一．煤气化理论部分
1:什么叫煤加压气化？
答：煤炭在高温条件下与气化剂进行热化学反应制成煤气的过程称为煤炭的气化。该过程是在压
力下进行则为煤的加压气化。
2：简述鲁奇加压气化的过程和发展方向？
答：鲁奇加压发展过程可分为三个阶段：
第一阶段：任务证明气化理论在工业上实现移动床加压气化。1936年对不同煤种进行了三十四次
试验，在这基础上设计了MaRK-Ⅰ型气化炉。
此炉特点是炉内衬有耐火砖，灰锁置于炉侧，
气化剂由主轴通入炉内。炉身较低，路径较
小。这种炉气化强度低，产气量仅为4500～
8000NM3/h，而且仅适用于褐煤气化。
第二阶段;任务，扩大煤种，提高气化强度。为此设计出了第二代气化炉，其特点是；
①改进了炉篦的布气方式。
②增加了破粘装置，灰锁置于中央，侧向传动。
炉型有MaRK-Ⅱ型和MaRK-Ⅲ型。一台炉产
气量为14000-17000 NM3/h.
第三阶段：任务，继续提高气化强度和扩大使用煤种。
设计了MaRK-Ⅳ型，内径 3.84米，产气量
35000-50000 NM3/h.其主要特点是：
①改进了煤分布器与破粘装置，从而可气化炼
焦煤外的所有煤种。
②设置多层炉篦，布气均匀，气化强度高，灰
渣残碳少。
③采用了先进的制造技术与控制系统。从而增
加了加煤的频率，同时运转率达80％
鲁奇加压气化今后的发展方向是：
①提高气化强度。此方法为提高气化层的温度，
灰以熔渣形式排出，从而可降低汽氧比使蒸
汽分解率提高，热效率增加，同时气化强度
可由2.4T/M2h提高到3-5T/M2h，煤气中的
甲烷可下降到7％以下。
②提高气化压力。依据Ruhr-100型炉的试验结
果，压力有25巴提高到100巴，煤的转化率
及气化强度将成倍增加，氧与蒸汽烧耗均减
小。煤气中甲烷量增加到15.8％很适用于代
用天然气的制造。
3：填空：
①煤是由古生代植物经过成煤作用而形成的。
由于成煤条件与生成年代大致可分为：泥煤，
褐煤，烟煤，无烟煤等。
②鲁奇四型气化炉采用了移动床加压连续气化
固态排渣的气化方法
③煤进入气化炉后依次经过干燥层、干馏层、
气化层、燃烧层、灰层。
④气化用煤粒度范围是5-50mm，其中
50-100mm的不应该大于5％，0-50mm的不
应大于5％。
⑤煤质的工业分析测定结果是：水分0.3％,灰
分20.8％；挥发份14.4％；固定碳64.5％
⑥煤的高热值是8432Kcal/kg,低热值是8193
Kcal/kg
4：什么叫气化强度和气化能力？
答;气化强度是指单位时间面积所能气化的燃料的数量气化能力，是指单位时间内燃料煤气化的
数量。
5：什么叫煤的发热值？高热值和低热值有何区别答：单位重量的煤完全燃烧所放出的热量称为煤的发热值。若煤在燃烧后煤中的水分是以水汽形
式存在的，则测得的热量为低发热值，若水
蒸汽已冷却为水，则所测得热量为高热值。6：何谓灰熔点?它是如何测定的？
答：把灰渣加热到某一温度后，灰渣发生软化熔融现
象，我们把该温度叫做灰熔点。
测定方法：把灰分做成圆锥形的试样然后加热，当温度升到一定值后，灰分发生变形，锥形
为圆形，这个温度称为变形温T1。当再加热
到灰渣的锥尖倒下，高度为初始高度的1/2，
此时温度叫软化温度T2。当灰渣完全溶化发
生流动，此时温度为T3，我们通常称T3为
灰熔点，加压气化一般操作温度应在T2下操
作，因为该温度气化效率最佳。其测定过程
如图
7：煤的粒度对加压气化有何影响？
答：通常加压气化对煤的粒度有一定的要求，我公司气化用煤粒度为6-50mm。粒度越小，比表
面积越大，有利于气化反应。但会增加灰床
阻力，同时气体带出物增多，同时易产生沟
流现象。粒度范围大，小粒子会填充到大粒
子的间隙，使灰床层的空隙率减小，阻力显
著增加，同时也容易产生架桥现象，影响气
流分布均匀。
8：试解释沟流现象和架桥现象？
答：沟流现象：在气化过程中若原料煤的粒度过小，气体带出的粉煤增多，使得某一区域内出现
空洞，气化剂或其它气体未来得及与燃料反
应就由空洞直接通过，即发生短路现象，这
种现象叫沟流现象。架桥现象是指原料快度
过大，在设备的进口或出口架住，而使原料
不能以重力下移，这种现象称为架桥现象，
此现象最容易在煤锁给料溜槽，煤锁下阀口，
炉篦刮刀上。
9：何谓机械强度？机械强度对气化有何影响？
答：机械强度指煤的抗破碎能力，机械强度小，意味着煤易破碎，故在气化炉中易于产生许多粉
煤，在床层的阻力增加，也易气化炉产生沟
流现象，影响气流分布均匀，还会使出口气
体带出物增多。因此，气化使用煤时对机械
强度有一定的要求。
10：炉内发生有甲烷化反应，为什么说甲烷的生成可以减少氧耗？
答：由于甲烷的生成反应是一剧烈的放热反应，这些热量可以供给吸热反应，从而减少氧耗。11;气化温度，压力及汽氧比是如何控制的？
答;气化温度是指炉内的最高温度。气化温度一般来说是越高越好，但是炉内温度受灰熔点的限制
以及设备材质的限制，所以气化温度的确定
一般主要由灰熔点来定。
气化压力主要是由下列几点来确定的：
①从制气的目的，用途来确定压力。
②从节省能源方向考虑，即考虑与气化相联系
的空分装置，以及后续工号所需压力的高低
来确定。
③设备材质也是确定的一个方面，它只是限制
压力的选择，并不是确定压力的主要因素，
即选择高压气化需要耐高压材质，所需的投
资就大。另外，现有的材质限制了气化压力
的过大提高。
汽氧比的确定：
控制汽氧比也就是控制气化炉的温度，一般来说气化温度控制在接近灰熔点温度条件下操作为最
佳，这与炉内吸热反应的速度有关，因此汽
氧比也与煤种有关，因此，汽氧比的确定一
般应由灰熔点及煤种的活性来确定。
12:解释火层偏移现象和结疤现象？
答：火层偏移：主要是由于原料煤块度不均，煤分布器布料不均，气化剂布气不均，炉子点火不
均等原因造成的。由于上述原因导致炉内反
应不稳定，各处的反应速度不同，炉内火层
不在同一高度上。
结疤：是炉内的最高温度超过了灰熔点的温度，而使灰渣发生熔融，当熔融的灰渣移动到灰层时，
由于气化剂的冷却，使得熔融在一起的灰渣
冷却为固体，从而产生了大小不匀的渣块。13：什么叫碳氧比？为什么碳氧比大，灰中残碳量会增大？
答：每公斤分子的氧所能气化的碳的公斤分子数。碳氧比一定气化炉中碳氧比增大，碳的分子数
也就增大，但所能被氧化的碳分子数是一定
的，所以末未被氧化的碳分子数就相对增加，
所以灰中的残碳量就会增大。
14：在正常生产中，我们经常通过改变汽氧比来调节气化炉的生产工艺，请说明汽氧比的大小对
气化反应有何影响？
答：汽氧比的改变，实际是调整气化炉内的最高稳固温度，在固态排渣气化炉中，首先应保证在
燃烧过程中灰不熔融成渣，在这基础上维持
足够高的温度，以保证煤完全气化。对同一
种煤，汽氧比越高，炉内所能达到的最高温
度也就越低，蒸汽的消耗量相对增大，水蒸
气分解率也相对降低，出炉煤气中的二氧化
碳与甲烷含量增加，一氧化碳和氢气含量下
降，燃料的利用率降低。但汽氧比小则会使
燃烧反应加剧，气化温度增高。出口煤气中
的一氧化碳和氢气含量增加，二氧化碳和甲
烷含量将降低。蒸汽分解率增加，蒸汽消耗
量相应减少，但氧气的耗量将增加。综合上
述，汽氧比的控制应使炉内的气化温度最高，
而又不至于使灰熔融为最佳。
15；对第三代MARK—Ⅳ型鲁奇气化炉加压气化有哪些特点？
答：①操作稳定。冷媒煤自上而下经过各层，稳定的进行操作，气化剂汽化剂自上而下自下而上
与煤逆流接触，在正常情况下，能充分燃烧，
操作指标稳定，灰中含碳率不大于5％,气化
效率90-95，同时②炉内设置贮煤筒，能贮存
一定量的煤，一旦加煤装置故障，或许输煤
系统波动时，能提供一定的维修时间而不需
停炉，保证了生产的连续性。
③节约能耗
（1）采用加压气化，相对与常压而言，由于压缩，煤气的动力耗损失大大降低。
（2）采用碎煤气化，不需要专门的破碎机械，相对于
粉煤气化而言，大大降低了原料制备的能耗。（3）气化炉内加压且低温干馏，产生一定的甲烷化反应，放出相应的热量，减少热耗。
（4）操作安全，出口煤气经冷煤层，利用余热加热冷媒煤，因此煤气出口温度低，？不会发生故
障，气化炉采用水夹套，且压力与炉压相通，
一般不会产生超压及过热现象，以保证设备
安全运转。
（5）设备紧凑，采用加压操作，在同样的生产能力下，较常压设备体积小，重量轻。
（6）出口甲烷含量高，加压气化操作出口煤气中甲烷含量可达10%-15%，如作为城市煤气使用，
可提高煤气热值，但作为合成原料气，则必
须增加转化工段，复杂了流程，增加了设备，
提高了投资。
（7）蒸汽分解率低约40%，致使蒸汽耗量增加。（8）由于低温干馏出口煤气中煤气中含有一定量的焦油及酚需要处理，故增加了三废处理的投资
和费用。
16：名词解释
外在水分内在水分灰分挥发份固定碳答：外在水分是指煤在开采运输，储存，洗选时润湿
在煤表面以及大毛细孔的水分，它以机械方
式与煤连接着，较易蒸发，其蒸发压力与纯
水的蒸汽相等。在空气中放置时，外在水分
就不断蒸发，直至煤中水分蒸汽压与空气的
相对湿度达到平衡为止，此时失去的水分就
是外在水分。
内在水分;吸附或凝聚在煤粒内部的毛细孔中的水分，称为内在水分。它主要以物理化学方式与煤
相连接着，较难蒸发，故蒸汽压小于纯水的
蒸汽压，失去内在水分的煤称为绝对干燥煤
或干煤。
灰分：煤中灰分的测定是将1克煤样在815℃温度下完全燃烧，剩下残渣的重量百分率即为该样
的灰分，文明一般说的煤的灰分实际是煤灰
产率。
挥发份：煤在限定条件下隔绝空气加热后挥发性有机物质的产率称为挥发分，其测定方法为：称
取1克煤样，放入带盖的瓷坩埚中，在900℃
的温度下，隔绝空气加热7分钟所失去的重
量占煤样重量的百分率，减去煤样的水分作
为挥发份，残留下来的固体残渣称为焦渣，
从焦渣的百分率减去灰分则得出固定碳的百
分率。
二：煤锁、灰锁部分
1：填空
①煤锁的设计温度200343/250℃压力
3.5Mpa 3.6MPa 容积12.1M3
②灰锁的设计温度470℃压力3.5Mpa 容积
10.1M3
③煤锁操作处于零位是时，除下阀外，其余阀
门均处于关闭位置。
④灰锁操作处于零位时，除上阀外，其余阀门
均处于关闭位置。
⑤煤锁与灰锁的操作有四种方式：全自动，半
自动，手动遥控，手动，正常生产时使用全
自动，半自动，。手动遥控，在正常生产期间
也可以使用，但主要用于试车或全自动，半
自动出现故障时。手轮操作则用于系统停电
自动失灵或液压元件的自控部分故障的情况
下。
⑥煤锁程控分3433步，遥控和手轮操作分79
步，灰锁程控分3437步，遥控和手轮操作分
—13步。其关键步骤是上、下阀的泄露试验。2：煤锁上、下阀是怎样的密封，操作时应注意什么？
答：煤锁上阀采用两道密封，即里面一层氟橡胶圈，外面是硬质合金；煤锁下阀是一道密封即硬
质合金，在操作时，应尽量减少阀门开关次
数，防止磨损。
3：煤锁充压为何分两步？
答：原因：
①如果单独采用煤气冷却工号来的粗煤气充压，
由于2.65Mpa的压力充不到最终压力。
②如果单独采用炉内粗煤气充压，一方面由于
粗煤气温度高达650-700℃，远超过设计温度，
这是工艺不允许的，另一方面会造成炉压波
动，甚至造成夹套与煤气炉子压差高，导致
系统停车。
4：在预定的时间内煤锁不能充至设定的压力是何原因？
如何处理？
答：原因：
①上阀漏或末未关严。
②充压阀不畅通。
③卸压阀漏或末未关严。
处理：
①若是阀门泄露，应更换垫圈。
②疏通充压阀。
以上措施无效，汇报工长。
5：在预定的时间内煤灰锁不能泄至最终压力是何原因？
如何处理？
答：原因
①下阀末未关严或漏气太大。
②平衡阀？漏或末未关严。
③泄压阀或管线堵塞。
④充压阀漏或末未关严。
处理
①重复关下阀，平衡阀？，充压阀。
②疏通泄压阀和管道。
以上措施无效，汇报工长。
6：煤锁温度高是何原因？怎样处理？
答：原因：
①炉顶温度高。
②煤锁内煤料架桥。
③煤锁空。
处理：
①加快炉篦转速。
②振动下阀。
③迅速加煤。
7：煤锁各阀是怎么联锁的？
答：为保证气化系统安全可靠运行，煤锁各阀联锁关系如下;
①下阀开上阀，卸压阀，充压1阀必须关闭
②上阀开下阀，充压1、2阀必须关闭
③卸压阀开下阀，充压1、2阀，上阀必须关闭
④充压1阀开上阀，卸压阀，下阀，充压2阀必须
关闭
⑤充压12阀开上阀，卸压，充压1阀必须关闭8：突然断煤，如何处理？
答：煤是气化反应的主要原料，在工艺条件一定的情况下，在气化炉内，煤与一定比例的气化剂
反应生成粗煤气。如果煤长时间中断，将会
使炉内反应无法进行，所以生产中若煤中断，
操作工根据所停时间的长短，及时与中控联
系，作减量或停车处理。
9:煤锁的充压阀为什么采用角阀？
答：因为角阀有如下特点：
①角阀的阀芯成圆锥体，与阀座的接触面小。
②由于其接触面积小，所以开关灵活，适用于
压力悬殊较大和介质不纯净的地方。
10：设置煤尘分离系统的目的是什么？为何用一烟囱代之是不可用的？
答：目的是：
①清除煤锁内的残余煤气
②清除加煤过程中的粉煤。
想用一烟囱代之是不可用的，原因有二
①效果差，不能将煤锁内残余煤气清除干净。
②粉尘排入大气污染环境。
设置煤尘分离的关键在于喷射空气抽负压，效果比较理想。
11：手轮操作时，你如何判断煤锁空？
答：手轮操作时根据关闭下阀的声响来判断，阀门发出“铿锵”声表示煤锁以已空。
12：在试车过程中，煤锁应测得那些数据？
答：在试车过程中，应测得下列数据：
①煤溜槽下煤时间；
②每次加煤时间；
13：如何更换煤锁下阀的软密封？应该注意什么？
答：更换时应先卸掉压力，关死上下阀及卸压阀，然后打开软密封压盖，取出旧橡胶圈，清理密
封面，装入备用橡胶圈，压盖螺丝拧紧到位，
使压盖平整，上好护罩，待周围无人时方可
充压，试漏以保证安全。
14：灰锁的充压蒸汽为什么接在总管而不是在支管处？
（PI图上充压蒸汽与汽化剂同管。？？）答：支管蒸汽是供气化炉气化剂所用的，炉子的汽氧比是按比例混合的。煤质一定，汽氧比也就
确定了，汽氧比的波动都会引起炉子不正常
反应或事故。而灰锁充压阀门的开关过程，
会引起入炉汽量的波动。
15：灰锁卸压时，压力卸不掉或卸不完是何原因，如何处理？
答：原因：
①灰锁卸压阀或管道堵塞；
②灰锁上阀末未关严或漏气；
③灰锁充压阀末未关严或漏气；
④卸压阀阀芯脱落；
处理
①开充压蒸汽，反复开关泄压阀使之吹净；
②继续关严充压阀，如漏气时更换阀门；
③反复关上阀
④更换阀芯
16：当灰锁上阀关闭后，为什么还要开动炉篦？
答;灰锁上阀关闭后，还启动炉篦的目的是;
①维持燃料床的移动
②使灰覆盖在灰锁上阀处，以加强其密封
17：采用全自动或半自动操作时，出现故障应如何处理槽操作？
答：采用全自动或半自动操作时，出现故障时应立即切换到手轮遥控操作，将程序进行完毕。如
果故障排出排除，则应在（操作处于零位时？）
再切换到全自动或半自动进行操作。
18：煤锁程控设置了几个计时器，他们的作用是什么？答：煤锁程控共设置了七个计时器：
T-1 设定时间3秒（什么作用）
T-2 5秒作用;进行下阀的泄露试验
T-3 5秒作用同上
T-4 50秒检查煤溜槽是否堵塞或煤斗空
T-5 5秒为了进行上阀的泄露试验
T-6 5秒作用同上
T-7 10秒监测在10秒内煤锁下阀是否开启19：卸压时，灰锁卸压阀1堵塞怎样继续操作？
答：当卸压1阀堵塞，应手动打开卸压1旁路阀进行卸压。卸压时应缓慢打开，但不能全开，应
采用稍开的方法卸压，待泄至一定压力后再
全开卸压阀。
20：如果灰锁膨胀冷却器液位计失灵，应如何操作？答：如果灰锁膨胀冷却器液位计失灵，操作工可以打
开卸压1阀，通过窥视孔观察卸压管线是否
有水流过，另外还可以根据冷料试车过程中，
测得的充水时间来判断膨胀冷却器是否充满。21：在试车时，灰锁应测得那些数据？
答：在试车时，灰锁应测得下列数据：
①炉篦转动一圈的拍排灰量
②排灰所需要的时间
③水充满膨胀冷却器所需要多长时间
④灰锁上下阀动作几次能关严
22:气密时，如何检验灰锁上下阀是否严密？
答：打开灰锁上阀系统充至一定压力后，打开灰锁下部套筒，浇上肥皂水，检查下阀是否漏气。
当灰锁有关阀门不漏时，把气化炉与灰锁充至一定压力3.0Mpa，然后打开泄压1阀，在预定时间
5秒内，观察气化炉与灰锁的压差，若压差
小于0.2 Mpa证明上阀泄露，若压差大于0.2
Mpa说明上阀不漏，继续卸压。当灰锁压力
降至2.0 Mpa时，观察压力是否有回升，如
果回升0.1 Mpa证明上阀也漏，如无回升，
则说明上阀不漏。？？二次检查？？
23：灰锁温度高低是何原因？怎么处理？
答：温度高：
①灰层下移，灰层薄应降低炉篦转速
②灰中残碳多，反应不完全应调节汽氧比控制炉
温
温度低
①灰层上移，灰层厚应加快炉篦转速
②夹套漏水，灰潮湿应立即停车处理
③充水阀漏检修阀门
24：灰锁各阀是如何联锁的？
答：打开时必须关闭
上阀下阀，充压阀、充压阀、卸压1阀、卸压2阀、充水阀
下阀上阀、充压阀
充压阀下阀，充压阀上阀、卸压1阀、卸压2阀、充水阀
卸压1阀上阀、下阀、充压阀
卸压2阀上阀、下阀、充压阀
充水阀上阀、充压阀
25:灰锁程控设置了几个计时器，其作用如何？
答：灰锁共设计了8个计时器，其作用是：
T-1 60秒操作工不在，炉篦自动停
T-2 45秒使转速计数器复位
T-3 3秒进行上阀泄露试验
T-4 50秒做浮动试验观察上阀是否泄露
T-5 5秒冲洗膨胀冷却器
T-6 5秒进行下阀泄露试验
T-7 5秒做浮动试验观察下阀是否泄露
T-8 10秒观察上阀是否全部打开
三、气化炉操作部分
1：在空气+气化剂汽化剂的阶段，火层培养好的标志是什么？
答：①出口粗煤气中CO2为18％,O2＜0.4％
②炉顶温度为150℃～300℃
③灰锁温度为250～300℃且？颜色正常（灰）
如上述三点具备则说明火层培养好了。
2：如何根据灰的颜色、粒度、数量等判断气化炉的生产工况？
答：灰细说明蒸汽太多，灰层厚
粒度大说明炉温高
颜色灰黑，说明燃烧不完全，火层下移，残碳量增加。
数量可判断炉内膨料及炉内是否有结疤
3：气化炉系统升降压速度如何控制？
答;气化炉系统升降压速度考靠炉压力控制阀来控制，速度0.5bar/min，在紧急停车时，还可以通
1、煤的反应活性 煤的反应活性是在一定条件下，煤与不同的气化介质（如CO2、H2、水蒸汽）相互作用的反应能力，通常在一定温度下，以一定流速通入CO2，用CO2的还原率来表示煤的反应活性。CO2的还原率越高，煤的活性越好。 这种煤的反应活性评价方法一直在用。但个人觉得有点不太适合目前大规模气流床煤气化技术的发展了。大家知道，气流床中的气氛非常复杂，在高温高压条件下煤焦与CO2、水蒸气反应，同时还受到生成物CO和H2的影响。所以目前对加压条件下焦炭和水蒸气的反应动力学的研究更为重要，这在国内还是个弱项。而更接近气流床条件下的煤气化反应动力学的研究更是少之又少。 2、水煤浆气化的不足之处 一、水煤浆气化氧耗高 比氧耗一般都在400 Nm3/1000Nm3 (CO+H2)以上，为了降低氧耗，应尽量选择灰份低、灰熔点低的煤，成浆性要好，以便可制得高浓度的煤浆，减少气化炉内大量水蒸发而消耗的氧。 二、需热备用炉 气化炉一般能开二个月左右就要单炉停车检修，或出现故障，须有计划的停车，而备用炉必须在1000℃以上才可投料，若临时把冷备用炉升温至1000℃以上，势必影响全系统生产，所以有备用炉应处于热备用状态的要求。而维持热备用炉耗能较大，需煤气150～1500 Nm3/h,空气150～1500 Nm3/h及部分抽引蒸汽、冷却水。 若能通过强化管理，优化操作，确保单炉长周期运转，做到计划停车，检修前将备用炉温升上来，就可不需热备用炉。 三、气化炉耐火材料寿命短 耐火材料中的向火面砖时气化炉能否长期运转、降低生产成本的关键材料之一。目前世界上使用最多的是法国砖、奥地利砖、美国砖。法国砖的特点是在操作温度低的条件下性能比较好，适应操作温度变化大；而奥地利砖、美国砖操作温度高时性能好，但操作温度变化大时易变脆。我国选用了法国砖（沙佛埃耐火材料公司），其寿命为1～1.5年。其中渭河化肥厂开车一年三台气化炉向火面砖全改换过，一炉砖需75万美元，而且换一炉砖周期长，影响生产二个月。 目前，我们国内正研制价廉、耐高温侵蚀，而且使用寿命长的耐火材料。同时我们在安装时要保证筑炉质量，操作上加强管理减少炉温波动，来人为地延长向火面砖的寿命。 四、气化炉炉膛热电偶寿命短 由于气化炉外壳与耐火砖的受热后膨胀系数不同，而发生相互剪切，进而热电偶。每次开停车炉温改变，我们尽量控制好外壳与炉膛温度，来保证热电偶不坏，来指导我们后续工作。如果在热电偶坏时，我们可根据合成气中CH4含量的变化及炉子排出渣的颜色、颗粒的大小及形状来判断炉温，这就要求我们要有过硬的业务水平，积累经验，可看系统其它工艺参数，来控制炉温，维持系统正常生产。 五、工艺烧嘴寿命短
四种煤气化技术及其应用 李琼玖,钟贻烈,廖宗富,漆长席,周述志,赵月兴 (成都益盛环境工程科技公司,四川成都610012) 摘要:介绍了4种煤气化工艺技术,包括壳牌工艺、德士古水煤浆气化工艺、恩德工艺、灰熔聚流化床气化工艺,对其技术特点、工艺流程、主要设备及应用实例进行了详细阐述,并对4种工艺进行了对比。 关键词:煤气化;壳牌工艺;德士古;恩德工艺;灰熔聚工艺;煤气炉 中图分类号:TQ546文献标识码:A文章编号:1003-3467(2008)03-0004-04 Four Coal Gasification Technologi es and Their Applicati on L I Q iong-ji u,ZHONG Y i-lie,LIAO Zong-fu, QI Chang-xi,ZHOU Shu-zhi,ZHAO Yue-xing (Chengdu Y i s heng Envir on m ent Eng i n eering Techo logy C o.Ltd,Chengdu610012,China) Abst ract:Four coal gasificati o n technologies,inc l u d i n g Shell techno logy,Texaco coa l-w ater sl u rry gasif-i cati o n,Enticknap pr ocess,ash agg l o m erati o n fl u i d ized bed gasification technology are intr oduced,and the technical features,technolog ical process,m ai n equipm ent and app lication exa m p le o f the four techno l o g i e s are descri b ed in detai.l K ey w ords:coal gasification;She ll techno logy;Texaco;Enticknap process;ash agglo m erati o n tech-nology;gas stove 1壳牌粉煤气化制取甲醇合成气 1.1壳牌工艺技术的特点 壳牌煤气化过程(SCGP工艺)是在高温加压下进行的,是目前世界上最为先进的第FG代煤气化工艺之一。按进料方式,壳牌煤气化属气流床气化,煤粉、氧气及蒸汽在加压条件下并流进入气化炉内,在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程。一般认为,由于气化炉内温度很高,在有氧存在的条件下,碳、挥发分及部分反应产物(H2、CO等)以发生燃烧反应为主;在氧气消耗殆尽之后发生碳的各种转化反应,过程进入到气化反应阶段,最终形成以CO、H2为主要成分的煤气离开气化炉。 壳牌粉煤气化的技术特点:1干煤粉进料,加压氮气输送,连续性好,气化操作稳定。气化温度高,煤种适应性广,从无烟煤、烟煤、褐煤到石油焦均可气化,对煤的活性几乎没有要求,对煤的灰熔点范围比其它气化工艺更宽。对于高灰分、高水分、含硫量高的煤种同样适应。o气化温度约1400~1700e,碳转化率高达99%以上,产品气体相对洁净,不含重烃,甲烷含量极低,煤气中有效气体(CO+H2)高达90%以上。?氧耗低,与水煤浆气化相比,氧气消耗低,因而与之配套的空分装置投资可减少。?单炉生产能力大,目前已投入运转的单炉气化压力为3MPa,日处理煤量已达2000t。?气化炉采用水冷壁结构,无耐火砖衬里,维护量少,气化炉内无转动部件,运转周期长,无需备炉。?热效率高,煤中约83%的热能转化在合成气中,约15%的热能被回收为高压或中压蒸汽,总的热效率为98%左右。?气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状颗粒,性质稳定,对环境几乎没有影响。气化污水中含氰化合物少,容易处理,必要时可做到零排放,对环境保护十分有利。à壳牌公司专利气化烧嘴可根据需要选择,气化压力2.5~4.0M Pa,设计保证寿命为8000h,荷兰De m ko lec电厂使用的烧嘴在近4年 收稿日期:2007-10-13 作者简介:李琼玖(1930-),男,教授级高级工程师、研究员,长期从事化工设计、建设、生产工程技术工作,主编5合成氨与碳一化学6、5醇醚燃料与化工产品链工程技术6专著,发表论文百余篇,电话:(028)86782889。
程灿灿、崔江、杜鑫、张宏宇、张跃强西安交通大学
一、化工模拟系统简介 (2) 1.模拟系统的类型 (2) 2.模拟系统的组成部分 (2) 二、Aspen plus软件简介 (3) 1.产品特点 (3) 1）产品具有完备的物性数据库 (3) 2）产品线比较长，集成能力很强 (4) 3）包含两种算法 (4) 4）结构完整 (4) 2. 产品功能 (4) 三、煤气化合成氨简介 (5) 1.基本简介 (5) 2.工艺流程 (6) 3.研究现状 (7) 四、Aspen Plus模拟合成氨 (8) 1.设置整体参数 (8) 2.设置组分 (8) 3.定义物性方法 (10) 4.绘制模拟流程图 (11) 5.定义物流 (11) 6.定义各模块 (12) 7.设置收敛条件 (13) 8.设置灵敏度分析 (14) 9.运行模拟 (15) 五、模拟结果的分析 (15) 1煤气化.合成氨综合过程模拟结果 (15) 2.关于合成氨反应器的灵敏度分析 (15) 3.冷凝塔的工况分析 (16) 4.煤气化进气量的分析 (18) 5.最佳工况的总结 (19) 六、本次模拟的总结 (19) 1.取得的成果 (19) 2.本次模拟的局限性 (19)
化工模拟系统(chemical engineering simulation system)又称工艺流程模拟系统，指的是一种计算机辅助工艺设计软件,这种软件接受有关化工流程的输入信息,进行对过程开发、设计或操作有用的系统分析计算。这种软件是20世纪50年代末期随着计算机在化工中的应用而逐步发展起来的。开始只有适用于特定工艺流程（如氨合成、烃类裂解制乙烯等）的专用流程模拟系统，后来逐步发展到适用于各种工艺流程的通用流程模拟系统,到60年代后期化工模拟系统已得到推广应用,成为化工过程的开发和设计以及现有生产操作改进的主要常规手段。 1.模拟系统的类型 化工模拟系统目前主要有四种类型：①稳态流程模拟系统。其基本功能是进行物料和能量衡算，有的还包括设备尺寸计算、成本估算和经济评价等高级功能。②动态流程模拟系统。用于系统的动态特性计算、控制性能的研究和系统开停车操作的模拟，也用于操作人员的培训。③流程的优化系统。用于系统或全流程的决策变量（操作参数）的优化搜索。④分批处理操作的模拟系统。用于模拟间歇过程的时间安排顺序。 2.模拟系统的组成部分 模拟系统的组成部分通用流程模拟系统（以稳态流程模拟为例）一般至少有以下几个组成部分： ①单元操作和反应过程模块如精馏、换热、闪急蒸馏、蒸馏、流体输送等以及各种反应模块。调用这些基本单元操作模块，在计算机中可以搭成各种各样模拟流程，来描述实际工艺流程。 ②物性估算系统包含基础物性数据库和估算关联模型。前者存贮各种化合物的基本物性数据，如分子量、密度、临界压力、临界温度、标准沸点、偏心因子等，以便计算时调用；后者是为计算各种物质（纯物质和混合物）在给定条件下的各种物性所需的估算方程式。例如状态方程、计算液相活度系数的关联式、计算热焓和自由能的关联式等，物性估算系统用以为单元操作模块计算提供所需要的各种物性数据。 ③数学方法程序主要有两大类数学程序：一类是系统分解方法，能够使大系统自动分隔和断裂，并排出单元模块的计算顺序；另一类是加速迭代计算收敛和其他通用的数学方法。 ④执行系统具有输入语言自动翻译、模拟程序装配和结果打印等功能。 模拟系统的用途化工模拟系统是化工系统工程发展产生的实用性成果，目前在下列各领域已得到广泛应用:①规划工作阶段。对于工艺过程进行可行性分析,对多种方案进行经济评价。②科学研究阶段。进行概念设计可以弄清研究的重点，也可以与实验同时开展数学模
工艺过程 由空分生产出的氧气（4.9MPaG、25℃）进入氧气预热器E-1709，被中压汽包循环水加热到180℃。（主要是避免低温氧气在氧气/蒸汽混合器中混合时使蒸汽冷凝）。预热后的氧气进入氧气/蒸汽混合器X-1721。 过热蒸汽（4.9MPaG、350℃）先通过蒸汽过滤器S-1703以确保没有铁锈颗粒（＞10μm）进入不锈钢的氧气管路中，然后按蒸汽与氧的比例控制（通常对应于每种煤是固定的比例，一般取H2O/O2：0.03～0.1，根据具体项目和煤种变化）送入氧气/蒸汽混合器进行混合，混合气（4.1MPaG、197℃）去粉煤烧嘴A-1701。 从粉煤给料罐下部三个料斗送出来的粉煤（4.7 MPaG、80℃）进入粉煤加料器X-1701A/B/C，由调节阀17FV-1101/1201/1301控制粉煤质量流量，该阀主要由氧/煤比例控制（根据煤质调整氧煤比），并参照合成气中的二氧化碳（一般为1.0～4.0V%，干基）或者甲烷的含量进行调节。由调节阀17FV-1102/1202/1302控制加入粉煤加料器的二氧化碳（开车时为氮气）（5.1 MPaG、80℃）的流量来调节粉煤悬浮速度。然后悬浮粉煤（4.1 MPaG、80℃）去粉煤烧嘴。 在开车和停车时，悬浮粉煤可通过三通阀17XV-1108/1208/1308循环至低压的粉煤贮罐V-1601。 粉煤和氧气/蒸汽混合气经粉煤烧嘴喷入气化炉F-1701中混合，进行部分氧化反应，反应在4.0 MPaG、1400～1700℃下进行，反应生成合成气，其主要成分为CO、H2、CO2、H2O以及少量的H2S、COS、N2、Ar、CH4等。未反应的呈熔融状态的灰渣与粗合成气一起进入均布激冷水的激冷环，合成气被激冷水冷却并饱和后，向上穿过水分离器进行汽水分离，分离后的合成气由激冷室上部的合成气出口管线导出去文丘里进一步洗涤；而灰渣被水激冷后沿下降管进入激冷室的水浴中冷却。熔融状态的灰渣经过冷却固化，落入激冷室底部，经破渣机H-1701破碎除去大块渣后排入渣锁斗V-1703。 激冷水进入下降管顶部的激冷环之后，一部分喷入高温气体，一部分均匀分布在下降管壁面向下流进激冷室，激冷室中的激冷水含有少量固体，在液位控制下连续排出送到黑水处理系统的高压闪蒸罐回收热量，并对水循环系统的固含量进行控制。
德士古煤气化过程的计算与分析 通过物料衡算，得到煤气化合成气的组成函数，从物料角度，氧气投入量越少越好炉中氧气的最少需要量，这也是理论最少量，同时还给出了气化炉能量平衡对氧气投入和工艺的一些建议。 德士古；煤气化；热力学；最少氧气量；水煤浆浓度 煤气化过程非常复杂，生产中常常根据经验对生成状况进行调整，特别是两个重要参数，缺乏理论数据的支持。本文力图经过一些必要的简化，从理论上给出德士古炉的产品与果对实际操作具有很强的指导意义。 气化炉内煤的燃烧模型，对各物料状态特别是煤的组成和状态作下列简化。这些简化使大，这些简化之后通过计算所得的结论依然有指导意义。 看作是碳、氢、氧三元素以及其他元素组成的混合物，其他元素都看作是惰性元素。以素取平均值，组成如表1。 表1 原料煤的组成 按6％计，因灰分中含氧比例高，而含碳氢元素少，煤渣按11％计算，这样1吨煤实际
表2 原料煤实际参与气化反应的元素组成 体做必要的简化。虽然煤浆气化为合成气的时间只有数秒，但气化炉内温度高达1400℃a左右）情况下，所考察的5种气体，CO、CO2、H2、O2、H2O均看作理想气体。 个气化炉处于还原性气氛（主要气体为H2和CO，这两种气体均为还原性气体），可以 炉内的水分为两部分，一部分是水煤浆中所含的水，另一部分是激冷水。水煤浆中的水0℃，所以认为这部分水是完全参与气化反应的；而激冷水温度只有200℃左右，在无催几乎不能进行，所以认为这部分水是不参与气化反应的。 ＋H2O = H2+CO2这一反应在1400℃、4MPa的平衡进行计算，原始物性数据均摘自 https://www.doczj.com/doc/c214047063.html,/chemistry/. 实际上，气化炉内并未达到平衡，根据多次的经验和根据我公司推算，平衡值取0.5比较合适，即： （1） 原料干煤1 t，配得水煤浆中含水a t，相应耗氧b m3，气化反应后产生二氧化碳x1 蒸汽x4 m3，由上面的假设可以列出下列平衡方程式： 衡 4＝（x x3）×1000÷22.4×12（2） 1＋ 衡
煤气化理论 气化过程是煤的一个热化学加工过程。它是以煤为原料，以氧气（空气、富氧或工业纯氧）、水蒸汽或氢气等作气化剂（或称气化介质），在高温条件下通过化学反应将煤中的可燃部分转化为可燃性气体的工艺过程。气化所得的可燃气体称为煤气，进行气化的设备称为气化炉。煤气的成分取决于燃料、气化剂的种类以及进行气化过程的条件。 碳与氧之间的化学反应 ? C + O2= CO2 ?2C + O2= 2CO ? C + CO2= 2CO ?2CO + O2 = 2CO2 在一定温度下，碳与水蒸气发生的化学反应 ? C + H2O = CO + H2 ? C + 2H2O = CO2 + 2H2 这是制造水煤气的主要反应，也称为水蒸汽分解反应，两反应均为吸热反应。反应生成的CO可进一步和水蒸汽发生如下反应CO + H2O = CO2 + H2 煤气中的甲烷，一部分来自煤中挥发物的热分解，另一部分则是气化炉内的碳与煤气中的氢反应以及气体产物之间的反应的结果。 ? C + 2H2= CH4 ? CO + 3H2= CH4 + H2O ? 2CO + 2H2 = CH4 + CO2
? CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O 上述生成甲烷的反应，均为放热反应。 煤中其他元素与气化剂的反应 煤中还含有少量元素氮（N）和硫（S）。他们与气化剂O2、H2O、H2以及反应中生成的气态反应物之间可能进行的反应如下 ?S + O2 = SO2 ?SO2 + H2 = H2S + 2H2O ?2H2S + SO2 = 3S + 2H2O ? C + 2S = CS2 ?CO + S = COS ?N2 + 3H2=2NH3 ?N2 + H2O + 2CO = 2HCN + 1.5O2 ?N2 + XO2 = 2NOx 煤气化分类 煤气化方法的分类多种多样： 按操作压力：常压和加压气化两类； 按操作过程的连续性：间歇操作和连续操作两类； 按排渣方式：熔融排渣和固态排渣两类；
煤气化技术 国外气化炉发展现状 1、GE-德士古（Texaco）气化炉 Texaco气化炉是最成熟的第二代喷流床气化炉，它是由美国德士古石油公司下属的德士古开发公司（Texaco Development Corporation）研发的。第一套日处理15吨煤的中试装置于1948年在美国洛杉矶建成，并于1958年在美国摩根城建立了日处理100吨煤的原型装置，以东部煤为原料，操作压力为2.8MPa，合成气用于生产氨。但由于缺乏竞争力，被迫停止运行。石油危机之后，Texaco 气化炉得到了快速发展，尤其是美国15t/d和德国150t/d的实验装置做了大量的试验，解决了水煤浆制造、高温气体热回收、燃料喷嘴及煤种适应性的系列难题。并且于1983年和1984年分别成功应用于Eastman化工厂和Cool Water IGCC示范电站。目前，Texaco气化炉是国际上最成熟、商业化装置最多的第二代气化炉。美国的伊斯曼2台，日本宇部4台及德国SAR的1台都在运行。除此之外尚有美国Tampa电站一台2400t/d煤的气化炉示范装置。2004年5月，GE能源公司收购了Texaco气化炉业务。 自从上世纪80年代初，Texaco气化炉开始大规模应用，最初主要应用于化工领域，特别是用于F-T合成和生产化工产品。进入上世纪90年代之后，更多的应用于电力生产行业。这主要是因为20世纪90年代以来，IGCC和以IGCC 为核心的多联产系统的迅速发展。在Texaco气化炉被GE能源收购之后，这一趋势会更加明显。 Texaco气化炉进入我国比较早，从20世纪80年代就开始陆续在我国化工行业应用，且有较多业绩。自1993、1996年鲁南化肥厂、陕西渭河化肥厂Texaco 水煤浆气化工业装置分别投运以来，Texaco气化炉在我国陆续投产。Texaco气化炉在我国的国产化进程发展也较快，华东理工大学在开发“多喷嘴对置式水煤浆气化炉”方面，就借鉴了Texaco的运行经验。据我们的统计，截止2006年底，中国共有28台Texaco气化炉建成投运；另外有12台在建，预计2010年之前投运。这些气化炉除了早期有17台以石油焦为气化原料以外，其他气化炉，包括在建的12台都是以煤炭为原料。目前这些气化炉主要用于化工品的生产，尤其
煤气化工艺分类 化工001 煤在气化炉中，高温条件下与气化剂反应，使固体燃料转化成气体燃料，只剩下含灰的残渣。通常气化剂用水蒸气、氧（空气）和二氧化碳。粗煤气中的产物是二氧化碳、氢气和甲烷，伴生气体是二氧化碳，水蒸气等，此外，还有硫化物，烃类产物和其它微量成分。各种煤气组成取决于煤的种类、气化工艺、气化剂的组成，影响气化反应的热力学和动力学条件。气化方法的分类有多种方法，如下： 一、按制取煤气的热值分类 以下按制取煤气在标准状态下的热值把煤气化工艺分成3类 1、制取低热值煤气方法，煤气热值低于8347kj/m3 （2000kcal/m3）； 2、制取中热值煤气方法，煤气热值16747~33494kj/m3（4000~8000kcal/m3）； 3、制取高热值煤气方法，煤气热值高于33494kj/m3 （8000kcal/m3）。 二、按供热方式分类 煤气化过程的整个热平衡表明，总的反应是吸热的，因此必须供给热量。各种过程需要的热量各不相同，这主要由过程的设计和煤的性质决定的，一般需要消耗气化用煤发热量的15%~35%，顺流式气化取上限，逆流式气化取下限，其供热方式有几种途径1、自热式气化法
这是一种直接的供热方式，亦称部分气化方法，即气化过程中没有外界供热，煤与水蒸气气化反应所需要的热量，通过另一部分煤与气化剂中的氧气进行燃烧放热所提供。这是目前各种工业气化炉中最常使用的供热方式。含氧气体可以是工业氧气或富氧空气，也可以是空气。气化过程可以是间歇蓄热或连续自热气化。 2、间接供热气化法 该法使煤仅与水蒸气进行气化反应，从气化炉外部通过管壁供给热量。因而这类过程亦称为外热式（或配热式）煤的水蒸气化。此类技术，多是采用流化床和气化床气化手段。外热可采用电加热或核反应热。 3、煤的水蒸气气化和加氢气化相结合 煤与氢气在800~1800摄氏度范围内和加压下反应生成甲烷的反应是放热反应。可利用该反应直接供热，进行煤的水蒸气气化。该过程的原理在于煤首先加氢气化，加氢气化后的残焦再与水蒸气进行反应，产生的合成气为加氢阶段提供氢源。 4、热载体供热 在一个单独的反应器内，用煤或焦炭和空气燃烧加热热载体供热，热载体可以是固体（如石灰石），液体熔盐或熔渣。 三、按汽化剂分类 1、空气-蒸汽气化 以空气（或富氧空气）-蒸汽作为气化及。其中又有空气-蒸汽内部蓄热的间歇制气和富氧空气-蒸汽自热式的连续制气方法两种。一般以空气为气化剂制得的煤气称空气煤气，主要成分为大量氮气、二氧化碳
Shell煤气化 Shell煤气化技术从20世纪70年代开始研究，在进行了多次小试、中试、示范化装臵建设基础上于1989年在荷兰德姆克勒联合循环发电厂建造了2. 5 ×105kW 工业化装臵，该装臵于1993年投入运行。 该技术属于气流床技术，工艺流程主要包括原料煤的预处理、煤的加压和投料、煤的气化、除灰、煤气净化、脱硫以及配套的水处理、空分、氮气系统等。装臵的造气压力为2. 0～4. 0 MPa，操作温度1400～1 600℃，采用液态排渣技术，渣中含碳量<1%，干煤粉进料，碳转化率达99% ，煤气中有效气含量约90% ，有效气比氧耗约340 m3 /1 000 m3(CO+H2 ) ，比煤耗约590 kg/1000 m3 (CO +H2 )。 对于Shell的煤气化技术，目前除国外的1套工业化装臵以外，国内从2001年起已有广西柳州化肥厂、中石化湖南洞庭氮肥厂、中国神华煤制油有限公司、中石化湖北枝江化肥厂、中石化安徽安庆化工总厂、大连大化公司合成氨厂、云南云天化集团、云南云沾化集团等多家单位引进了12 套13台Shell炉工艺，生产能力从20～50万t/ a不等，基本都应用于合成氨和甲醇装臵。涉及到专利技术转让、设备国产化率低、关键设备需进口等因素，使该技术成为目前国内投资最高的煤气化装臵，20万t/ a合成氨装臵配套的煤气化系统，投资约3. 5亿～4亿元，其中空分系统投资约1亿元。 Shell煤气化技术的技术优势与不足体现在以下几个方面：(1) 煤种适应性较广，对原料煤几乎没有要求，从无烟煤、烟煤、褐煤到石油焦均可气化，对煤的灰熔融性适应范围宽，即使是高灰分、高水分、高含硫量的煤种也可适应。这是其他煤气化技术难以比拟的。然而该技术对于灰熔点较高的煤种需加入助熔剂(石灰)以降低煤的熔点，因此从经济运行角度考虑，煤种还是要有所选择。(2) 采用加压气化，氧耗低，单炉生产能力大，适合大型化生产，目前单台设备投煤量可达到2 000 t/d，相应合成氨生产能力可达到1 500 ～1 600 t/d。(3) 由于采用了水冷壁结构，无需耐火砖衬里，同时气化炉内无运转部件，配套气化炉烧嘴使用寿命长，一般可达1年以上，使该设备连续运转周期长，无需备炉，这也是与其他煤气化技术的一个较大不同点。由于国内同类型装臵的开车时间较短，这一优势还需要通过实际运行情况来验证。(4) Shell气化炉使用多个喷嘴，数量一般为4～6个，采用成双对称布臵，从而使装臵的操作弹性较大。(5) 高温制气使气
2煤气化技术及其发展现状 作为一个煤炭生产和消费大国，煤化工产业是国民经济发展的重要支柱，因此发 展煤的高效洁净转化技术至关重要。在众多的煤炭利用技术中，煤气化是煤炭能源转 化的基础技术，也是煤化工发展中最重要、最关键的工艺过程之一[f}l。煤气化技术是发展煤基化学品(氨、甲醇、乙酸、烯烃等)、煤基液体燃料(甲醚、汽油、柴油等)、IGCC 发电、多联产系统、制氢、燃料电池及直接还原铁等工艺过程的共性、关键和龙头技 术，国内大量在建、拟建的甲醇项目，合成氨、尿素项目，煤制油项目，煤制天然气 项目等都展现了对煤气化技术的强劲需求[fgl 煤气化工艺可按压力、气化剂、气化过程和供热方式等分类，通常按固体燃料的 运动状态及与气化剂的接触方式可分为固定床、流化床和气流床气化三种。固定床气 化，煤料由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部进入，煤料与气化剂逆流接触，与 气化剂的上升速度相比煤料的下降速度很慢，因此称之为固定床气化;流化床气化煤 料粒度为。}-10 mm，在气化炉内悬浮分散于垂直上升的气流中以沸腾状态进行气化反应;气流床气化是一种并流气化，煤料粒度小于100 }m随气流或制成水煤浆喷入气化 炉，煤料在较高温度下与气化剂进行快速气化反应。目前国内外以煤为原料生产化工 产品的工厂中，采用的煤气化工艺包括常压固定床间歇气化、鲁奇碎煤加压气化、粉 煤流化床气化、粉煤气流床气化和水煤浆气化等，各种气化方法均有其各自的优缺点， 对原料煤的品质均有一定的要求，其工艺的先进性、技术成熟程度互有差异，所以煤 气化技术的选择至关重要[[9]。加压气流床工艺代表着煤气化技术的发展趋势，国外以Texaco水煤浆气化技术，Shell气化技术及GSP技术为代表，国内有多喷嘴对置式水煤 浆气化技术和两段式气化炉和航天炉。 大型煤气化技术是煤炭清洁高效转化的核心技术【ion，经济、稳定的煤气化技术对 煤化工项目的成败至关重要。目前，我国每年的煤炭消费量超过20亿吨，但只有很少 的一部分(少于5%)用于气化，大部分煤炭用于燃烧和炼焦，带来了严重的环境问题， 增加气化用煤的比例不仅是化学及其相关工业的要求，也是解决环境问题的重要途径， 从气化技术的发展趋势看，大规模的煤气化技术是主要发展趋势【川。 煤的气流床气化技术因其技术先进、气化指标优良、节能高效、环境友好，被作 为“三高”煤气化的首选技术。气流床气化炉主要特点是高温气化、液态排渣、碳转化率较高。气流床气化技术有很多优势，最突出的特点是利用煤种比较广泛、单位反 应器体积处理煤量高、炉体构造设计简单以及接近100%的碳转化率[[ 12]。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。现在国外新开发的气化炉都采用加压气 化的工艺，其优点是:提高气化强度、增加单炉产量、节约压缩能耗、减少带出物损 失。气流床加压气化由于采用了高温、高压、纯氧、减小煤粒度等措施，因而达到加 快气一固两相表观动力学反应速度进而强化气化生产、显著改善气化技术经济指标的 目的。 气流床气化工艺通常采用很细的煤粉($s%以上<0.1 mm)或水煤浆(其中大部分 煤的粒度也要<0.1 mm)与气化剂(一般采用纯氧)在很高的温度下，进行瞬间的火炬 式燃烧、还原反应，生成以CO+H:为主体的合成气，合成气中甲烷含量很少，无烃类 物质，合成气净化较简单[[13] 水煤浆气化对煤质的要求较高，灰分含量要低、灰熔点不能太高、成浆性要好，Texaco水煤浆气化不宜选用灰熔点高于1300 0C、灰分大于20%的煤种[[ 14]。水煤浆气 化技术比干粉煤气化技术在氧气消耗和原料煤的消耗方面能耗要高【‘5]，源于煤浆中含 有约35%的水，这部分水在气化过程中也要被汽化，温度升到1350w 14000C经过煤
Shell炉煤气化工艺介绍 目录 1.概述 1.1.发展历史 1.2. Shell炉煤气化工艺主要特点 2.工艺流程 2.1. Shell炉气化工艺流程简图 2.2.Shell炉气化工艺流程简述 3.气化原理 3.1粉煤的干燥及裂解与挥发物的燃烧气化 3.2.固体颗粒与气化剂(氧气、水蒸气)间的反应3.3.生成的气体与固体颗粒间的反应 3.4.反应生成气体彼此间进行的反应 4.操作条件下对粉煤气化性能的影响 4.1气化压力对粉煤气化性能的影响 4.2氧煤比对粉煤气化性能的影响 4.3蒸汽煤比对粉煤气化性能的影响 4.4.影响加压粉煤气化操作的主要因素 4.5煤组分变化的影响 4.6 除煤以外进料“质量”变化的影响 5.工艺指标 6.Shell炉气化工艺消耗定额及投资估算 7. 环境评价
1.概述 1.1.发展历史 Shell煤气化工艺(Shell Coal Gasfication Process)简称SCGP，是由荷兰Shell国际石油公司(Shell International Oil Products B. V.)开发的一种加压气流床粉煤气化技术。Shell煤气化工艺的发展主要经历了如下几个阶段。 (l)概念阶段20世纪70年代初期的石油危机引发了Shell公司对煤气化的兴趣，1972年Shell公司决定开发煤气化工艺时，对所开发的工艺制定了如下标准: ①对煤种有广泛的适应性，基本可气化世界上任何煤种; ②环保问题少，有利于环境保护; ③高温气化，防止焦油和酚等有机副产品的生成，并促进碳的转化; ④气化装置工艺及设备具有高度的安全性和可靠性; ⑤气化效率高，单炉生产能力大。 根据上述原则，通过固定床、流化床和气流床三种不同连续气化工艺的对比，对今后煤气化工艺的开发形成了如下基本概念: ①采用加压气化，设备结构紧凑，气化强度大; ②选用气流床气化工艺，生产能力大，气化炉结构简单; ③采用纯氧气化，气化温度高，气化效率高，合成气中有效气CO十H2含量高; ④熔渣气化、冷壁式气化炉，熔渣可以保护炉壁，并确保产生的废渣无害， ⑤对原料煤的粒度无特殊要求，干煤粉进料，有利于碳的转化。 (2)小试试验1976年Shell在荷兰阿姆斯特丹建成了规模为6t/d煤的小试装置，该装置的主要任务是进行煤种试验，验证Shell煤气化理论，为工艺模型的开发提供基础数据，并进行材料试验和煤气净化方法试验，收集基本的环保数据。在其主要试验期间(1978-1983年)，先后对21个煤种进行了气化试验。目前该装置仍可根据需要进行特定煤种评价及试验。(3)中试装置在小试试验的基础上，于1978年Shell在原联邦德国的汉堡一哈尔堡(Ham- burg-Harburg)壳牌炼油厂内建设了一套日处理150t煤中试装置。其主要任务是进行不同煤种的气化试验，与小试试验结果关联并验证煤气化数据和工艺模型，进行相关的设备试验，确定煤气化的关键设备(如:气化炉、煤气冷却器、烧嘴、加料及排渣设备及阀门等)的设计原则，为工业化装置的设计提供数据，同时为生产装置积累操作经验、开发安全操作程序。中试装置累计进行了6000h(包括1000h的连续运转)的气化试验，于1983年结束运转。 (4)工业示范装置在汉堡中试的基础上，对气化和煤气冷却系统的设计进行了大幅度的改进，并在美国休斯顿郊区壳牌的Deer Park总厂建设了一套命名为SCGP-1的粉煤气化工业示范装置，该装置于1983年开始设计，1986年开始运转，气化规模为250 - 400t/d煤，气化压力2^-4MPa，约日产32. 5 X 104 m”中热值煤气和16t/h蒸汽。SCGP-1示范装置的主要任务是验证Shell煤气化工艺技术，包括工艺特性及设备可靠性，进一步开发商业化生产的操作技能和经验。SC(aP-1气化装置的示范试验装置累计运行15000h，最长连续运行1500h，气化了大约18种煤(其中包括褐煤和石油焦)，获得了比期望值更好的工艺效果。该示范装置于1991年关闭。 (5)工业化应用1993年采用Shell煤气化工艺的第一套大型工业化生产装置在荷兰布根伦 (Buggenum)市的Demkolec建成，用于整体煤气化燃气一蒸汽联合循环发电，发电量为250MWo设计采用单台气化炉和单台废热锅炉，气化规模为2000t/d煤。煤电转化总(净)
煤气化过程的主要化学反应方程式 摘要：列举了煤气化过程中主要的化学反应方程式，分析了其反应机理，及影响其平衡浓度及反应速度的因素，讨论了改变反应速度的可能性。 关键词：气化过程方程式平衡浓度反应速度 The main chemical reaction equations in Coal gasification process Shi Xiaobing （Shanxi jincheng anthracite coal mining group company 048006） Abstract The: main chemical reaction equations in coal gasification process are presented in this article, whose mechanisms, equilibrium concentration and reaction speed are all analysesed in detail.Besides, the possibility of improving speed of reactions is also discussed. Keywords :gasification process chemical reaction equations equilibrium concentration reaction speed 一.前言 煤气化技术在生产城市煤气、提高动力工业的发电效率和在化学工业中替代部分天然气和石油产品等方面，受到广泛的重视。中国煤的蕴藏十分丰富，发展煤气化技术对提高城市煤气普及率、发展相应有关工业等方面将起到重要作用。 了解和研究煤气化过程中主要化学反应的机理、速率、平衡组成及影响因素，对于提高煤气中有效组分、气化效率具有重要的理论和实践意义。 二.气化过程主要反应的分析 气化炉中的气化反应是一个十分复杂的体系，由于煤炭的“分子”是碳、氢、氧和其它元素的复杂结构，因而讨论气化反应时先做出如下假定： （1）仅考虑煤炭中的主要元素碳，用C*表示，称为聚集或者固体的碳，或叫做含碳物质。 （2）气化反应发生时，已经完成了煤的干馏或者热解过程。也就是说，气化过程主要是指煤中的碳与氧、水蒸汽、二氧化碳以及氢的反应，上述反应均为非均相反应，此外煤的气化过程还包括均相反应，即气态反应产物之间相互反应或与气化剂的反应，本文主要介绍前者。
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