湿法加压气流床气化技术
§ 4.4 气流床气化工艺
气化
气化炉内进行的反应主要有： C+O2→CO2 -394.1 kJ／mol 气化炉是气化过程的核心，而喷嘴又是气化炉的关键设备。 C+CO2 → 2CO +173．3kJ／mot 合格的水煤浆在进人气化炉时，首先要被喷嘴雾化，使煤 C+2H2 → CH4 -84.3kJ／mol 粒均匀地分散在气化剂中，从而保证高的气化效率。良好的 CO+H20 → H2+C02 -38.4kJ／mol 喷嘴设计可以保证煤浆和氧气的均匀混台。 CO+3H2 → CH4+H20 -219．3kJ／mol 满足实际生产要求的喷嘴．应该具有以较步的雾化剂和较 还进行以下反应； 少的能量达到较好雾化效果的能力，而且结构要简单，加工 CmHn →(m-1)C+CH4+0.5(n一4)H2 要方便．使用寿命长等性能。 → mCO +0.5nH O CmHn+(m+0.25n)02 2 2 国外使用的喷嘴结构多用三套管式，中心管导入15％的氧 当煤浆进入气化炉被雾化后，部分煤燃烧而使气化炉温度很快达到 气，内环隙导入煤浆，外环隙导人85%的氧气，并根据煤 1300℃以上的高温，由于高温气化在很高的速度下进行．平均停 浆的性质可调节两股氧气的比例，以促使氧气和碳的反应。 留时间仅几秒钟．高级烃完全分解，甲烷的含量也很低，不会产生 焦油类物质。由于温度在灰熔点以上，灰分熔融并呈微细熔滴被气 流夹带出，离开气化炉的粗煤气可用各种方法处理：
水
添加 剂
返料
高浓度湿磨
水煤浆
湿筛
封闭式湿磨设备
煤浆的制备和输送
非封闭式湿磨设备
如图所示是非封闭式湿磨 系统。该法中，煤一次通 过磨机，所制取的煤浆同 时能够满足粒度和浓度的 要求。煤在磨机中的停留 时问相对长一些，这样可 以保证较大的颗粒尽可能 不太多。要达到合格的研 磨，选择适当的磨机就变 得很重要，最合适的是用 充填球或棒的滚筒磨机， 妥善选择磨机长度、球径 及球数，使得煤通过磨机 时一次即能达到高浓度的 煤浆，并具有所需要的粒 度。
气流床加压气化工艺介绍
气流床加压气化工艺介绍一、工艺原理本煤气化技术属气流床加压气化工艺。
浓度60.5%的水煤浆通过煤浆给料泵加压与高压氧气（纯度99.6%）通过四个对称布置在气化炉中上部同一水平面的工艺喷嘴对喷进入气化炉燃烧室。
对喷撞击后形成6个特征各异的流动区，即射流区、撞击区、撞击流股、回流区、折返流区和管流区组成。
利用煤的部分氧化释放出热量，维持在该煤种灰熔点温度以上进行气化反应。
炉内温度约1350℃，反应过程非常迅速，一般在4—10秒内完成。
（1）射流区：流体从喷嘴以较高速度喷出后，由于湍流脉动，射流将逐渐减弱，直至与相邻射流边界相交。
同时受撞击区较高压力的作用，射流速度衰减加快，射流扩张角也随之加大，此后为撞击区。
（2）撞击区：当射流边界交汇后，在中心部位形成相向射流的剧烈碰撞运动，该区域静压较高，且在撞击区中心达到最高。
此点即为驻点，射流轴线速度为零，由于相向流股的撞击作用，射流速度沿径向发生偏转，径向速度（即沿设备轴向速度）逐渐增大。
撞击区内速度脉动剧烈，湍流强大、混合作用好。
（3）撞击流股：四股流体撞击后，流体沿反应器轴向运动，分别在撞击区外的上方和下方形成了流动方向相反，特征相同的两个流股。
在这个区域中，撞击流股具有与射流相同的性质，即流股对周边流体也有卷吸作用，使该区域宽度沿轴向逐渐增大，轴向速度沿径向衰减，直至轴向速度沿径向分布平缓。
（4）回流区：由于射流和撞击流股都具有卷吸周边流体的作用，故在射流区边界和撞击流股边界，出现在回流区。
（5）折返流区：沿反应器轴线向上运动的流股对拱顶形成撞击流，近炉壁沿着轴线折返朝下运动。
（6）管流区：在炉膛下部，射流、射流撞击、撞击流股，射流撞击壁面等特征消失，轴向速度沿径向分布保持不变，形成管流区。
水煤浆、氧气进入气化室后，相继进行雾化、传热、蒸发、脱挥发份、燃烧、气化等六个物理和化学过程，前五个过程速度较快，已基本完成，而气化反应除在上述五区中进行外，主要在管流区中进行。
气流床粉煤加压气化制备合成气新技术
气流床粉煤加压气化制备合成气新技术
气流床粉煤加压气化制备合成气新技术
随着我国工业化的进程，合成气在替代高污染的燃料及原料方面发挥
着重要作用。
考虑到粉煤的低值利用，研究了一种新的气流床粉煤加
压气化制备合成气技术。
实验结果表明，气流床加压气化制备合成气，粉煤的热值可以达到5.2MJ/kg，热效率可以达到83.2%，气化产率可
以达到78.2%，空气比率可以达到1.15。
综合考虑气化热效率、产气率、空气比率等指标，在此条件下，粉煤可以达到最佳的加压气化效果。
该技术克服了粉煤加压气化过程中的碱金属煤渣结垢、碱金属活性剂
流失等问题，通过改变活性剂的浓度，可以提高粉煤加压气化合成气
的产量及气化效率。
此外，该技术还能够有效抑制煤中硫、氮等有害
物质的排放，减少环境污染。
总之，气流床粉煤加压气化制备合成气技术在提高粉煤利用率，减少
有害物质排放方面具有重要意义，有助于综合利用粉煤资源，有助于
实现低碳、绿色发展。
几种常用煤气化技术的优缺点
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。
气 流 床 气 化 法.
喷嘴 O2入口 冷却水入口
特点： 冷却水出口 －水煤浆进料（煤>60％） －先进行预热、水蒸发 气化炉 －干馏、热解、气化 耐火砖衬－液态排渣 －进料比干煤粉简单稳定 －湿法研磨节省动力 水入口 －煤浆需加稳定剂 －对向火面耐火材料要求高 水出口 －副产蒸气利用很重要 －O2耗较高、CO2较多
喷嘴 O2 入 冷却水入 口 口
急冷室 水浴
3）生成以CO、H2、CO2和 水蒸汽为主要成分的湿煤 冷却水出 气及熔渣，一起并流而 口气化炉 下．离开反应区，进入炉 耐火砖衬 子底部急冷室水浴， 4）熔渣经淬冷、固化后 被截留在水中．落入渣罐， 经排渣系统定时排放。 水入 5)煤气和所含饱和蒸汽进 口 入煤气冷却净化系统。 水出 口
图5-44
K-T气化工艺流程
1-煤斗；2-螺旋给料器；3-氧煤混合器；4-煤粉喷嘴；5-气化炉；6-辐射 锅炉；7-废热锅炉；8-除渣机；9-运渣机；10-冷却洗涤塔；11-泰生洗涤 机；12-最终冷却塔；13-水封槽；14-急冷器
② 煤粉和气化剂的输入
煤仓中粉煤通过气动输送输入 气化炉上部的粉煤料斗1。全系 统均以氮气充压。 螺旋加料器2将煤粉送入氧煤 混合器3；空分工业氧进入氧煤 混合器3。 均匀混合的氧气和煤粉，进入 烧嘴4，喷入气化炉内5；过热蒸 汽同时经烧嘴4送入气化炉5。 关键： 煤粉喷射速度必须大于火焰 的扩散速度，防止回火。
1.2 主要特征 ※ ①气化温度高、气化强度大 纯氧和水蒸气气化，温度达2000℃左右 ②煤种适应性强； 褐煤不适于制水煤浆加料。 ③煤气中不含焦油； 反应温度高，床层温度均一 ④需要设置庞大的磨粉、余热回收、除尘等辅助装置。 粉煤70~80%过200目筛分，出口煤气温度高，起气速高 带走的飞灰多。
【管理资料】气流床气化法1..汇编
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4、优缺点
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优点：温克勒气化工艺单炉的生产能力较大、煤气中无焦油，污染小。
生成二氧化碳和水蒸气 当氧气不足，煤粉进行不完全燃烧时，烃类及碳与氧
气反应生成一氧化碳和氢气 煤粉中剩余的碳与二氧化碳、水蒸气发生气化反应，
吸收热量生成一氧化碳和氢气，同时还存在着水煤气变换 反应。
2 影响粉煤气化的参数
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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（1）气化温度 提高气化温度可以：
➢ 加速气化反应，提高气化炉的气化能力， ➢ 提高碳的转化率 ➢ 提高碳与水蒸气之间强吸热式水煤气反应的平衡
1、高温温克勒气化法（1）工艺LO流GO 程
和低温温克勒气化炉相比较， 高温温克勒气化炉的主要特点是 在H出压T炉W力粗汽和煤化高气工温直艺下接最的进初温入是克两由勒级德气旋国风除 化的尘．莱器设茵，备褐一的煤级生公分产司离能发的力明含大，碳大该量提公较高的 高司颗，拥粒是有返常并回压经到的营床2德内倍国进多鲁一。尔步温地气度区化的，二 提的级高几除和座尘大褐器颗煤流粒煤出重矿的新。气返用体回莱入床茵废层褐热炉回 使煤煤C收除得中a为热尘O碳加原+量。M转入料，g化助，O再率剂占煤经上，5的水0升一%灰洗为是左分塔可9右中冷6以％；却脱。除尘却 除S整i硫O个2化占气氢8化%等；系，灰统并熔是且点在可一使个碱密性闭的 灰T压1分=力的9系5灰0统℃培中，点进添提行加高的5。%，气的加化石煤温灰，汽化， 度石出提后灰高提均，高在虽到加然1压1煤0下0气。进中在行的汽。甲化含烷压水分 含力8量%0.~降918低2M%，P的a但的褐煤压煤气力进中下入的，压有以力效氧为 成气0分./9水8却M蒸提P气a高的为，密汽煤闭化气料剂的锁，质系温量统度也后，经 相1过0应0螺0提下旋高进给。行料的阀H输T入W炉汽内化。工为提高 艺煤试的验灰熔点而按一定比例配入的 添加剂（主要是石灰石，石灰或 白云石）也经给料机加入炉内， 和由螺旋给料机加入的煤料并流 气化。
煤化工基础知识
煤化工基础知识一、煤化工以煤炭为原料经化学方法将煤炭转化为气体、液体和固体产品或半产品，而后再进一步加工成一系列化工产品或石油燃料的工业，称之为煤化工。
二、元素分析全面测定煤中所含化学成分的分析叫元素分析。
对燃烧有影响的成分包括碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分，各化学元素成分用质量白分数表示。
三、煤的工业分析是利用煤在加热燃烧过程中的失重进行定量分析，测定煤的水分、挥发分、固定碳和灰分的成分。
四、煤里面都含有水分，水分的含量和存在状态与外界条件和煤的内部结构有关。
根据水在煤里面的存在状态，将煤中水分分别称为外在水分、内在水分以及同煤中矿物质结合的结晶水、化合水。
五、在煤的工业分析中测定的水分可分为收到基水分和分析基水分两种。
六、煤的灰分是指煤完全燃烧后剩下来的残渣。
这些残渣儿乎全部来自于煤中的矿物质。
煤的组成以有机质为主体，有机质主要曲碳、氢、氧、氮、硫5种元素组成。
七、煤的热解一干憎所谓煤的热解，是指在隔绝空气的条件下，煤在不同温度下发生的一系列物理、化学变化的复杂过程。
其结果是生成气体（煤气）、液体（焦油）、固体（半焦或焦炭）等产品。
煤的热解也称为煤的干憎或热分解。
按热解最终温度不同可分为:高温干镭900-1050?,中温干® 700—800?,低温干500-600?o八、煤的铝甑(zeng)低温干憎试验为了评定煤的炼油适合性以及干憎产物，常用铝甑低温干谓试验方法。
要点是: 将煤样装在铝甑中，以一定程序加热到510?,保持一定时间，测定所得的焦油、热解水和半焦和煤气的产率。
评价煤的低温干燥焦油产率时用空气干燥基指标Tarado Tar ad, 12%称为高油煤，Tarad=7—12%称为富油煤，Tarad?7%称为含油煤。
九、煤气化炉的分类1、我们按气化炉中的流体力学条件分，只有三种：固定床、流化床、气流床。
2、固定床的特点是简单可黑。
气化剂与煤逆流接触，气化过程比较完全，热量利用比较合理，热效率较高。
Texaco-Shell-GSP煤气化技术比较
730 2200 小试厂
商业化装 压力 4.0MPa 1986 年 6
置，生产 温度 1500℃ 月建成，投
H2 和羰
资 2.2 亿马
基合成气
克
联合发电 压力 2.8-3.0 96 年 7 月 MPa，温度 投用，投资
1200-1500℃ 5.1 亿美元
小试装置 气化压力 1.4 小 试 厂 79
气化装 Φ2×10ft，二段反应
发电
年投运。 示 范 厂 83 年 7 月投运
1430 1832
商业化生 压力 2.1MPa 87 年 4 月 产装置， 一段温度 投运 联合循环 1316-1427 发电 ℃，二段
1038℃
中国水煤浆气化装置概况一览表
序 气化装 气化炉台数和形式
号置
煤浆制备
单炉干煤 用途
量（t/d）
主要工 艺条件
2、国内外水煤浆气化装置
到目前为止，国内外已建、在建和拟建德士古水煤浆加压气化装置，加上技 术上相似的道化学气化装置，已达 20 多座，如下表所示：
国外水煤浆气装置概况一览表
序 气化 气化炉台数和形式
号 装置
煤浆制备
单炉干煤 用途
量（t/d）
主要工 艺条件
备注
1 美国蒙 3 台，第 l 台为废锅 棒磨机，试烧评 15～20 中试装 第 1 台设计 3 台分别于
⑦、单台气化炉的投煤量选择范围大。根据气化压力等级及炉径的不同，单 炉投煤量一般在 400～1000t/d（干煤）左右，在美国 Tampa 气化装置最大气化能 力达到 2200t/d（干煤）。
一、Texaco 水煤浆纯氧加压气化技术
1、发展历史 鉴于在加压下连续输送粉煤的难度较大，1948 年美国德士古发展公司 （Texaco Development Corporation）受重油气化的启发，首先创建了水煤浆气化 工 艺 (Texaco coal gasification process) ， 并 在 加 利 福 尼 亚 州 洛 杉 矶 近 郊 的 Montebello 建设第一套投煤量 15t/d 的中试装置。当时水煤浆制备采用干磨湿配 工艺，即先将原煤磨成定细度的粉状物，再与水等添加物混合一起制成水煤浆， 其水煤浆浓度只能达到 50%左右。为了避免过多不必要的水分进入气化炉，采取 了将人炉前的水煤浆进行预热、蒸发和分离的方法。由于水煤浆加热汽化分离的 技术路线在实际操作中遇到一些结垢堵塞和磨损的麻烦，1958 年中断了试验。 早期的德士古气化工艺存在以下明显的缺点。如①、配置煤浆不会应用水煤 浆添加剂和未掌握粒级配比技术，煤浆浓度较低；②、水煤浆制备采用干磨湿配， 操作复杂，环境较差；③、煤浆在蒸发过程中易结垢和磨损；④、分离出的部分 蒸汽（约 50%）夹带少量煤粉无法利用，且在放空时造成污染。 由于在 20 世纪 50～60 年代油价较低，水煤浆气化无法发挥资源优势，再加 上工程技术上的问题，水煤浆气化技术的发展停顿了 10 多年，直到 20 世纪 70 年代初期发生了第一次世界性石油危机才出现了新的转机。德士古发展公司重新 恢复了 Montebello 试验装置，于 1975 年建设一台压力为 2.5MPa 的低压气化炉， 采用激冷和废锅流程可互相切换的工艺，由于水煤浆制备技术得到长足的进步， 水煤浆不再经过其他环节而直接喷人炉内。1978 年和 1981 年再建两台压力为 8.5MPa 的高压气化炉，这两台气化炉均为激冷流程，用于煤种评价和其他研究。 1973 年德士古发展公司与联邦德国鲁尔公司开始合作，于 1978 年在联邦德 国建成了一套德士古水煤浆气化工业试验装置(RCH/RAG 装置)，该装置是将德 士古发展公司中试成果推向工业化的关键性一步，通过实验获得了全套工程放大 技术，并为以后各套工业化装置的建设奠定了良好的基础。
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湿法加压气流床气化技术
4.1 GE的TEXACO水煤浆气化技术
TEXACO气化技术简称TCGP，是美国德士古公司发展起来的，后这项技术被GE 收购。
GE公司的水煤浆炉是粉煤利用技术最早的成熟的技术，在国内外有着广泛的应用。
有很成功的使用实例，从600吨到2500吨都有成功业绩。
国内使用TEXACO 的有黑龙江的浩连河化肥厂、渭河化肥厂、鲁南化肥厂等。
煤种要求：使用面煤，可磨性好，成浆性好（60%以上较优），灰熔点<1350℃灰分<20%，煤种适应性差
优点：
①业绩多，运行稳定②国产化率高
③废水少，污水处理容易④气化强度高，单台炉处理能力大
⑤工艺流程短，操作相对简单⑥气化效率高，有效气比例高
缺点：
①煤种适应性差②烧嘴需定期更换
③气化炉耐火材料使用寿命相对较短
④备煤、空分系统投资大，装置总投资较高
工艺流程图。