气流床气化技术特点 煤气化是发展洁净煤技术的重要途径。目前已实现工业化的煤气化技术主要有固定(移动)床气化技术、流化床气化技术和气流床气化技术。而1000 t/d 以上规模的煤气化装置基本都是采用的气流床气化技术，该技术已成为国内外大规模、高效率煤气化技术的首选技术 1、气流床气化技术特点 气流床气化又称同向气化或并流气化，属高温气化范围。以过热蒸汽和氧气为气化剂，携带煤浆或煤粉颗粒通过特殊喷嘴高速喷入气化炉内，瞬间发生火焰反应，气化反应区温度高达2000 ℃，煤粉立即气化，转化为煤气和熔渣，出炉煤气温度1400 ℃左右。其主要特点如下： (1)气化温度高、强度大，混合充分，（气化强度高，生产能力大）气化炉 中部温度为1500～1600 ℃，气体停留时间约为1.0～1.5 s (2)煤种适应性强，气化指标好，有效成分高（更宜选用活性高、地质年龄低、粒度较细、低灰熔点和低灰分的煤）。灰的质量分数＞30％、灰熔点FT（流动温度）在1450 ℃以上时，则运转困难。 (3)耗氧量大；采用煤粉气力输送能耗大，设备磨损严重。 (4)出炉煤气温度很高，显热损失大；此法的缺点是飞灰带出物的质量分数 约为10％之多 (5)需配套余热回收及除尘等辅助装置。 （6）对于干粉煤气化技术，煤灰的粘温特性是非常重要的指标，它与气化炉水冷壁渣层特性具有很大的关联性，一般希望粘温曲线比较平缓，以便气化炉的操作窗口较大。否则，厚度薄的渣层将缩短气化炉水冷壁的寿命，厚度厚的渣层将容易造成堵渣，严重时要停炉处理。 （7）均匀的原料煤是保证一体化现代煤化工装置连续、稳定运行的重要条件，由于煤炭品质的不均匀性，现代煤气化技术要求，最好对原料煤进行均质化，而均质化又受到场地和操作成本的限制。因此，希望选定的煤气化技术能适应特定的原料煤，并对煤质波动有较强的适应性。 水煤浆和干粉煤技术为主的加压气流床技术由于技术先进，气化压力较高，符合大型化要求，近年来发展较快。水煤浆加压气流床气化的代表
固定床气化： 1.1 鲁奇固定床气化技术 鲁奇公司从1930年开始开发此项技术，经过不断改进，比较成熟的是直径为3.8m,压力为3.0-4.0MPa的MARK Ⅳ型气化炉。其后，由与南非萨索尔合作开发了MARK Ⅴ型气化炉。在美国、南非有应用。国内较早使用鲁奇炉的有山西天脊，河南义马，云南解化、哈气化、兰州煤气厂。 鲁奇炉的特点是带有夹套锅炉固态排渣的加压煤气化炉，也称为碎煤加压气化。 煤种要求：使用块煤（6-50mm），热稳定性好，不能有黏结性，灰熔点不能太低，煤种适应性差 1.1.1 优点： 1.1.1.1 业绩多、运行稳定 1.1.1.2 副产品附加值高（副产品：焦油、中油、石脑油、粗酚、氨） 1.1.1.3 粗煤气中含10%-12%甲烷，甲烷合成负荷低，投资省 1.1.1.4 氧耗低，空分投资省，备煤系统相对简单 1.1.1.5 设备国产化率高 1.1.2 缺点： 1.1. 2.1 煤锁阀和灰锁阀检修频繁 1.1. 2.2 酚、氨回收系统开车困难 1.1. 2.3 气化流程长，操作性对复杂 1.1. 2.4 污水量大、成分复杂，处理难度大，达标排放不易，投资高 1.1. 2.5 煤种适应性差 鲁奇炉总装图 1.2 BGL熔渣气化炉
BGL气化炉炉体简单，在炉内壁加入了耐火砖衬，外面靠水夹套保护。在炉体下部沿周向安装了一组喷嘴，将混合氧气、水蒸汽高压喷入炉内，形成炉内局部高温燃烧区（2000℃），气化区温度在1400-1600℃（反应温度700-1400，鲁奇炉700-1100），较鲁奇炉大幅度提高了气化率，成倍提高了气化强度。最大的优势是将蒸汽使用量减少到鲁奇炉耗量的10%-15%,蒸汽分解率超过90%，绝大部分水蒸汽参与气化，极大减少了废水量。与气流床相比，又兼具了鲁奇炉的特点，无需为气化水而消耗大量氧气，仅比鲁奇炉耗氧多10-20%。但气化反应速度快，强度大大增强，生产能力比同样大小的鲁奇炉高2-3倍。 煤种要求：使用块煤或型煤（6-50mm），热稳定性好，不能有黏结性，灰熔点不能太低，煤种适应性差 1.2.1 优点： 1.2.1.1 设备完全国产化 1.2.1.2 副产品附加值高 1.2.1.3 粗煤气中含6.2%左右的甲烷，甲烷合成负荷低，投资省 1.2.1.4 污水处理量比鲁奇炉少 1.2.1.5 设备国产化高 1.2.2 缺点： 1.2.2.1 煤锁阀检修频繁 1.2.2.2 运行业绩少 1.2.2.3 酚、氨回收系统开车困难 1.2.2.4 装置用水量大 1.2.2.5 气化流程长，操作性对复杂 1.2.2.6 污水成分复杂，处理难度大，达标排放不易，投资高 1.2.2.7 煤种适应性差
停留时间分布的测量 1 固体粒子停留时间分布测量 固体粒子停留时间测量方法有间接法和直接法两种.间接的测量是基于总的固体相速度和相分率,而直接法大多借助示踪剂进行测量. 采用示踪剂测量时.除要求示踪剂具有与被测体系有相同的流动行为外.还要求具有可辨别的其他物理或化学性质.诸如荧光性.导电性.红外或介电性等.最常用的示踪剂是颜色示踪剂.化学示踪剂.磁性示踪剂.放射性示踪剂等. (1)颜色示踪剂方法:对于具有透明壁的设备.颜色示踪剂无疑是简单易行的方法.对于多孔粒子.只需将颜料包埋到粒子中即可.对于非多孔粒子.最简单的方法是将颜料涂在表面.但由于表面的颜料容易脱落.影响测量精度.为此.最好能将颜料均匀地混到粒子中.当然无论是多孔或非多孔体系.颜料须与液相不相溶. 这种方法的优点是形象.直接.其缺点或局限性是要求设备具有透明壁和良好的观察设备.如遥控可移动的摄像机及其良好的光学系统,如果示踪剂被非示踪剂粒子包围.则无法检测到.从面影响精度,同时能够观察到的主要是壁附近的信息.有时难以代表整体的行为,实验后的粒子重新分拣通常是困难的.所以物料难以重复使用.废料的处理也是个问题. (2)化学示踪剂方法:这种示踪剂的化学组成是不同的.所有其他的物理性质与非示踪剂粒子相同.示踪剂必须不与体系中的其他组分发生反应.取样必须有代表性. 2 液相停留时间分布测量 液相停留时间分布常用的测量方法有染料示踪剂测量法.电导示踪法.折射指数法.放射性法和热示踪剂法等. 在采用示踪剂测量方法时.一般要求示踪剂的流动性质.特别是密度.粘度.界面张力和互溶性等必须尽可能接近于被测试介质.同时为了保证相似性.对于水溶性体系建议用水溶性电解质作为示踪剂.对于有机体系则采用可溶于有机物的物质作示踪剂. 如果混合体系中含有多孔固体.或者容器内壁.或内部构件易于吸收示踪剂.那么一些示踪剂就会被吸附到这些材料上.从而增大测量难度.此时就要设法选择一种不易被吸附的材料作示踪剂. (1)染料示踪剂测量法:这种测量方法的原理很简单.首先将示踪剂在进口区注入.如果釜壁是透明的.可以目测示踪剂的运动轨迹.通常是将相应的检测器置于进口和出口处.根据两处浓度的变化曲线计算停留时间分布.这种方法的优点是测量直接.迅速.成本低,缺点是对于非常深色的体系或重油的体系.难以找到合适的染料. (2)电导示踪法:这种方法通常用于被测体系是非电导的.面引入电导介质作示踪剂.电导率随浓度的不同而变化.常用的电解质有NaCl.KCl等.该方法具有简单.迅速.易于使用等优点,但一般只用于水溶性体系. (3)折射指数法:这种方法引入了折射指数.明显不同于被测体系的介质作为示踪剂的方法.测量原理类似于前面的方法.该方法使用简单.响应迅速,但也只适用于透明体系. 3 气相停留时间分布测量 气体停留时间的测量非常类似干前面用于固体粒子和液相体系的测量方法.其中化学示踪剂法是使用最广泛的一种测量方法.常用的示踪气体是氦.
煤炭气化技术是煤化工产业化发展很重要的单元技术。煤炭气化技术在中国被广泛应用于化工、冶金、机械、建材等工业行业和生产城市煤气的企业，气化的核心设备气化炉大约有9000多台，其中以固定床气化炉为主。近20年来，中国引进的加压鲁奇炉、德士古、水煤浆气化炉等，主要用于生产合成氨、甲醇或城市煤气。中国先后从国外引进的煤炭气化技术多种多样。如引进的水煤浆气化装置有1987年投产的鲁南煤炭气化装置(二台炉、一开一备，单炉日处理450吨煤，2.8MPa)，1995年投产的吴泾煤炭气化装置(四台炉，三开一备，单炉日处理500t煤，4.0 MPa)、1996年投产的渭河煤炭气化装置(三台炉，二开一备，单炉日处理820t煤，6.5MPa)，2000年7月投产的淮南煤炭气化装置(三台炉，无备用，单炉日处理500t煤，4.0MPa)等。 进行煤炭气化的设备叫气化炉。按照燃料在气化炉内的运动状况来分类是比较通行的方法，一般分为移动床(又叫固定床)、沸腾床(又叫流化床)、气流床和熔融床等。 图4-16 三种典型气化工艺过程 （a）固定床，800～1000℃，块煤（3～30mm或6～50mm）；（b）流化床，800～1000℃，碎粉煤（1～5mm）；（c）气流床，1500～2000℃，煤粉（小于0．1mm） 此外，气化炉在生产操作过程中，根据使用的压力不同，又分为常压气化炉和加压气化炉；根据不同的排渣方式，可以分为固态排渣气化炉和液态排渣气化炉。 不论采用何种类型的气化炉，生产哪种煤气，燃料以一定的粒度和气化剂直接接触进行物理和化学变化过程，将燃料中的可燃成分转变为煤气，同时产生的灰渣从炉内排除出去，这一点是不变的。然而采用不同的炉型，不同种类和组成的气化剂，在不同的气化压力下，生产的煤气的组成、热值以及各项经济指标是有很大差异的。气化炉的结构、炉内的气固相反应过程及其各项经济指标，三者之间是紧密联系的。 一、固定床气化工艺简介 1、固定床气化的特点 移动床（固定床）是一种较老的气化装置。燃料主要有褐煤、长焰煤、烟煤、无烟煤、焦炭等，气化剂有空气、空气一水蒸气、氧气一水蒸气等，燃料由移动床上部的加煤装置加入，底部通入气化剂，燃料与气化剂逆向流动，反应后的灰渣由底部排出。固定床气化炉又
5 停留时间分布与反应器 5.1设F(θ)及E(θ)分别为闭式流动反应器的停留时间分布函数及停留时间分布密度函数，θ为对比时间。 （1） （1） 若该反应器为活塞流反应器，试求 （a ） （a ） F(1)(b)E(1)(c)F(0.8)(d)E(0.8)(e)E(1.2) (2)若该反应器为全混流反应器，试求 （a ）F(1)(b)E(1)(c)F(0.8)(d)E(0.8)(e)E(1.2) (3) 若该反应器为一个非理想流动反应器，试求 （a ）F(∞)(b)F(0)(c)E(∞)(d)E(0)(e)0∞ ? ()E d θ? (f)0∞ ? ()E d θθ? 解：（1）因是活塞流反应器，故符合理想活塞流模型的停留时间分布，由（5.33-5.36）式可得： (a)F(1)=1.0(b)E(1)=∝(c)F(0.8)=0(d)E(0.8)=0(e)E(1.2)=0 （2） （2） 因是全混流反应器，故符合理想全混流模型的停留时间分布，由 （5.33-5.36）式可得： （a ）F(1)=1-e -1=0.6321 (b)E(1)=e -1=0.3679 (c)F(0.8)=1- e -0.8=0.5507 (d)E(0.8)= e -0.8=0.4493 (e)=E(1.2)=0.3012 （3） （3） 因是一个非理想流动反应器，故可得： （a ）F(∞)=1 (b)F(0)=0 (c)E(∞)=0 (d)E(0)>1 (e)0 ∞?()E d θ? =1 (f) 0 ∞ ? ()E d θθ? =1 5.2用阶跃法测定一闭式流动反应器的停留时间分布，得到离开反应器的示踪剂与时间的关系如下： 022 2313 ≤??=-≤≤??≥? ()t c t t t t 试求： （1） （1） 该反应器的停留时间分布函数F(θ)及分布密度函数E(θ)。 （2） （2） 数学期望θ及方差2 θσ。
停留时间分布的测定 一、实验目的 1. 了解利用电导率测定停留时间分布的基本原理和实验方法； 2. 掌握停留时间分布的统计特征值的计算方法； 3. 掌握用理想反应器串联模型来描述实验系统的流动特性。 二、实验原理 停留时间分布测定所采用的方法主要是示踪响应法。它的基本思路是：在反应器入口以一定的方式加入示踪剂，然后通过测量反应器出口处示踪剂浓度的变化，间接地描述反应器内流体的停留时间。常用的示踪剂加入的方式有脉冲输入、阶跃输入和周期输入等。本实验选用的是脉冲输入法。 脉冲输入法是在极短的时间内，将示踪剂从系统的入口处注入主流体，在不影响主流体原有流动特性的情况下随之进入反应器。与此同时，在反应器出口检测示踪剂浓度c(t)随时间的变化。整个过程可以用图1形象地描述。 示踪剂加入示踪剂检测 Ｑ∞Q (a) 脉冲输入法 C C t=0 t (b) 脉冲输入(c) 出口响应 图1 脉冲法测停留时间分布 脉冲输入法测得的停留时间分布代表了物料在反应器中的停留时间分布密度即E(t)。若加入示踪剂后混合流体的流率为Q，出口处示踪剂浓度为C(t)，在dt时间里示踪剂的流出量为Qc(t)dt，由E(t)定义知E(t)dt是出口物料中停留时间在t与t+dt之间示踪剂所占分率，若在反应器入口加入示踪剂总量为m 对反应器出口作示踪剂的物料衡算，即 （１） 示踪剂的加入量可以用下式计算 （２） 在Ｑ值不变的情况下，由（１）式和（２）式求出：
（３） 关于停留时间的另一个统计函数是停留时间分布函数F(t)，即 （４） 用停留时间分布密度函数E(t)和停留时间分布函数F(t)来描述系统的停留时间，给出了 很好的统计分布规律。但是为了比较不同停留时间分布之间的差异，还需要引入另外两个统 计特征值，即数学期望和方差。 数学期望对停留时间分布而言就是平均停留时间_ t ，即 （５） 方差是和理想反应器模型关系密切的参数，它的定义是： （６） 若采用无因次方差2Θσ则有22 2/t t σσΘ=对活塞流反应器02=Θσ,而对全混流反应器 12=Θσ;对介于上述两种理想反应器之间的非理想反应器可以用多釜串联模型描述。多釜串 联模型中的模型参数Ｎ可以由实验数据处理得到的 2Θσ来计算。 21N σΘ= （７） 当Ｎ为整数时，代表该非理想流动反应器可以用Ｎ个等体积的全混流反应器的串联来建 立模型。当Ｎ为非整数时，可以用四舍五入的方法近似处理，也可以用不等体积的全混流反 应器串联模型。 三、实验设备的特点 1. 本实验装置数据稳定,重现性好, 使用方便，安全可靠。 2. 本装置设备紧凑，功能齐全。 四、装置、流程及试剂
气流床气化工艺 摘要：煤炭气化是煤利用的主要内容之一，而气流床气化是煤炭气化的一种重要形式。本文立足我国煤炭气化现状，对目前国际上比较成熟先进的气化工艺（Texaco气化工艺法、shell煤气化工艺法）做了简单介绍。同时，也阐明了我国未来煤气化的发展方向。 关键词：气流床；煤气化；气化炉；气化工艺；加压气化；环境； 引言 随着中国经济的快速增长，对能源的需求在与日俱增。我国是一个多煤贫油少气的国家，如何充分高效率的利用质量参差不等、数量有限且不可再生的煤炭资源是一个摆在国人面前的世纪问题，这关乎民生，也关系到国家的长足发展。另外，煤炭的开发利用带来了严重的环境问题，这是亟待解决的。气流床煤气化工艺为煤的洁净高效利用提供了一种可能的途径，这也是本文着重要讨论的。 1、煤炭气化概述 气流床气化是一种并流式气化。 气化剂（氧气与蒸汽）将煤粉（70%以上的煤粉通过200目筛孔）夹带入气化炉，在1600~1800℃高温下将煤进一步转化为CO、H2、CO2等气体，残渣以熔渣形式排出气化炉。也可以将煤粉制成煤浆，用泵送入气化炉，在气化炉内，煤炭细粉粒与气化剂经特殊喷嘴进入反应室，会在瞬间着火，直接发生火焰反应，同时处于不充分的氧化条件下。因此，其热解、燃烧以及吸热的气化反应，几乎是同时发生的。随着气流的运动，未反应的气化剂、热解挥发物及燃烧产物夹裹着煤焦粒子高速运动，运动过程中进行着煤焦颗粒的气化反应。这种运动形态，相当于流化领域例对固体颗粒的“气流输送”，习惯上称为气流床气化。 1.1 气流床气化技术特点 1)煤种适应性强．入炉煤以粉状(或湿式水煤浆状)喷入炉内，各个微粒被高速气流分隔，并单独完成热解、气化及形成熔渣，无相互作用，不会在膨胀软化时造成黏结，即不受煤的黏结性影响．原则上各种煤都可用于气流床气化，但炉内气化温度应高于煤的灰熔点，以利于熔渣的形成．此外，从经济角度来看，应选择褐煤等挥发分高而固定碳少的煤，可大大改善气化条件；人炉的原料煤越细越好，煤粒越小，比表面积越大，气化速度越快，反应时间越短，碳转化率也越高． 2)反应物在炉内停留时间短，反应时间约为1s～3 s．随煤气夹带出炉的飞灰中含有未反应完的碳，采取循环回炉的方法可以提高碳转化率；而且由于煤粉在气化炉内停留时间极短，为了完成反应，必须维持很高的反应温度．所以常常采用纯氧作为气化剂，气化温度可高达1 500℃，灰渣以熔融状态排出，熔渣中含碳量低．液体熔渣的排渣结构简单，排渣顺利．但是炉壁衬里受高温熔渣流动侵蚀，易于损坏，影响寿命． 3)为了达到1 500℃左右的气化温度，氧气耗量较大，影响经济性．随着高温下蒸汽分解率的提高，蒸汽耗量有所减少． 4)出炉煤气温度很高，显热损失大，可用废热锅炉回收热量，提高热效率．为了防止黏性灰渣进入废热锅炉，可先用循环冷煤气将出炉煤气激冷到 900℃～1 100℃，并分离出灰渣，再进入废热锅炉． 5)出炉煤气的组分以C0，H2，C02和H2O为主，CH4含量很低，热值并不高．产品中不含焦油．煤气产品中有效成分高，不产生含酚废水，烟气净化装置简单． 1．2影响气流床气化的主要因素 1)高气化温度．气化温度可达1 500℃以上．炉内高温是由煤粉在纯氧下燃烧或部分燃烧释放的热量而保持的，与此同时，碳粒与水蒸气或C02发生吸热的还原反应．提高炉内
2、固定床气化的过程原理 固定床气化炉内的气化过程原理如图4-17所示。 图4-17 固定床气化的原理 可见， 在固定床气化炉中的不同区域中，各个反应过程所对应的反应区 域界面比较明显。 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。由于各层带的气体组成不同，温度不同，固体物质的组成和结构不同，因此反应的生成物均有一定的区别。各层带在炉内的主要反应和作用都不同。 (1)灰渣层 灰渣层中的灰是煤炭气化后的固体残渣，煤灰堆积在炉底的气体分布板上具有以下三个方面的作用。 ①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。 ②煤灰的温度比刚入炉的气化剂温度高，可使气化剂预热。 ③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。 灰渣层对整个气化操作的正常进行作用很大，要严格控制。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100~400mm 较为合适，视具体情况而定。如果人工清灰，要多次少清，即清灰的次数要多而每次清灰的数量要少，自动连续出灰效果要比人工清灰好。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能力，容易出现灰渣熔化烧结，影响正常生产。 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。 (2)氧化层 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。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： 22CO O C →+ CO O C 222→+
气流床气化炉操作温度的探讨 贺根良 门长贵 （西北化工研究院，西安７１０６００） 收稿日期：２００７－０３－０８ 作者简介：贺根良（１９６８—），男，１９９２年毕业于华东理工大学能源化工系煤化工专业，高级工程师，现从事煤的湿法、干法气流床气化技术的开发和管理工作。 摘 要 通过探讨气化炉操作温度的影响因素，建议依据气化炉型、煤质、目标产物煤气组成等主要因素， 建立气流床气化炉操作温度评价模型，为气化炉运行提供直接的适宜的操作温度，旨在延长气化炉的运行周期和使用寿命，提高气化装置运行的经济性。 关键词 气流床气化 气化炉 操作温度 煤质 文章编号：１００５－９５９８（２００７）－０４－０００８－０４中图分类号：ＴＱ５４文献标识码：Ａ １ 概述 先进的煤气化技术是公认的最基础的煤洁净利用单元技术。以煤为原料，经气化可制备以ＣＯ和Ｈ２为主要组成的粗煤气，这种粗煤气可作为燃气、合成气、还原性气体使用，在大型的煤化工装置如甲醇、醋酸、二甲醚、氨、低碳烯烃、煤制油、电力生产等多联产系统有着广泛的应用市场。可见，以煤为原料的项目，选择成熟可靠的气化技术至关重要，将直接影响整体生产装置的长周期、稳定、经济运行。 煤的气流床气化技术因其技术先进、气化指标好、节能高效、环境友好性，成为煤化工项目首选的气化技术［１］。目前，先进的气流床气化工艺主要有料浆进料的湿法气化工艺和干煤粉进料的干法气化工艺，其中，气流床气化炉是煤化工生产装置的关键设备之一，气化炉的操作温度是气化炉长周期、稳定、经济运行的主要控制参数。 气流床气化炉的操作温度是在基于考虑气化炉型、煤质（煤的发热量、灰分、灰组成、灰熔融性温度、灰黏度等）、目标产物煤气组成以及气化技术特征要求等影响因素的前提条件下，根据经验确定的。气流床气化工艺为了保证气化炉顺利排渣，通常采用熔渣气化，根据工业化气化炉型的运行经验，气化炉操作 温度要高于灰熔融性温度ＦＴ（流动温度），气化炉操 作温度过高，意味着气化装置原料消耗（原料煤、氧气等）会增加，气化炉的内件（进料喷嘴、气化炉内衬、渣口耐火材料、熔渣的激冷设备和排放设备）的运行周期和使用寿命缩短，所以确定合适的气化炉操作温度是维持气化装置长周期、稳定、经济运行的关键所在。 ２ 气流床气化炉操作温度的影响因素 ２．１ 气化炉型 气流床气化炉型通常为圆柱型筒体，在气化炉的 顶部或在气化炉侧加料，生成的粗煤气在气化炉侧或在气化炉顶部送出，产生的大部分灰渣在气化炉底的排渣系统排出。气流床气化炉的操作温度控制在其灰熔融性温度以上，气化温度高，碳的转化率较高，但维持气化炉的高温需要消耗较多的氧气，煤中较多的碳转化成ＣＯ／ＣＯ２，伴生的灰渣以液态的方式排出气化炉膛，基于气化炉膛为非等温场，气化炉的渣口常常采用缩口的办法，以维持灰渣在较高的温度条件，使灰渣具有适中的流动性，便于灰渣汇集且能顺利排出，然后被急速冷却。工业化气化炉运行实践表明：气化操作温度对气化炉及其附属内件的使用性能和使用寿命产生直接的影响，气化炉的内件如喷嘴、炉内衬及渣口耐火材料、激冷设备及材质等对炉温的选择亦有限定要求。 ２．２煤质 气流床气化炉由于采用高温气化，从化学反应性 上看，原料煤种的适应性应较广，但发热量、可磨性、水分、灰分、挥发分等一些关键理化特性的要求仍有 第４期（总第１３１期） ２００７年８月 煤化工 ＣｏａｌＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ Ｎｏ．４（ＴｏｔａｌＮｏ．１３１） Ａｕｇ．２００７
题目：固定床连续气化法富氧制气概述 固定床连续气化法富氧制气概述 摘要：目前我国大部分化工企业采用固定床间歇式制气法制取半水煤气，CO等含量虽然较高，但不能连续和节能的进行生产。本文所介绍的这种方法不但可以连续造气、节约能源，而且制成的产品煤气品质较高。本文从原理、工艺流程、主要系统等进行了简要的概述，还附加了一些实际过程的处理方法等。 关键词：工艺、流程、造气炉、操作方法、液压油系统 1．生产原理、工艺流程及工艺指标 1．1生产原理 以干燥后的焦碳（或焦球）为原料、O 2及CO 2 为气化剂，在新型CO气体发生炉内进 行气化反应，制得粗CO气，其主要反应如下： C+O 2=CO 2 +394.5KJ/mol （1） C+CO 2 =2CO-168.5KJ/mol （2） C+1/2O 2 =CO+112.9KJ/mol （3） 反应主要按（1）、（2）式进行。反应（1）、（3）为氧化反应，是强放热过程；（2）为还原反应，为吸热反应。 CO 2 除参加反应外，还起载热体作用和调节温度作用，控制燃烧层最高温度在灰熔点（T2）以下，防止灰渣结块。 1．2工艺流程
1．2．2该流程示意图如下[2]： 1—CO2罗茨机 2—混合器 3—预热器 4—造气炉 5—废热锅炉 6—洗气塔 7—气柜 8—脱硫 1．2．3生产流程简述（内蒙古宜化生产工艺） 将粒度为25～60mm的合格焦碳加入到自动加焦机，自动加焦机定量将焦炭加入气 化炉内，从界区外来的合格的O 2和CO 2 严格按一定比例（1.8～2.1）混合后，从气化炉 底部进入，与焦炭进行氧化和还原反应，气化炉产生的粗炉气经过旋风除尘器除去大部分灰尘，并经废热锅炉回收热量后，再进入联合洗气塔，将煤气温度降到45℃以下，同时除去煤气中的大部分粉尘后送至后工段。 1．2．4工艺特点： （1）在常压下连续加料，连续排灰，连续气化，干法排灰气化工艺。 （2）工艺流程简单，为防止CO泄漏，设计上采用严格防泄漏措施。 （3）气化炉生产强度大，易于检修，特殊的炉篦结构，具有均匀布气，破渣、排渣三个功能，并可根据原料特性调整各层布气。 （4）利用变压吸附装置回收的CO 2 ，变废为宝，降低原料费用。 （5）生产操作易于控制，通过对CO 2/O 2 的比值调节，控制气化层及顶部温度，达到安 全稳定生产的目的。 （6）废热锅炉产生的0.5MPa低压蒸汽送至热电除氧器，夹套产生的蒸汽预热气化剂
固定床煤气化技术讨论(一杜始南江西化工设计院昌昱造气技改设计所2011.5.1 我国的常压固定床煤气化技术水平可以说是代表了世界的。但目前看来设备结构差别不少,工艺操作各有说法,消耗水平和发气能力差距极大,技术改造的方向又众说纷纭。兹将固定床气化技术的几个工艺设备问题,结合工作经验教训进行简单地分析,以供大家讨论时参考。 1、高径比的问题。 造气炉引进高径比概念来指导造气炉的设备制造和工艺操作,实际上是很牵强的,有些人甚至鼓吹高径比应超过2。更有甚者,俨然以专家权威自居,说是φ2.8造气炉2.2:1的高径比是标准。显然,这些人是忘记了固定床的床层是固定的这一前提了。因为煤的气化反应只在高温区发生,煤的温度在900°以下时,煤气化反应在工业生产实践中已经没有实际效果。根据固定床煤气化技术原理,固定床的气化火层最高温度区不会超出炉蓖风帽顶100-200高,你把炉子做得那么高,不是给气化火层往上移创造条件了么。气化火层上移,煤气带出热增多,煤耗会急剧上升。有人说气化炉高度提高,单炉贮煤容积增加,可以相应增加碳层高度和渣层厚度,有利降低造气炉的煤气温度、提高蒸汽分解率,对造气炉的负荷、消耗和气质均有利。这些说法不是很准确的。因为(1碳层高度和渣层厚度增加对降低煤气温度作用甚微,原因是煤和渣的导热系数都只有零点几,而气体的导热系数则只有零点零几靠气固两相对流传热,交换不了多少热量。(2蒸汽的分解只在高温的气化火层有效进行,热碳层和灰渣层再高再厚对它起作用甚微。(3由于碳层高度和渣层厚度增加造成气化剂进出气化火层的阻力增大,对造气炉的负荷只会不利不会有利。(4由于给气化火层上移创造了条件,使得煤耗只会增加。(5气质还有可能降低,比 如,对间歇气化流程来说,提高造气炉的高度会引起吹风气中一氧化碳含量的升高。制气时还会造成煤气中甲烷含量的增加。 当然,从炉体尺寸对比中,肯定可以得到高径比这个数值。也就是说,炉体结构是有这么个高径比的数据的。
3组主要气化工艺及8种典型气化炉图文详解！ 一、气化简介 气化是指含碳固体或液体物质向主要成分为H2和CO的气体的转换。所产生的气体可用作燃料或作为生产诸如NH3或甲醇类产品的化学原料。 气化的限定化学特性是使给料部分氧化；在燃烧中，给料完全氧化，而在热解中，给料在缺少O2的情况下经过热降解。
气化的氧化剂是O2或空气和，一般为蒸汽。蒸汽有助于作为一种温度调节剂作用；因为蒸汽与给料中的碳的反应是吸热反应（即吸收热）。空气或纯O2的选择依几个因素而定，如给料的反应性、所产生的气体用途和气化炉的类型。 气化最初的主要应用是将煤转化成燃料气，用于民用照明和供暖。虽然在中国（及东欧）气化仍有上述用途，但在大多数地区，由于可利用天然气，这种应用已逐渐消亡。最近几十年中，气化主要用于石化工业，将各种碳氢化合物流转换成"合成气"，如为制造甲醇，为生产NH3提供H2或为石油流氢化脱硫或氢化裂解提供H2。另外，气化更为专门的用途还包括煤转换为合成汽车燃料（在南非应用）和生产代用天然气（SNG）（至今未有商业化应用，但在70年代末和80年代初已受到重视）。 二、气化工艺的种类 有多种不同的气化工艺。这些工艺在某些方面差别很大，例如，技术设计、规模、参考经验和燃料处理。最实用的分类方法是按流动方式分，即按燃料和氧化剂经气化炉的流动方式分类。 正像传统固体燃料锅炉可以划分成三种基本类型（称为粉煤燃烧、流化床和层燃），气化炉分为三组：气流床、流化床和移动床（有时被误称
为固动床）。流化床气化炉完全类似于流化床燃烧器；气流床气化炉的原理与粉煤燃烧类似，而移动床气化炉与层燃类似。每种类型的特性比较见表1。 表1 各种气化炉比较 * 如果在气化炉容器内有淬冷段，则温度将较低。 1.气流床气化炉 在一台气流床气化炉内，粉煤或雾化油流与氧化剂（典型的氧化剂是氧）一起汇流。气流床气化炉的主要特性是其温度非常高，且均匀（一般高于1000℃），气化炉内的燃料滞留时间非常短。由于这一原因，给进气化炉的固体必须被细分并均化，就是说气流床气化炉不适于用生物质或废物等类原料，这类原料不易粉化。气流床气化炉内的高温使煤中的灰溶解，并作为熔渣排出。气流床气化炉也适于气化液体，如今这种气化炉主要在炼油厂应用，气化石油原料。 现在，运营中的或在建的几乎所有煤气化发电厂和所有油气化发电厂都已选择气流床气化炉。气流床气化炉包括德士古气化炉、两种类型的谢尔气化炉（一种是以煤为原料，另一种以石油为原料）、Prenflo气化炉
停留时间分布测定个人总结 专业化学工程与工艺 班级化工1102 姓名xxx 实验地点天津工业大学实训中心为期一周的停留时间分布测定实验终于告一段落，这是大学里最后一个集体实验，实验中我负责计时及数据记录。实验前我们查阅资料掌握了实验的基本原理及步骤，实验时通过老师的讲解和同学们互相讨论最终将一个个问题解决，顺利完成了整个实验。虽然实验原理并不难，但相似的步骤和漫长的数据记录还是要求我们耐心。经过这次的测试技术实验,我个人得到了不少的收获,一方面加深了我对课本理论的认识,另一方面也提高了实验操作能力。现在我总结了以下的体会和经验。 这次的实验大致可以分为2大块，首先是管路的连接，这和我们以前做泵的串并联实验相似。只是要加入电导率仪。确定管路无误后。开始第二步，不同浓度的氯化钾的加入，然后记录时间。实验中有个问题需要注意，就是电导率仪的量程有限，因此需要把氯化钾稀释到百倍水平，不然会造成电导率仪爆表。下面是这次实验的几个思考题。 从所得结果，解释对理想情况偏离的产生原因？ 答：1管路中有少量气泡，计数的误差等有关。2.连接图中弯道过多。3.将示踪剂打进管路的地方离反应釜较远。 2思考研究停留时间分布在化学工程中有什么实际意义？
答：流体粒子在系统中的停留时间有长有短，有些很快便离开了系统，有些则经历很长一段时间才离开，从而形成停留时间分布。通过停留时间的测定，了解实际反应器内的流动状况及设备的性能，从而确定反应器是否符合工艺和制定改进设备的方案及措施。 3.选择氯化钾作示踪剂的优点有哪些？ 答：首先氯化钾在水中的溶解度很大，能够得到较大浓度的溶液，且分子量相对较大，这样作为示踪剂可以在溶液中停留相对较长的时间，容易进行捕捉和测量，且导电性能较好，容易测其电导率，因此具有较好的实验效果。
气化炉的结构及技术要求煤气化炉又称煤气发生炉(gas producer)。煤气化的主要设备。根据煤的性质和对煤气产品的要求有多种气化炉型式。分为固定床移动床、沸腾床和气流床等形式。煤在煤气化炉内会发生一系列复杂的物理变化和化学变化，主要有：煤的干燥、煤的干馏和煤的气化反应。其中干燥指煤中水分的挥发，是一个简单的物理过程，而干馏和气化反应都是复杂的热化学过程，受煤种、温度、压力、加热速率和气化炉形式等多种因素的影响，和生产操作密切相关，是需要特别重视的。 煤的干馏又称为煤的热分解或热解，指煤中的有机物在高温下发生分解而逸出煤中的挥发成分，并残存半焦或焦炭的过程。 气化炉中的气化反应，是一个极其复杂的体系。由于煤炭的“分子”结构很复杂，其中含有碳、氢、氧和其它元素，因而在讨论气化反应时总是以如下假定为基础，即仅考虑煤炭中的主要元素碳，且气化反应前发生煤的干馏和热解。这样一来，气化反应主要是指煤中的碳和气化剂中的氧气、水蒸气和氢气的反应，也包括碳与反应物以及反应产物之间进行的反应。 某化工机械厂生产的气化炉的结构如图所示，该气化炉燃烧室筒体内径3200mm，主体高度19074mm。上球形封头、燃烧室筒体、筒体锻件材料为耐热钢 SA387Cr11Cl2，相对应中国标准 图6-5气化炉的结构 为14CrMoR。，上球形封头厚度 60mm，燃烧室筒体壁度78mm，筒体锻件的筒体部分壁度78mm。 激冷室腐蚀比较严重，所以内部堆焊。故气化炉激冷室筒体采用复合钢板
SA387Cr11Cl2+316L，筒体复合钢板厚度（78+4）mm，激冷室筒体内径3192mm。 筒体锻件壁面在激冷室侧的要堆焊耐蚀层。 下锥体封头材料为耐热钢SA387Cr11Cl2，内表面堆焊堆焊耐蚀层，厚度为（（82+6）mm，气化炉主体高度19074mm。 气化炉技术特性参数：设计压力5.56MPa,设计温度455℃，工作介质：高温煤气、煤 表6-11 SA182化学成分
实验五 连续流动搅拌釜式反应器停留时间分布的测定 1实验的意义和目的 在研究工业生产反应器内进行的液相反应时，不仅要了解浓度、温度等因素对反应速度的影响，还要考虑物料的流动特性和传热与传质对反应速度的影响。由于种种原因造成的涡流、速度分布等使物料产生不同程度的返混。返混不仅会改变反应器内的浓度分布从而影响反应率，同时还会给反应的放大、设计带来很大的困难。 反应器的返混程度是很难直接观察和度量的。返混会产生两个孪生现象：其一是改变了反应器内的浓度分布；其二是造成物料的停留时间分布。测定物料的停留时间分布是一种比较简单的方法。因此，通常采用测定停留时间分布的来探求反应器的返混程度。通过测定反应器的停留时间分布，对过程的物理实质加以概括和简化，可以概括出流动模型。 本实验的目的是： （1） 解反应器中物料返混的现象； （2） 掌握停留时间分布的实验测定方法； （3） 掌握脉冲法测定停留时间分布的数据处理的方法； （4） 排除实验障碍，正确测定实验数据。 2实验原理 应用应答技术，利用脉冲加入示踪物的方法，在连续流动搅拌釜式反应器中进行停留时间分布测定。在系统达到稳定后，瞬间将示踪物注入搅拌釜中，然后分析出口流体中示踪物的浓度变化，并且通过出口流量V 和浓度C p ，示踪物的加入量M 来计算其停留时间分布，即： 分布密度函数：0 .()()p p p V C C dF t E t dt M C dt ∞===?； 分布函数：0 00 ()t t p p p C dt V C dt F t M C dt ∞==???； 平均停留时间：0 000 ()()p p t E t dt tC dt t E t dt C dt ∞∞∞∞?==????；
鲁奇加压固定床气化技术的开发及应用 煤炭气化是重要的洁净煤技术之一，广泛应用于生产化工合成气、工业燃料气、城市煤气等。随着对提高煤炭利用效率的重视和环保要求日趋严格，目前正积极开发煤炭液化技术、整体煤气化联合循环发电技术及燃料电池、氢能等新技术，这些技术的应用同样离不开煤炭气化，因此煤炭气化技术将起到越来越重要的作用。 固定床气化是目前应用最多的煤炭气化技术，从世界范围看，常压固定床气化技术基本上不再发展，而鲁奇加压气化技术则不仅得到广泛应用，而且发展势头良好，本文将简要介绍鲁奇加压气化技术的开发和应用情况。 1.鲁奇加压固定床气化技术的发展 1936年，在德国Hirschfelde建立直径为1.1m的试验装置，做了许多试验工作，在此基础上设计了第一代鲁奇加压固定床气化炉，1939年投人生产。第一代气化炉只能气化非粘结性煤，而且气化强度低，炉径Φ2600mm，生产能力为5000-8000m3／h。1954-1969年，为了气化弱粘结性烟煤和提高单炉的生产能力，德国鲁尔煤气公司和鲁奇公司合作，在试验炉上进行了各种不同变质程度的煤种试验，并在此基础上建设了一大批工厂，所用气化炉内径Φ2600／3700mm，设搅拌装置，后者生产能力达32000-45000m3／h。1969年以后，为了生产合成天然气的需要，在英国西田和南非萨索尔进行了美国东部和西部煤的试验获得成功，并对鲁奇炉的搅拌装置作了进一步的改进，使之可气化一般粘结性的烟煤，扩大了煤种使用范围。此种第三代鲁奇炉，内径为Φ3800mm(MarkIV型)，生产能力达35000-50000m3／h。从1980年起，在南非萨索尔一厂又建立了Φ5000mm的MarkV型原型气化炉，其煤气产量达到100000m3／h。 在鲁奇炉的基础上，又开发了二种新技术：1)鲁尔-100气化炉。开发的目的主要是通过提高操作压力，提高气化强度，同时扩大煤种范围，以更经济地生产天然气等。2)液态排渣鲁奇炉(BG／L)，固态排渣鲁奇炉气化时，必须考虑煤的灰熔点和反应性。为了克服这些缺点同时减少蒸汽耗量和提高生产能力，开发了液态排渣鲁奇炉气化技术。 2．鲁奇加压固定床气化技术的应用 伴随着鲁奇加压气化技术的发展，它在国内外得到了广泛使用。1974年，我国云南解放军化肥厂采用第一代鲁奇气化炉制气生产合成氨工艺投入运行，它使用小龙潭褐煤为气化原料，氧气-蒸汽为气化剂，在2.2MPa压力下操作。随后在一些化肥厂和城市煤气生产中也采用鲁奇炉气化工艺。表1和表2分别给出了鲁奇加压气化技术在世界其它国家和我国的开发及应用情况。 从目前鲁奇气化工艺应用情况看，主要集中于生产城市煤气、化肥合成、液体燃料油合成及联合循环发电等方面。 表1 国外安装鲁奇气化炉情况
1.气流床的结构及特点 气流床气化温度高，碳的转化率高；单炉生成能力大；煤气中不含焦油，污水问题小；液态排渣，氧耗量随灰的含量和熔点的增高而增加；除尘系统庞大；废热回收系统昂贵；没处理系统庞大和耗电量大等特点[1] 1.1.德士古气化炉的结构及特点 1.1.1.结构流程 德士古气化炉是一种以水煤浆进料的加压气流床气化装置，可分为淬冷型和全热回收型。 气化炉是高温气化反应发生的场所，是气化的核心设备之一，其燃烧室为内衬耐火材料的立式压力容器，耐火材料用以保护气化炉壳体免受反应高温的着用。壳体外部还没有炉壁温度监测系统，以检测生产中可能出现的局部热点。 随着工艺要求的不同，气化炉燃烧室可直接与激冷室相连，也可与辐射废锅相连。在急冷流程中，燃烧室与激冷室一般连为一体，高温气体和熔渣经激冷环和下降管进入激冷室的水浴中。激冷环位于燃烧室渣口的正下方，激冷水通过激冷环使下降管表面均匀地不上一层向下的水膜，即激冷了高温气体和熔渣，以保护了金属部件。激冷环的作用非常重要，如果激冷水分布不好，有可能造成激冷环和下降管损坏或结渣，引起局部堵塞或激冷室超温。[2] 1.1. 2.特点 反应区无任何机械部分，在反应区中留存的反应物料最 少； 由于反应温度很高，炉内设有耐火衬里； 在燃烧室的中下部，安装4支高温热电偶，调节控制反应物 料的配比； 在炉壳外表面装设表面测温系统，掌握炉内衬里的损坏情 况； 这种测量系统，将包括拱顶在内的整个燃烧室外表面分成 若干个测温区，通过每一小块面积上的温度测量，迅速指 出在壁炉外面上出现的任何一个热点温度，从而可以预示 路内衬里的侵蚀情况。[3] 1.2.shell法结构及特点
课程设计报告 （2014-2015年度第二学期） 名称：新能源热利用与热发电原理与系统课程设计题目：小型家用生物质气化炉设计院系：生化学院 班级：新能源1121 学号：111111111111 学生姓名：11111 指导教师：1111 设计周数：第18周 成绩： 提交日期：2015年7月3日
一．课程设计目的与要求 1.设计目的 通过小型生物质气化炉设计练习，掌握气化炉的选型、参数设计的原理和方法。 2.设计任务 设计一个小型家用生物质气化炉， 如右图。主要技术指标如下：(1) 点火 起动时间：<3min；(2) 气化炉运行稳定， 一次加料后持续稳定燃烧时间：≥3.5h； (3) 气化效率：≥75％；(4) 热效率：≥ 90％；(5) 燃气热值：>6000kJ/N ；(6) 产 气量：≥1.5 /kg，可供农户一天的炊事使用；(7) 封火时间:≥12h。 3.设计要求 独立撰写设计报告，正文不少于5000字。
二. 设计内容 1 绪论 1. 1 秸秆气化炉的发展前景 随着我国经济水平的提高，中国农民的收入也大步增高。因次许多农民告别了烟熏火燎的日子，利用电饭煲、电饭锅等进行做饭烧水。这种能源利用方式的改变使他们过上了更加方便、文明和卫生的生活。然而，要完全依靠电力来保证8亿农民的生活需求，则是国力和环境的承重负担。我国生物质资源的大量浪费和农村商品能源的大量需求逐年增大的局面，引起政府和社会的关注。我国绝大多数农村和小城镇居民，能源消耗量的80%以上是直接燃烧生物质能而得到的。这种产能方式不仅利用率低下，而且对环境有很大的危害。所以迫切需要一种将生物质能转化为清洁能源的装置。秸秆气化炉就是这样一种装置。它以农作物秸秆、农林废弃物为主要气化原料。气化炉的生产成本不高，而是用成本更低。该技术在农村的应用前景极其广阔，在改变农村传统饮炊习惯，减少农民开支，提高农民生活质量等方面具有较大的推广价值。 1. 2 秸秆气化炉的工作原理 气化炉是根据有机物的热解原理，是炉内的生物质在一定温度和氧气条件下充分裂解为可燃性气体。只需要点燃炉内生物质即可产生高温，在缺氧的环境下，生物质裂解为甲烷、氢气、一氧化碳等可燃气体。燃气自动导入分离系统执行脱硫、脱尘、脱水蒸气等净化程序，产生优质燃气。燃气通过管道出送到燃气灶，点燃（亦可电子打火）即可使用。 2 各种炉型结构及特点 2.1 固定床气化炉的结构及特点 2.1.1 上吸式气化炉 气化炉内部是气化各层的反应区，外层是保温层，炉顶为进料口，炉底设有除灰口。保温层由珍珠岩加耐火水泥等保温材料填充，这样在保证反应区温度的同时，又可以降低气化炉外壁的温度，保证使用安全，减少热量的散失，并延长封火时间。 优点： （1）、燃气在经过热分解层和干燥层时，将热量传递给物料，用于物料的热分解和干燥，同时降低其自身的温度，使炉子热效率大大提高；