煤化工工艺学课件气流床气化法
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第六章气流床气化工艺气流床气化法是20世纪50年代初发展起来的新一代煤气化技术,最初代表炉型为K—T炉。
之后随着shell、Texaco等一批新型工艺的开发,气流床气化技术因其出色的生产能力和气化效率,在世界范围内得到了广泛的应用,尤其是在燃气联合循环中。
目前绝大多数IGCC电站所选的是气流床气化炉,主要炉型为Texaco、Shell、E-Gas(原Destec)以及Prenflo 等。
第一节概述表6-2 三种气化技术比较二气流床气化原理1 气化原理(1)粉煤的干燥及裂解与挥发物的燃烧气化•可以认为煤粉中的残余水分瞬间快速蒸发,同时发生快速的热分解脱除挥发分,生成半焦和气体产物(CO 、及其他碳氢化合物)。
•生成的气体产物中的可燃成分在富氧条件下,迅速与氧气发生燃烧反应,并放出大量的热,使粉煤夹带流温度急剧升高,并维持气化反应的进行。
42222CH N S H CO H 、、、、n m H C 22242222222222222222)2/()2/()2/()4/(CO O H O CH OH O H CO O CO H n mCO O m H C O H n mCO O n m H C n m n m +=+=+=++=++=++(6-1)(6-2)(6-3)(6-4)(6-5)二气流床气化原理1 气化原理(2)固体颗粒与气化剂(氧气、水蒸气)间的反应•氧与剩余焦粒发生燃烧和气化反应。
•炽热的半焦与水蒸气进行还原反应,生成CO 和。
2H CO O C CO O C 22222=+=+2222222CO H O H C CO H O H C +=++=+(6-6)(6-7)(6-8)(6-9)二气流床气化原理1 气化原理(3)生成的气体与固体颗粒间的反应•高温的半焦颗粒,除与气化剂水蒸气和氧气进行气化反应外,与反应生成气也存在气化反应。
•煤中的硫,在高温还原性气体存在的条件下,与和CO 反应生成和。
北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室5.6 气流床煤气化工艺5.7 煤地下气化重点:掌握煤气化的基本原理,认识煤气化固定床、流化床、气流床的特性,熟悉三种典型的气化工艺的特点。
5.1z气化所得的可燃气体成为气化煤气,其中有效成分包括CO、H2、甲烷等。
气化煤气可以用作城市煤气、工业燃气和化工原料气。
z煤炭气化时,必须具备三个条件,即气化炉、气化剂、供给热量。
煤气化技术的应用领域z冶金还原气:z联合循环发电燃气:z燃料油合成原料气和煤炭液化气源:直接、间接液化等z煤炭气化制氢:用于电子、冶金、玻璃、化工合成、航空航天、氢能电池等z煤炭气化燃料电池:燃料电池与高效煤气化结合发电技术等煤气化技术的发展历史1857德国Siemens兄弟最早开发出用块煤生产煤气的炉子z U-Gas美国IGT(1974z KRW美国西屋(1975z1950s气流床德国Koppers-Totzekz Texaco美国,第一套中试装置(z Shell荷兰,第一个实验装置(z GSP原民主德国(1976z Prenflo德国Krupp-Uhde5.2 煤气化的基本原理和均相反应z非均相反应:气化剂或气态反应物与固体煤或煤焦的反应z均相反应:气态反应物之间的相互作用或与气化剂的反应(CH)n + O2+ H2O −−煤C + H 2O H 2+ CO C + CO 22CO C + 2H 2CH 4H 2+ O 2H CO + O 2CO CO + H 2O H 1212CO + 3H 2CH 煤= CH 4+ 气体烃+ 气体烃、焦油煤= C + CH z产生的焦油和气态烃还可能进一步裂解或反应生成气态产物煤气化的基本反应C + 2S CS 22H 2S + 2SO 2CO + S COS N 2+ 3H 22NH N 2+ H 2O + 2CON 2+ xO 22NOx气化反应的化学平衡温度压力K ∆H = 173.3 kJ/molCO 与CO 2的平衡组成与压力的关系1.气体反应物向固体(碳)表面转移或者扩散2.气体反应物被吸附在固体(碳)的表面上3.被吸附的气体反应物在固体(碳)表面起反应而形成中间配合物4.中间配合物的分解或与气相中达到固体(碳)表面的气体分子发生反应5.反应产物从固体(碳)表面解吸并扩散到气体主体C 与H 2各反应的基元反应及动力学方程气化反应动力学气化反应动力学¾混合模型¾收缩未反应核模型:随着反应进行,反应面逐渐向内推进,适用于化学反应速率K: 反应速率常数,Ψ:孔结构参数,与初始孔隙率和孔的长度有关X :气化反应的碳转化率t :气化反应的时间,气化反应动力学未反应的煤粒气化反应动力学工业煤气的组成混合煤气1127.5半水煤气3733.3空气煤气:以空气作为气化剂生产的煤气水煤气:将空气(富氧空气或纯氧)和水蒸气分别交替送入气化炉内间歇进行生产的煤气混合煤气:以空气(富氧空气或纯氧)和水蒸气的混合物作为气化剂,生产的煤气半水煤气:气体成分经过适当调整(主要是调整含氮气的量)后,生产的符合合成氨原料气的要求的煤气气化剂固定床煤粒不动气体穿过煤粒:6-50 mm气化剂5.3 气化炉的基本原理不同类型气化炉的压力损失和热传导行为最小流化速度C.Y. Wen颗粒带出速度固定(移动)床气化炉z固定床气化炉一般使用块煤或煤焦为原料,颗粒大小为6~50mm煤煤固定床(移动床)气化炉(非熔渣)及炉内温度分布图灰煤气水蒸气氧气床层高度温度/o C灰气化剂煤气烧蜂窝煤的炉子里,蜂窝煤Æ渣固定、移动?流化床气化炉z加入炉中的煤粒度一般为流化床气化炉示意图及炉内温度分布图气流床气化炉z将粉煤(200目左右,≈0.08mm )用气化剂输送入炉中,以并流方式在高温火焰中进行反应,其中部分灰分可以以熔渣的方式分离出来,反应可在所提供的空间连续地进行,炉内的温度很高。