(选学)分析固定床气化技术
固定床气化
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。
固定床气化工艺简介：2、固定床气化的过程原理.
2、固定床气化的过程原理 固定床气化炉内的气化过程原理如图4-17所示。
图4-17 固定床气化的原理可见， 在固定床气化炉中的不同区域中，各个反应过程所对应的反应区 域界面比较明显。
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。
(1)灰渣层 灰渣层中的灰是煤炭气化后的固体残渣，煤灰堆积在炉底的气体分布板上具有以下三个方面的作用。
①由于灰渣结构疏松并含有许多孔隙，对气化剂在炉内的均匀分布有一定的好处。
②煤灰的温度比刚入炉的气化剂温度高，可使气化剂预热。
③灰层上面的氧化层温度很高，有了灰层的保护，避免了和气体分布板的直接接触，故能起到保护分布板的作用。
灰渣层对整个气化操作的正常进行作用很大，要严格控制。
根据煤灰分含量的多少和炉子的气化能力制定合适的清灰操作。
灰渣层一般控制在100~400mm 较为合适，视具体情况而定。
如果人工清灰，要多次少清，即清灰的次数要多而每次清灰的数量要少，自动连续出灰效果要比人工清灰好。
清灰太少，灰渣层加厚，氧化层和还原层相对减少，将影响气化反应的正常进行，增加炉内的阻力；清灰太多，灰渣层变薄，造成炉层波动，影响煤气质量和气化能力，容易出现灰渣熔化烧结，影响正常生产。
灰渣层温度较低，灰中的残碳较少，所以灰渣层中基本不发生化学反应。
(2)氧化层 也称燃烧层或火层，是煤炭气化的重要反应区域，从灰渣中升上来的预热气化剂与煤接触发生燃烧反应，产生的热量是维持气化炉正常操作的必要条件。
氧化层带温度高，气化剂浓度最大，发生的化学反应剧烈，主要的反应为：22CO O C →+CO O C 222→+2222CO O CO →+上面三个反应都是放热反应，因而氧化层的温度是最高的。
固定床煤气化技术在煤制天然气产业上的应用与发展
油、酚、氨等副产品产生，为工厂带 来额外的效益。因此，具有很强的竞 争力。一般，当原料煤的灰熔点低于 1400℃时采用液态排渣较好，当原料 煤的灰熔点高于1400℃时采用固态排 渣较好。 利用熔渣气化技术实现垃圾气化将 为我国的垃圾处理提供一个非常好的 变废为宝的范例。
固定床煤气化技术在煤制天然气产业 上的应用与发展
张庆庚 中国化学工程集团公司 赛鼎工程有限公司
固定床加压煤气化技术： 固态排渣固定床加压气化炉 液态排渣固定床加压气化炉（BGL）
1.固态排渣固定床加压气化
1.1是目前世界上使用数量最多，最成熟， 历史最悠久的煤加压气化技术。 是最早以纯氧作为气化剂的煤气化技术。 1.2由于采用了逆流接触的反应过程，离开 气化炉的煤气和灰渣温度都比较低，最大 程度的利用了反应过程产生的热，热效率 比较高 。 1.3充分利用煤的特点，使煤的各种组分得 以充分回收。如焦油、酚等。特别是在目 前各种处理技术都在不断进步的情况下， 这将为企业带来很好的效益。
2.4由于离开气化炉的粗煤气中水蒸气含量很少， 从而相应加大了气化炉的产气能力，也就是说同 样外形尺寸的气化炉，液态排渣要较固态排渣的 生产能力大。其数值随气化用煤的灰熔点及热稳 定性的不同而不同，可以达到大约1.5倍。甚至可 以达到两倍以上。 2.5在炉底部分的操作温度在1400到1600℃ ， 与粉煤气化的温度大致相同，使煤得到了充分的 反应，排出的渣中含碳量仅有百分之零点几，不 会超过百分之一。但是，其上部也就是氧化层之 上利用其反应热完成其他的化学反应，如CO2的还 原反应，甲烷的合成反应等等，则和固态排渣相 同。但是甲烷含量有所减少是综合了固定床气化与熔 渣气化技术的长处，是一个巨大的进步。 与固态排渣技术的主要区别在于其炉底的 排渣温度要保持在灰熔点以上，以使灰渣 可以顺利的以熔融态排出。 2.2其基本气化原理与固态排渣技术相同， 也是“煤在气化炉中与气化剂逆流接触， 经过充分的反应，气体成为粗煤气离开气 化炉，而煤则变成灰渣自炉底离开气化 炉。”因此也就具备了“1.2和1.3”中所提 到的优点。但是煤气中的甲烷含量则相应 要低两个百分点。
固定床气化工艺简介：1、固定床气化的特点.
煤炭气化技术是煤化工产业化发展很重要的单元技术。
煤炭气化技术在中国被广泛应用于化工、冶金、机械、建材等工业行业和生产城市煤气的企业，气化的核心设备气化炉大约有9000多台，其中以固定床气化炉为主。
近20年来，中国引进的加压鲁奇炉、德士古、水煤浆气化炉等，主要用于生产合成氨、甲醇或城市煤气。
中国先后从国外引进的煤炭气化技术多种多样。
如引进的水煤浆气化装置有1987年投产的鲁南煤炭气化装置(二台炉、一开一备，单炉日处理450吨煤，2.8MPa)，1995年投产的吴泾煤炭气化装置(四台炉，三开一备，单炉日处理500t煤，4.0 MPa)、1996年投产的渭河煤炭气化装置(三台炉，二开一备，单炉日处理820t煤，6.5MPa)，2000年7月投产的淮南煤炭气化装置(三台炉，无备用，单炉日处理500t煤，4.0MPa)等。
进行煤炭气化的设备叫气化炉。
按照燃料在气化炉内的运动状况来分类是比较通行的方法，一般分为移动床(又叫固定床)、沸腾床(又叫流化床)、气流床和熔融床等。
图4-16 三种典型气化工艺过程（a）固定床，800～1000℃，块煤（3～30mm或6～50mm）；（b）流化床，800～1000℃，碎粉煤（1～5mm）；（c）气流床，1500～2000℃，煤粉（小于0．1mm）此外，气化炉在生产操作过程中，根据使用的压力不同，又分为常压气化炉和加压气化炉；根据不同的排渣方式，可以分为固态排渣气化炉和液态排渣气化炉。
不论采用何种类型的气化炉，生产哪种煤气，燃料以一定的粒度和气化剂直接接触进行物理和化学变化过程，将燃料中的可燃成分转变为煤气，同时产生的灰渣从炉内排除出去，这一点是不变的。
然而采用不同的炉型，不同种类和组成的气化剂，在不同的气化压力下，生产的煤气的组成、热值以及各项经济指标是有很大差异的。
气化炉的结构、炉内的气固相反应过程及其各项经济指标，三者之间是紧密联系的。
一、固定床气化工艺简介1、固定床气化的特点移动床（固定床）是一种较老的气化装置。
固定床气化的流程
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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。
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
固定床增氧间歇气化工艺应用分析与总结
明显 升高20-30℃
富氧(或纯氧) 连续气化 58-65%或纯
氧 550-700 m3/tNH3
85%
正常
500℃左右
显热损失 发气量
蒸汽分解率
正常 一般 一般
减少
提高20%左 右
高
增加 稍有提高
一般
很大
提高50%左 右
高
气体质量
吹风气产蒸 汽
CO2正常
300500kg/tNH3
谢
谢
2%左右
带出物减少， 炉渣残炭下降
5-8%
典型案 例
河南心连心化工 有限公司一、二、 三期工程
淮安华尔润化工 有限公司 5000m3/h变压吸 附制氧装置
河南晋开集团一 分公司一、二期 工程
安徽金禾实业股 份有限公司 5000m3/h变压吸 附制氧装置
山西闻喜晋丰煤 化工有限公司 4500m3/h变压吸 附制氧装置
增氧工艺发展前景： “十二五”以来，国家明确了科学发展观，着力打造环境友好型社会，特 别重视节能减排，在节能降耗的基础上增加了减排的要求。因此企业必须 转变经济增长方式，大力推行节能减排
固定床增氧工艺原理
1、工艺流程示意图
氧气来自氧压机
氧气缓冲罐
气动调节阀组
鼓风机
空气来自大气
空气总管混合
氧气自动分析仪
4、增氧气化造气炉工况特征
上、下行温度均有所下降，显热损失减少 气化层的温度集中，反应更剧烈，控制、操作要求提高 炉渣残炭下降，煤的利用率提高 吹风气中的CO2含量提高，CO降低，吹风效率提高，吹风时间减 少，制气时间相应增加 气化效率明显提高，气化强度明显增加 单炉发气量明显提高，单炉产氨量高
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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。
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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
13
煤炭气化生产技术
三、鲁奇Lurgi炉
14
煤炭气化生产技术
鲁奇炉因德国鲁奇公司而得名。 鲁奇碎煤加压气化技术是20世纪30年代 由联邦德国鲁奇公司开发的，属第一代 煤气化工艺，技术成熟可靠，是目前世 界上建厂数量最多的煤气化技术。主要 用于生产城市煤气和合成原料气。
15
煤炭气化生产技术
鲁奇炉的技术特点有以下几个方面：
①鲁奇碎煤气化技术系固定床气化，固态排渣， 适宜弱粘结性碎煤（5~50mm）。 ②生产能力大。生产能力持续增长，主要是靠操 Lurgi炉对煤种和煤质要求较高，只 作的不断改进。 能使用弱黏结烟煤和褐煤，灰熔点（氧化 气氛）大于1500℃.对强黏结性、热稳定性 ③气化炉结构复杂，炉内设有破黏和煤分布器、 差、灰熔点低以及粉状煤则难以使用。 炉篦等转动设备，制造和维修费用大。 ④入炉煤必须是块煤，原料来源受一定限制。 ⑤出炉煤气中含焦油、酚等，污水处理和煤气净 化工艺复杂、流程长、设备多，炉渣含碳5%左右。 16
⑤ 二 次 上 吹 阶 段
⑥ 空 气 吹 净 阶 段
7
煤炭气化生产技术
①吹风阶段
吹入空气，使部分燃料燃烧，将热能积 蓄在料层中，废气经回收热量后排入大气；
②蒸气吹净阶段
炉底吹入蒸气，把炉上部及管道中残存 的吹风废气排出，避免影响水煤气的质量；
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煤炭气化生产技术
③一次上吹制气阶段
炉底吹入蒸气，利用床内蓄积的能量 制取水煤气，煤气送气柜；
煤炭气化生产技术
二、固定床间歇气化炉（UGI）
固定床间歇式气化炉（UGI）, 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30年代开发成功的，投资少，容易操作，目前已属落 后的技术，其气化率低、原料单一、能耗高，间歇制气过程中， 大量吹风气排空，每吨合成氨吹风气放空多达5 000 m3，放空 气体中含CO、CO2、H2、H2S、SO2、NOx及粉灰；煤气冷 却洗涤塔排出的污水含有焦油、酚类及氰化物，造成环境污染。 我国中小化肥厂有900余家，多数厂仍采用该技术生产合成原料 气。随着能源政策和环境的要来越来越高，不久的将来，会逐 步为新的煤气化技术所取代。
1.鲁奇三代Mar:型号为Mark-IV;
其内径为Ф3.8m;
外径Ф4.128m;
炉体高为12.5m;
操作压力为3.05Mpa;
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煤炭气化生产技术
筒体双层筒体结构的反应器; 搅拌与布煤器 煤锁 气化不黏结煤时炉内不设搅 其中充满锅炉水 间歇加煤的压力容器 ; (常压 拌器夹套蒸汽的分离利用夹套 ; 煤仓中的原料煤加入高压的气 搅拌器与布煤器通过空心轴 上部空间进行分离。 化炉内 ) 联接;桨叶及空心轴采用锅炉水 冷却 . 灰锁膨胀冷凝器 宝塔形炉篦 在灰锁泄压时将含有灰尘 ①将气化剂均匀地分布在气化 的灰锁蒸汽大部分冷凝、洗涤 灰锁 炉内； 下来： 炉篦排出的灰渣（通过升、 ②排灰，破碎大块灰渣； ⑴使泄压气量大幅度减少； 降压间歇操作）排出炉外； ③使燃料床移动，稳定炉内工 ⑵保护了泄压阀门不被含有 18 况。 的一部分灰尘的气体堵塞；
④下吹制气阶段
上吹制气后，床层下部温度降低，气化 层上移，为了充分利用料层上部的蓄热，用 蒸气由炉上方往下吹（使气化过程在一个稳 定，温度均匀的区域进行），制取水煤气， 煤气送气柜；
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煤炭气化生产技术
⑤二次上吹制气阶段
下吹制气后炉底部残留下水煤 气，为安全起见，先吹入水蒸气， 所得煤气仍送贮气柜； ⑥空气吹净阶段
煤炭气化生产技术
3.1分析固定床气化技术
教师：刘春颖
1
煤炭气化生产技术
一、固定床气化简介 二、固定床间歇气化炉（UGI） 三、鲁奇Lurgi炉
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煤炭气化生产技术
一、固定床气化简介
固定床气化也称移动床气化。 固定床一般以块煤为原料。煤由气化炉顶加入，气化剂由炉底 加入。 固定床气化的特性是简单、可靠。同时由于气化剂于煤逆流 接触，气化过程进行得比较完全，且使热量得到合理利用，因而具 有较高的热效率。 固定床气化炉常见有间歇式气化（UGI）和连续式气化（鲁奇 Lurgi）2种。 前者用于生产合成气时一定要采用白煤（无烟煤）为原料， 以降低合成气中CH4含量，国内有数千台这类气化炉，弊端颇多； 后者国内有20多台炉子，多用于生产城市煤气，该技术所含煤气初 3 步净化系统极为复杂，不是公认的首选技术。
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2.UGI炉间歇制气过程
煤炭气化生产技术
采用交替用空气和水蒸 气为气化剂的间歇气化法。 两大阶段： 一、吹空阶段（蓄热阶段） 二、吹蒸阶段（制气阶段）
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煤炭气化生产技术
两大阶段细分为六个实际生产阶段：
蓄热--制气
① 吹 风 阶 段
② 水 蒸 气 吹 净 阶 段
③ 一 次 上 吹 阶 段。
④ 下 吹 制 气 阶 段