固定床气化
第四章 固定床气化工艺
第一节 移动床气化的一般知识 第二节 移动床气化工艺 最早，最简易，安全可靠， 最早，最简易，安全可靠，最成熟 应用：燃料气 合成气 应用： “落后的技术？”： 落后的技术？ 效率 规模 用煤 环境
20122012-3-14
《煤炭气化工艺学》 煤炭气化工艺学》
20122012-3-14 《煤炭气化工艺学》 煤炭气化工艺学》
1、移动床气化炉的一般知识
氧化层
作用
控制
有无反应
氧化层带温度高， 氧化层带温度高，气化剂浓度 也称燃烧层或火 考虑到灰分的熔点， 考虑到灰分的熔点，氧化层的温度太高 最大，发生的化学反应剧烈·， 最大，发生的化学反应剧烈 ， 层，是煤炭气化 有烧结的危险， 有烧结的危险，所以一般在不烧结的情 主要的反应为： 主要的反应为： 的重要反应区域， 的重要反应区域， 况下，氧化层温度越高越好， C+O → 况下，氧化层温度越高越好，温度低于 CO 从灰渣中升上来 120℃为宜， 1200℃ 2 2 灰分熔点的80～ 灰分熔点的 ～ ℃为宜，约 ℃ 2CO 2C+O2 → 的预热气化剂与 左右。氧化层厚度控制在150～300mm 左右。氧化层厚度控制在 ～ 2CO+O2 → CO2 煤接触发生燃烧 左右，要根据气化强度、 左右，要根据气化强度、燃料块度和反 上面三个反应都是放热反应，因 上面三个反应都是放热反应， 反应． 反应．产生的热 应性能来具体确定。 应性能来具体确定。 而氧化层的温度是最高的。 而氧化层的温度是最高的。 量是维持气化炉 正常操作的必要 条件。 条件。 -3-14 20122012
水煤 气的 制气 原理
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固定床气化
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常压发生炉煤气生产工艺
常压移动床气化工艺是比较古老的，应用非常普遍的气化方法。其特点是：整个气化过程是在常压下进行的； 在气化炉内，煤是分阶段装人的，随着反应时间的延长，燃料逐渐下移，经过前述的干燥、干馏、还原和氧化等 各个阶段，最后以灰渣的形式不断排出，而后补加新的燃料；操作方法有间歇法和连续气化法；气化剂一般为空 气或富氧空气，用来和碳反应提供热量，水蒸气则利用该热量和碳反应，自身分解为氢气、一氧化碳、二氧化碳 和甲烷等气体。
移动床又叫固定床。移动床是一种较老的气化装置。燃料主要有褐煤、长焰煤、烟煤、无烟煤、焦炭等，气 化剂有空气、空气-水蒸气、氧气-水蒸气等，燃料由移动床上部的加煤装置加入，底部通入气化剂，燃料与气化 剂逆向流动，反应后的灰渣由底部排出。
当炉料装好进行气化时，以空气作为气化剂，或以空气（氧气、富氧空气）与水蒸气作为气化剂时，炉内料 层可分为六个层带，自上而下分别为：空层、干燥层、干馏层、还原层、氧化层、灰渣层，气化剂不同，发生的 化学反应不同。由于各层带的气体组成不同，温度不同，固体物质的组成和结构不同，因此反应的生成物均有一 定的区别。各层带在炉内的主要反应和作用都不同。
常压固定床气化生成煤气的有效成分主要有H2、CO和少量CH4,用于合成氨生产的半水煤气中的氮也是有效成 分。用作燃料的煤气以单位发热量来衡量，而用作合成气则以CO和H2的体积百分含量来表示。工业煤气一般分为 空气煤气、混合煤气（发生炉煤气）、水煤气、半水煤气和中热值煤气。
工艺分类
常压发生炉
移动床气化炉
技术发展
常压固定床煤气化技术是以空气、蒸气、氧为气化剂，将固体燃料转化成煤气的过程。自1882年第一台常压 固定床煤气发生炉在德国投产以来，该项技术不断得到完善。由于技术成熟可靠，投资少，建设期短，在国内外 仍广泛使用。在冶金、建材、机械等行业用于制取燃气。在中小型合成氨厂用于制取合成气。但可以预计，由于 生产技术不断更新，企业生产规模的不断扩大，装置大型化，这种气化技术由于对原料要求严格，生产能力小， 能耗高等缺点随着时间的推移终将被淘汰。
固定床气化炉的特点及应用
固定床气化炉的特点及应用固定床气化炉是一种常见的气化设备，用于将固体燃料转化为气体燃料，以供热能或化工原料使用。
它具有以下几个特点：1. 固定床结构：固定床气化炉采用了固定床结构，即将燃料固定在炉膛中，通过燃料的逐层递进气化，使得气化反应更加均匀和稳定。
2. 高热效率：固定床气化炉具有较高的热效率，能够充分利用燃料的热值，最大程度地将固体燃料转化为气体燃料。
同时，固定床结构也使得炉膛能够有效地吸收和利用废热，提高了热效率。
3. 灵活性：固定床气化炉能够适应不同种类的固体燃料，如木材、碳黑、秸秆等，具有较高的灵活性。
此外，固定床气化炉还可以用于试验和研究，可对不同燃料和气化条件进行实验，得到相应的气化效果和参数。
4. 适用范围广：固定床气化炉可以广泛应用于能源、化工、冶金等行业，用于生产燃气、合成气、发电气等气体燃料。
近年来，随着可再生能源的重要性的日益增强，固定床气化炉也广泛应用于生物质能源领域，将木材、秸秆等生物质转化为可再生的气体燃料。
固定床气化炉的应用主要有以下几个方面：1. 煤炭气化：固定床气化炉在煤炭气化领域具有广泛的应用。
通过固定床气化炉，煤炭中的碳氢化合物和灰分可以被有效转化为高热值的合成气，供热、供电和合成化工原料使用。
2. 生物质能源利用：固定床气化炉在生物质能源利用中发挥着重要作用。
生物质如木材、秸秆等可通过固定床气化炉转化为可再生的合成气，可用于供热、供电以及替代化石燃料的合成化工原料。
3. 废弃物处理：固定床气化炉能够有效处理和利用各种固体废弃物，如生活垃圾、工业废料等。
通过固定床气化炉，固体废弃物中的有机物能够转化为合成气，减少废弃物的体积和对环境的影响。
4. 中小型能源系统：固定床气化炉由于其结构简单、操作方便等特点，适用于中小型能源系统的建设。
中小型气化系统可以在远离传统能源供应网络的地方提供能源，解决了能源的供给问题。
5. 实验研究：固定床气化炉还可以用于试验和研究领域。
生物质常压固定床气化炉安全评价标准
生物质常压固定床气化炉安全评价标准生物质常压固定床气化炉是一种常见的生物质能转化设备，具有高效利用生物质资源、减少环境污染和减少对化石能源依赖的优点。
然而，随着生物质固定床气化技术的逐渐普及，其安全性问题备受关注。
本文将从深度和广度的角度对生物质常压固定床气化炉的安全评价标准进行全面评估，并撰写一篇有价值的文章。
一、生物质常压固定床气化炉的基本原理1. 生物质气化技术概述生物质气化是指将生物质颗粒、块状燃料或废弃物在缺氧条件下加热转化为可燃气体的过程。
生物质气化技术可以将生物质资源转化为可再生能源，具有环保和可持续发展的特点。
2. 常压固定床气化炉工作原理常压固定床气化炉是一种常见的生物质气化设备，其工作原理是将生物质颗粒或块状燃料置于固定的气化床内，通过控制气化剂的进气量和进气速度，使生物质在高温条件下发生热解反应，产生可燃气体。
二、生物质常压固定床气化炉的安全评价标准1. 安全性评价指标生物质常压固定床气化炉的安全性评价标准应包括设备结构安全、操作环境安全、气体排放安全、事故应急处理等方面的指标。
设备结构安全主要包括设备设计合理性、材料选用等；操作环境安全包括设备周围环境是否合格；气体排放安全需要考虑气体排放的浓度和组成等；事故应急处理要考虑设备可能出现的各种事故情况，并制定相应的应急预案。
2. 安全评价方法对于生物质常压固定床气化炉的安全评价，可以采用定量分析和定性分析相结合的方法。
定量分析可以通过数值模拟方法对气化炉内部的温度、压力、气体组成等参数进行分析；定性分析可以通过检测设备结构是否存在缺陷、操作环境是否符合要求等方面进行分析。
三、对于生物质常压固定床气化炉安全评价标准的个人观点和理解1. 安全是气化炉设备设计和运行的首要考虑因素，只有确保设备的安全性，才能更好地实现生物质资源的有效利用。
2. 安全评价标准应该是因地制宜的，针对不同地区和不同生物质类型的气化炉进行差异化的安全评价。
国内主要固定床煤气化技术简介
Key words: coal gasification technology; fixed bed coal gasification technology; coal chemical
产煤制燃气而开发。 2010 年, 该技术被上海泽玛克敏达机械设
备有限公司收购, 目前已开发出泽玛克块粉一体气化技术、 泽
玛克高产油干馏气化一体技术和泽玛克废物 / 生物质气化技术。
2. 2 工艺流程
该技术工艺流程由气化工段和煤气水分离工段组成。 原料
作者简介: 刘琰, 本科, 现任鹤壁煤化工有限公司副总经理, 从事煤化工安全生产工作。
法排灰气化炉, 每台气化炉有一台 / 两台煤锁、 一台灰锁、 一
台洗涤冷却器和一台废热锅炉与之配套。 装置运行时, 煤经由
自动操作的煤锁加入气化炉。 气化剂由蒸汽、 氧气或蒸汽、 氧
气和二氧化碳经气化剂混合管混合, 混合物经安装在气化炉下
部的旋转炉篦喷入, 在燃烧区燃烧一部分, 为吸热的气化反应
提供所需的热量。 在气化炉的上段, 刚加进来的煤向下移动,
第 48 卷第 21 期
2020 年 11 月
Vol. 48 No. 21
Nov. 2020
广 州 化 工
Guangzhou Chemical Industry
国内主要固定床煤气化技术简介
刘 琰
( 河南能源化工集团鹤壁煤化工有限公司, 河南 鹤壁 458000)
摘 要: 煤气化技术对高效率适用煤炭资源有着重要的作用, 固定床气化技术上最早开发和应用的气化技术, 在煤化工行
固定(移动)床气化法
蒸汽缓冲罐 空气鼓风机
吹风空气阀
洗 气 箱
洗 涤 塔
下行煤气阀 气柜 煤气去净化
气柜水封 图5--27 水煤气站流程
气柜水封
3.两段式完全气化炉
特点： 使用高挥发份的弱黏结性烟煤及褐煤； 干镏气化分段进行； 两段炉具有比一般发生炉较长的干馏段，煤加热速度变慢，干馏 温度低，获得的焦油质量比较轻。
⑴两段式煤气发生炉（P173图-28） 上段：干馏段 下段：气化段 下段煤气温度500~600℃， 上段煤气温度100~150℃，只含轻质焦油。
双层壳体（内外两 层厚刚筒间形成水 夹套，可引出供气 化炉使用）； 设有煤分布器和搅 拌器（破黏）； 塔节型炉箅且设有 破渣装置（气化剂 均匀分布）；
②工艺流程
煤气带出有废热回收的制气工艺流程：P179图5-36
5.加压液态排渣气化炉 ⑴基本原理
仅向炉内通入适当的水蒸气量，控制炉温度 在灰熔点之上，使灰渣以熔融态自气化炉内 排出（消除了结渣对炉温的影响）
间歇法制造水煤气
两段：吹空阶段（吹风阶段）； 吹蒸阶段（制气阶段）。 ⑴理想水煤气 生成理想水煤气的方程式：
Ｃ＋Ｏ２＋３.７６ N2 ＋３Ｃ＋３ H2Ｏ＝＝ ＣＯ２ ＋ ３.７６ N2 ＋ ３ＣＯ＋３ Ｈ2 理想水煤气组成：50%ＣＯ与50%Ｈ2 气化效率：100% ⑵实际水煤气 Ｈ2含量高于ＣＯ（ ＣO＋H2Ｏ＝＝ ＣＯ2＋Ｈ2 ） 常含有ＣＯ2、N2 、H2S和ＣＨ4 等 气化效率：60%~65%
§ 5、煤的气化
§ 5．3 固定(移动)床气化法
§ 5．3 固定(移动)床气化法
一、发生炉煤气（空气煤气） 以煤或焦炭为原料，以空气和水蒸气为气化剂，通入发 生炉内制得的煤气为发生炉煤气。（ＣＯ H2 N2 ） 1. 制气原理： ⑴理想发生炉煤气 理想的发生炉煤气的组成取决于这两个反应的热平 衡条件，即满足放热反应与吸热反应的热效应衡等的条 件 。
(选学)分析固定床气化技术
煤炭气化生产技术
1.UGI炉结构
炉子为直立圆筒形结构。 炉体用钢板制成，下部设 有水夹套以回收热量、副 产蒸汽，上部内衬耐火材 料，炉底设转动炉篦排灰。
上锥体
水夹套 炉篦传动装置 出灰机械
设备结构简单，易于操作， 不需用氧气作气化剂，热 效率较高，但是生产强度 低，对煤种要求比较严格， 采用间歇操作工艺管道比 较复杂。
由炉底吹入空气，把残留在炉上部及 管道中的水煤气送往贮气柜而得以回收， 以免随吹风气逸出而损失。
10
煤炭气化生产技术
• 3－4分钟循环各阶段时间分配表：
序 号
阶段名称
3min循环,（S） 4min循环, （S）
1
吹风阶段
40～50
60～80
2
3 4
蒸气吹净阶段 2
上吹制气阶段 45～60 下吹制气阶段 50～55
2
60～70 70～90
5
二次上吹阶段 18～20
18～20
11
煤炭气化生产技术
吹风阶段
蒸气吹净阶段
一次上吹制气阶段
下吹制气阶段
二次上吹制气阶段
空气吹净阶段
12 其缺点是生产必须间歇阀门频繁切换，生产效率低
煤炭气化生产技术
软水 蒸汽总阀 上吹蒸汽阀
蒸汽 下吹蒸汽阀 集汽包 上水
集汽包
水 煤 气 发 生 炉
燃 烧 室
废 热 锅 炉
烟 囱 上 行 煤 气 阀 烟囱阀
蒸汽缓冲罐 空气鼓风机
吹风空气阀
洗 气 箱
洗 涤 塔
下行煤气阀 气柜 煤气去净化
气柜水封 图5--27 水煤气站流程
气柜水封
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煤炭气化生产技术
几种固定床
几种固定床（移动床）气化炉的特点2009-02-21 10:05:37| 分类：默认分类|举报|字号订阅移动床(固定床)气化移动床气化又称固定床气化，属于逆流操作。
分为常压与加压两种。
常压法比较简单，但要求用块煤，低灰熔点的煤难以使用。
加压法是常压法的改进和提高，常用O2与水蒸气为气化剂，对煤种适应性大大提高。
属于这类炉型的气化炉有UGI炉、鲁奇(Lurgi)炉和液态排渣鲁奇(BGL)炉等。
(1) UGI炉固定床气化炉常压UGI炉以块状无烟煤或焦炭为原料，以空气和水蒸气为气化剂，在常压下生产合成原料气或燃料气。
该技术是20世纪30年代开发成功的，设备容易制造、操作简单、投资少。
但是，在日益重视规模化、环境保护和能源利用率的今天，这种常压煤气化技术设备能力低、三废量大以及必须使用无烟块煤等缺点变得日益突出。
①UGI炉单炉生产能力小。
即使是最大的3.6m炉，单炉的产气量也只有12000m3/h(标)左右，使得气化炉数量增多，布局十分困难。
②UGI炉生产现场操作环境恶劣。
一层潮湿，二层闷热，三层升腾的蒸汽让人难以忍受。
③一个制气循环分为吹风、上吹、下吹、二次上吹、空气吹净5个阶段。
气化过程中大约有1/3的时间用于吹风和倒换阀门，有效制气时间少，气化强度低。
另外，需要经常维护气化区的适当位置，加上阀门开启频繁，部件容易损坏，因而操作与管理比较繁琐。
④来自洗气箱和洗气塔的大量含氰废水和吹风气，对河流和空气造成严重污染。
⑤UGI炉对煤质的要求极为严格，原料必须是25~80mm的无烟块煤，入炉煤必须经过筛选，筛选下来的粉煤和碎煤只能低价卖出或烧锅炉。
⑥UGI炉碳转化率低，渣中含碳量高达22%以上，造成煤的大量浪费。
⑦UGI炉出炉煤气中CO+H2只有70%左右，而且炉出口温度低，气体含有相当量的煤焦油，给气体净化带来困难。
UGI炉目前已属于落后的技术，国外早已不再采用。
我国的中小氮肥厂仍有3000多台UGI炉在运转。
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固定床气化：
1.1 鲁奇固定床气化技术
鲁奇公司从1930年开始开发此项技术，经过不断改进，比较成熟的是直径为3.8m,压力为3.0-4.0MPa的MARK Ⅳ型气化炉。
其后，由与南非萨索尔合作开发了MARK Ⅴ型气化炉。
在美国、南非有应用。
国内较早使用鲁奇炉的有山西天脊，河南义马，云南解化、哈气化、兰州煤气厂。
鲁奇炉的特点是带有夹套锅炉固态排渣的加压煤气化炉，也称为碎煤加压气化。
煤种要求：使用块煤（6-50mm），热稳定性好，不能有黏结性，灰熔点不能太低，煤种适应性差
1.1.1 优点：
1.1.1.1 业绩多、运行稳定
1.1.1.2 副产品附加值高（副产品：焦油、中油、石脑油、粗酚、氨）
1.1.1.3 粗煤气中含10%-12%甲烷，甲烷合成负荷低，投资省
1.1.1.4 氧耗低，空分投资省，备煤系统相对简单
1.1.1.5 设备国产化率高
1.1.2 缺点：
1.1.
2.1 煤锁阀和灰锁阀检修频繁
1.1.
2.2 酚、氨回收系统开车困难
1.1.
2.3 气化流程长，操作性对复杂
1.1.
2.4 污水量大、成分复杂，处理难度大，达标排放不易，投资高
1.1.
2.5 煤种适应性差
鲁奇炉总装图
1.2 BGL熔渣气化炉
BGL气化炉炉体简单，在炉内壁加入了耐火砖衬，外面靠水夹套保护。
在炉体下部沿周向安装了一组喷嘴，将混合氧气、水蒸汽高压喷入炉内，形成炉内局部高温燃烧区（2000℃），气化区温度在1400-1600℃（反应温度700-1400，鲁奇炉700-1100），较鲁奇炉大幅度提高了气化率，成倍提高了气化强度。
最大的优势是将蒸汽使用量减少到鲁奇炉耗量的10%-15%,蒸汽分解率超过90%，绝大部分水蒸汽参与气化，极大减少了废水量。
与气流床相比，又兼具了鲁奇炉的特点，无需为气化水而消耗大量氧气，仅比鲁奇炉耗氧多10-20%。
但气化反应速度快，强度大大增强，生产能力比同样大小的鲁奇炉高2-3倍。
煤种要求：使用块煤或型煤（6-50mm），热稳定性好，不能有黏结性，灰熔点不能太低，煤种适应性差
1.2.1 优点：
1.2.1.1 设备完全国产化
1.2.1.2 副产品附加值高
1.2.1.3 粗煤气中含6.2%左右的甲烷，甲烷合成负荷低，投资省
1.2.1.4 污水处理量比鲁奇炉少
1.2.1.5 设备国产化高
1.2.2 缺点：
1.2.2.1 煤锁阀检修频繁
1.2.2.2 运行业绩少
1.2.2.3 酚、氨回收系统开车困难
1.2.2.4 装置用水量大
1.2.2.5 气化流程长，操作性对复杂
1.2.2.6 污水成分复杂，处理难度大，达标排放不易，投资高
1.2.2.7 煤种适应性差。