煤加压气化工艺Word格式.docx
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8～50
≥90
＞50
2工艺原理
煤的气化是一个复杂多相物理化学反应过程。
主要是煤中的碳与气化剂、气化剂与生成物、生成物与生成物及碳与生成物之间的反应。
煤气的成分决定于原料种类，气化剂种类及制气过程的条件。
制气过程的条件主要取决于气化炉的构造和原料煤的物理化学性质，其中煤的灰熔点和粘结性是气化用煤的重要指标。
本装置采用碎煤加压气化是一种自热式、移动床、逆流接触、连续气化、固态排渣工艺过程。
气化炉外壁按4.6MPa（g）的压力设计，壁仅能承受0.15MPa的压差，操作压力为4.0MPa（g）。
煤在气化炉中的气化过程可分为五个层：
灰层、燃烧层、气化层、干馏层、干燥和预热层，其各层反应简图与反应过程介绍如下：
1
鲁奇加压气化炉生产工况如图所示，在实际的加压气化过程中，原料煤从气化炉的上部加入，在炉从上至下依次经过干燥、干馏、气化、燃烧、灰层等物理化学过程
加压气化原理：
力下煤的气化在高温下受氧、水蒸汽、二氧化碳的作用，各种反应如下：
碳与氧的反应：
⑴C+O2=CO2+408.8MJ
⑵2C+O2=2CO+246.4MJ
⑶CO2+C=2CO-162.4MJ
⑷2CO+O2=2CO2+570.24MJ
碳与水蒸汽的反应：
⑸C+H2O=CO+H2-118.8MJ
⑹C+2H2O=CO2+2H2-75.2MJ
⑺CO+H2O=CO2+H2+42.9MJ
甲烷生成反应：
⑻C+2H2=CH4+87.38MJ
⑼CO+3H2=CH4+HOO+206.2MJ
2
2.1加压气化流程简述
在碎煤加压气化炉中，煤与气化剂在4.06MPa压力下，逆流接触进行气化反应。
碎煤加压气化装置包括带件（波斯曼套筒、炉篦）的加压气化炉和供煤的煤锁、排灰的灰锁，它们直接附置在炉体上。
经筛分后5～50mm的合格碎煤由输煤皮带供到气化炉煤仓中，煤仓的储用量约为正常负荷时的4小时的使用量。
煤通过煤溜槽经安装在气化炉顶部的煤锁定期加入气化炉，煤在炉下降过程中与气化剂接触反应。
含碳量约为7%的灰由炉篦转动排入灰锁，定时排入输灰系统。
用作气化剂的水蒸汽不可能完全分解，仍有一定量蒸汽离开干馏层，离开气化炉粗煤气中含有煤中水份和气化剂中未分解的水蒸气。
粗煤气在洗涤冷却器中被蒸汽饱和，油、焦油和其它一些物质在洗涤过程中冷凝，并离开洗涤冷却器，包括部分从气化炉来的煤灰，与煤气水、粗煤气一起进入废热锅炉集水槽中。
在废锅管程，粗煤气进一步被冷却到181℃，液滴将进一步分离。
残留在粗煤气中的冷凝液，在粗煤气气液分离器中进行汽液分离，分离出的煤气水进入废热锅炉底部集水槽。
离开气化工段的粗煤气在压力3.99MPa（a）,181℃送往粗煤气变换冷却工号。
碎煤加压气化属于自热式工艺，所需热量由煤的部分燃烧提供。
各设备的主要作用：
煤仓
筛分过的煤，由煤仓经给料溜槽进到煤锁，煤仓容积200m
。
其储量可满足气化炉在正常负荷下操作约4小时。
煤锁
煤锁是一个容积约18.7m
的压力容器，可以定期将煤加入气化炉。
煤锁上下阀及充泄压阀门均为液压控制。
煤锁的操作可由就地、遥控、半自动、全自动四种操作方式来实现。
煤锁要从常压增至与气化炉压力相等，以使煤能周期性地加至气化炉中。
正常情况下的全自动操作包括以下步骤：
1）煤锁显示空，依煤锁下部的温度计上升而显示，初时下阀附近温度大约为50℃；
2）关闭煤锁下阀，煤锁开始泄压，煤锁气将收集到煤锁气柜中。
（在入气柜之前经过洗涤器和分离器）；
3）当煤锁泄完压之后，打开上阀；
4）打开供煤溜槽圆筒阀煤靠自重流入煤锁。
通过煤锁引射器抽取煤锁尾气，经煤尘旋风分离器排出；
5）煤锁满后，先关闭供煤溜槽圆筒阀，再关闭煤锁上阀；
6）煤锁首先用来自煤气变换冷却工段的粗煤气，充压到大约3600KPa，然后用来自气化炉顶部的粗煤气充压以达到与炉压平衡；
7）煤锁充压到与气化炉的压力平衡时，打开煤锁下阀，煤加到气化炉。
每个加煤循环大约需要10分钟。
按设计，正常负荷时气化炉每小时加煤3.5锁。
当气化炉顶部法兰温度超过240℃时，气化炉将联锁停车，这种情况一般发生在加煤故障时。
此时，气化炉应在煤锁法兰温度达到停车温度之前手动停车。
气化炉
气化炉是一个双层夹套容器，外壁按4.6MPa压力设计，壁最大仅能承受0.15MPa外压。
夹套中压锅炉给水保持一定液位，以冷却气化炉炉壁。
气化炉运行期间，部分热量由燃料层传至夹套，产生一定量的夹套蒸汽，经夹套蒸汽分离器分离后蒸汽进入气化剂系统，与外供蒸汽混合进入气化炉。
炉的波斯曼套筒的作用是：
储存煤锁加入炉的冷煤；
限定炉的煤层移动方向；
外部是煤气的聚集空间，防止粉煤被直接带出，将煤气引至出口。
气化剂（界区来的氧气经预热器加热至110℃）经由旋转炉篦进入气化炉灰层及燃烧层。
炉篦由两个同步的变频电机驱动。
炉篦有下列作用：
1）使汽化剂均匀分布到气化炉的横断面；
2）排灰并维持一定的灰层高度；
3）破碎灰渣块，使灰渣粒度减小，防止灰锁阀门堵塞；
4）保持煤层、灰层在移动中达到均衡。
作为均匀灰层条件，目的是防止汽化剂在煤层中形成沟流。
炉篦的排灰能力取决于装在其下面的刮刀数和炉篦转速。
炉篦连续运行，仅在灰锁循环开始时才短暂停止。
进入气化炉的气化剂依次通过灰层、燃烧层、气化层、干馏层、干燥和预热层。
反应生成物煤气出气化炉温度约225℃左右，其主要组分CO、H2、CO2、CH4和未分解的水蒸汽，并含有少量的CnHm、N2、硫化物（大部分为H2S）、焦油、石脑油、酚、脂肪酸和氨奈等杂物。
灰锁
灰锁是一个全容积约13.2m3的压力容器（有效容积60～70%），用液压控制上、下阀及充泄压阀和充水阀。
灰锁与膨胀冷凝器相连为灰锁系统的一个整体。
灰锁连续不断接收气化炉旋转炉篦排出的灰，正常工况下与气化炉相通，压力相等，排灰时灰锁泄压至常压。
其操作可以现场手动、遥控手动、半自动、全自动操作。
灰锁的循环包括下列步骤：
1）灰锁、膨胀冷凝器，充压至与气化炉的压力相等时，打开灰锁上阀，接受炉篦排出的灰；
2）灰锁的料位检测，通过射线料位计，或炉篦圈数的方法控制，当灰量达设定时，灰锁上阀关闭；
3）灰锁上阀关闭后重新启动炉篦；
灰渣暂时存入炉篦下面的下灰室；
4）打开灰锁膨胀冷凝器泄压一阀，灰锁开始泄压。
灰蒸汽进入充满水的膨胀冷凝器并冷凝，灰锁压力降低；
5）灰锁泄至稍高于常压时，打开冷凝器底部泄压二阀，排空冷凝器；
6）打开灰锁下阀，灰经由灰溜槽排入水力排渣沟；
7）在灰锁排灰期间，关闭膨胀器泄压二阀，膨胀冷凝器重新注水；
8）关闭灰锁下阀，用过热中压蒸汽给灰锁充压，直到与气化炉压力平衡；
9）打开灰锁上阀，气化炉向灰锁排灰。
灰锁的循环次数，取决于气化炉的负荷和煤中灰含量。
洗涤冷却器
粗煤气在约225℃左右离开气化炉进入洗涤冷却器，粗煤气用高压喷射煤气水和循环煤气水洗涤冷却。
循环泵（121P-001,循环量200m3/h）,在废热锅炉集水槽和洗涤冷却器间循环。
高压喷射煤气水不断地补入洗涤冷却器中，以保持废热锅炉集水槽的液位。
废热锅炉
在废热锅炉中煤气由气化炉出口温度冷至181℃，粗煤气在废热锅炉集水槽上部进入并通过一束垂直列管。
由此回收煤气中显热以生产0.6MPa（a）的低压蒸汽。
煤气从顶部离开废热锅炉通过气液分离器分离出煤气水，分离出的煤气水返回废热锅炉底部集水槽。
离开分离器的煤气经粗煤气总管进入变换装置。
从废热锅炉排出的含尘煤气水送至煤气水分离装置。
冷火炬
在气化炉开车过程中，蒸汽升温期间的放空气、空气运行期间生成的含有O2的煤气须通过冷火炬放空。
冷火炬包括一个气液分离罐和超出气化厂房的烟囱。
冷火炬为八台气化炉共用。
开工火炬部分
八台气化炉共用一个开工火炬，其主要用途是接受以下状况下的粗煤气并燃烧：
①空气点火后氧含量合格的粗煤气；
②氧气运行未并网前的粗煤气；
③因下游装置原因，如后续工号不具备接受条件，气化炉正常运行中需切至火炬时的粗煤气；
④气化炉运行中故障，粗煤气中氧含量超过0.4%,但小于1.0%的粗煤气；
⑤气化炉开车期间放空的煤锁气及煤锁气压缩机系统故障时的放空煤锁气；
⑥煤气水分离工号不送往硫回收装置时的膨胀气。
2.2产品规格（粗煤气）
单炉粗煤气产量：
43024Nm3/h（干基）
粗煤气总产量：
946524Nm3/h（干基）
组成
分子式
分子量
体积百分数（%）
氢气
H2
39.20
氮气
N2
28
0.18
一氧化碳
CO
15.90
氩气
Ar
40
0.09
甲烷
CH4
16
11.90
乙烯
C2H4
0.03
乙烷
C2H6
30
0.39
丙烷
C3H8
44
正丁烷
n-C4H10
58
0.06
氧气
O2
32
0.30
二氧化碳
CO2
31.59
硫化氢
H2S
34
0.16
硫氧化碳
COS
60
0.02
水
H2O
18
饱和水
温度
181℃
压力
3.9MPa
3影响加压企划的因素
3.1煤质对气化的影响
3.2水分含量对气化的影响
煤中水分存在形式有三种，包括外在水分、在水分和结晶水。
煤中的水分随煤变质程度的加深而减少，水分较高的煤，往往挥发份也高。
有水分的煤在干馏阶段，煤半焦形成时的气孔率大，进入气化层能使反应速度加快，生成的煤气质量较好。
另外在气化一定煤种时，其焦油和水分存在着一定的关系，水分太低，会使焦油产率下降。
由于气化炉的生产能力较高煤在炉干燥、干馏层的加热速度很快，容易使煤块破碎而引起出口煤气中含尘量增大，所以要求
煤中含有一定的水分，但水分过高又会给气化过程带来不良的影响。
①水分过高，增加了干燥所需的热量，从而增加了氧气消耗，降低了气化效率。
②水分过高，煤处于潮湿状态，易形成粉煤粘结和堵塞筛分，使入炉粉煤量增加。
③入炉煤水分过高，干燥不充分，这样将导致干馏过程不能正常运行，进而又会降低气化层温度，最终导致甲烷生成反应，二氧化碳及水蒸气的还原反应大大降低，煤气质量显著降低。
3.3灰分含量对气化的影响
将一定量的煤样在800℃的条件下完全燃烧，残余物即是灰分。
可见，煤的灰分是一种废物，他在煤气化过程中也会带来有害的影响；
①煤中灰分高，不但降低了煤的热值，而且增大了运输费用。
②煤中灰分高，灰渣中的残碳量也增大。
这样增加了碳损失，降低了气化效率。
③煤中灰分高，随灰带出的显热也增大，从而加大了热损失。
④随着煤中灰分的增大，加压气化得各项消耗指标如蒸汽、氧气煤耗等都有所上升，而净煤气的产率下降。
根据经验，一般加压气化用煤的灰分在19％以下时较为经济。
3.4挥发份对气化的影响
挥发份是指煤在加热时，有机质部分裂解、聚合、缩聚，低分子部分呈气态逸出，水分也随着蒸发，
矿物质中的碳酸盐分解，逸出二氧化碳等。
煤的挥发份产率与煤的变质程度有密切的关系。
随着变质
程度的提高，煤的挥发份逐渐降低。
煤的挥发份作为煤利用价值和煤分类的重要指标。
一般地，年轻煤的挥发份产率高，年老的低。
其顺序为：
泥煤＞褐煤＞烟煤＞无烟煤＞焦炭
确定气化用煤中挥发份含量的大小要根据煤气的用途来确定。
用作燃料时，要求甲烷含量高、热值大，则选择挥发份较高的煤做原料。
在所得的煤气中甲烷的含量较大。
但挥发分高的煤种，生产的煤气中焦油产率高，焦油容易堵塞管道和阀门，给焦油分离带来一定的困难，同时也增加了废水的处理量。
用做工业的合成气时，一般要求挥发份、低硫的煤种，在这里甲烷就可能成为一种有害的气体，它就变成一种杂质，要求含量不能太大，挥发份要求小于10％最好。
3.5硫分对气化的影响
煤中的硫以有机硫和无机硫的形式存在，在国各地的煤中含量都比较低，大多在1％以下。
煤在气化时，有80-85％的硫以硫化氢和二硫化碳的形式进入煤气当中。
用作燃料煤气时，硫含量要达到国放标准，否则燃烧后大量的二氧化硫会排入大气，污染环境。
用作工业合成气，硫化物会使合成催化剂中毒，并且硫化物含量越高，脱硫工段的负担就越重。
所以，气化用燃料煤中的硫含量应是越低越好。
3.6粒度对气化的影响
煤的粒度在气化过程中占有非常重要的地位。
由于粒度的不同，将直接影响到气化炉的运行负荷、煤气和焦油的产率以及气化时的各项消耗指标。
1、粒度大小与比表面积的关系煤的比表面积和煤的粒度有关，煤的粒度越小，其比表面积越大。
在动力学控制区的吸附和扩散速度的加快，有利于气化反应的进行。
2、粒度大小与传热的关系粒度越大，传热速度越慢，煤粒部与外表面之间的温差也大，使颗粒焦油蒸汽扩散阻力和停留时间延长焦油的热分解增加
3、粒度与生产能力、各项气化指标的关系原料煤粒度愈小，越易被产生的煤气带出炉外，带出物增多，就会降低气化炉的生产效率。
另外煤的粒度越小，水蒸气和氧气的消耗量增加，煤耗也会增加。
综上所述，煤的粒度大小对气化的影响较大。
粒度小，汽化剂和煤接触表面大，有利于气化反应，但粒度小，床层阻力大，气相带出物多，对后工序带来难题粒度围大，容易造成炉局部气流短路或沟流，也可能出现偏析现象，即颗粒大的煤落向炉壁，，而较小的颗粒和粉末落在床层中间，这样气化炉横断面上阻力将不均匀，易造成燃烧层偏斜或烧穿，严重影响气化炉的运行安全。
但粒度过大又易造成加煤系统堵塞和架桥，灰中残碳也会升高。
所以，一般加压气化炉对粒度围有一定的要求。
3.7煤的灰熔点和结渣性对气化的影响
灰熔点：
简单地说就是灰分加热至熔融时的温度。
测灰熔点有三个特定温度:
变形温度----T1表示
软化温度---T2表示
流动温度---T3表示
而灰熔点一般指T2
对于固态排渣，要求T2＞1250℃。
为防止灰分结渣，常采用的措施是通入过量蒸汽。
煤的结渣性能是指煤在气化时是否容易烧结成渣。
结渣性能可根据灰熔点来判断，灰熔点高，结渣性能便低。
3.8煤的粘结性对气化的影响
煤的粘结性指煤在高温下干馏粘结的性能。
粘结性煤在气化炉上部加热到300-400℃时会出现粘结和膨胀，使煤变成一种高黏度的液体，使得较小的煤块聚结成大块，从而导致气流分步不均匀和阻碍料层的下移，使气化过程恶化。
因此煤的粘结性对煤气化是一个极不利的因素。
一般加压气化用煤采用自由膨胀指数小于1的不黏煤，若气化弱粘煤，则需在炉上部增设破粘的搅拌装置，但破粘装置现仅能处理自由膨胀指数小于7的煤，对于一些强粘结性的煤，其破粘效果不佳。
褐煤成为加压气化生产城市煤气的优质原料，一是因为其挥发分含量高，还由于它的粘结性很小。
3.9煤的化学反应性的影响
煤的化学反应是指煤同汽化剂反应时的活性，也就是至碳与氧气、二氧化碳或水蒸气相互作用时的反应速度。
煤种不同，其反应活性是不同的。
一般地，变质程度浅的煤，其反应性高，而随着煤的变质程度的加深，煤的化学反应活性降低。
化学活性高，则反应能力强，有利于气化反应进行。
化学活性高，制得的煤气质量好，气化能力便大；
化学活性高，可在较低温度下进行蒸汽分解反应，使氧耗减小。
3.10煤的机械强度和热稳定性对气化的影响
煤的机械强度是指抗碎、抗磨和抗压等性能的综合体现。
机械强度差的煤在运输过程中，会产生许多粉状颗粒，造成燃料损失，在进入气化炉后，粉状燃料的颗粒容易堵塞气道，造成布气不均，严重影响气化效率。
在移动床气化炉中，煤的机械强度与灰带出量和气化强度有关。
煤的热稳定性是指煤在加热时，是否容易碎裂的性质。
热稳定差的煤在气化时，伴随气化温度的
升高，煤易碎裂成煤末和细粒，对移动床的气流均匀分布和正常流动造成严重的影响。
3.11灰熔点对气化的影响
气化温度主要决定于燃烧区温度，而燃烧区温度的确定，取决于煤的灰熔点，燃烧区的最高温度控制在灰熔点DT～ST之间。
加入的水蒸汽，一部分参与气化反应，大部分作为热载体来调节温度。
灰熔点高，可减少水蒸汽用量，从而减少煤气水的处理量。
燃烧区温度主要通过分析粗煤气组成、观察灰的粒度和含碳量来调节汽氧比（H2O/O2）以达到最佳控制。
对于加压气化，汽氧比是一个重要的操作参数，产物煤气的组成，随着汽氧比的变化而变化，同一煤种，汽氧比有一个变动围。
改变汽氧比即可调整控制气化过程的温度，在固态排渣炉中，首先保证燃烧过程灰不熔融成渣，同时保证气化反应在尽可能高的温度下进行。
对四矿的长焰煤，汽氧比控制在7.5kgH2O/m3O2左右。
3.12灰样对气化操作的指导意义
（1）灰中残碳多，反应不完全应调节汽氧比控制炉温温度低
（2）灰细说明蒸汽太多，灰层厚
（3）粒度大说明炉温高粒度小，色黑，说明炉温低，反应不完全
（4）颜色灰黑，说明燃烧不完全，火层下移，残碳量增加。
（5）结渣数量可判断炉膨料及炉是否有结疤
（6）灰锁温度下降，灰潮湿，排灰困难。
造成的原因可能是夹套漏水或膨胀冷凝器冲水过满，造成排灰困难。
（7）灰有刮刀切碎的痕迹,有大渣块，量少，颜色为红黄或灰黑，有残碳，说明炉有结渣现象，应及时增加汽氧比。
3.13入炉矸石含量增多，对气化炉的生产会带来有害的影响
（1）矸石多，不但降低了煤的热值，而且增加了运输费用。
（2）矸石多，灰渣中残碳量也增加，这样增加了碳的损失，降低了气化效率。
（3）煤中矸石多，随灰带出的显热也增大，从而加大了热损失。
（4）随着煤中矸石的增加，加压气化的各项消耗指标，如蒸汽、氧气消耗，煤耗等都有所上升，而净煤气的产率下降。
（5）煤中矸石多，炉篦转速亦高，排灰次数多，相对减少了灰锁上下阀的使用寿命。
4碎煤加压气化技术特点
鲁奇）加压气化是自热式、逆流移动床、固态排渣的生产工艺，气化过程所需要的热量靠煤的部分燃烧来供给。
气化炉是双层壁压力容器，夹套由中压锅炉水保持液位，操作期间，热量传递到夹套，在此产生略高于气化炉操作压力下的
饱和蒸汽，此蒸汽返回作气化剂，从而减少了外供的过热蒸汽供给量。
煤进入气化炉后首先受热干燥脱去水分，随着燃料层的移动进入干馏层，在此煤中挥发份受热后逸出，热解后的煤焦质在气化层与上升的气体发生气化反应，从而产生以CO2、CO、H2、CH4为主要成份的粗煤气。
煤进入气化炉后首先受热干燥脱去水分，随着燃料层的移动进入干馏层，在此煤中挥发分受热后逸出热解后的煤焦质在气化层与上升的气体发生气化反应，从而产生了以CO2、CO、H2、CH4为主的粗煤气
5碎煤加压气化的优缺点：
优点：
（1）技术成熟，氧耗较低；
（2）气化节省动力，生产能力较大；
（3）可以气化劣质煤；
（4）生产自动化程度高。
缺点：
（1）蒸汽分解率低，气化过程的热效率有所降低；
（2）气化炉有复杂的传动机构，易损件多，设备检修频繁；
（3）废水量大，废水处理复杂；
（4）只能气化小块煤。
煤质要求：
（1）需块煤（一般入炉煤在5～50mm之间）；
（2）灰熔融性软化温度大于1200℃；
（3）除强粘结性煤外都能气化。
6煤气化主要反应的反应机理
6.1、碳的氧化机理
实验证明，随着温度、流体动力条件及鼓风气相个别组成的分压不同所制得的煤气中碳的氧化物比例（CO：
CO2）变化围是很大的。
在过去大量的研究中碳与氧的反应机理最初提出为二氧化碳说，这种学说认为CO2是碳与氧反应（C+O2=CO2）生成的一次产物，而CO是CO2与碳二次反应的产物。
而后又提出一氧化碳说，其与二氧化碳说相反，认为碳和氧反应首先生成CO，即2C+O2=2CO,CO是反应的一次产物，即CO2是由反应2CO+O2=2CO2生成的。
最后较多的实验研究结果认为CO与CO2同为碳与氧相互作用的一次产物，生成机理如下：
（1）氧吸附到碳的表面.
（2）在碳的表面形成一种碳氧络合物,CxOy.（3）随着反应进行的条件不同，碳与氧络合物热键同时生成不同比例的CO和CO2。
CxOy---mCO+nCO
6.2、二氧化碳还原机理
a、反应机理：
在煤气化过程中二氧化碳还原生成一氧化碳是一个非常重要的二次还应，其在很大程度上确定了所得煤气的质量。
大量的研究工作得出结论：
二氧化碳还原反应是复杂的多相反应（非均相反应），通过形成固体表面络合物CxOy和分解生成CO。
（1）CO2在碳表面吸附并与碳形成一种碳氧初次络合物。
C+CO2——碳氧初次络合物。
（2）碳氧初次络合物分解形成放射性一氧化碳和非活性二次碳氧络合物。
（3）二次碳氧络合物分解形成非活性的一氧化碳和碳的游离原子。
二次碳氧络合物－－CO+C（游离）
7与气化工艺有关的指标
7.1：
气化强度：
气化强度是指单位时间，单位横截面积上气化的原料煤量，以㎏∕（M2.h）表示。
在实际生产中气化强度常以单位时间，单位横截面积上的粗煤气量来表示〔M3（标）∕㎡.h，影响气化强度的因素较多，原料煤的性质（煤种粒度）和气化过程的操作条件（压力、温度、汽氧比等）均对气化强度有较大影响。
7.2：
气化能力
气化能力即气化炉的生产能力，即单位时间入炉煤的气化量，用㎏∕h表示，在实际生产中，生
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