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流化床煤气化工艺技术0流化床煤气化概述所谓“流态化”是一种使固体微粒通过与气体或液体接触而转变成类似流体状态的操作。
当流体以低速向上通过微细颗粒组成的床层时，工艺条件和气化指标( 1 ）工艺条件①原料。
褐煤是流化床最好的原料，但褐煤的水分含量很高，一般在12 ％以上，蒸发这部分水分需要较多的热量（即增加了氧气的消耗量），水分过大，也会造成粉碎和运输困难，所以水分含量太大时，需增设干燥[wiki]设备[/wiki]。
煤的粒度及其分布对流化床的影响很大，当粒度范围太宽，大粒度煤较多时，大量的大粒度煤难以流化，覆盖在炉算上，氧化反应剧烈可能引起炉算处结渣。
如果粒度太小，易被气流带出，气化不彻底。
一般要求粒度大于10mm 的颗粒不得高于总量的5 % ，小于lmm 的颗粒小于总量的10 % - 15 ％。
由于流化床气化时床层温度较低，碳的浓度较低，故不太适宜气化低活性、低灰熔点的煤种。
②气化炉的操作温度。
高炉温对气化是有利的，可以提高气化强度和煤气质量，但炉温是受原料的活性和灰熔点的限制的，一般在900 ℃左右。
影响气化炉温度的因素大致有汽氧比、煤的活性、水分含量、煤的加人量等。
其中又以汽氧比最为重要。
③二次气化剂的用量。
使用二次气化剂的目的是为了提高煤的气化效率和煤气质量。
被煤气带出的粉煤和未分解的碳[wiki]氢[/wiki]化合物，可以在二次气化剂吹人区的高温[wiki]环境[/wiki]中进一步反应，从而使煤气中的一氧化碳含量增加、甲烷量减少。
( 2 ）气化指标褐煤的温克勒气化指标如表4 一10 所示。
由以上的叙述可知，温克勒气[wiki]化工[/wiki]艺单炉的生产能力较大。
由于气化的是细颗粒的粉煤，因而可以充分利用[wiki]机械[/wiki]化采煤得到的细粒度煤。
由于煤的干馏和气化是在相同温度下进行的，相对于移动床的干馏区来讲，其干馏温度高得多，所以煤气中几乎不含有焦油，酚和甲烷的含量也很少，排放的洗涤水对环境的污染较小。
气相色谱法监测超临界水褐煤气化气体产物夏凤高【摘要】超临界水褐煤气化可以利用褐煤高含水率的特点,实现对褐煤的高效气化.本文拟用气相色谱法对该过程产生的气体产物进行监测分析,得到各种气体的产量和含量,讨论气体产物是否会对环境产生污染.结果表明,超临界水褐煤气化的主要气体产物是H2、CH4、CO、CO2四种,该技术能够实现褐煤的高效气化.H2、CH4、CO都是能源气体,其燃烧产物清洁,CO2是很好的工业气体用品,超临界水褐煤气化产生的气体不会对环境产生污染.【期刊名称】《环境科学导刊》【年(卷),期】2017(036)006【总页数】4页(P93-96)【关键词】气相色谱;监测;超临界水;褐煤气化;气体产物【作者】夏凤高【作者单位】昭通市环境监测站,云南昭通657000;昆明理工大学环境科学与工程学院,云南昆明650093【正文语种】中文【中图分类】X83中国具有丰富的煤炭资源，其煤炭储量位居世界第三位，其中已经探明的褐煤储量达到1280亿t，占煤炭总储量约1/8，是重要的煤炭资源之一。
内蒙、东北三省和云南等省区为我国褐煤资源的主要集中区。
其中，云南昭通煤田的褐煤地质储量达80亿t以上，精查储量就占40%多[1]。
然而褐煤属于低阶煤种，直接燃烧时容易对环境产生煤烟型污染，产生的SO2造成酸雨污染。
如何高效、合理、洁净、有效地利用我国的褐煤资源，对保持国民经济的快速、持续、健康发展具有重大现实意义。
麻省理工学院(MIT) 的Modell M在20世纪70年代中，提出超临界水气化(Supercritical water gasification，SWG)的新型气化技术[2]。
在各类煤中褐煤的水分是最高的，全水分一般在10%～40%，年轻的褐煤水分可达到50%～60%，甚至更高[1]。
而超临界水褐煤气化正好可以利用褐煤高含水率的特点，实现对褐煤的高效气化。
本文拟用气相色谱法对该过程产生的气体产物进行监测分析，得到各种气体的产量和含量，讨论气体产物是否会对环境产生污染。
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褐煤气化技术研究一、引言大力发展煤化工是我国未来能源发展的主要趋势，煤化工涉及煤的焦化、气化、液化以及煤化工制品等多个领域，随着科技进步和技术的不断成熟，煤的洁净化、高效燃烧、联合循环发电、干熄焦、炼焦过程自动化、煤炭气化以及环保洁净能源为主的煤化工能源技术越来越得到广泛的重视和应用。
与其它国家相比，我国的烟煤、无烟煤等优质煤炭资源储量比较丰富，但作为不可再生能源，已被充分利用，走向枯竭是必然趋势。
而褐煤是一种煤化程度仅高于泥炭的煤炭资源，据不完全统计，中国褐煤储量达2118亿t，探明储藏量达1280亿t。
对烟煤、无烟煤进行保护性开采利用，发展褐煤气化技术、拓展褐煤开发利用空间是当前我国节能技术政策优先发展的方向之一。
在我国，褐煤主要集中在内蒙古东部、黑龙江、吉林、辽宁和云贵高原等地区，其中内蒙古褐煤储量近2000亿t，云南昭通褐煤储量约81.58亿t。
褐煤占中国煤炭储量的1/8，在中国煤炭资源中占有重要地位。
国内外对褐煤利用技术的研究比较广泛和深入，涉及到褐煤初加工、褐煤燃烧、褐煤液化、褐煤热解与炼焦、褐煤非燃料利用、褐煤共伴生资源及其加工利用等方面的内容。
随着各国政府对能源和生态环境的日益重视，合理、有效、洁净地利用褐煤是褐煤利用技术的发展方向。
目前世界能源供求发生变化，人们希望从廉价的褐煤中取得洁净能源以保护环境。
在这种情况下，褐煤气化有着较广阔的发展前景。
针对水资源相对短缺的地区，如内蒙古自治区的锡林郭勒，不能满足大规模建设煤化工项目的用水。
而褐煤气化是一种最洁净的煤炭利用技术，能够避免煤直接燃烧的污染。
因此，引进褐煤地上地下气化新技术（示范项目），待试验成功后大规模推广可大大提升煤炭的清洁高效综合利用，实现“高碳能源、低碳发展”的目标，对于充分利用褐煤资源有着重要而深远的意义。
目前应用的煤气化技术有三种，即美国比克比地上闪蒸气化技术和英伦金桥、中节能地下气化技术。
试验项目有四项，分别是苏尼特碱业褐煤半焦油清洁利用（采用比克比技术）中试项目、锡市广厦比克比地上气化项目、英伦金桥地下气化项目和中节能地下气化项目。
第27卷第3期昆明理工大学学报Vol.27No.3 2002年6月Journal of Kunming University of Science and Technology Jun.2002云南昭通褐煤流态化气化试验工艺研究¹喻依兆1,何屏2(1.昆明理工大学材料与冶金工程学院,云南昆明650093; 2.昆明理工大学电力工程学院,云南昆明650051)摘要:简要概括了流态化气化的突出优点与缺点,介绍了目前几种较有代表性的流态化气化工艺特点,着重介绍了云南昭通褐煤流态化气化试验工艺工作流程,该工艺在热组织、裂解、半焦高温气化反应空间上与传统流态化气化工艺有较大区别.关键词:褐煤;流态化;气化中图分类号:TQ546文献标识码:A文章编号:1007-855X(2002)03-120-030引言云南昭通褐煤探明储量达80多亿吨.该煤种煤化程度低,化学活性好,挥发分含量高(干燥无灰基挥发分接近60%),是热解、气化的理想原料.随着采煤机械化程度的提高,粉煤产量比例增大.由于传统的煤气化一段发生炉和两段炉不能利用粉煤资源,又因流化床的一些优点,因此流化床气化方法越来越受到业界的重视.昭通褐煤气化便采用流态化的方法.1流态化气化的特点自1926年德国采用流态化技术的第一台流化床气化炉)))温克勒炉(Winkler)诞生以来,人们对流态化气化方法的研究就一直没有停止过.由于流化床及床内粉煤粒度的特性决定了流态化气化方法具有其它气化方法所不具备的优点:(1)在流化床的浓相区内,气固两相剧烈扰动和返混,因而传热、传质效率非常高,故使床层温度趋于均匀,不会造成局部过热,有利于反应温度的控制;(2)高的传热传质效率使粉煤于床内在很短时间便完成干燥、升温、反应的整个过程,这有利于提高装置的生产效率,扩大生产规模;(3)可以使用因机械化生产而产生的粉煤,从而充分利用粉煤资源.又由于流态化气化方法有较好的煤种适应性,便可以气化灰分高、机械强度低的褐煤;(4)床内煤粒可以像液体一样自由流动,这使得工业生产能连续进行,实现操作的连续化、自动化、提高生产效率.然而,流态化气化方法也存在一些不足之处:(1)由于整个床层温度均匀,出炉煤气温度接近床层温度,因而带出的显热损失较大.为提高热效率,需在高温煤气段布置余热锅炉受热面回收显热;(2)粉煤中的细粉会因流化速度超过其带出速度而被夹带出炉,增大带出物损失.为降低带出物损失,则应布置旋风分离器以分离粗煤气中夹带的煤颗粒,并返送回床内再气化;(3)在流化操作中,设备磨损较大,尤其是高温煤气、烟气段受热面,更应考虑磨损问题.这些缺点在一定程度上阻碍了流化床的应用与发展,但通过选择适当的流型、适当的反应器结构、适当的操作方式等手段,可以最大限度地利用流化床的突出优点.¹收稿日期:2001-07-05;基金项目:云南省省院省校科技合作项目(98YQ019);第一作者简介:喻依兆,男,1971年生,在读硕士.主要研究方向:褐煤资源的流态化气化工艺的试验研究.2 传统流态化气化工艺特点较有代表性的流态化气化炉有温克勒炉,高温温克勒炉(H TW),U -gas 法气化炉,KRW 法气化炉等.温克勒炉为早期流态化气化炉的代表,其典型特征是采用炉栅,其作用一方面可使气化剂、流化介质分布均匀,保证流化质量;另一方面要有利于灰渣顺利排出.与发生炉两段炉相比其优点突出:可气化不同的煤种,高灰分粉煤;单炉生产能力大;负荷适应性、伸缩性好,容易启、停车等.但其缺点亦很突出:容积效率低,相当于K-T 炉的三分之一,鲁奇炉的二十分之一;显热损失大,带出物损失大等;因炉删和刮灰装置的设置会发生在气化部分煤种时结焦.因此近十余年来已不再新建该型气化炉.第二代流态化气化炉在第一代基础上对操作压力、温度及排灰方式等方面作了很大的改进.高温温克勒炉(HT W)取消了炉栅、刮灰装置,避免了炉上结渣;气化剂改为沿切向吹入炉内,改善了布风、流化质量;采用旋风分离装置,减小带出物损失;提高了操作压力、温度.因此该炉在操作稳定性、运行连续性、气化强度、效率和碳转化率等方面较第一代炉相比有较大提高.该型炉也是目前唯一达工业规模的第二代流态化气化炉.U -gas 法气化炉除了流态化气化工艺一般特点外,其最突出之处在于采用了灰熔聚技术排渣.即在炉底设计了灰熔聚装置,形成床内局部高温区,使灰粒在该区软化粘结,熔聚变大,直到不能被上升气流所支持而与煤粉分离,顺利排出炉外.而含碳高的灰渣软化温度高,密度小,因而仍留在床内.因此该法与HT W 炉相比灰渣含碳量更低,可降至6%左右;飞灰经旋风分离器后进炉内氧化区再进行气化,从而得到较高的碳转化率.该炉型现仍处于中试阶段.KRW 法又称西渥气化法.该法也采用灰熔聚技术,但排灰选择冷煤气回流,在起始流化速度下分离效果不好,因此灰渣含碳不甚理想.图1昭通褐煤气化试验工艺方框图3 昭通褐煤气化试验工艺为了提高云南昭通褐煤气化的转化利用价值,昆明理工大学和清华大学共同提出了焦载热流化床气化技术,以流态化形式组织气化工艺过程,以焦为热载体提供气化所需热量.该工艺流程见图1.先在裂解、气化反应器)裂解、气化罐内的底料)半焦处于循环状态下,启动点火燃烧室内燃烧器,产生的热烟气在提升段加热半焦,使半焦着火,然后关闭燃烧器,系统所需热量由半焦在提升段燃烧产生,产生的热烟气和炽热半焦、焦进入旋风分离器,分离下来的高温炽热半焦、焦经J 阀分别进入裂解、气化罐,热烟气进入后处理系统.经破碎、干燥的粉煤经螺旋给煤机进入裂解罐,与从J 阀来的高温炽热半焦在流化介质)蒸汽作用下充分传热传质,迅速干燥、升温、热解,气体产物夹带着细粉进入热解产物后处理系统,得到热解煤气与焦油,固体产物)半焦通过L 阀进入提升段燃烧;气化罐内,121第3期 喻依兆,何屏:云南昭通褐煤流态化气化试验工艺研究122昆明理工大学学报第27卷炽热半焦、焦与水蒸汽在流化状态下迅速发生水煤气反应,气体产物夹带着细粉进入水煤气后处理系统,得到水煤气,固体产物通过L阀再循环进入提升段燃烧.反应中大部分固体产物最终以粉煤灰形式进入烟道后部的除尘系统,无法提升的大颗粒固体落入提升段下部冷却、排渣.该工艺中,提升段实质上是一个供半焦、煤燃烧的反应器,生成的热载体)焦、半焦经提升后通过分离器分别进入裂解、气化罐,为热解、气化反应提供充足的热量,而含有大量CO2、N2的烟气经分离器进入排烟烟道.这就实现了煤的热解、气化、燃烧各置于不同的反应空间内,避免了CO2、N2混入煤气降低其热值的不足,也避免了用O2做气化剂时的高成本;也使热解煤气、焦油与水煤气得到分离,以适应不同的产品需要.在裂解、气化罐内均用蒸汽作为流化介质,裂解罐里因温度较低,因此水蒸汽不会干扰煤的热解,而在高温气化罐里,水蒸汽还作为气化剂参与水煤气反应.该工艺继承了传统流化床气化的优点,使煤粒于流态化状态下热解气化,但热组织方式和流化介质的选择与传统流态化气化存在较大差异;达到了在一套装置上既进行温和气化$热解,又能进行热半焦连续高温气化的目的,使目标产品多样化且更易分离.目前该工艺仍处于试验阶段,许多操作参数,技术细节还有待于摸索.但焦载热流化床技术不失为一种有效的低阶煤、粉煤气化发展方向之一.4结束语(1)由于流态化技术的突出优点,其在煤气化领域的应用越来越深入.随着操作温度、压力的提高,分离器、余热受热面的设置及其它技术的应用,流化床气化工艺的气化效率、强度,碳转化率也不断提高;(2)云南昭通褐煤气化试验工艺采用循环流化床技术,并采用固体热载体法来组织气化所需热量,达到了在一套装置上进行煤的热解、半焦的高温气化的目的,实现了煤的热解、气化及燃烧在空间上的分离,避免了煤气中含氮气的不足,也实现了热解、气化产品的分离.参考文献:[1]何屏.清华大学循环流化床锅炉技术与云南省煤炭资源开发利用[J].昆明理工大学学报,1996,(6):81.[2]陈甘棠等.流态化技术的理论和应用[M].中国石化出版社,1996.7~8.[3]高福烨.燃气制造工艺学[M].北京:中国建筑工业出版社,1995.272~273,275~281.[4]戴和武等.褐煤利用技术[M].煤炭工业出版社,1999.25,214~226.[5]郭树才.煤化学工程[M].北京:冶金工业出版社,1991.233~239.Preliminary Study on the Gasification Processin Fluidized Bed Gasifier of Brown Coal from ZhaoTong YunnanYU Yi-Zh ao1,H E Ping2(1.Faculty of M aterials and M etall urgical Engineering,Kunmi ng University of S cience and Technology,Kunming650093,China;2.Faculty of Electric Power Engineering,Kunming University of S cience an d Technology,Kunming650051,China) Abstract:Not only the strong and w eakpoints of gasification in fluidized bed,but the features of several cur-rent ty pical gasification processes are introduced in this paper.A special emphasis is laid on the operating pro-cess of g asification test about brow n coal from Zhaotong of Yunnan in fluidized bed.The process is distin-guished from the traditional one in terms of space of heat org anization splitting dissociation,and mild gasifica-tion and heat coalite gasification.Key words:brow n coal;fluidization;gasification。
