粉煤气化机理
一、气化反应热力学粉煤加压气化炉是气流床反应器，也称之为自热式反应器，在加压无催化剂
条件下，煤和氧气发生部分氧化反应，生成以CO 和H 2为有效组分的粗合成气，部分氧化反应一词是相对完全氧化而言的。整个部分氧化反应是一个复杂的多种化学反应过程。此反应的机理目前尚不能完全作以分析。我们只可以大致把它分为三步进行。
第一步：裂解及挥发分燃烧。当粉煤和氧气喷入气化炉内后，迅速被加热到高温，
粉煤发生干储及热裂解，释放出焦油、酚、甲醇、树脂、甲烷等挥发分，水分变成水蒸气，粉煤变成煤焦。由于这一区域氧气浓度高，在高温下挥发分完全燃烧，同时放出大量热量。因此，煤气中不含有焦油、酚、高级姓:等可凝聚物。
第二步：燃烧及气化。在这一步，煤焦一方面与剩余的氧气发生燃烧反应，生成CO 2和CO 等气体，放出热量。另一方面，煤焦和水蒸气和CO 2发生气化反应，生成H 2和CO 。在气相中，H 2和CO 又与残余的氧气发生燃烧反应，放出更多的热量。
第三步：气化。此时，反应物中几乎不含有。2。主要是煤焦、甲烷等和水蒸气、CO 2发生气化反应，生成H 2和CO 。
其总反应可写为：
C n H m +(n/2)O 2-nCO+(m/2)H 2+Q 气化炉中发生的主要反应可分为：
CO+H 2O-CO 2+H 2+Q CO+3H 2-H 2O+CO 2+Q C+2H 2-CH 4+Q C+1/2O 2-CO+Q
C+O 2-CO 2+Q C+CO 2-2CO-Q C n H m -(n/4)CH 4+[(4m-n)/4]C-Q 气化炉内的反应相当复杂，既有气相反应，又有气-周双相反应，对
于复杂物系的平衡，我们引入独立反应数的概念，只要讨论独立反应即可。因为其他反应可通过独立反应的组合而替代。
所谓独立反应数，就是构成物系的物质数与构成物质的元素种数之差。假定煤气化反应在气化炉出口组成达到平衡，气体中含有CO 2、CO 、H 2、。2、H 2S 、CH 4、COS 和C 等八中物质，而这些物质是由C 、H 、O 和S 等四种元素构成，因此，气化反应只有四个独立反应，也就是说，在上述的反应中，我们只要讨论其中任意四个反应就够了。
另外，对于煤气化来说，S 含量很低，基本上是一确定值(对于生成H 2S 、COS 的比值)，这样独立反应数就只有三个了。由于碳转化率在98%以上，于是独立反应数就只有两个了。所以，对于煤气化反应，只着重讨论变换反应和甲烷化反应两个反应。
煤气化反应的化学平衡：
①变换反应的化学平衡
CO+H 2O-CO 2+H 2+9838Kcal/Kmol
平衡常数计算式如下：
K P =PCO 2*PH 2/PCO*PH 2O 式中：K P 为该反应平衡常数。PCO 2、PH 2、PCO 、
PH 2O 分别表示CO 2、H 2、CO 、H 2O 的平衡分压。LgK p =2182/T-0.0936LgT
+0.000632TT.0806X10-7T 2-2.2967
式中：T 为平衡温度。从平衡上讲，变换反应为放热反应，降低温度对平衡有利。但在局温条件
下，CO 变换反应接近平衡。
②甲烷化反应的化学平衡
CO+3H 2-CH 4+H 2O+49.271Kcal/Kmol
平衡常数计算式如下：
①非均相水煤气反应 C+2H 2O-2H 2+CO 2-Q
②变换反应
③甲烷化反应 ④加氢反应 ⑤部分氧化反应
⑥氧化反应 ⑦CO 2还原反应 ⑧热裂解反应
K P=P CH4*P H2O/P CO*P3H2式中：K P为该反应平衡常数。P CH4、P H2O、P CO、P H2分别表示CH4、H2O、CO、H2的平衡浓度。LgK p=9859.6/T-8.3636LgT+2.08X10-3T-1.8716X10-7T2+11.888式中：T为平衡温度。
该反应为放热反应。提高温度，甲烷浓度降低，反应有利于向生成CO和H2的方向进行。但增加压力，甲烷浓度也相应增加。因为，甲烷化反应是体积缩小的反应。
煤气化总的反应是体积增大的反应，从化学平衡来讲，提高压力对平衡不禾I」，但
压力的提高增加了反应物的浓度，对提高反应速度是有利的。
二、气化过程动力学气化过程是一个复杂的过程。它所涉及的化学反应很多，传递过程的作用也很重要。气化反应的过程随煤种、反应时间的不同而不同。因此对于气化过程的动力学作出唯一的明确的表述是很困难的。只能做简要的叙述。
气化反应是气化剂（气体）与焦渣（固体）接触而发生的。它的反应历程包括：
①气化剂分子自气流向焦渣外壳扩散；
②气化剂分子渗透过焦渣的外壳灰层而达到未反应的焦渣表面；
③气化剂分子渗透到焦渣的毛细孔而到达焦渣的内表面；
④气化剂分子与焦渣发生气化反应；
⑤生成的产物循上述相反方向进行而扩散到气流中去。气化反应速度的影
响因素是很多的。例如：气化炉内各个轴的气量，固体
颗粒半径、外表面积、内表面积、孔径、孔的长度及毛细孔内所受的阻力的大小等等，因此国际上建立了许多的数学模型和相应的理论。虽然模型和理论很多，但原则性的基础是一
样的。均认为气化剂分子在碳或焦渣表面上进行的反应过程可视为气化剂分子被吸附，吸附
分子与碳反应,产品气体脱离灰层表面几步组成。
几个主要反应的动力学的讨论：
①碳与氧之间的燃烧反应碳与氧之间反应，可生成CO2和CO,而CO2或CO与碳反应又
可相互转化，
氧与CO反应也可以生成CO2,这是个复杂反应。其总结果可表示为：
C+O2-2（入-1）CO+（2-入）CO2人是系统常数，它取决于反应条件。
从化学平衡考虑，无论是生成CO或CO2的反应都是不可逆反应。因此随着温度的升高反应速度是加快的。氧与碳之间的反应是氧被吸附在碳的表面进行的，因此反应速度与氧的覆盖有关。当温度很低时，由于反应速度低，此时有可能表现出反应速度与氧分压无关，即为零级反应。当温度升高，反应速度加快，氧的覆盖度就对反应速度起着决定作用，而显示出为氧分压的一级反应。如果温度进一步提高，表面反应速度是如此快，决定因素是物质传递了。此时煤的本身特性对燃烧速度就不再发生影响。关于燃烧产物中CO和CO2的比例，尚无统一的见解，有一点是可以肯定的，氧压高，温度低，生成CO2的量就多。燃烧反应是
强放热反应，放热量与反应速度成正比，随温度的增加放热量增加特别剧烈。另一方面，气化是自热平衡的，吸热、放热、热量损失及气体和渣等带走的热量必须相等，反应才能顺利进行，当散热量大或者原料温度很低，就会使燃烧反应速度大大下降，放热量也会下降，这样就会造成灰中残碳量增加，严重是还会熄火。
②碳与CO2的反应在气化炉内，燃烧反应的速度比气化的其它反应速度快得多，碳与CO2
的反
应普遍认为是由表面反应速度决定。因此煤的特性和反应温度有决定性的影响。煤中灰分组成与孔隙率对表观活化能也有显著的影响。这表明毛细孔内扩散对过程有着控制作用。
CO2+C-2CO的反应是由CO2吸附、生成络合物、发生热分解、解析、生成CO几步
组成。CO2与碳的反应动力学对CO2浓度来说是由一级（浓度小时）到零级（浓度大时）之间变化。
压力大提高会使CO2的还原反应进行得更为强烈。
③碳与水蒸汽之间的反应
碳与水蒸汽之间的反应在此处分为水蒸汽在碳表面的分解反应和一氧化碳变换反
应。水蒸汽在碳表面的分解反应：比较普遍的机理解释为水蒸汽被高温碳层吸附，并
使水分子变形，碳和水分子中的氧形成中间络合物，氢离解析出；然后碳氧络合物依据温度的不同，形成不同比例的CO2和CO;也由于此比例的不同，而有不同的反应热效应。
研究结果表明，对于较小的粒度（d p<500叩）以及温度在1000~1200C,则焦-H2O反应属化学动力学控制。反应级数随水蒸汽分压而变化，当水蒸汽分压较低时，反应级数为1,
当水蒸汽分压明显增加时，反应级数趋于零。
④生成甲烷的反应在气化炉内甲烷的生成是两个独立过程的总结果：一是煤的热解过程；
一是煤的气化过程。由碳生成甲烷的过程都是二次反应的结果，即依靠反应：
C+2H2-CH4
CO+3H2-CH4+H2OCO2+4H2-CH4+2H2O这些都是体积缩小的放热反应。提高压力无论从平衡或反应速度都是有助于甲烷的生成。碳生成甲烷的过程，实际上是分为两个阶段。首先是煤热解产物中的新生碳与氢的快速甲烷化阶段，此阶段的时间是很短暂的，速度是很快的，要比气化速度快得多。在快速生成甲烷阶段，生成速度与氢分压成正比，而与气化过程中正常情况下存在的其它气体无关。热解时生成的碳所遭受的温度对反应活性有重大影响，温度愈高活性降低愈多，高于815c就没有快速生成甲烷阶段。
生成甲烷的第二阶段是与水蒸汽和碳之间所进行的气化反应同时进行的。可以认为这
是高活性碳消失之后所进行的反应，其反应速度要低得多。一般认为此阶段的反应速度与氢分压的关系在一级到二级反应之间，视氢分压的大小而定。三、气化生产过程的强化
措施
工业上为了满足大规模生产煤气的需要，可采取两种方法：
①增加煤气发生炉的几何尺寸或数量；②提高气化炉的气化强度。后一种方法是最可取的，他可减少金属的消耗量和投资费用。上述煤气化的理论基础，虽然还有一些尚不清楚的问题，但已对生产过程的强化指明了一定的方向。
不论是哪一种控制条件，减小固体粒度，即采用小颗粒煤炭，均可以提高反应速度和较快地达到高的转化率。
采用加压气化方法，较高的压力有利于提高反应物的浓度，反应速度总是随反应物的浓度增加而增加。在加压下气化，气体体积缩小，煤气通过床层的速度减小，这就加长了各反应的反应时间，使反应接近平衡。
温度是强化生产的重要因素，一般情况下，提高温度均能急剧地增加表观速度，从而提高反应物的转化率。
Shell煤气化技术 吴迎(中国五环化学工程公司，武汉 430079) 2006-08-04 1 概述 谢尔粉煤加压气化工艺(简称Shell煤气化工艺)，是荷兰壳牌公司开发的一种先进的煤气化技术，与先进的德士古(Texaco)水煤浆加压气化技术相比，Shell煤气化具有对煤质要求低，合成气中有效组分 (CO+H2>90％)含量高，原煤和氧气消耗低，环境污染小和运行费用低等特点，已成为近年来国内外设计单位和生产厂家首选的气化工艺。 我国正在设计和建设中的洞庭氮肥厂、柳州化学工业公司等厂家，已将该技术应用于合成氨生产。湖北化肥厂和安庆化肥厂也准备将该技术用于本厂的“油改煤”制氨流程。湖北双环科技股份有限公司引进Shell公司基础设计，由我院做工程设计，正在建设规模为800t／d(相当于20万t／a)的工业示范装置，即将投运。Shell煤气化技术是我国建设大型煤化工项目或中氮肥改造的主要方向。Shell工艺虽属先进，但投资偏高，一般企业不易接受，建议尽快实现关键技术和设备的国产化。 2 Shell煤气化工艺原理、技术特点及主要设备 2.1 Shell煤气化工艺原理 Shell煤气化过程是在高温高压下进行的，Shell煤气化属气流床气化。粉煤、氧气及水蒸汽在加压条件下并流进入气化炉，在极为短暂的时间(3～10s)内，完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程，其工艺流程如图1所示，气化工艺指标如表1所示。 2.2 技术特点 a.煤种适应性广。
从无烟煤、烟煤、褐煤到石油焦化均可气化，对煤的灰熔融性适应范围宽，即使高灰分、高水分、高含硫量的煤种也同样适应。 b.气化温度约1 600℃，碳转化率高达99％以上，产品气体洁净，不含重烃，甲烷含量低，煤气中有效气体(CO+H2)高达90％以上。 c.氧耗低，单炉生产能力大。 氧气消耗低，比水煤浆气化工艺低15％～25％，因而配套的空分装置投资相对降低；目前已投入运转的单炉气化压力3.0MPa，日处理煤量已达2000t，因此，单炉生产能力大，目前更大规模的装置正在工业化。 d.热效率高，排渣易处理。 煤中约83％的热能转化为合成气，约15％的热能被回收为高压或中压蒸汽，总的热效率为98％；其气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状颗粒，性质稳定，对环境几乎无影响，气化污水含氰化物少，易处理。 e.Shell气化炉关键部件烧嘴的设计寿命为8000h，已有使用4a仍未更换的记录；另外控制系统安全可靠，设有必要的安全联锁，使气化操作始终处于最佳状态下运行。 f.Shell气化炉炉壁采用水冷壁结构，无耐火砖衬里，维护量少，气化炉内无传动部件，运转周期长，无需备炉。 2.3 主要设备 Shell气化装置的核心设备是气化炉和废热锅炉。气化炉结构如图2所示。 Shell煤气化炉由内筒和外筒两部分组成，包括膜式水冷壁、环形空间和高压容器外壳。内筒采用水冷壁结构，仅在向火面有一层薄的耐火材料涂层，其一，为了减少热损失；其二，主要是为了挂渣，充分利用渣层的隔热功能，以渣抗渣，以渣护炉壁，使气化炉热损失减少到最低，以提高气化炉的可操作性和气化效率。环形空间位于压力容器外壳和膜式水冷壁之间，即内筒与外筒之间有空隙气层，设计环形空间的目的是为了容纳水／蒸汽的输入／输出管和集气管，同时，环形空间还有利于检查和维修。其内筒仅承受微小压差。气化炉烧嘴是Shell 煤气化工艺的关键设备及核心技术之一，与其它气化炉不同的是Shell气化炉采用侧壁烧嘴，根据气化炉能力由4～8个烧嘴呈中心对称分布。气化炉外壳为压力容器，一般小直径气化炉用钨合金钢制造，其它用低铬钢制造。由于气化炉的特殊设计，保证了Shell煤气化工艺指标先进可靠。
第一章煤的组成和性质 一、煤的形成 煤是一种固体可燃有机岩。它是由植物遗体转变而来的大分子有机化合物。大量堆集的古代植 物残体在复杂漫长的生物、地球化学、物理化学作用下，经过不断的繁衍、分解、化合、聚集后， 植物中的碳、氢、氧以二氧化碳、水和甲烷的形式逐渐放出而生成含碳较多，含氧较少的成煤植物， 再经煤化作用依次形成为：泥炭→褐煤→烟煤→无烟煤→超级无烟煤。 二、煤的元素分析和工业分析： 1、煤的元素分析主要包括：碳、氢、氧、氮、硫五种元素。 ●碳是其中的主要元素。煤中的碳含量随煤化程度增加而增加。年轻的褐煤含碳量低，烟煤次之， 无烟煤最高。 ●氢是煤中的第二大元素，其燃烧时可以放出大量的热量。煤中的氢含量随煤化程度加深而减少； 褐煤最高，无烟煤最低，烟煤居中。 ●氧也是组成煤有机质的一个重要元素。氧元素在煤的燃烧过程中并不产生热量，但能与氢生成 水，吸收燃烧热。是动力用煤的不利元素。它在煤中的含量随煤化程度的加深而降低。 ●氮在煤中的含量比较少，随煤化程度变化不大。主要于成煤的植物品种有关。 ●硫是煤中的最有害杂质。燃烧时会生成二氧化硫，它不仅腐蚀金属设备，而且对环境有污染。 硫随成煤植物的品种和成煤条件不同而有较大的变化，与煤化程度关系不大。 2、煤的工业分析：水分、灰分、挥发分、固定碳。 ●水分：根据水在煤中的存在状态，人们把煤中水分分为：外在水、内在水、结晶水和化合水。 煤种的水对煤的工业利用和运输都是不利的。在水煤浆制备过程中，内水过高（8％）不利于 制的高浓度的煤浆。 ●灰分：煤中所有的可燃物质完全燃烧后以及煤中的矿物质在高温下产生分解、化合等复杂反应 后剩下的残渣。这些残渣几乎全部来自于煤中的矿物质。它的含量也是煤气化的主要控制指标 之一。灰分含量越高，相对碳的含量就低，粗渣和飞灰量增大。灰水处理工号的负担加大。 ●挥发分：煤在一定的温度下加热后将分解出水、氢、碳的氧化物和碳氢化合物。人们把除去分 解水后的分解物称作挥发分。挥发分随煤化程度的增加而降低的规律非常明显。利用挥发分可 以计算煤的发热量和焦油产率。原料挥发分髙时，制的的煤气中甲烷等碳氢化合物含量高，不 利于合成氨生产。挥发分中的焦油等物凝结后，易堵塞管道和阀门。这也就是常压固定床煤气 炉必须使用无烟煤或焦炭的缘由。 ●固定碳：煤样在900℃左右的温度下隔绝空气加热7分钟后，残余物扣除灰分后所得的百分率 即为煤的固定碳含量。 3、灰分及灰熔点：
航天炉粉煤加压气化技术分析 摘要：本文主要介绍了航天炉粉煤加压气化技术的工艺原理、技术特点及 控制技术，以供参考。 关键词：航天炉；技术特点；结构 一、航天炉煤气化的工艺原理 原料煤经过磨煤、干燥后储存在低压粉煤储罐，然后用N2(正常生产后用 CO2输送)通过粉煤锁斗加压、粉煤给料罐加压输送，将粉煤输送到气化炉烧嘴。 干煤粉(80℃)、纯氧气(200℃)、过热蒸汽(420℃)一同通过烧嘴进入气化炉气化室，瞬间发生升温、挥发分裂解、燃烧及氧化还原等物理和化学过程(1—10 s)。该反应系统中的放热和吸热的平衡是自动调节的，既有气相间反应，又有气固相 间的反应。1400—1600℃的合成气出气化室通过激冷环、下降管被激冷水激冷冷 却后，进入激冷室水浴洗涤、冷却，出气化炉的温度为210～220℃，然后经过文 丘里洗涤器增湿、洗涤，进入洗涤塔进一步降温、洗涤，温度约为204℃、粉尘 含量小于10×10-6的粗合成气送到变换、净化工段。[1] 二、航天炉的主要设备 1、气化炉 HT—L炉的核心设备是气化炉。HT—L炉分上下两个部分：上部是气化室， 由内筒和外筒组成，包括盘管式水冷壁、环行空间和承压外壳。盘管式水冷壁的 内侧向火面焊有许多抓钉，抓钉上涂抹一层耐火涂层，其作用是保护水冷壁盘管、减少气化炉热鼍损失。盘管式水冷壁的结构简单，材质为碳钢，易制作且造价较低。水冷壁盘管内的水采用强制密闭循环，在这循环系统内，有一个废热锅炉生 产5．4MPa(G)的中压蒸汽，将热量迅速移走，使水冷壁盘管内水温始终保持一恒 定的范围。下部为激冷室，包括激冷环、下降管、破泡条和承压外壳。激冷室为 一承压空壳，外径和气化室一样，上部和水冷壁相连的为激冷环，高温合成气经
2. 1煤气化技术概述 2.1.1煤气化的含义 煤的气化过程是热化学过程，煤或煤焦与气化剂(如空气、氧气、水蒸汽、氢气等) 在高温下发生化学反应，将煤或煤焦中的有机物转变为煤气地过程(煤气是煤与气化剂在 一定条件下反应得倒的混合气体，即气化剂奖每种的碳转化成可燃性气体。煤气的有效组成成分为一氧化碳、氢气和甲烷。)。煤气化过程是进行的一个复杂的多相物理及物理化 学过程，反应产生碳的氧化物、氢气、甲烷。主要是固体燃料中的碳与气相中的氧气、水蒸汽、二氧化碳、氢气之间相互作用。通过煤气化方法，几乎可以利用煤中所含的全部有机物质，因此，煤气化生产时或得基本有机化学工业原料的重要途径，也可以说，煤气化是将煤中无用固体脱除，转化为洁净煤气的过程，用于工业燃料、城市煤气和化工原料。 2.1.2煤气化技术的含义 煤气化技术即煤气化过程所采用的设备、方法。 煤气化是煤化工最重要的方法之一。煤气化己经有150多年的历史，气化方法有 7080种。开发、选定新型煤气化技术，不仅是经济、合理、有效地利用煤炭资源的重要 途径，也是发展煤化工的基础。 中国目前采用的煤气化技术除常压固定床煤气发生炉和水煤气发生炉外，开发和引进了水煤气两段炉、鲁奇加压气化炉和Texaco水煤浆气化技术、Shell气化技术。目前， 新建厂多采用效率较高、制取煤气成分较好的加压Texaco水煤浆气化工艺、加压干粉煤Shell气化工艺和具有自主知识产权的多喷嘴技术。 (2)煤气化过程的主要工艺指标 煤气化技术的工艺指标是评价煤气化技术好坏的一个重要方面，只有指标优良的煤气化技术才能给企业带来良好的经济效益，并且节能环保。通常选择合适的煤气化技术依据的工艺指标有煤气质量、有效气体含量及组成、碳转化率、冷煤气效率等。 1)煤气质量:煤气质量由煤气热值和煤气组成构成。 a.煤气热值:指一标准立方米的煤气在完全燃烧是所放出的热量。相同所作条件 下，煤气热值与气化炉炉型、气化剂类型、操作压力以及煤的挥发分有关。气 化后制得的煤气中甲烷含量越高，则热值越高;煤的挥发分越低，煤气的热值 越低;操作压力越大，煤气热值越大;气化剂中氮气含量越高，则煤气的热值 越低。 b.煤气质量:煤气质量通常是指产出的合成气中的有效气体成分，有效气体成分 越高，则煤气质量越好。 2)气化强度:指在单位时间内，单位气化炉截面积上处理原料煤的质量或产生的煤 气量。即: 气化强度与气化炉炉型、气化剂供给量、气化操作条件以及煤的质量等有关。气化强 度越大，炉子的生产能力越强。 3)煤气产率:指气化单位质量原料煤得到的标况下的煤气体积(m3/kg)。原料煤的灰 分越大，煤气产率越低;原料煤含碳量越高，煤气产率越高。 4)灰渣含碳量(原料损失):灰渣含碳量用灰渣中碳所占的百分数表示。一般情况下， 固定床和流化床气化炉排出的灰渣含碳量要求低于10%，最好在5%以下。干法进料
循环流化床煤气化工艺的原理和特点 摘要：本文从工艺流程、关键技术以及工艺特点三个方面就循环流化床煤气化工艺展开了详细介绍，并指出循环流化床煤气化工艺由于具有的强适应性、高碳转化率与气化强度，以及使用原料范围广等优势，因而得到了广泛的应用。 关键词：循环流化床煤气化工艺原理与特点 一、引言 我国在很长时期内将煤作为主要的能源，因此寻找出适合我国国情的洁净煤技术具有非常重要的意义。作为高效、洁净利用煤炭途径的煤气化工艺，是现代煤化工、循环发电等洁净能源生产中非常关键的工艺之一。由于循环流化床具有煤种适应性强、传热效率高、易完成大型化操作等优点，因而受到了十分广泛的重视。 二、循环流化床煤气化工艺的流程 循环流化床中的皮带将原料煤运输至破碎机中，在将其粉碎在4毫米以下后，运至煤仓中，已备使用。在开车前，还需利用输送机将煤粉送至立管；在开车过程中，利用提升机将细煤粉送入计量煤斗中，在升高压强后，再将细煤粉从旋转阀、螺旋给料器、进料管中稳定地输送至循环流化床气化炉的下部。在这一过程中，用到的所有空气均来自于压缩机，将其预热后与锅炉产生的水蒸气进行混合，并从炉底的分布板进入到气化炉内。气化炉中的温度应保持在1055℃，，气压保持在0.2MPa，气体的流速为1-5m/s，停留时间大约为4至6s。 煤气生成后，从气化炉的顶部将其引出。由于大量的水蒸气和为转化的碳颗粒夹杂在粗煤气中，因而需要经分离系统进行分离操作。经分离后，超过90%的颗粒下落至立管中，并重新返回到气化炉的底部。此外，原料、气化剂等循环物质由于迅速进行了混合，因而在气化炉的底部附近便立即开始了气化反应。循环物料与加入的新原料之间的比值最高可达到40，因而具有非常高的碳转化率。气化炉底部的灰经过螺旋出料器，再由旋转阀送出[1]。 生产出的粗煤气在经过锅炉以及列管等回收热量后，温度得到下降，再经洗涤塔除尘与降温后，送入煤气灌中进行储存。 三、循环流化床煤气化工艺的关键技术 煤气化的主要场所为反应器，用料的特性、气化能力及反应性能决定了反应器的大小与操作条件。而循环流化床煤气化的正常开展则由反应器中的温度、气固浓度分布以及气速等操作因素决定。 由于循环流化床处于高气速操作环境时，气体携带固体的能力增强，使得大
煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体，液体，固体燃料以及化学品的过程，生产出各种化工产品的工业。 煤化工包括煤的一次化学加工、二次化学加工和深度化学加工。煤的气化、液化、焦化，煤的合成气化工、焦油化工和电石乙炔化工等，都属于煤化工的范围。而煤的气化、液化、焦化（干馏）又是煤化工中非常重要的三种加工方式。 煤的气化、液化和焦化概要流程图
一.煤炭气化 煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。 煤的气化的一般流程图 煤炭气化包含一系列物理、化学变化。而化学变化是煤炭气化的主要方式，主要的化学反应有： 1、水蒸气转化反应C+H2O=CO+H2 2、水煤气变换反应CO+ H2O =CO2+H2 3、部分氧化反应C+0.5 O2=CO 4、完全氧化（燃烧）反应C+O2=CO2 5、甲烷化反应CO+2H2=CH4 6、Boudouard反应C+CO2=2CO 其中1、6为放热反应，2、3、4、5为吸热反应。 煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。 煤炭气化按气化炉内煤料与气化剂的接触方式区分，主要有：
1) 固定床气化：在气化过程中，煤由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部加入，煤料与气化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气化；而实际上，煤料在气化过程中是以很慢的速度向下移动的，比较准确的称其为移动床气化。 2) 流化床气化：它是以粒度为0-10mm的小颗粒煤为气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应，从而使得煤料层内温度均一，易于控制，提高气化效率。 3) 气流床气化。它是一种并流气化，用气化剂将粒度为100um以下的煤粉带入气化炉内，也可将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉内。煤料在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化反应，灰渣以液态形式排出气化炉。 4) 熔浴床气化。它是将粉煤和气化剂以切线方向高速喷入一温度较高且高度稳定的熔池内，把一部分动能传给熔渣，使池内熔融物做螺旋状的旋转运动并气化。目前此气化工艺已不再发展。 以上均为地面气化，还有地下气化工艺。 根据采用的气化剂和煤气成分的不同，可以把煤气分为四类：1.以空气作为气化剂的空气煤气；2.以空气及蒸汽作为气化剂的混合煤气，也被称为发生炉煤气；3.以水蒸气和氧气作为气化剂的水煤气；4.以蒸汽及空气作为气化剂的半水煤气，也可是空气煤气和水煤气的混合气。 几种重要的煤气化技术及其技术性能比较 1.Lurgi炉固定床加压气化法对煤质要求较高，只能用弱粘结块煤，冷煤气效率最高，气化强度高，粗煤气中甲烷含量较高，但净化系统复杂，焦油、污水等处理困难。
各种煤气化技术介绍 煤气化是一种将固体煤转化为可燃性气体的技术。煤气化技术主要有 以下几种类型： 1.水煤气化（WGS）：水煤气化是将煤与蒸汽在高温和压力下反应， 生成一种由氢气（H2）和一氧化碳（CO）组成的气体混合物。这种技术可 以用于生产城市燃气、合成油和化肥等产品。水煤气化可分为直接煤气化 和间接煤气化两种方式。 2.鼓风气化（BGC）：鼓风气化是使用氧气和水蒸汽作为氧化剂来煤 气化燃料，产生高能量气体。这种技术可以提高煤气化过程中的热效率， 并减少二氧化碳的排放。鼓风气化适用于煤炭和生物质等多种燃料。 3.催化气化（CGC）：催化气化是在煤气化过程中添加催化剂，以加 速煤炭的气化反应。催化气化可以提高产气效率和气体品质，并减少煤气 化过程中的温度和压力要求。这种技术适用于高烟煤和褐煤等固体燃料。 4.煤幕煤气化（CMCG）：煤幕煤气化是一种将煤炭分散后喷入燃烧室 进行气化的技术。这种技术可以通过提高煤炭表面积和改善反应条件，提 高气化效率和气体品质。煤幕煤气化适用于磨煤和粉煤等细粉状煤炭。 5.地下煤气化（UGC）：地下煤气化是将煤炭直接在地下进行气化的 技术。通过控制煤气化反应的温度和气氛，可以产生一种高能量气体。地 下煤气化适用于无法开采的煤炭资源，可以有效利用地下煤炭储量。 6.溶剂煤气化（CGP）：溶剂煤气化是一种将煤转化为可溶剂的技术。这种溶剂可以用于生产化学品和燃料。溶剂煤气化可以提高煤气化过程中 的产物选择性，并减少废气的排放。
煤气化技术可以有效利用煤炭等石炭资源，减少燃烧排放的污染物。这些技术在能源生产和化工等领域具有广泛的应用前景。
煤气化工艺技术比较及产生废水水质分析 一、 煤气化概述 煤气化是一个热化学过程。以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等作气化剂，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为气体燃料的过程。 煤气化原理 理想过程 得到气体，达到热平衡（放热＝吸热） C + H2O = CO + H 2 吸热（ △Hr = 131 kJ/mol ） 2C + O2 = 2CO 放热（ △Hr = -222 kJ/mol ） 二、煤气化炉的基本原理 国外煤气化技术早在20世纪50年代已实现工业化，20世纪70年代因石油天然气供应紧张使得煤气化新工艺研究和开发得到快速发展，并成功地开发出对煤种适用性广、气化压力高、气化效率高、污染少的新一代煤气化炉。其中，具有代表性的有荷兰的壳牌(shell)炉、美国的德士古(Texaco)炉和德国的鲁奇(Lurgi)炉等。按照气化炉内料流形式，气化技术大致分为固定床、流化床和气流床三大类。 依据煤运动方式的不同，有多种气化方式： 气化剂 固定床 煤粒不动 气体穿过 煤粒： 6-50 mm 气化剂 流化床 煤粒运动 气体穿过 煤粒：3-5 mm 气化剂 气流床 煤粒与气体 同时穿过 煤粒：70%小于0.075mm
典型的固定床气化炉有U．G．I、Lurgi等；流化床有U-Gas、HTW、Winkler、恩德炉以及我国自主研发的灰熔聚粉煤气化炉等；气流床有Texaco、Destec、shell、Gsp等。 三、国内外常用煤气化炉类型 1、间歇式固定床造气炉(U．G．I炉) U．G．I炉是我国使用最多的一种成熟的气化炉，适用的煤种为粒度25 mm～75 mm的无烟煤(最好是山西晋城的无烟块煤)或焦炭。在固定床煤气炉中交替送入空气(吹风)和蒸汽(制气)。送空气时加热床层，产生吹风气放空；通蒸汽时生成煤气，送气柜。煤气炉系列有Φ2600 mm、Φ3000 mm、Φ3200mm、Φ3600 mm )为等，每台炉产气量为6000 m3／h～15000 m3／h，煤气中含有效气体φ(CO+H 2 65％～72％。U．G．I炉虽然技术成熟可靠、投资省，但对煤质要求高，需用无烟块煤，资源利用率低，且该炉的动力消耗大，过程不连续，间歇制气中有吹风 S和粉尘对环境有一定污染，因此目前正逐步被新炉型所气排空，释放的CO、H 2 替代。 2、富氧连续气化炉 利用U．G．I炉进行富氧一蒸汽连续上吹制取合成氨原料气，是我国对U．G．I 炉的改进和提高，目前已在福建三明化工厂、河南平顶山化肥厂和开封化肥厂成功运行。富氧气化和空气气化的指标对比见表l。 由表l可知，富氧气化较空气气化煤的粒度降至8mm～25mm，气化强度提高了50％，比煤耗下降了10％，比氧耗增加了214 m3。 3、加压鲁奇固定床气化炉(Lurgi炉) Lurgi炉是目前世界上建厂数量较多的煤气炉，运行中的气化炉达数百台。Lurgi炉生产能力大，碳转化率高达99．9％，冷煤气效率高(约89％)，且由于气化炉煤气出口温度低，煤气冷却及净化系统的材料要求也低。鲁奇炉以8mm～50
1、什么是煤炭气化？煤气的主要应用途径？ 答: 煤炭气化是指煤在煤气炉内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。 煤气可作为工业燃气、民用煤气、化工合成的原料气、冶金用还原气、联合循环发电的燃气、燃料电池原料气、制氢和煤炭液化的气源。 2、气化护内煤炭经历的过程有哪些?有哪些基本的化学反应? 干馏、干燥、气化和燃烧反应（包括杂原子反应）过程。 基本的化学反应：干馏（热解）、燃烧反应、变换、水蒸气分解、甲烷化反应、CO2还原反应等。（以下为了解） (l)干燥 干燥过程也是煤炭脱水过程，它是一个物理过程，原料煤加入气化炉后，由于煤与热气流或炽热的半焦之间发生热交换，使煤中的水分蒸发变成蒸汽进入气相。 (2)干馏 干馏是脱除挥发分过程，当干燥煤的温度进一步提高，挥发物从煤中逸出。脱除挥发分一般也称作煤的热分解反应，它是所有气化工艺共同的基本反应之一。 经干馏后得到的半焦与气流中的H2O,CO2, H2等反应，生成可燃性气体等产物，主要反应有以下一些 ①碳与水蒸气的反应在一定温度下，碳与水蒸气之间发生下列非均相反应: 这是制造水煤气的主要反应，有时也称水蒸气分解反应，前一反应也称为水煤气反应，这两个反应均是吸热反应。 ②碳与二氧化碳的反应 在气化阶段进行的第二个重要非均相反应为发生炉煤气反应，即碳与二氧化碳的反应: 这是非常强烈的吸热反应，必须在高温条件下才能进行。 ③甲烷生成反应 煤气中的甲烷，一部分来自煤中挥发物的裂解，另一部分则是气化炉内的碳与气相中氢的非均相反应、或气体产物之间均相反应的结果 这些生成甲烷的反应都是放热反应。 ④变换反应
煤气化技术简介 我国是富煤炭、缺油气、可再生能源总量有限的国家，在我国的煤炭储量中劣质煤占总储量的80％以上。近些年，煤化工在全球范围内得到了迅速发展；生产合成气的原料主要有煤、石油焦、石油和天然气，但石油焦、石油和天然气在当地无资源，相比较而言，煤炭资源丰富,对于我国这样一个煤炭资源相对丰富的国家,煤化工在我国化学工业中将占有越来越重要的地位.煤气化生产的合成气，是制备合成氨、甲醇、液体燃料、天然气等多种产品的原料，煤气化工艺技术的进步带动着煤化工技术的整体发展，可以保证以煤为原料生产合成气制作下游产品的可靠性和稳定性。 煤气化是一个热化学过程。以煤或煤焦为原料，以氧气(空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等作气化剂，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为气体燃料的过程。煤气化是煤化工的“龙头”，也是煤化工的基础。煤气化工艺是生产合成气产品的主要途径之一，通过气化过程将固态的煤转化成气态的合成气，同时副产蒸汽、焦油、灰渣等副产品. 一、煤气化技术分类及概况 目前以煤为原料生产合成气的煤气化技术按照气化炉内物料流动方式来划分,主要有三大类:固定床（或称为移动床）、流化床和气流床.其中具有代表性的煤气化技术如下： 各种气化技术已经发展多年,但在目前的情况下，并没有一种气化技术可以适用于所有的工程项目。气化技术的选择要综合从原料煤种、装置规模、产品方案、业主的详细要求，从整个工厂的角度具体分析确定气化方法。 固定床气化的煤质适应范围较广,除黏结性较强的烟煤、热稳定性差的煤以及灰熔点很低的煤外，从褐煤到无烟煤均可气化。固定床气化的缺点是单炉产气量略小，反应温度较低，蒸汽的分解率低，气化装置需要大量的蒸汽。气化装置所产生的废水中还含有大量的酚、氨、焦油，污水处理工序流程长，
煤炭的高效清洁利用——煤气化技术 煤炭是地球上储量最丰富、分布最广泛的化石燃料，中国富煤贫油少气，加之油价的上涨，能源消费更依赖煤炭。陕西省是煤炭资源储藏量较大的主要省份，而陕北煤炭探明贮量超过2 000亿t，占陕西省煤炭资源的99%，储量大、易开采、质优价廉，可供开采几百年。为此，国家和陕西省政府决定在陕北地区建设大型煤炭能源重化工基地，充分利用陕北的煤炭资源优势带动陕西经济的发展。 从能源供应现状看，合成氨、甲醇和未来的煤直接液化及醇醚燃料大都以煤气化制合成气为基础，在全国范围内，目前仅氨合成和甲醇合成的气化煤量已达4 000万t/a以上；预计今后煤制油所需气化煤量每年将达到亿吨；工业直接燃煤4亿t/a以上，为解决污染问题，其中相当部分须采用先进的煤气化方案，需气化煤量上千万吨每年；炼油工业为提高油品质量每年需耗氢100－200亿m3，煤气化是经济可靠的制氢方案，油品加氢需气化煤量1 000万t/a；在未来20年内，煤制油产量将达数千万吨，需增加1亿kW以上的装机容量，拟采用先进的煤气化技术为基础的联合循环发电系统，需气化煤量总计约1－2 亿t/a。因此，煤的气化是实现煤炭综合利用和洁净煤技术的重要技术单元和主要手段，是发展现代煤化工、煤造油、燃料煤气等重要工业化生产的龙头。 1 煤气化技术发展现状 1.1 煤气化技术的分类和特点 按煤在气化炉内移动方式分成固定床（移动床）、流化床、气流床，表1列出了各类气化技术的主要特点。 表1 气化技术的主要特性 气化技术固定床流化 床气流床 排灰形式干灰熔渣干灰灰团聚熔渣 原料煤特性块煤块煤粉煤粉煤粉煤/水煤浆粒度/mm 13－50 5－50 0－8 0－8 0.2 灰含量/% ＜20 ＜15 不限不限＜13 灰熔点/℃＞1 250 ＜1 300 不限不限≦1 350 操作压力/MPa 2.24 2.24 1.0 0.03－2.5 2.5－6.5 操作温度/℃400－1 200 400－1 200 900－1 000 950－1 100 1 350－1 700 煤气温度低低中中高 氧气消耗低低中中高 蒸汽消耗高低中中高 代表技术 Lurgi lurgiBGL 恩德粉灰团聚 Shell/Texaco 固定床加压气化（Lurgi）热效率（或冷煤气效率）高，氧耗量低，但适用于弱粘或不粘块煤，且煤气中含焦油、酚等物质，净化处理流程长、投资高，新建气化项目较少采用。 流化床气化以碎煤为原料(小于6 mm)，煤气中几乎不含焦油、酚和烃类，传统流化床为防止床内物料因灰含量高而烧结，必须控制在较低的操作温度(低于950 ℃)，因而只适用于高活性的褐煤或次烟煤。我国开发的灰熔聚流化床气化技术，借选择性排灰提高了床内碳浓度，降低了结渣风险，提高了操作温度（达1 100 ℃），适用煤种已拓宽到烟煤甚至无烟煤。流化床操作温度适中，投资低，
煤气化技术综述 1 恩德粉煤气化技术 1．1 技术开发 恩德粉煤气化技术是在常压温克勒气化技术基础上，经过多次技术改造而逐步发展起来的。20世纪50年代，朝鲜咸竞北道恩德郡“七·七”化工厂，从前苏联引进两台温克勒气化炉。60年代末，便对其存在的问题进行了一系列的改造：(1)取消了炉算，改为布风喷嘴向炉内送风，使煤粉得以充分流化，并解决了炉底结渣的问题；(2)在发生炉出口增设了旋风除尘返料装置，减少了气体带出物，提高了碳转化率；(3)将废热锅炉改设在旋风除尘器后面，减轻尘粒对锅炉炉管的磨损，大大延长了废热锅炉的使用寿命和检修期。经过一系列的革新改造后，运转率可达90％以上，单炉生产能力也逐渐扩大，形成了独具特性的恩德粉煤气化技术。 1．2 技术特点 (1)对煤种适应性较宽，可适用于褐煤、长焰煤、不粘或弱粘煤。对煤的活性和灰熔点有一定要求，对灰分、粒度等要求不高，同固定层炉相比，原料煤种已明显拓宽。 (2)碳转化率高。炉出口的旋风分离器，可将煤气夹带和含碳颗粒分离出来，并返回气化炉再次气化，从而提高了碳的转化率，可达92％。 (3)气化强度大。单炉产气量可达4×l04m3／h。 (4)自产蒸汽量大，每10 m3煤气可产5．5t蒸汽(P=0．6MPa)，80％自用，20％外送。 (5)极少产生焦油，煤气中焦油油渣等含量很低，净化系统简单，污染少。 1．3 技术指标 (1)操作温度：要低于灰熔点80～120℃，一般为～950℃。 (2)操作压力：炉内压力～14kPa。 (3)气化剂，采用不同气化剂可产生不同组成的煤气。 表1—1 典型煤气组成 (4)主要工艺参数 ①以褐煤为原料，4×10 m3／(h·台)气化炉，生产水煤气，其主要工艺数据见表1—2。 表1—2 主要工艺数据
流化床粉煤气化技术概述 一、前言 我国“富煤、少油、缺气”的能源状况，决定了煤炭在我国的能源消费结构中始终占据着重要的地位。作为煤化工和洁净煤的重要单元技术―煤炭气化技术,在化工、冶金、机械及城市燃气供应等多个方面已有广泛应用，在国民经济中占有十分重要的地位。区别于常见的固定床和气流床气化炉，流化床气化技术以碎煤为原料(小于6mm)，具有操作温度适中，煤气易于净化，投资低，原料适应性宽等特点，因此愈来愈受到重视。 流化床气化炉中，颗粒呈流态化状态，从而消除了固体颗粒间的内摩擦力，使颗粒具备了流体的性质，提高了其传热、传质性能。早在《天工开物》中已有使用的记载[1]。用于煤气化生产时，已经开发的炉型有温克勒（Winkler）、高温温克勒（HTW）、U-gas、KRW、循环流化床、恩德炉及灰熔聚炉。 二、流化床气化炉的结构 1、外部结构 虽然不良的流化现象――腾涌和沟流，是由于操作过程中静床层高度和床径的不当比例引起的，但是，腾涌一般发生在高径比大的床层中，沟流一般发生在大直径床层中，流化床反应器的构造必须有合适的高径比。同时，为了延长物料的停留时间和降低出口煤气的温度，流化床气化炉一般都设置了扩大段，且扩
大段的直径一般要比浓相段的直径略大。 2、分布板的型式 作为流化床反应器的核心构件，设计良好的分布板，对颗粒的均匀流化起着举足轻重的地位。 在材料的选择上，金属和陶瓷各有优势，陶瓷能耐腐蚀气体和高温，但对热冲击或热膨胀应力的强度极低，并且，由于陶瓷易磨蚀，使用过程中锐孔会逐渐扩大，进而影响气速和流化效果。而由于气化剂对分布板的冷却作用，金属分布板可耐受腐蚀气体和高的炉温，所以，从强度和总的经济考虑，一般选用金属分布板。 由于在大直径床层中的负荷较重，平板受压弯曲无法预测，而弧形板较耐重负荷和热应力。同时，因为鼓泡和沟流优先产生于靠近流化床的中心位置，凹型板比凸型板有更好的纠正趋向，所以分布板一般设计为凹型。 当分布板为单孔板时，气化剂由底部中心集中进入，在物料中形成喷泉，和物料的下降运动共同组成内部环流，也称之为喷射流化床，此床层的压降比一般流化床要低，床内横向的传热、传质也较一般的流化床要好；但是床层密度有显著的波动，且易引起沟流和腾涌。当分布板有较多进气孔时，低气速下床层密度的变化可忽略不计，且气泡较小，气固相接触较为密切且气体沟流较少。 为使气化剂经过锐孔后的流量均匀，分布板必须有足够的
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
气流床粉煤气化技术及其应用研究 摘要：研究气流床工艺，对粉煤气化的工艺要点进行说明，介绍了煤粉干燥、原料输送、气化、洗涤与渣水处理工艺。在研究中，重点 明确气化工艺应用思路，通过优化水冷壁气化炉、应用一体化复合喷嘴、改造输送系统、落实节能理念，使得粉煤气化效率得以提升。经 过优化后装置性能更加稳定，且具有较高的耐腐蚀、耐高温能力，能 够实现对劣质煤的清洁高效应用。 关键词：气流床；粉煤气化技术；应用 现阶段，大规模、多系列气流床项目成为化工领域发展的主要方向，通过对 气流床工艺技术的升级，能够满足最新发展要求，确保环保节能理念在化工生产 行业中被贯彻落实。以往单喷嘴、单一供料线路的气化工艺方案缺点明显，当系 统装置出现问题后，容易出现长时间停车的问题，使得系统运行稳定性受到影响。中安联合公司气化装置，采用SE东方炉煤气化工艺方案，通过做好装置升级， 使得煤粉气化效率获得显著提升。 1气流床粉煤气化工艺说明 中安联合气化装置采用SE东方炉粉煤气化工艺，具体包括磨煤及干燥、粉 煤加压及输送、气化及洗涤、除渣、灰水处理及气化公用工程等单元，该装置的 总体规模较大、气化系列多，因此，有关人员可在技术条件允许范围内，对气化 装置进行优化。对气化工艺进行优化配置主要遵循以下思路：一是根据功能区进 行布置，坚持各区域装置功能集中原则，为管理提供便利；二是采取流程式布置 方案，需要相关人员根据工艺流程与物料要求，对粉煤气化装置进行布局，以降 低物料反复运输成本，使得系统中各装置的能耗得以降低[1]。 在气流床工艺优化中，中安联合气化装置重点关注制磨煤及干燥、除渣、灰 水处理等工艺，通过设置5台磨煤机，对粉煤进行集中供应，同时对渣水处理单
灰熔聚流化床粉煤气化技术基本原理 一、灰熔聚流化床粉煤气化技术基本原理 ·气固流态化适当气速使煤流化传热传质速率高气化强度高可用碎煤为原料 ·中心射流形成局部高温区提高气化强度促使灰渣团聚 ·灰渣团聚重力分离选择性排出低炭含量灰渣炉料炭含量高结渣风险小炉温提高煤种适应性拓宽·飞灰可控循环提高碳转化率 二、灰熔聚流化床粉煤气化工艺的特点： 1) 煤种适应性宽，可实现气化原料本地化。 2) 操作温度适中，氧耗低、干法排渣。无特殊材质要求，操作稳定，连续运转可靠性高。 3) 工艺流程简单，气化炉及配套设备结构简单，造价低，维护费用低。 4) 灰团聚成球，借助重量的差异与半焦有效分离，排灰碳含量低(<10%)。 5) 炉内形成一局部高温区（1200～1300℃），可处理高灰、高灰熔点煤、气化强度高。 6) 飞灰经旋风除尘器捕集后返回气化炉，循环转化，碳利用率高。 7) 产品气中不含焦油，洗涤废水含酚量低，净化简单。 8) 设备投资低，气化条件温和，消耗指标低，煤气成本低。 9) 中国自主专利,同等规模下，与引进气化技术相比，投资低50%。 三、灰熔聚流化床粉煤气化工艺流程 1 皮带输送机 2 破碎机 3 埋刮板输送机 4 筛分机 5 烘干机 6 输送 7 受煤斗 8 斗式升机 9 进煤斗10 进煤平衡斗A 11 进煤平衡斗B 12 螺旋给料机A/B 13 气化炉14 上排灰斗15 下排灰斗16 高温返料阀17 一级旋风分离器18 二级旋风分离器19 二旋排灰斗20汽包21 废热锅炉22 蒸汽过热器23 脱氧水预热器24 水封25 粗煤气水洗塔26 气体分气缸ICC灰熔聚流化床粉煤气化工业示范装置工艺流程简图 1) 备煤系统 粒径为0～30mm的原料煤(焦)，先筛分、破碎到0～8mm粒度，回转干燥器烘干(烟煤水分＜5%，褐煤<12% ) 待用。 2) 进料系统 备好的入炉煤经斗式提升机进入煤锁斗系统，由螺旋给料器计量，气力输送进入气化炉下部。 3) 供气系统 气化剂(空气/蒸汽、氧气/蒸汽)分三路计量调节，由分布板、环形管、中心射流管进入气化炉。 4) 气化系统 . 煤在气化炉中部分燃烧产生的高温（950～1100℃）下与气化剂（氧气、蒸汽）进行反应，一次实现破粘、脱挥发份、气化、灰团聚及分离、焦油及酚类的裂解等过程，生成煤气。 5) 除尘系统 高温煤气带出的飞灰，大部分经一级旋风分离器捕集，返回气化炉进一步气化，二级旋风分离器捕集的少量飞灰排出系统。 6) 废热回收系统及煤气净化系统 除尘后的热煤气依次进入废热锅炉、蒸汽过热器和脱氧水预热器回收热量，再经洗涤塔净
粉煤气化机理 一、气化反应热力学粉煤加压气化炉是气流床反应器，也称之为自热式反应器，在加压无催化剂 条件下，煤和氧气发生部分氧化反应，生成以CO 和H 2为有效组分的粗合成气，部分氧化反应一词是相对完全氧化而言的。整个部分氧化反应是一个复杂的多种化学反应过程。此反应的机理目前尚不能完全作以分析。我们只可以大致把它分为三步进行。 第一步：裂解及挥发分燃烧。当粉煤和氧气喷入气化炉内后，迅速被加热到高温， 粉煤发生干储及热裂解，释放出焦油、酚、甲醇、树脂、甲烷等挥发分，水分变成水蒸气，粉煤变成煤焦。由于这一区域氧气浓度高，在高温下挥发分完全燃烧，同时放出大量热量。因此，煤气中不含有焦油、酚、高级姓:等可凝聚物。 第二步：燃烧及气化。在这一步，煤焦一方面与剩余的氧气发生燃烧反应，生成CO 2和CO 等气体，放出热量。另一方面，煤焦和水蒸气和CO 2发生气化反应，生成H 2和CO 。在气相中，H 2和CO 又与残余的氧气发生燃烧反应，放出更多的热量。 第三步：气化。此时，反应物中几乎不含有。2。主要是煤焦、甲烷等和水蒸气、CO 2发生气化反应，生成H 2和CO 。 其总反应可写为： C n H m +(n/2)O 2-nCO+(m/2)H 2+Q 气化炉中发生的主要反应可分为： CO+H 2O-CO 2+H 2+Q CO+3H 2-H 2O+CO 2+Q C+2H 2-CH 4+Q C+1/2O 2-CO+Q C+O 2-CO 2+Q C+CO 2-2CO-Q C n H m -(n/4)CH 4+[(4m-n)/4]C-Q 气化炉内的反应相当复杂，既有气相反应，又有气-周双相反应，对 于复杂物系的平衡，我们引入独立反应数的概念，只要讨论独立反应即可。因为其他反应可通过独立反应的组合而替代。 所谓独立反应数，就是构成物系的物质数与构成物质的元素种数之差。假定煤气化反应在气化炉出口组成达到平衡，气体中含有CO 2、CO 、H 2、。2、H 2S 、CH 4、COS 和C 等八中物质，而这些物质是由C 、H 、O 和S 等四种元素构成，因此，气化反应只有四个独立反应，也就是说，在上述的反应中，我们只要讨论其中任意四个反应就够了。 另外，对于煤气化来说，S 含量很低，基本上是一确定值(对于生成H 2S 、COS 的比值)，这样独立反应数就只有三个了。由于碳转化率在98%以上，于是独立反应数就只有两个了。所以，对于煤气化反应，只着重讨论变换反应和甲烷化反应两个反应。 煤气化反应的化学平衡： ①变换反应的化学平衡 CO+H 2O-CO 2+H 2+9838Kcal/Kmol 平衡常数计算式如下： K P =PCO 2*PH 2/PCO*PH 2O 式中：K P 为该反应平衡常数。PCO 2、PH 2、PCO 、 PH 2O 分别表示CO 2、H 2、CO 、H 2O 的平衡分压。LgK p =2182/T-0.0936LgT +0.000632TT.0806X10-7T 2-2.2967 式中：T 为平衡温度。从平衡上讲，变换反应为放热反应，降低温度对平衡有利。但在局温条件 下，CO 变换反应接近平衡。 ②甲烷化反应的化学平衡 CO+3H 2-CH 4+H 2O+49.271Kcal/Kmol 平衡常数计算式如下： ①非均相水煤气反应 C+2H 2O-2H 2+CO 2-Q ②变换反应 ③甲烷化反应 ④加氢反应 ⑤部分氧化反应 ⑥氧化反应 ⑦CO 2还原反应 ⑧热裂解反应