层的温度，空气由阀门1进入发生炉，燃烧后的吹风气由阀门4、5后经过烟囱排出，或去余热回收系统。第二阶段为水蒸气吹净阶段：阀门1关闭，阀门2打开，水蒸气由发生炉下部进入，将残余吹风气经阀门4、5排至烟囱，以免吹风气混入水煤气系统，此阶段时间很短。如不需要得到纯水煤气时，例如制取合成氨原料气该阶段也可取消。第三阶段为一次上吹制气阶段：水蒸气仍由阀门2进入发生炉底部，在炉内进行气化反应，此时，炉内下部温度降低而上部温度较高，制得的水煤气经阀门4、6(阀门5关闭)后，进入水煤气的净化和冷却系统，然后进入气体储罐。第四阶段为下吹制气阶段：关闭阀门2、4，打开阀门3、7，水蒸气由阀门3进入气化炉后，由上而下经过煤层进行制气，制得的水煤气经过阀门7后由阀门6去净化冷却系统。该阶段使燃料层温度趋于平衡。第五阶段为二次上吹制气阶段：阀门位置与气流路线同第三阶段。主要作用是将炉底部的煤气吹净，为吹入空气做准备。第六阶段为空气吹净阶段：切断阀门7，停止向炉内通入水蒸气。打开阀门1，通入空气将残存在炉内和管道中的水煤气吹入煤气净制系统。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学.UGI型水煤气发生炉水煤气发生炉和混合煤气发生炉的构造基本相同，一般用于制造水煤气或作为合成氨原料气的加氮半水煤气，代表性的炉型当推UGI型水煤气发生炉。水煤气生产原料用焦炭或无烟煤，燃料从炉顶加入，气化剂从炉底加入，灰渣主要从炉子的两侧进入灰瓶，少量细灰由炉箅缝隙漏下进入炉底中心的灰瓶内。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(四)典型工艺流程1、发生炉常见工艺流程煤气发生站的工艺流程按气化原料性质、燃料气的用途、投资费用等因素来综合考虑。目前，比较常见的工艺流程分为下述三种形式。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学1）热煤气站流程该类煤气站一般以烟煤为原料，生产出的煤气经干式旋风除尘器和沉灰斗除尘后即送给用户。特点:可以充分利用煤气的显热热效率高;系统简单，没有含酚及焦油的污水排出，节省投资和生产费用;煤气出口压力低，输送距离受到限，一般小于60米;为防止煤气冷却和焦油蒸汽的冷凝，煤气出制输送系统的各个设备均需保温，因而管道相对笨重造价高;2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学2)无焦油的冷煤气站该类煤气站一般以焦炭、无烟煤为原料，也可用挥发分含量较少的贫煤。气化时不产生或极少产生焦油，因此不需要设置焦油回收设备。煤气经冷却、洗涤净化系统的处理，温度由450550左右降低至35，再经加压后送往脱硫工段及用户。特点:生产系统简单，操作方便，节省投资;煤气经冷却、除尘及加压后可以远距离输送;排出的洗涤水中酚类含量低，处理简单;煤气热值(标况)相对较低2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学3)回收焦油的冷煤气发生站该类煤气站以烟煤为原料，在生产过程中要产生一定数量的焦油及含酚污水，因此生产系统较为复杂。特点:生产系统较复杂，尤其是焦油回收及其循环水的处理部分投资大、生产费用高;竖管及洗涤塔排出的含酚污水必须进行处理，以便循环使用;煤气经冷却、净化，加压输送的距离不受限制。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学2、水煤气炉工艺流程2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(五)主要设备简介双竖管洗涤塔电捕焦油器2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(五)主要设备简介双竖管属于煤气冷却和净化设备。冷却介质是水，采用煤和煤气并流或逆流的方法，直接接触，使高温煤气冷却，煤气中的粉尘、焦油和硫化氢等杂质也被洗涤下来，同时，部分冷却水吸收热变成水蒸气进入煤气。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(五)主要设备简介洗涤塔是煤气发生炉的重要辅助设备，它的作用是用冷却水对煤气进行有效的洗涤，使煤气得到最终冷却、除尘和干燥。水从塔顶油喷头喷淋而下，在填料层表面形成一层薄膜，从塔底引入的煤气由上而下在填料上与薄膜水进行热交换,煤气被充分冷却，并使部分灰尘和焦油分离沉降。为避免带出水分，在塔内喷头上部加一段捕滴层。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(五)主要设备简介内部为直立式管束状结构，每个圆管中央悬挂一根放电极，管壁作为沉降极，下端设有储油槽。在每个放电极和接地的沉降极之间，建立一个高压强电场。当煤气通过强电场时，由于电离使煤气中大部分粉尘和焦油雾滴带上负电，而向圆管壁(相当于正极)移动，碰撞后放电而黏附在上面，逐渐积聚沉淀而向下流动，煤气经两极放电后由电捕焦油器导出。管式电捕焦油器外加直流电压约为5060kV，煤气在沉降管内的流速约15ms，除尘、除焦油效率可达99%左右。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(六)工艺参数的控制混合发生炉煤气气化温度和饱和温度料层高度气化剂的消耗量灰中残炭量2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(1)气化温度和饱和温度气化气化温度温度定义定义影响效果影响效果温度控制温度控制调节方法调节方法饱和温度的控制饱和温度的控制气化温度一般指煤气发生炉内氧化层的温度。气化温度的太小直接影响煤气成分、煤气热值气化效率和气化强度。煤气发生炉的温度一般控制在10001200左右。调节气化温度的常用方法是通过调节气化剂的饱和温度来实现的。气化剂的饱和温度提高，则进入炉内的气化剂中水蒸气量增大、空气量减少；相反亦然。因而，当炉温偏高时，提高气化剂的饱和温度；相反当炉温偏低时，适当降低气化剂的入炉饱和温度。气化剂的饱和温度控制多少合适，宜在煤气发生炉实际操作中调整确定。经过一段时间的实际运行操作，就可以具体确定最佳的气化剂饱和温度。温度太高，增加了气化炉热损失，也增大了出口煤气的显热损失。同时，当超过煤灰熔点时，灰渣烧结，影响均匀布气，料层中可能出现气沟、火层倾斜、烧穿等异常现象。温度太低，气化速度减慢，气化强度降低，蒸汽分解率降低，灰中的残炭量降低，煤气的质量变差。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、加压气化生产工艺常压固定床气化炉生产的煤气热值较低，气化强度和生产能力有限。随后进行了加压气化技术的研究，1939年由德国的鲁奇公司设计的第一代工业装置Mark建成投产，后来又不断地对气化炉的结构、压力、煤种进行研究，相继推出了Mark、Mark、Mark、Mark炉型。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、加压气化生产工艺中国加压气化的历史：中国20世纪60年代就引进了捷克制造的早期鲁奇炉，在云南建成投产，用褐煤加压气化制造合成氨。1978年天脊煤化工集团公司(原山西化肥厂)德国4台直径3800mm的型鲁奇炉，用贫瘦煤代替褐煤来生产合成氨。1987哈尔滨依兰东德PKM城市煤气和甲醇1994河南义马型城市煤气和甲醇2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、加压气化生产工艺（一）压力对固定床加压气化指标有影响(1)压力对煤气组成的影响加压条件下的气化反应有利于生成甲烷，不利于二氧化碳的还原和水蒸气的分解，导致煤气中CO2和H2O含量偏高，而CO和H2含量偏低。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、加压气化生产工艺（一）压力对固定床加压气化指标有影响(2)压力对氧气耗量的影响在加压气化中，生成甲烷的反应均为放热反应，成了气化炉内除碳燃烧反应外的第二热源，从而大大减轻了燃烧反应中碳和氧的消耗。随着气化压力的提高，生成甲烷的反应进行得更充分，氧气的消耗量亦随之下降。如生产煤气的热值一定时，在1.96MPa下消耗的氧气仅为常压气化的1/2一2/3。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、加压气化生产工艺（一）压力对固定床加压气化指标有影响(3)压力对蒸汽耗量的影响气化压力升高，水蒸气耗量亦增大。？A甲烷量增加，气化系统需要的水蒸气绝对量增加B加压不利于水蒸气分解反应，使水蒸气分解率下降在实际操作中，还需用蒸汽量来控制炉温，以保证固态排渣的顺利进行，故总的蒸汽耗量加压时约比常压高2.53倍。水蒸气分解率在常压下约为65%，在1.96MPa压力下，降为36%，这是固态排渣加压气化的一大缺陷。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、加压气化生产工艺（一）压力对固定床加压气化指标有影响(4)压力对气化炉生产能力的影响气化炉的生产能力以标准状态下体积流量表示时，加压气化是常压气化的3.353.75倍。在压力下气体密度增大，使气化反应的速度加快加压气化炉内的气流速度低于常压气化炉，如压力为2.45MPa时，其气固接触时间为常压时的5.0-5.75倍。而加压气化炉的料层又比常压气化炉厚，故气固反应的实际接触时间还要长些，因而使气化反应进行得较充分，反应比较接近平衡状态，碳的转化率较高。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、加压气化生产工艺（一）压力对固定床加压气化指标有影响(5)压力对煤气产率的影响气化压力的提高，使生成甲烷的量增加，气体的总体积减小，与常压气化相比，加压气化的煤气产率较低。随着气化压力的提高，煤气产率呈现下降趋势。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、加压气化生产工艺（二）固定床加压气化的基本原理温度分布特征：反映了气化特征。灰渣层。位于料层的最底部，原料中的碳已基本耗尽，起保护炉算和预热气化剂作用。第一反应层。第一反应层亦即氧化层，主要进行碳的氧化反应，是料层中温度最高的区域，并提供气化炉内其它反应所需的热量。第二反应层。即气化层。该层开始的主要标志是氧气已全部耗尽，水蒸气大量分解，CO2被还原，使气体中CO和H2的含量不断增加。CO2和H2O(g)含量逐渐减少。同时也进行着C+H2O(g)CH4CO2的反应。甲烷层。甲烷层是生成甲烷的主要反应层，也是加压气化与常压气化的区别所在。该层进行的甲烷生成反应是碳与氢、一氧化碳与氢之间的反应，反应速度比第一反应层和第二反应层中的气化反应速度要慢得多，因此，为生成尽可能多的甲烷，一般要求甲烷层厚度较大。干馏层。干燥煤脱除挥发分，生成热解水和多种干馏产物。在加压气化炉内，由于温度较低并有大量氢气存在，因此产生的焦油和以脂肪烃为主的轻质油很少裂解，并以蒸气状态存在于粗煤气中。同时，在该层还存在着CO的变换反应，决定了出炉煤气的组成。干燥层。入炉原料失去水分并逐渐升温。与常压气化相比，加压气化过程中甲烷生成反应增多。一方面是由于较厚干馏层挥发分热解产生甲烷，另一方面是由于甲烷层中碳的加氢生成甲烷，而且主要以后者为主。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、加压气化生产工艺（三）鲁奇加压气化的发展过程第一阶段(19301954年)。1930年在德国建立第一套加压气化试验装置，1936年设计了第一代工业化鲁奇炉，试验成功后于1939年正式投入生产，只能气化非粘结性煤，且气化强度低，炉径2.6m，单台生产能力只有50008000m3/h。设有内衬，边置灰斗，气化剂内炉箅主轴进入（限制放大），平炉箅。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、加压气化生产工艺（三）鲁奇加压气化的发展过程第二阶段(19541969年)。为了能气化弱粘结性烟煤，提高气化强度，鲁尔公司和鲁奇公司合作建立了新试验装置，根据试验结果设计了第二代鲁奇炉Mark-和Mark。炉直径分别为2.6和3.7m，最大产气能力为14000和45000m3/h。该炉型在炉内增加了破粘装置，从而可以气化弱粘结性煤，水夹套，中心排灰，气化剂侧向进入，塔形炉箅。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、加压气化生产工艺（三）鲁奇加压气化的发展过程第三阶段(19691980年)。为进一步提高生产能力，扩大煤种范围，开发了第三代鲁奇炉MARK。其内径增大到3.8m，采用双层夹套外壳，炉内装有搅拌器和煤分布器，转动炉算采用宝塔形结构，多层布气，单炉产气量提高到3500055000m3/h，实际可达65000m3/h。同时第三代炉的结构材料、制造方法、操作控制等均采用了现代技术，自动化程度较高。1974年，鲁奇公司与南非萨索尔合作开发出直径5m的第四代Mark-V加压气化炉，内径最大5m，产气量可达100000m3/h,耗煤量为1100t/d，但尚未推广。鲁尔1002024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、加压气化生产工艺（四）鲁奇加压气化炉Mark-IV煤锁：容积为12m3的压力容器，它通过上下阀定期定量地将煤加入到气化炉内。根据负荷和煤质的情况，每小时加煤35次。加煤过程：a.在大气压下向煤锁加煤b.用煤气充压c.向炉内加煤d.煤锁卸压，煤气送入煤锁气柜，残余的煤气由煤锁喷射器抽出，经过除尘后排入大气。灰锁：6m3的压力容器，和煤锁一样，采用液压操作系统，以驱动底部和顶部锥形阀和充、卸压阀。可以自动、半自动和手动操作。该循环如下：a.连续转动的炉篦将灰排出气化炉，通过顶部锥形阀进入灰锁。底部锥形阀关闭，压力同气化炉b.停止炉篦转动，灰锁顶部锥形阀关闭，再重新启动炉篦。c.灰锁降压到大气压后，打开底部锥形阀，灰从灰锁进入灰斗d.关闭底部锥形阀，用过热蒸汽对灰锁充压，新循环开始。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、加压气化生产工艺（四）鲁奇加压气化炉Mark-IV炉体：由双层钢板制成，外壁按3.6MPa的压力设计，内壁设计外压0.25MPa。水夹套：软化水的压力3MPa，蒸汽除滴后作气化剂。夹套内的给水由夹套水循环泵进行强制循环。同时夹套给水流过煤分布器和搅拌器内的通道，以防止这些部件超温损坏。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、加压气化生产工艺（四）鲁奇加压气化炉Mark-IV布煤器和搅拌器：布煤器和搅拌器安装在同一转轴上。从煤箱降下的煤通过转动布煤器上的两个扇型孔，均匀下落在炉内。搅拌器是一个壳体结构，由锥体和双桨叶组成，壳体内通软化水循环冷却。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、加压气化生产工艺（四）鲁奇加压气化炉Mark-IV炉篦：分四层，相互叠合固定在底座上，顶盖呈锥体。炉篦各层上开有气孔，气化剂由此进入煤层中均匀分布。炉篦的转动多采用液压传动装置，也有用电动机传动机构来驱动。由于气化炉炉径较大，为使炉篦受力均匀，采用两台液压马达对称布置。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、加压气化生产工艺鲁奇加压气化工艺的技术特点:气化炉压力2.54.0MPa，操作温度一般为10001250，固态排渣;气化炉结构复杂，炉内设有搅拌装置、煤分布器和炉算等转动设备，设备的损坏与检修较为频繁，运行开工率较低7580%，需要设备用炉;煤气中含焦油、酚等，污水处理和煤气净化、副产品的回收工艺复杂、流程长、投资大;2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、加压气化生产工艺蒸汽消耗量大，分解率低，需配套规模较大的中压以上蒸汽锅炉;入炉煤为块(碎)煤550mm，原料来源受一定限制，价格比粉煤高;煤气中约含7-12%的甲烷和不饱和烃，这种煤气适宜作城市煤气或多联产，直接用于化工合成则需要增加甲烷催化转化单元，投资增加;单台炉生产能力相对气流床要小，目前普遍使用的Mark-IV型气化炉运行压力2.95MPa,煤炭气化能力为450950t/d。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、加压气化生产工艺（五）鲁奇炉对气化的煤质有哪些要求?水分。通常要求入炉褐煤水分含量控制在20%以内。鲁奇炉入炉煤的水分可以较高，但有些褐煤水分过高时，会促使褐煤块受热碎裂、造成氧耗增加、增加净化系统的负荷和污水处理的投资和操作费用、给原料预处理造成困难。根据经验，当煤水分高于20%时，每增加1%氧耗将增加1.5%。当水分由20%上升到30%时，气化炉的生产能力下降10%左右。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、加压气化生产工艺（五）鲁奇炉对气化的煤质有哪些要求?灰分。鲁奇炉原则上对煤的灰分无严格要求。但煤中灰分含量增加，将导致消耗定额增加，气化强度低，煤气产率降低，灰渣含碳量增加，煤气热值降低。因此，灰分过高影响效益，控制煤的灰分含量小于20%时较为经济。煤的粒度。褐煤640mm、烟煤525mm、焦炭和无烟煤520mm，要求最大粒径与最小粒径比为58;小于2mm的粉煤量控制在1.5%以内，小于6mm的细粒煤量控制在5%以内。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、加压气化生产工艺（五）鲁奇炉对气化的煤质有哪些要求?粘结性。鲁奇炉能气化坩埚膨胀序数(CSN)7以下的强粘结性煤。但与褐煤相比，消耗指标增加10%15%，气化炉的处理能力降低1520%，气化效率下降5%左右。灰熔融性温度与结渣性这是影响汽氧比和气化强度的关键，通常要求ST1200，最好高于1400。结渣性也影响操作温度，结渣性强的煤操作温度不宜过高。反应活性原料煤活性越高越好。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(六)工艺参数的控制气化压力气化层的温度2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学（1）气化压力根据煤气产品的用途选择煤气压力。作为生产甲醇合成气、煤炭间接液化合成气，为降低能耗，降低成本，压力可选择3.04.0MPa或更高(减少压缩能耗）;对于生产代用天然气或中热值城市煤气，距离近时，把压力提到很高没有必要，因为压力达到2.5MPa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，压力越高，技术水平要求越高。压力高，技术难度大，材质要求高，投资也大，目前广泛采用的气化压力是2.53.0MPa。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学（1）气化压力提高气化压力可大幅度提高气化强度。如前所述，加压气化炉的生产能力比常压气化炉高4一5倍。同时，加压气化有利于减少带出物损失，加快气化反应速度，延长气、固相接触反应时间，从而提高了气化强度。对化工合成还要考虑到随气化压力的提高，水蒸气分解率下降，气化炉热效率也有所降低。因此，要根据生产工艺要求，合理选择气化压力2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(2)气化层的温度气气化化层层的的温温度度 规律温度范围影响因素甲烷的生成反应是放热反应，因而降低温度有利于甲烷的生戒。但温度太低，化学反应的速度减慢。通常，生产城市煤气时，气化层的温度范围在9501050左右；生产合成原料气时，可以提高到1150左右。影响反应层温度最主要的因素是通入炉中气化剂的组成即汽氧比，汽氧比下降，温度上升。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、加压气化生产工艺液态排渣加压气化炉的基本原理是，仅向气化炉内通入适量的水蒸气，控制炉温在灰熔点以上，灰渣要以熔融状态从炉底排出。气化层的温度较高，一般在11001500之间，气化反应速度大，设备的生产能力大，灰渣中几乎无残碳。液态排渣气化炉如图所示。微态排渣气化炉的主要特点是炉子下部的排灰机构特殊，取消了固态排渣炉的转动炉箅。（七）液态排渣鲁奇加压气化炉BGL2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(七)加压气化炉-液态排渣BGL在渣箱的上部有一液渣急冷箱，用循环熄渣水冷却，箱内充满70左右的急冷水。由排渣口下落在急冷箱内淬冷形成渣粒，达到一定量后，卸入渣箱内并定时排出炉外。由于灰箱中充满水，和固态排渣炉比较，灰箱的充、卸压就简单得多了。在熔渣池上方有8个均匀分布、按径向对称安装并稍向下倾斜、带水冷套的钛钢气化剂喷嘴。气化剂和煤粉及部分焦油由此喷入炉内，在熔渣池中心观的排渣口上部汇集，使得该区域的温度可达1500左右，使熔渣成流动状态。为避免回火，气化剂喷嘴口的气流喷入速度不低于100m/s。如果要降低生产负荷，可以关闭一定数量的喷嘴来调节。2024/8/72024/8/7煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(七)加压气化炉-液态排渣液态排渣加压气化技术和固态排渣比较：高温：气化强度大、生产能力高，34倍。低水蒸气消耗(固态的20%)、高水蒸气分解率(95%)使粗煤气中水蒸气含量显著下降，冷凝液减少，最终煤气站的废水量下降，废水处理量仅为固态排渣时的1/41/3。煤气组成：甲烷含量减少，一氧化碳和氢气的总含量提高约25，二氧化碳的含量则由一般的30%下降到25%。可将部分小于6mm的粉煤，废水制水煤浆和自产的焦油及油类通过喷嘴喷入气化炉气化。/10/29/10/2966.