气流床气化工艺-空分工序)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,气流床气化工艺,2024/8/25,煤炭气化工艺学,3,、气流床气化炉,微小的粉煤在火焰中经部分氧化提供热量，然后进行气化反应，粉煤与气化剂均匀混合，通过特殊的喷嘴的进入气化炉后瞬间着火，直接发生反应，温度高达,2000C,。所产生的炉渣和煤气一起在接近炉温下排出，由于温度高，煤气中不含焦油等物质，剩余的煤渣以液态的形式从炉底排出,粉煤和气化剂之间进行并流气化，反应物之间的接触时间短。为了提高反应速度，一般采用纯氧一水蒸气为气化剂，并且将煤粉磨得很细，以增加反应的表面积，一般要求,70%,的煤粉通过,200,目筛。也可以将粉煤制成水煤浆进料，缺点是水的蒸发会消耗大量的热，故需要消耗较多的氧气来平衡。,所谓气流床，就是气化剂将煤粉夹带进人气化炉，进行并流气化。,沸腾床气化炉，可以利用小颗粒燃料，气化强度较固定床大，但气化炉内的反应温度不能太高，一般用来气化反应性高的煤种。而气流床气化却是采用更小颗粒的粉煤。,气流床气化的主要特征：, 生产效率高；,碳转化率高。,空气分离的原理及方法,氮的分离。,空气分离的原理及方法,空气分离的原理及方法,空气净化系统,空气净化系统,空气净化系统,精馏系统,精馏系统,2024/8/25,煤炭气化工艺学,4-4,气流床气化工艺,德士古气化工艺,德士古气化炉,工艺流程,工艺条件和气化指标,2024/8/25,煤炭气化工艺学,(3),工艺指标,原料,温度,压力,碳转化率,氧和水蒸气的体积比,气化效率,原则上可以用任何煤种，但褐煤和年轻烟煤更为适用。,要求煤的粒度小于,0.1mm,，,70,80,过,200,目筛。进料采用干粉煤，只有当褐煤的水分较高时，才预先将煤干燥。,由于气体将煤粒隔开，因而不会造成黏结现象，所以气化用煤不必考虑黏结性。但粉煤采用气力输送，不仅能耗大，而且管道与设备的磨损也较为严重。,炉头内火焰中心的温度在,2000,，粗煤气出口温度为,1500,1600,经过急冷后温度降到,900,左右。,高温有和于加快反应速度，提高气化强度和生产能力。同时高温还可以获得比较高的碳转化率。,炉内压力,(,表压,),为,196,294Pa,，微正压。,为,1,0.5,，此法要求维持高温，应尽量少加水蒸气，因而该法的氧耗高，用空气代替氧气的做法行不通，因为需要高度预热来保持灰分的液态排渣。,对烟煤而言，每千克烟煤消耗的氧气约,0.85,0.9kg,，消耗水蒸气约,0.30,O.34kg,。,69,75,(,冷煤气效率,),80,90,二、德士古气化工艺,历史：,德士古,(TEXACO),气化工艺最早开发于,20,世纪,40,年代后期。开始的工作重点集中在开发一种天然气的重整工艺，以便为转换成液态烃化合物制造合成气。不久后，重点转向为氨的生产制造合成气。,20,世纪,50,年代期间，研究扩大该工艺以气化石油及少量的煤。,目前，在我国运行的德士古气化炉有,12,台。兖矿鲁南化肥厂的德士古气化装置，是我国从国外引进的第一套德士古煤炭气化装置，采用水煤浆进辩在加压下来生产台成氨的原料气体。,2024/8/25,煤炭气化工艺学,（,2,）工艺流程,-,气化,气化炉是气化过程的核心，而喷嘴又是气化炉的关键设备。,合格的永煤浆在进人气化炉时，首先要被喷嘴雾化，使煤粒均匀地分散在气化剂中，从而保证高的气化效率。良好的喷嘴设计可以保证煤浆和氧气的均匀混台。,满足实际生产要求的喷嘴应该具有以较步的雾化剂和较少的能量达到较好雾化效果的能力，而且结构要简单，加工要方便使用寿命长等性能。,国外使用的喷嘴结构多用三套管式，中心管导入,15,的氧气，内环隙导入煤浆，外环隙导人,85%,的氧气，并根据煤浆的性质可调节两股氧气的比例，以促使氧气和碳的反应。,气化炉内进行的反应主要有：,C+O,2,CO,2,-394.1 kJ,mol,C+CO,2,2CO +173,3kJ,mot,C+2H,2,CH,4,-84.3kJ,mol,CO+H,2,0,H,2,+C0,2,-38.4kJ,mol,CO+3H,2,CH,4,+H,2,0 -219,3kJ,mol,当煤浆进入气化炉被雾化后，部分煤燃烧而使气化炉温度很快达到,1300,以上的高温，由于高温气化在很高的速度下进行平均停留时间仅几秒钟高级烃完全分解，甲烷的含量也很低，不会产生焦油类物质。由于温度在灰熔点以上，灰分熔融并呈微细熔滴被气流夹带出，离开气化炉的粗煤气可用各种方法处理：,2024/8/25,煤炭气化工艺学,(3),工艺条件和气化指标,水煤浆浓度,粉煤的粒度,氧煤比,气化压力,煤种,水煤浆浓度,所谓水煤浆的浓度是指煤浆中煤的质量分数，该浓度与煤炭的质量、制浆的技术密切相关。,需要说明的是，水煤浆中的水分含量是指全水分，包括煤的内在水分。通常使用的煤也并不是完全干的，一般含有,5%,8%,甚至更多的水分。,水煤浆浓度对气化过程的影响基本表现在几个方面。一般地，随着水煤浆浓度的提高，煤气中的有效成分增加，气化效率提高，氧气的消耗量下降,2024/8/25,煤炭气化工艺学,粉煤的粒度,粉煤的粒度对炭的转化率有很大影响。较大的颗粒离开喷嘴后，在反应区的停留时间比小颗粒的停留时间短，而且，颗粒越大气固相的接触面积减小。这双重的影响结果是，使大颗粒煤的转化率降低，导致灰渣中的含碳量增大。,结合上面关于水煤浆浓度和煤粉粒度的讨论，就单纯的气化过程而言，似乎永煤浆的浓度越高、煤粉的粒度越小，越有利于气化。,但实际生产过程中，不得不考虑煤浆的泵送和煤浆在气化炉中的雾化，而这两个生产环节又极大地受水煤浆黏度的限制。煤的粒度越小，煤浆浓度越大，则煤浆的黏度越大。为了便于使用水煤浆应具有较好的流动性，黏度不能太大，以利于泵送和雾化。,德士古法的收益明显受到煤浆浓度的影响。,在工业规模的条件下，煤浆黏度是一限制因素。为使煤装易于泵送和提高其浓度，工业上采用添加表面活性剂来降低其黏度。,表面活性剂是一种两亲分子，由疏水基和亲水基两部分组成。在水煤浆中。表面活性剂的亲水基伸入水中，而疏水端却被煤粒的表面吸引，对煤粒起到很好的分散作用。水煤浆用的表面活性剂多选择芳烃类中与煤结构相近的物质，这样可以在煤的表面更好地吸附。,2024/8/25,煤炭气化工艺学,氧煤比,氧煤比是德士古气化法的重要指标。在其他条件不变时，氧煤比决定了气化炉的操作温度，如图,4-58,所示。同时氧煤比增大，碳的转化率也增大，如图,4-59,所示。,虽然，氧气比例增大可以提高气化温度有利于碳的转化，降低灰渣含碳量。但氧气过量会使二氧化碳的含量增加，从而造成煤气中的有效成分降低气化效率下降。适当提高氧气的消耗量，可以相应提高炉温，降低生产成本，但提高炉温还要考虑耐火砖和喷嘴等的寿命。,2024/8/25,煤炭气化工艺学,气化压力,德士古工艺的气化压力最高可达,8.0MPa,，通常根据煤气的最终用途，经过经济核算，选择合适的气化压力。,提高气化压力，可以增加反应物的浓度，加快反应速度；同时由于煤粒在炉内的停留时间延长，碳的转化率提高。其结果是气化炉的气化强度提高，后续工段压缩煤气的动力消耗相应减少。,煤种的影响,德士古气化的煤种范围较宽，一般情况下不适宜气化褐煤，由于褐煤的内在水分含量高，内孔表面大，吸水能力强，在成浆时，煤粒上吸附的水量多。因此，相同的浓度下自由流动的水相对减少，煤浆的黏度大，成浆困难。,灰分含量是影响气化的一个重要因素。德士古法是在煤的灰熔点以上的温度操作，炉内灰分的熔融所需要的热量需燃烧部分煤来提供，因而煤灰分含量增大氧消耗量会增大，同理煤的消耗量亦增大。,在选择煤种时，应选择活性好，灰熔点低,(,小于,1300),的煤。,