灰熔聚流化床粉煤气化技术介绍

应⽤化⼯技术毕业论⽂应⽤化⼯技术毕业论⽂应⽤化⼯技术毕业论⽂题⽬煤⽓化制甲醇(年产40万吨)的研究专业应⽤化⼯技术I应⽤化⼯技术毕业论⽂⽬录摘要 (1)第⼀章绪论 (2)1.2 新型煤化⼯内容简介 (3)1.2.1发展现代煤化⼯的意义 (3)1.2.2 现代煤化⼯的主要特点 (4)1.3 煤炭⽓化⼯艺 (4)1.4 煤炭⽓化技术应⽤领域 (8)第⼆章煤炭⽓化原理 (10)2.1煤炭⽓化技术 (10)2.2 煤炭⽓化的原理 (12)第三章煤⽓化制甲醇 (14)3.1 合成⽓的制备 (14)3.1.1 德⼠古⽔煤浆⽓化技术 (14)3.1.2 德⼠古⽔煤浆⽓化激冷流程图 (15)3.1.3 反应设备—⽓化炉 (15)3.1.4 合成⽓的净化 (16)3.2 甲醇的制备 (18)3.2.1 甲醇的性质 (18)3.2.2 合成⽓制甲醇 (18)3.2.3 低压法合成甲醇的⼯艺 (19)3.2.4 甲醇合成反应器 (21)3.3物料衡算 (24)3.4能量衡算 (28)第四章结论 (30)4.1低压法合成甲醇的影响因素 (30)4.1.1温度对CH3OH合成的影响 (30)4.1.2 压⼒对CH3OH合成的影响 (30)4.1.3空速对甲醇合成的影响 (31)II应⽤化⼯技术毕业论⽂4.1.4 氢碳⽐的控制对甲醇合成的影响 (31)4.1.5 惰性⽓体含量对CH3OH合成的影响 (32)4.1.6甲醇合成催化剂以及催化剂对甲醇合成的影响 (32) 4.2 甲醇市场的展望 (32)致谢 (34)参考⽂献 (35)III应⽤化⼯技术毕业论⽂摘要中国是世界上煤炭资源丰富的国家之⼀，煤炭储量远⼤于⽯油、天然⽓储量。

基于国情，将煤炭加⼯转化成清洁、⾼效的⼆次能源，寻找内燃发动机的替代燃料，使能源结构向多元化结构，解决对⽯油的过分依赖将是今后的主要发展⽅向。

本⽂主要综述了煤⽓化和合成甲醇基本原理、⼯艺流程、设备、净化、影响因素等。

几种煤气化技术介绍煤气化技术发展迅猛，种类很多，目前在国内应用的主要有：传统的固定床间歇式煤气化、德士古水煤浆气化、多元料浆加压气化、四喷嘴对置式水煤浆气化、壳牌粉煤气化、GSP气化、航天炉煤气化、灰熔聚流化床煤气化、恩德炉煤气化等等，下别分别加以介绍。

一 Texaco水煤浆加压气化技术德士古水煤浆加压气化技术1983年投入商业运行后，发展迅速，目前在山东鲁南、上海三联供、安徽淮南、山西渭河等厂家共计13台设备成功运行，在合成氨和甲醇领域有成功的使用经验。

Texaco水煤浆气化过程包括煤浆制备、煤浆气化、灰水处理等工序：将煤、石灰石（助熔剂）、添加剂和NaOH称量后加入到磨煤机中，与一定量的水混合后磨成一定粒度的水煤浆；煤浆同高压给料泵与空分装置来的氧气一起进入气化炉，在1300～1400℃下送入气化炉工艺喷嘴洗涤器进入碳化塔，冷却除尘后进入CO变换工序，一部分灰水返回碳洗塔作洗涤水，经泵进入气化炉，另一部分灰水作废水处理。

其优点如下：（1）适用于加压下（中、高压）气化，成功的工业化气化压力一般在4.0MPa 和6.5Mpa。

在较高气化压力下，可以降低合成气压缩能耗。

（2）气化炉进料稳定，由于气化炉的进料由可以调速的高压煤浆泵输送，所以煤浆的流量和压力容易得到保证。

便于气化炉的负荷调节，使装置具有较大的操作弹性。

（3）工艺技术成熟可靠，设备国产化率高。

同等生产规模，装置投资少。

该技术的缺点是：（1）由于气化炉采用的是热壁，为延长耐火衬里的使用寿命，煤的灰熔点尽可能的低，通常要求不大于1300℃。

对于灰熔点较高的煤，为了降低煤的灰熔点，必须添加一定量的助熔剂，这样就降低了煤浆的有效浓度，增加了煤耗和氧耗，降低了生产的经济效益。

而且，煤种的选择面也受到了限制，不能实现原料采购本地化。

（2）烧嘴的使用寿命短，停车更换烧嘴频繁（一般45～60天更换一次），为稳定后工序生产必须设置备用炉。

无形中就增加了建设投资。

几种煤气化技术介绍煤气化技术发展迅猛，种类很多，目前在国内应用的主要有：传统的固定床间歇式煤气化、德士古水煤浆气化、多元料浆加压气化、四喷嘴对置式水煤浆气化、壳牌粉煤气化、GSP气化、航天炉煤气化、灰熔聚流化床煤气化、恩德炉煤气化等等，下别分别加以介绍。

一Texaco水煤浆加压气化技术德士古水煤浆加压气化技术1983年投入商业运行后，发展迅速，目前在山东鲁南、上海三联供、安徽淮南、山西渭河等厂家共计13台设备成功运行，在合成氨和甲醇领域有成功的使用经验。

Texaco水煤浆气化过程包括煤浆制备、煤浆气化、灰水处理等工序：将煤、石灰石<助熔剂）、添加剂和NaOH称量后加入到磨煤机中，与一定量的水混合后磨成一定粒度的水煤浆；煤浆同高压给料泵与空分装置来的氧气一起进入气化炉，在1300～1400℃下送入气化炉工艺喷嘴洗涤器进入碳化塔，冷却除尘后进入CO变换工序，一部分灰水返回碳洗塔作洗涤水，经泵进入气化炉，另一部分灰水作废水处理。

其优点如下：<1）适用于加压下<中、高压）气化，成功的工业化气化压力一般在 4.0MPa 和6.5Mpa。

在较高气化压力下，可以降低合成气压缩能耗。

<2）气化炉进料稳定，因为气化炉的进料由可以调速的高压煤浆泵输送，所以煤浆的流量和压力容易得到保证。

便于气化炉的负荷调节，使装置具有较大的操作弹性。

<3）工艺技术成熟可靠，设备国产化率高。

同等生产规模，装置投资少。

该技术的缺点是：<1）因为气化炉采用的是热壁，为延长耐火衬里的使用寿命，煤的灰熔点尽可能的低，通常要求不大于1300℃。

对于灰熔点较高的煤，为了降低煤的灰熔点，必须添加一定量的助熔剂，这样就降低了煤浆的有效浓度，增加了煤耗和氧耗，降低了生产的经济效益。

而且，煤种的选择面也受到了限制，不能实现原料采购本地化。

<2）烧嘴的使用寿命短，停车更换烧嘴频繁<一般45～60天更换一次），为稳定后工序生产必须设置备用炉。

13种煤气化工艺的优缺点及比较有煤炭资源的地方都在规划以煤炭为原料的建设项目，这些项目都碰到亟待解决原料选择问题和煤气化制合成气工艺技术方案的选择问题。

现就适合于大型煤化工的比较成熟的几种煤气化技术作评述，供大家参考。

1、常压固定层间歇式无烟煤（或焦炭）气化技术这是目前我国生产氮肥的主力军之一，其特点是采用常压固定层空气、蒸汽间歇制气，要求原料为25-75mm的块状无烟煤或焦炭，进厂原料利用率低，单耗高、操作繁杂、单炉发气量低、吹风气放空对大气污染严重。

从发展看，属于将逐步淘汰的工艺。

2、常压固定层间歇式无烟煤（或焦炭）富氧连续气化技术这是从间歇式气化技术发展过来的，其特点是采用富氧为气化剂，原料可采用8-10mm粒度的无烟煤或焦炭，提高了进厂原料利用率，对大气无污染、设备维修工作量小、维修费用低，适合于有无烟煤的地方，对已有常压固定层间歇式气化技术的改进。

3、鲁奇固定层煤加压气化技术主要用于气化褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤，要求原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱粘结性，适用于生产城市煤气和燃料气，不推荐用以生产合成气。

4、灰熔聚流化床粉煤气化技术中科院山西煤炭化学研究所的技术，2001年单炉配套20kt/a合成氨工业性示范装置成功运行，实现了工业化，其特点是煤种适应性宽，可以用6-8mm以下的碎煤，属流化床气化炉，床层温度达1100℃左右，中心局部高温区达到1200-1300℃，煤灰不发生熔融，而只是使灰渣熔聚成球状或块状排出。

床层温度比恩德气化炉高100-200℃，所以可以气化褐煤、低化学活性的烟煤和无烟煤，以及石油焦，投资比较少，生产成本低。

缺点是气化压力为常压，单炉气化能力较低，产品中CH4含量较高（1%-2%），环境污染及飞灰综合利用问题有待进一步解决。

此技术适用于中小氮肥厂利用就地或就近的煤炭资源改变原料路线。

5、恩德粉煤气化技术恩德炉实际上属于改进后的温克勒沸腾层煤气化炉，适用于气化褐煤和长焰煤，要求原料为不粘结或弱粘结性、灰分小于25%-30%，灰熔点高（ST大于1250℃）、低温化学活性好的煤。

灰熔聚气化技术以空气或氧气或富氧的蒸汽为气化剂，在适当的煤粒度和气速下，使床层中粉煤沸腾，气固两相充分混合接触，在部分燃烧产生的高温下进行煤的气化。

流化床反应器的混合特性有利于传热、传质及粉状原料的使用，但混合也造成了排灰和飞灰中的碳损失较高。

本工艺根据射流原理，在流化床底部设计了灰团聚分离装置，形成床内局部高温区，使灰渣团聚成球，借助重量的差异达到灰团与半焦的分离，提高了碳利用效率，这是灰熔聚流化床气化不同于一般流化床气化的技术关键。

常规的流化床为降低排渣的碳含量，维持稳定的不结渣操作，必须保持床层低碳灰比和低的操作温度，而灰熔聚流化床气化技术是在非结渣情况下，连续有选择地排出低碳量的灰渣，因此床内碳含量高，床温高,使用煤种宽。

灰熔聚流化床粉煤气化具有下述特点：1)核心设备气化炉结构简单，为单段流化床，在床内一次实现煤的破粘、脱挥发份、气化、灰团聚及分离、焦油及酚类的裂解。

2)部分气化剂从底部中央进入气化区，使炉内形成一局部高温区，促使灰团聚成球，实现灰与半焦有效分离，提高了碳的利用率。

3)带出细粉经除尘系统捕集后返回气化炉，进一步燃烧、气化，有利于碳利用率的进一步提高。

4)高温煤气经废热回收系统，煤气显热得到充分利用，提高了过程总热效率。

5)煤种适应性广（已试验过褐煤、冶金焦、无烟煤、贫煤、瘦煤、烟煤、气煤及多种高灰煤等）、气化强度高（是固定床发生炉的3-10倍）、操作温度适中。

6)可进行炉内脱硫，简化了煤气净化系统。

7)产品气中不含焦油，含酚量低。

8)本技术属具有国际先进水平的中国专利技术。

整个工艺中的设备完全可以国产化，在同等规模的前提下，与已引进的气化技术相比，投资仅为其40%~70%。

原料煤经破碎、干燥后由煤锁系统实现加料压力平衡，进料量由高压回转进料器控制，气化剂——氧、蒸汽经计量后分别经锥形分布器、环管和中心射流管进入气化炉，煤部分氧化提供半焦气化反应所需的热量。

气化炉浓相段温度依煤种特性控制在1000～1100 ℃，所产高温煤气夹带半焦细粉进入一级、二级旋风分离器，一级分离器捕集的细粉由循环料腿返回气化炉底部再次反应，二级分离器捕集的细粉排出系统燃烧使用。

流化床气化一般要求原煤破碎成<10mm粒径的煤，<1mm粒径细粉应控制在10%以下，经过干燥除去大部分外在水分，进气化炉的煤含水量<5%为宜。

流化床更适合活性高的褐煤、长焰煤和弱黏烟煤，气化贫煤、无烟煤、焦粉等需提高气化温度和增加煤粒在气化炉内的停留时间。

固体干法排渣，为防止炉内结渣除保持一定的流化速度外，要求煤的灰熔点ST应大于1250℃，气化炉操作温度(表温)一般选定在比ST温度低150~200℃的温度下操作比较安全。

1926年第一个流化床煤气化工业生产装置——温克勒煤气化法在德国投入运转。

以后在世界各国共建有约70台温克勒气化炉。

早期的常压温克勒气化实际是沸腾床气化炉，存在氧耗高、碳损失大(超过20%)等缺点，因此至今仍在运转的已不多。

1、温克勒(Winkler)气化炉气化炉组成：流化床(下部的圆锥部分)、悬浮床(上部的圆筒部分，为下部的6~10倍)。

原料由螺旋加料器加人圆锥部分腰部。

如图1所示。

图1 温克勒(Winkler)气化炉矸石灰(30%左右)自床层底部排出；其余飞灰由气流从炉顶夹带而出。

一次气化剂(60%~70%)由炉箅下部供入，二次气化剂(30%~40%)由气化炉中部送入。

二次气化剂的作用是，在接近灰熔点的温度下，使气流中夹带碳粒得到充分的气化。

二次气化剂用量与带出未反应的碳成比例(过少：未反应碳得不到充分气化而被带出，气化效率下降；过多：产品被烧)。

操作温度一般为900℃左右，操作压力约为0.098MPa(常压)，原料粒度为0~10mm，褐煤、弱黏煤、不黏煤和长焰煤等，但活性要高。

温克勒气化工艺单炉生产能力大，气化炉结构简单，可气化细颗粒煤(0~10mm)，出炉煤气基本上不含焦油，运行可靠，开停车容易。

但是该种炉型气化温度低，气化炉设备庞大，热损失大(煤气出炉温度高)，煤气带出物损失较多(气流中夹带碳颗粒)，粗煤气质量较差。

2、高温温克勒(HTW)气化法提高了操作温度。

灰熔聚流化床粉煤气化技术摘要：煤气化是将固态煤转化为气态燃料或化工合成原料（CO+H2）的过程，由于煤炭的储量丰富，特别是中国等一些国家富煤少油贫气，煤气化技术就变的更加重要。

研究开发煤气化工艺，就是要为产业界提供能适应更宽的原料范围、更高效、经济和清洁的气化过程。

本文介绍由中国科学院山西煤炭化学研究所开发的灰熔聚流化床粉煤气化过程，指出它的优点、缺点、适用范围、技术现状和发展方向，供同行了解。

一、灰熔聚流化床粉煤气化技术的开发历程针对我国能源以煤为主、煤种多、烟煤多、粉煤多、煤灰份高、灰熔点高(大部分商品煤灰含量>20%,灰熔点>1450 C)的特点,国家从“六五”计划开始投入大量人力、物力，研制开发先进煤气化技术（包括固定床、流化床、气流床）。

经过二十余年的研究开发，中国科学院山西煤炭化学研究所开发成功了具有自主知识产权的灰熔聚流化床粉煤气化技术。

该工艺具有气化温度适中(1000~1100℃)，干粉煤进料，氧耗量较低，煤种适应性宽，产品气不含焦油，气化炉耐火材料要求低等优点。

目前已成功应用于合成氨造气工业(常压，100吨煤/日)，随着加压技术的进一步研究开发，该技术将在国内全面推广应用。

八十年代，在中国科学院（重点科技攻关项目专项）、国家科委(75-10-05)攻关计划支持下，在原有煤气化和流化床技术的基础上，先后建立了φ300mm（1吨煤/天）气化试验装置、φ1000mm冷态试验装置、φ1000mm（0.1～0.5 MPa 、24吨煤/天）中间试验装置、φ145mm实验室煤种评价试验装置。

在理论研究、冷态模试、实验室小试和中试试验基础上，系统地研究了灰熔聚流化床粉煤气化过程中的理论和工程放大特性；通过对气化过程中煤化学、灰化学与气固流体力学的研究，研制了特殊结构的射流分布器，创造性地解决了强烈混合状态下煤灰团聚物与半焦选择性分离等重大技术难题；设计了独特的“飞灰”可控地址:中国山西省太原市桃园南路27号电话: (0351) 2021137 传真: (0351) 4048313，2021137，4041153 邮编：030001循环新工艺，实现了多种煤的高效流化床气化。

加压灰熔聚流化床粉煤气化实现工业应用加压灰熔聚流化床粉煤气化是一种先进的化学转化技术，可以将煤炭转化为高品质合成气，为工业领域提供了一种经济高效的能源转化方式。

本文将围绕加压灰熔聚流化床粉煤气化的原理、应用范围、优势和发展前景等方面进行详细阐述，以期推动其在工业应用中的进一步推广。

一、原理：加压灰熔聚流化床粉煤气化是一种通过煤炭在高温、高压和流化媒体的作用下发生热解和气化反应的技术。

首先，煤炭在流化媒体的作用下经过水煤气反应生成一氧化碳和氢气，然后通过灰熔反应将产生的灰渣和煤中的灰分熔融，形成一层保护膜，并在床层中催化裂解产生更多的一氧化碳和氢气。

最后，通过气体分离和净化，可得到高品质的合成气体。

二、应用范围：加压灰熔聚流化床粉煤气化技术在工业领域的应用非常广泛。

首先，合成气可以用作燃料，用于煤炭直接制氨、制甲醇、制合成烷烃和制电力等过程。

其次，合成气还可以用作化学原料，用于合成一些有机物和化学品，如炔烃、醇、酯等。

此外，合成气还可以用于制造合成气发动机、燃气轮机和燃气锅炉等设备，提供动力和热能。

同时，加压灰熔聚流化床粉煤气化技术还可以实现煤基石油化工、固态废物处理和再生能源等领域的应用。

三、优势：相比传统的煤气化技术，加压灰熔聚流化床粉煤气化具有以下几点优势。

首先，由于采用特殊的反应器和催化剂系统，可大大降低气化反应的温度和压力要求，提高催化剂的利用率，减少煤气化过程中的能耗。

其次，该技术可以有效利用煤炭中的灰分，减少灰渣排放和对环境的污染。

再次，床层内的流化媒体可提供良好的气固接触，增加气化反应的速率和效果，提高合成气品质。

最后，加压灰熔聚流化床粉煤气化技术还具有反应器体积小、设备结构简单、应变能力强等特点，适应各种规模和工艺要求的应用场景。

四、发展前景：加压灰熔聚流化床粉煤气化是未来煤炭洁净利用的重要技术之一，具有重要的发展前景。

一方面，随着环境污染问题的日益突出和能源结构调整的需求增加，加压灰熔聚流化床粉煤气化技术能够有效减少煤炭燃烧产生的大气污染物排放，并实现煤炭资源的高效利用。