固定床、移动床、流化床

煤化工煤制气工艺方法及问题探讨发布时间：2021-04-30T07:48:41.049Z 来源：《福光技术》2021年1期作者：魏东平刘飞飞[导读] 则是以气化为龙头，以碳化学为基础，煤气化就是制备合成气的必要手段。

陕西长青能源化工有限责任公司陕西宝鸡 721400摘要：煤制气工艺是指利用原料煤经过气化反应生成合成气的工艺过程。

通过对我国煤炭资源进行了简述分析及现有的煤制气工艺现实背景，理论背景，煤制气分类介绍，全面的分析比较不难看出，煤气化技术在朝着洁净无污染或者污染少的复合型，清洁能源型，可再生能源型的方向发展。

关键词：煤制气；加压气化；气化工艺1.现实背景据世界能源组织估计，我国煤炭可采储量占探明储量的比例约为19％，即约为 1900 亿吨可采储量。

随着勘探工作的发展，还在逐年增加，按人均年消费煤炭 1.45t，即全国年产 20 亿吨煤炭估算，可以保证开采上百年。

较其他国家而言，我国是一个贫油、少气、煤炭资源相对而言比较丰富的国家，这就决定了煤炭在一次能源中的重要地位。

而发展现代煤化工产业，则是以气化为龙头，以碳化学为基础，煤气化就是制备合成气的必要手段。

煤炭气化是指煤或煤焦有在特定的设备内，在一定温度、压力条件下利用气化剂（蒸汽，空气或氧气）反应生成洁净合成气 (CO、H2的混合物即俗称水煤气 ) 的工艺方法，是对煤炭进行化学加工的一个重要方法，是实现煤炭洁净利用的关键。

煤炭气化技术，应用生产以来了为社会带来了良好的经济和社会效益，代表着发展趋势，是现阶段最清洁的煤利用技术，是洁净煤技术的关键。

2.研究目的和意义煤气化工艺技术很多，使选择煤气化工艺技术无从着手。

不过我们都知道煤气化工艺的好坏不仅与气化技术本身有关同时也与气化所用煤种有关，现今在世界上没有哪一种气化炉是万能气化炉，各种气化工艺技术都有其特点和优缺点，随着经济的发展以及人民生活水平的需要，面对我国富煤贫油少气的能源结构，我国掀起了一股煤制甲醇、煤制油、煤制焦油，煤制 LNG, 煤制天然气、煤制烯烃的浪潮。

固定床反应器结构及原理又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。

固体物通常呈颗粒状，粒径2~15mm左右，堆积成一定高度(或厚度)的床层。

床层静止不动，流体通过床层进行反应。

它与流化床反应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。

固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。

用于气固相或液固相非催化反应时，床层则填装固体反应物。

涓流床反应器也可归属于固定床反应器，气、液相并流向下通过床层，呈气液固相接触。

1、轴向绝热式固定床反应器流体沿轴向自上而下流经床层，床层同外界无热交换。

下图是绝热式固定床反应器的示意图。

它的结构简单，催化剂均匀堆置于床内，床内没有换热装置，预热到一定温度的反应物料流过床层进行反应就可以了。

（1）径向绝热式固定床反应器流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动，床层同外界无热交换。

径向反应器与轴向反应器相比，流体流动的距离较短，流道截面积较大，流体的压力降较小。

但径向反应器的结构较轴向反应器复杂。

以上两种形式都属绝热反应器，适用于反应热效应不大，或反应系统能承受绝热条件下由反应热效应引起的温度变化的场合。

由多根反应管并联构成。

管内或管间置催化剂，载热体流经管间或管内进行加热或冷却，管径通常在25~50mm之间，管数可多达上万根。

列管式固定床反应器适用于反应热效应较大的反应。

此外，尚有由上述基本形式串联组合而成的反应器，称为多级固定床反应器。

例如:当反应热效应大或需分段控制温度时，可将多个绝热反应器串联成多级绝热式固定床反应器，反应器之间设换热器或补充物料以调节温度，以便在接近于最佳温度条件下操作。

（3）对外换热式固定床反应器对外换热式反应器以列管式为多。

通常是在管内放催化剂，管间走热载体(在用高压水或用高压蒸汽作热载体时，则把催化剂放在管间，而使管内走高压流体)。

（4）多段绝热式固定床反应器3、自身换热式反应器（自热式反应器）反应前后的物料在床层中自己进行换热称作自热式反应器。

固体流化床特性曲线的测定一、实验概述固体流态化是近代发展的一个化工单元操作，由于它的连续性和传热性质的快速性，因而被广泛地用于化工,冶金等生产部门。

固体流态化，可分为气固体系和液固体系二种；前者称骤式流化，后者称散式流化。

固体流态化过程可分为三个阶段。

(一) 固定床阶段，(二) 流化床(亦称沸腾床)阶段，(三) 移动床(亦称输送床)阶段，它们各有自己的规律，并且都有自己的应用领域。

本实验就是测定固体流态化过程——流化三阶段——特性曲线。

二、实验目的1．认识固体流化床基本结构及操作2．掌握固体流态化过程特征三、实验原理流体通过固体颗粒层时，随流速和颗粒变化将出现三种状态。

(一)当固体重力大于其所受浮力与摩擦力之和时，固体在床层上不动，称固定床。

(二)当固体重力等于其所受浮力与摩擦力之和时，固体失重,在床层上下翻腾,称沸腾床.(三) 当固体重力小于其所受浮力与摩擦力之和时，固体将随流体流动离开床层，称为移动床。

以上三种状态既然是固体和流体间力的作用的结果，它们就可以用数学关系来描述，实践中用流化装置的流体压强降(△P)和其线速度(v)的变化关系来表示；或用床层高度(H)和流体速度(v)的关系表达之。

本实验采用玻璃球和水组成流化体系，在一个模拟床内进行流化操作，测定△P，v，H，以求出固体流化过程特性曲线。

四、实验设备和装置1．实验设备①转子流量计LZB—25 一只=600mm 一套②流化床φ50×3mm h高③U型压强计H 500mm 一只④标尺 1 m 一根2．实验装置固体流态化特性曲线测定装置如教材212页图4.4-1所示，将流化床下端入口与水龙头通过导管连接起来，中间串接一个转子流量计，流化床两端支管分别与U 型压强计相接在一起。

流化床另一侧垂直竖立一个标尺以测床层高度。

五、实验步骤1．检查装置管线是否正确，有无漏气。

2．打开水龙头，用出水阀调节流量，进行设备充水排气。

3．校正U 型压强计零点，并记下零点误差。

催化裂化催化裂化技术的工业化始于1936年，半个多世纪以来，这一工艺得到了迅速发展，先后出现过多种形式的催化裂化工业装置。

固定床和移动床催化裂化是早期的工业装置，随着微球硅铝和沸石催化剂的出现，流化床和提升管催化裂化相继问世。

我国催化裂化工艺的发展，起点较高，发展迅速，目前，己拥有5 0万吨／年以上规模的催化裂化装置60余套，总加工能力4200万吨／年，占原油加工能力的30%左右。

我国催化裂化工业装置绝大部分是技术先进的提升管催化裂化(有些是由床屋流化催化裂化装置改建的)。

一．生产中几个常用的基本概念(一)转化率和回炼操作1．转化率转化率是原料转化为产品的百分率。

它是衡量反应深度的综合指标。

转化率又有总转化率和单程转化率之分。

总转化率是对新鲜原料而言，按惯例，工业上常用下式定义：2．回炼操作回炼操作又叫循环裂化。

由于新鲜原料经过一次反应后不能都变成要求的产晶，还有一部分和原料油馏程相近的中间馏分。

把这部分中间馏分送回反应器重新进行反应就叫回炼操作。

这部分中间馏分油就叫做回炼油(或称循环油)。

如果这部分循环油不去回炼而作为产晶进出装置，这种操作叫单程裂化。

用比较苛刻的操作条件，例如催化剂活性高、反应温度和再生条件苛刻等，采用单程裂化的方式进行生产可以达到一定的反应深度；在比较缓和的条件下，采用回炼操作，也可使新鲜原料达到相同的转化率。

两种方式对比，显然，采用回炼操作产品分布好，即轻质油收率高。

这是因为回炼操作条件缓和，汽油和柴油二次裂化少。

但是，回炼操作比单程裂化处理能力低，增加能耗。

因为回炼油是已经裂化过的馏分，它的化学组成和新鲜原料有区别，芳烃含量多，较难裂化。

总转化率是对新鲜原料而言的，总转化率高，说明新鲜原料最终反应深度大。

但是反应条件的苛刻程度或总进料油裂化的难易程度只有用单程转化率才能反映出来。

单程转化率表示为：式中回炼比是回炼油(包括回炼油浆)与新鲜原料重量之比，即：(二)空速和反应时间回炼比的大小由原料性质和生产方案决定，通常，多产汽油方案采用小回炼比，多产柴油方案用大回炼比。

固体流态化的流动特性实验一、实验目的1.通过实验观察固定床向流化床转变的过程，及聚式流化床和散式流化床流动特性的差异。

2.测定流化曲线和临界流化速度。

3.验证固定床压降和流化床临界流化速度的计算公式。

4.初步掌握流化床流动特性的实验研究方法，加深对流体经固体颗粒层的流动规律和固体流态化原理的理解。

二、实验原理在化学工业中，经常有流体流经固体颗粒的操作，诸如过滤、吸附、浸取、离子交换以及气固、液固和气液固反应等。

凡涉及这类流固系统的操作，按其中固体颗粒的运动状态，一般将设备分为固定床、移动床和流化床三大类，近年来，流化床设备得到越来越广泛的应用。

固体流态化过程按其特性可分为密相流化和稀相流化。

密相流化床又分为散式流化床和聚式流化床。

一般情况下，气固系统的密相流化床属于聚式流化床，而液固系统密相流化床属于散式流化床。

当流体流经固定床内固体颗粒之间的空隙时，随着流速的增大，流体与固体颗粒之间所产生的阻力也随之增大，床层的压强降则不断升高。

为表达流体流经固定床时的压强降与流速的函数关系，曾提出过多种经验公式。

一种较为常用的公式可以仿照流体流经空管时的压降公式（Moody 公式）列出。

即：22u d H p p m m ρλ⋅⋅=∆（4-1）式中H m ——固定床层的高度，m ；d p ——固体颗粒的直径，m ； u 0——流体的空管速度，m ／s ； ρ——流体的密度，kg/m 3； λm ——固定床的摩擦系数。

由固定床向流化床转变时的临界速度u mf ，也可由实验直接测定。

实验测定不同流速下的床层压降，再将实验数据标绘在双对数坐标上，由作图法即可求得临界流化速度，如图4-1所示。

为计算临界流化速度，我们可采用下面这种半理论半经验的公式mms pmf d u εεμρρ-⨯-⨯=1)(15032（4-2） 式中μ——流体的黏度，Pa ／s ；d p 一一平均粒径，m ； ρs ——填料密度，kg/m 3； εm ——空隙率。

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,投资高大。

由于出气化炉的煤气中的甲烷含量较高，对于煤制城市煤气或天然气项目,有较高的优势.碎煤固定层加压气化采用的原料煤粒度为6～50mm，气化剂采用水蒸汽与纯氧作为气化剂.该技术氧耗量较低，原料适应性广，可以气化变质程度较低的煤种(如褐煤、泥煤等)，得到各种有价值的焦油、轻质油及粗酚等多种副产品。