福建无烟粉煤催化气化
国内最全的煤气化技术简介
国内最全的煤气化技术简介（最新整理）本文收集、整理、并汇总了国内当前大多数煤气化工艺（包括水煤浆、干煤粉、碎煤等加压气化工艺；固定床、流化床、气流床气化工艺；激冷流程、废锅流程；水冷壁、耐火砖等冷壁炉和热壁炉型），可作为煤化工、煤气化专业技术人员参考资料，是目前网络上公开交流的较为全面的一篇资料。
1、“神宁炉”粉煤加压气化技术（宁夏神耀科技有限责任公司）以高旋流单喷嘴大通量粉煤加压气化炉为目标载体，以多煤种理化特性数据为基础，构建了气化炉流场、传热分析等模型；基于燃烧器强动量传导机制，揭示了顶置式旋流气化场湍流燃烧的动力学机理；揭示了氧气和煤粉的强化反应规律，独创了高效无相变水冷壁反应室与“沉降-破泡式”激冷室相耦合的气化炉。
“神宁炉”干粉煤气化技术能源转化效率高，有效气成分≥91%，碳转化率≥98.5%。
固体灰渣好处理，灰渣中不含苯、酚、焦油等大分子有机物废物。
气化系统吨煤污水排放量控制在0.4—0.5t，废水处理后可完全回用。
高效、中空、高能点火系统，实现高压、惰性环境下点火成功率98%以上。
采用组合式燃烧器通道结构，控制火焰形成，确保气化炉内壁挂渣均匀。
2、“科林炉”CCG粉煤加压气化技术（德国科林工业技术有限责任公司）技术特点：（1）煤种适应性广：适用于各种烟煤、无烟煤、褐煤及石油焦等，对强度、热稳定性、结渣性、粘结性等没有具体要求。
对高灰分、高灰熔点、高硫含量的“三高”煤等低品质的煤种拥有很好的工业化业绩。
（2）技术指标高：因燃烧器采用多烧嘴顶置下喷的配置方式，原料在气化炉内碰撞混合更加充分，气化炉炉膛及顶部挂渣均匀，可实现较高的气化温度（1400～1700℃），碳转化率高达到99%以上，合成气中不含重烃、焦油等物质，有效合成气成分90～93%，冷煤气效率80～83%。
（3）投资低：根据项目规模不同，可提供日投煤量750吨/天至3000吨/天的不同气化炉炉型设计，主要设备制造已完全实现国产化，整个装置的投资建设成本低，建设周期短。
煤气化方式总结
煤气化方式总结煤气化方式种类繁多，人们曾将它们别离归类，但由于起点不同，因此存在一些不同的分类方式。
例如从原料形态分类那么可分成固体燃料气化、液体燃料气化、气态燃料气化和固液混合燃料气化。
以入炉煤粒度大小分类那么可分成块煤气化（6～100mm）、小粒煤气化（～6mm）、粉煤气化（﹤）、油煤浆气化和水煤浆气化。
以气化压力分类那么可分为常压或低压（﹤）、中压（～MPa）及高压气化（﹥MPa）。
按气化介质分那么有空气气化、空气蒸汽气化、氧蒸汽气化及加氢气化。
以排渣方式分那么有：干式/湿式、固态/液态、持续/间歇排渣等气化法。
按供热方式那么分成外热式、内热式和热载体三类。
按入炉煤在炉中进程动态分那么有固定床（或称移动床）、沸腾床（或称流化床）、气流床及熔渣池气化四种，这也是目前广为利用的煤气化分类法。
现将各类气化方式作一简介。
一、固定床气化法一．固定床气化法（Fixed-bed Coal Gasificatian Process）(Gas Integrale)法常压下以空气及蒸汽气化块状高挥发份烟煤以间歇制取中热值煤气，意大利曾使用过。
（国家炉具公司）法常压下以空气及蒸汽气化烟煤制取低热值燃料气，系两段炉，英国开发。
两段法常压下以空气及蒸汽气化烟煤制取中热值煤气，意大利于上世纪40年代开发。
（路易那）溶渣法常压下以蒸汽与氧气化焦炭制取中热值煤气，德国Leuna厂开发。
（鲁奇）干灰法～下用蒸汽与氧使3～50mm次烟煤或褐煤气化。
1936年由德国Lurgi公司工业化。
我国云南解放军化肥厂有11台捷克制的Lurgi Ⅰ型气化炉，炉径，在下将褐煤用纯氧加压气化。
山西天脊煤化工集团那么有Lurgi Ⅳ型炉在下气化块煤，炉径，共4台，用于生产合成氨后加工成硝酸磷肥。
太原化工公司亦有一台用于制氨，气化压力，炉径。
南非Sasol厂共有89台，年处置煤3300万吨用于生产合成油。
法常压下用空气与蒸汽气化焦炭或无烟煤制低热值煤气，欧洲曾使用过。
第三章煤炭性质对气化的影响
化工艺》
3-1 煤种对气化的影响
气化用煤的种类对气化过程有很大的影 响，煤种不仅影响气化产品的产率与质 量，而且关系到气化的生产操作条件。 所以，在选择气化用原料的种类时，必 须结合气化方式和气化炉的结构进行考 虑，也要充分利用资源，合理选用原料 。
化工艺》
3-1 煤种对气化的影响
焦油组成和产率的影响
焦油产率与煤种性质有关：一般 地说，变质程度较深的气煤和长焰煤 比变质程度浅的褐煤焦油产率大，而 变质程度更深的烟煤和无烟煤．其焦 油产率却更低。
化工艺》
3-2 煤质对气化的影响
水分对气化的影响 灰分对气化的影响 挥发分对气化的影响 硫分对气化的影响 粒度对气化的影响 灰熔点及结渣性对气化的影响 其他性质对气化的影响
结论：气化用燃料中硫含量应是越低越好
化工艺》
3-2 煤质对气化的影响
五、粒度对气化的影响
为了控制煤的带出量，气化炉实际生产能力有一个 上限，对移动床加压气化而言，粉煤带出量不应超过入 炉煤总量的1%，为限制2mm的煤粒不被带出，炉内上 部空间煤气的实际速度最大为0.9～0.95m／s。
气化炉内某一粒径的颗粒被带出气化炉的条件是 ：气化炉内上部空间气体的实际气流速度大于颗粒 的沉降速度。气化炉上部空间的气流速度用下式计 算：
对发 热值 和组 成的 影响
对煤 气产 率的 影响
一般来说，煤中挥发分越高，转变为 焦油的有机物就越多，煤气的产率下 降。 此外，随着煤中挥发分的增加，粗煤
气中的二氧化碳是增加的，这样在脱 除二氧化碳后的净煤气产率下降得更 快
化工艺》 三、不同 煤种对气化的影响
对消 耗指 标的 影响
不同煤 种消耗 指标的 规律
煤催化气化技术进展
煤催化气化技术进展井云环【摘要】煤气化是发展现代煤化工最重要和最广泛的关键技术之一.煤催化气化技术由于反应温度低,反应过程热效率高、煤气中甲烷含量高而被认为是用于煤制气的第三代煤气化技术.主要介绍了煤催化气化工艺技术的研究现状、EXXON催化煤气化的主要工艺路线、主要工艺影响因素及催化剂的类型,并提出催化气化技术应在高效、低成本、低污染、低腐蚀的新型催化剂的开发、催化剂回收工艺的优化、煤质与气化炉匹配等方面加大研究力度以促进其工业化应用进度.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2016(045)006【总页数】4页(P1273-1275,1278)【关键词】煤;催化气化;催化剂;影响因素【作者】井云环【作者单位】神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司,宁夏灵武750411【正文语种】中文【中图分类】TQ530煤气化是实现煤炭洁净和高效利用的重要技术。
为最大限度地促进煤气化反应，利于合成气（CO和H2）的生产，发挥大规模生产效应，现代煤气化技术多采用高温高压的气流床加压气化技术。
随着中国经济的快速发展，合成天然气的开发和产业化研究受到了越来越多的重视。
从煤制合成天然气的角度考虑，采用气流床气化技术先气化后甲烷化对煤制天然气并不是最优化的气化方式，所以煤催化气化直接生产甲烷的技术已倍受关注。
1 煤催化气化的概述及主要特点煤的催化气化是煤在催化剂的作用下于流化床反应器（700 ℃，30~40 bar压力）中产生氢的甲烷化反应，催化剂促进以下三个主要化学反应速率[1]：碳-蒸汽反应：水煤气变换反应：催化甲烷化反应：总反应：煤催化气化技术的主要特点为：（1）将水蒸气气化吸热反应和甲烷化放热反应在一个反应器中进行，提高气化热效率，缩短煤制甲烷生产流程；（2）总反应为微吸热反应，无需通入大量氧气，气化剂可为CO2、H2、水蒸汽或水蒸汽加少量氧气；（3）催化剂的加入降低了煤气化反应活化能，提高了煤气化反应活性，降低了煤气化反应温度（700 ℃左右），提高了合成气中氢气和一氧化碳的甲烷化作用，使煤气中甲烷含量较高，约20%~30%。
粉煤气化技术气化炉挂渣操作结论
第53卷第1期 辽 宁 化 工 Vol.53，No. 1 2024年1月 Liaoning Chemical Industry January，2024收稿日期： 2023-03-27粉煤气化技术气化炉挂渣操作结论李自恩，张龙，张胜梅，雷尚敏（陕煤集团榆林化学有限责任公司，陕西 榆林 719000）摘 要：气化炉在运行过程中易出现水冷壁浇注料脱落、挂渣松散等工况，会造成水冷壁泄漏频繁，严重影响气化炉安全稳定长周期运行。
参考某公司1、某公司2和某公司3的气化炉在实际运行状况中的挂渣经验，结合其工艺流程和运行数据，通过对比分析不同煤灰组分和炉膛温度等操作情况，揭示气化炉采用不同煤质和煤灰熔点对挂渣效果之间的相关性。
关 键 词：粉煤炉；气化炉；水冷壁；挂渣中图分类号：TQ547 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2024）01-0086-04煤炭作为我国最大的化石能源，如何高效地利用成为化工行业不断探索的一个重要问题。
而煤气化作为煤炭高效利用的一种方式，近年来在我国呈现出一片蓬勃发展的现象。
各种各样的气化技术随之涌现出来，如GSP、Shell、科林CCG、航天粉煤炉等，不同的气化技术各有利弊。
目前应用最为广泛的气化工艺技术主要包括两种：干煤粉气流床气化技术和水煤浆气流床气化技术［1］，干煤粉气流床气化技术具有广泛的煤种适应性、有效气产量高、低煤耗和低氧耗等优点成为煤化工气化技术的首选［2］。
然而，一定的渣层厚度对于水冷壁盘管的保护和气化炉长周期稳定地运行具有重要的意义。
在实际运行过程中，气化炉的挂渣一直是一个重点关注的问题，受多因素的影响，有设备的影响，如烧嘴的结构，合理的烧嘴结构使得氧气和煤粉的整体反混效果更加均匀，可以充分确保从上到下的挂渣效果，实现均匀的“以渣抗渣”的保护作用，也有工艺条件的影响，如媒质的选择、气化炉负荷及氧煤比的设定。
媒质的灰分、灰熔点、黏温特性是作为气化炉初始挂渣最主要的考虑因素。
粉煤气化工艺一氧化碳工艺技术路线选择
粉煤气化工艺一氧化碳变换技术路线选择在以粉煤气化技术生产合成氨的工艺中，变换工艺方案的选择，既要根据粉煤气化的工艺特点，也要考虑到后续工序所采用的工艺技术路线，同时兼顾工艺流程的合理匹配和能量利用的合理性，结合上述工艺设置特性，变换工序采用预变换加耐硫中变串低变工艺。
其工艺技术方案的选择主要有如下几点：1、变换催化剂的选用由于本设计原料气中CO含量非常高，进入变换系统的粗合成气中CO含量高达62％(干基)左右，加之H2S含量也很高，选择催化剂时要考虑催化剂是否具有足够的宽温活性及宽硫性能；粗煤气总压为3.7 MPa（G），压力较高，因此变换催化剂必须有足够的机械强度。
2、水蒸汽比例改变水蒸汽比例是工业变换反应中调节一氧化碳变换率的主要手段之一，增加水蒸汽用量可以提高CO的平衡变换率，提高反应的推动力，从而有利于降低变换炉出口CO残余量，但水蒸汽比例过高会造成露点升高、床层阻力增加，能耗增大，余热回收设备负荷加重。
因此，需要选择一个合适的水蒸汽比例。
根据催化剂的特性和各段反应出口CO浓度安排及最终CO浓度的要求，变换原料气的汽/气比选为1.4。
3、CO变换前增设预变换，设备内装填废催化剂触媒。
由于气化来的粗合成气含有少量的粉尘及对变换催化剂有毒害作用的氯化物、砷化物等，而且后续的一段变换炉拟采用轴径向结构，如催化剂床层造成污染或中毒，必须更换一段炉全炉催化剂。
因此考虑在三段变换入口前设置预变换炉用以除去粗合成气中液体、粉尘；同时在其中装填一定数量的废触媒，脱除合成气中氯化物、砷化物，改善粗合成气的质量，减少其可能夹带的液体、固体、毒物等对后续工序影响。
4、CO变换分三段，第1#、2#变换炉为中温变换，第3#变换炉为低温变换。
CO变换反应是剧烈的放热反应，为了使反应热和余热得到合理的利用，结合设备的设计、制造，采用三段变换，根据反应余热位能的高低，在不同位置分别设置了中压蒸汽废锅、粗煤气预热器、锅炉水预热器、低压蒸汽废锅及脱盐水预热器。
福建无烟粉煤纸浆黑液富氧流化床催化气化研究
ＬＩ Ｊ Ｎ ｕ，ＺＨＡＮＧ ｉｙ Ｊ— ｕ
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中图分类号 ： Ｑ ４ ． Ｔ ５６２ 文献标识码 ： Ａ
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国内外煤气化技术调研
国内外煤气化技术调研摘要：介绍了煤气化技术的种类和各种气化炉的特点、气化技术工艺流程、进料方式和气化后工艺等。
关键词：煤气化，气化炉，工艺煤气化是洁净、高效利用煤炭的主要途径之一，被誉为煤化工产业的龙头技术。
实践证明：在将煤炭转化为更便利的能源和产品形式的各种技术中，煤气化是最应优先考虑的一种加工方法。
1 煤气化的种类及特点煤气化技术可归纳为固定床、流化床和气流床三大类。
1.1 固定床煤气化技术固定床煤气化技术的气化炉主要包括间隙固定床气化炉UGI、鲁奇(Lurgi) 气化炉、BGL （鲁奇改进)气化炉，其技术参数见表1。
表1 几种固定床气化炉的技术参数注：*以标态下生产1 000 m3(CO+H2)为基准，下同。
(1) UGI常压固定床气化技术的优点是操作简单、投资少，但技术落后、能力和效率低、污染严重。
以常压中Φ2650 mm气化炉为例，单台炉投煤量仅60 t／d，且要求原料为25mm～80 mm的无烟块煤或焦炭。
(2) 鲁奇(Lurgi)气化炉工艺成熟可靠，气化温度900℃～1250℃，包括焦油在内的气化效率、碳转化率、气化热效率都较高，氧耗是各类气化工艺中最低的，原料制备、排渣处理成熟。
煤气热值是各类气化工艺中最高的，最适合生产城市煤气。
若选择制合成气，该工艺存在以下问题：①煤气成分复杂，合成气中含甲烷体积分数在7％～10％，如将这些甲烷转化为H2和CO，投资大、成本高；②冷凝污水量大，污水中含有大量的焦油、酚、氨、脂肪酸、氰化物等，因此需建焦油回收装置以及酚、氨回收和生化处理装置，增加了投资和原材料消耗；③气化原料为15mm～50 mm的块煤，块煤价格高，增加了生产成本。
(3) BGL气化炉是在鲁奇(Lurgi)炉基础上，由固态排渣改为液态排渣，可直接气化含水质量分数大于20％的各种煤；在1400℃～1600℃高温气化条件下，蒸汽用量大幅下降，90％～95％的蒸汽在气化过程中分解，不仅提高了气化效率，而且使气化废水量减少80％以上，减小了酚和氨回收装置的规模；气化炉炉体结构简单，采用常规压力容器材料和常规耐高温炉衬及循环冷却水夹套即可满足要求。
粉煤气化机理
粉煤气化机理一、气化反应热力学粉煤加压气化炉是气流床反应器，也称之为自热式反应器，在加压无催化剂条件下，煤和氧气发生部分氧化反应，生成以CO 和H 2为有效组分的粗合成气，部分氧化反应一词是相对完全氧化而言的。
整个部分氧化反应是一个复杂的多种化学反应过程。
此反应的机理目前尚不能完全作以分析。
我们只可以大致把它分为三步进行。
第一步：裂解及挥发分燃烧。
当粉煤和氧气喷入气化炉内后，迅速被加热到高温，粉煤发生干储及热裂解，释放出焦油、酚、甲醇、树脂、甲烷等挥发分，水分变成水蒸气，粉煤变成煤焦。
由于这一区域氧气浓度高，在高温下挥发分完全燃烧，同时放出大量热量。
因此，煤气中不含有焦油、酚、高级姓:等可凝聚物。
第二步：燃烧及气化。
在这一步，煤焦一方面与剩余的氧气发生燃烧反应，生成CO 2和CO 等气体，放出热量。
另一方面，煤焦和水蒸气和CO 2发生气化反应，生成H 2和CO 。
在气相中，H 2和CO 又与残余的氧气发生燃烧反应，放出更多的热量。
第三步：气化。
此时，反应物中几乎不含有。
2。
主要是煤焦、甲烷等和水蒸气、CO 2发生气化反应，生成H 2和CO 。
其总反应可写为：C n H m +(n/2)O 2-nCO+(m/2)H 2+Q 气化炉中发生的主要反应可分为：CO+H 2O-CO 2+H 2+Q CO+3H 2-H 2O+CO 2+Q C+2H 2-CH 4+Q C+1/2O 2-CO+QC+O 2-CO 2+Q C+CO 2-2CO-Q C n H m -(n/4)CH 4+[(4m-n)/4]C-Q 气化炉内的反应相当复杂，既有气相反应，又有气-周双相反应，对于复杂物系的平衡，我们引入独立反应数的概念，只要讨论独立反应即可。
因为其他反应可通过独立反应的组合而替代。
所谓独立反应数，就是构成物系的物质数与构成物质的元素种数之差。
假定煤气化反应在气化炉出口组成达到平衡，气体中含有CO 2、CO 、H 2、。
国内外新型煤化工及煤气化技术发展动态分析
国内外新型煤化工及煤气化技术发展动态分析汪寿建【摘要】分析和介绍了国内外煤化工发展概况和国内新型煤化工技术发展动态;针对洁净煤气化技术的正确把握和准确选择,阐述了国内外18种煤气化工艺的技术特点、气化效率、适用煤种和生产运行效果;提出了选择煤气化技术的5项原则.【期刊名称】《化肥设计》【年(卷),期】2011(049)001【总页数】5页(P1-5)【关键词】煤化工;洁净煤气化技术;选择;发展动态【作者】汪寿建【作者单位】中国化学工程集团公司,北京,100007【正文语种】中文【中图分类】TQ53Abstract:Author has analyzed and introduced the developing situation for coal chemical-engineering at home and abroad and the developing tendency for new type coal chemical-engineering technology in China;in allusion to correct grasp and accurate selection of the clean coal gasification technology，author has described the technical features，gasification efficiency，suitable coal kind and production operation effect for the 18 kinds of coal gasification process;has presented the 5 principlesfor selecting the coal gasification technology．Key words:coal chemical-engineering;clean coal gasification technology;selection;developing tendency煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及化学品的过程。
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第27卷第3期燃 料 化 学 学 报V ol127 N o13 1999年6 月JOURNA L OF FUE L CHE MISTRY AND TECH NO LOGY Jun1 1999福建无烟粉煤催化气化Ξ张济宇ΞΞ 林 驹 黄文沂 朱跃姿 林 建(福州大学化学工程技术研究所 福州 350002)摘 要 报导了福建无烟粉煤在碱性催化剂作用下的催化气化工作进展,在小型Φ18mm固定床与Φ20mm流化床中,进行了水蒸气气化、混合气(空气Π水蒸气)气化,采用复合1催化剂添加量8%,850～900℃及流化床条件下,即可获得产气率V>3m3Πkg煤(无催化剂时,V<1.6m3Πkg煤)及煤气热值Q>9M JΠm3(水蒸气气化)与>6M JΠm3(混合气气化)的结果,并与无烟煤气化的工业装LVH置进行了比较,这为无烟粉煤有效转化的工业化试验提供了最重要的依据。
关键词 无烟粉煤催化气化,水蒸气气化,混合气气化,固定床,流化床福建省煤炭已探明储量为1217亿吨,在江南九省中列第三位,以煤为第一能源的结构在较长时期内将不会改变[1,2]。
福建省煤炭品种单一,无烟煤占去98%,挥发分低,灰熔点低,着火点高,燃烧性差,粉碎性强,属国内外均罕见的劣质低活性煤种[3],主要用于燃烧发电以及生产合成氨、陶瓷、玻璃、化工及民用煤气等。
由于块煤的有限生产(仅占煤总产量的20～30%)与价格攀升,型煤的不良热机械强度与碳化煤球的高生产成本[4],建陶工业中燃煤倒焰窑的严重烟尘污染急切需要实施热煤气改造[5]等诸多因素,于是直接从福建无烟粉煤出发,采用水煤气流化床气化的交替循环工艺过程,即空气流化燃烧加热与蒸汽流化制水煤气,已引起工业界的实际兴趣[6,7]。
一般说来,为提高煤气产率与气化强度需要更高的气化温度,但是却受到煤低灰熔点与炉体结渣的限制,因此这一水煤气流化床只能在<1050℃之下进行气化;对福建龙岩无烟煤来说,目前只报导了水煤气产气率0185Nm3Πkg煤与气化强度472kgΠm2h的结果[7]。
于是,如何尽可能降低气化温度而又增加碳转化率与煤气产率,既降低能耗而又提高气化炉的气化强度与生产能力,自70年代以来,作为第三代煤气化技术催化气化的研究倍受国内外学者高度关注[8～12],遗憾的是,由于催化剂的成本与后处理问题导致至今未见到有关工业化的实质性报道;显然,催化剂的廉价高效与合理回收将决定这一催化气化工艺的工业化进程。
1 无烟煤催化气化的实验室工作进展许多试验表明[8～15],碱金属氧化物对水蒸气与煤的气化反应有较强的催化作用,但这些实验均在模试固定床管式反应装置或热天平微型反应器中进行。
针对我国的一些无烟煤种,采用碱金属氧化物已进行过不同的催化气化条件试验[10,11,15],详见下表1,但就福建省无烟煤而言,尚未开展任何有关这方面的工作,为此本文仅就福建上京无烟煤首次进行了催化气化的初步试验,为更好地结合工业上气化装置的实际可行性,针对无烟粉煤并首次报导了在模试流化床中催化气化的一些结果。
111 固定床气化试验 将25g配制成不同碱复合催化剂(即复合1与复合2)含量的上京粉煤置于Φ25×350mm的管式反应器中进行水蒸气催化气化反应,首批试样的工艺条件列于表2,收稿日期:1999-01-28ΞΞΞ通讯联系人。
表1 几种催化气化的无烟煤组成T able 1 S ome anthracite composition by catalytic gasification (%)K ind of anthraciteProximate analysisM adA adV adFC adReference Ruqig ou coal (Ningxia ) 1.83 2.7410.185.33[15]Jincheng coal (Shanxi ) 4.0815.54 6.2874.10[10]Jingxi coal (Beijing )3.6031.30 3.5061.60[11]Longyan coal (Fujian ) 3.8730.36 3.5462.23[16]Shangjing Jia -coal (Fujian ) 5.0815.94 1.6477.34[17]Shangjing Y i -coal (Fujian )5.7717.922.6675.11[17]为便于与文献[11]中所报导的北京京西无烟煤进行比较,一些主要操作因素的影响分述于下。
11111 催化剂的活性比较 在上京无烟煤催化气化初步试验中,采用Na 2C O 3复合剂(复合1)与NaOH 复合剂(复合2)作为催化剂,又根据催化剂浸取与干燥方式分表2 福建上京无烟煤粉煤催化气化工艺条件T able 2 The operating conditions of catalytic gasification for Shangjing anthracite(S team ΠC oal =4156-5128g Πh Πg 3coal )d p ΠmmBedCatalystMaking method K ind W c Π%T emperatureT /℃114～3FixedT ype ⅠC ompound 1C ompound 20,5,10,15800,850,900T ype ⅡC ompound 1C ompound 2108500.4～1Fluidized T ype ⅡC ompound 110800,850,900为制法Ⅰ与制法Ⅱ(见前表2),集中考察了不同催化剂含量对碳转化率X c 的影响,此处X c 可由下式求得X c =12V (C O 2+C O +CH 4)%2214×W ×FC ad ×273273+T 0(1)式中:W 试样重(g );FC ad 煤料中固定炭含量(%);V 持续反应时间间隔内的煤气量(1);T 0室温(℃)。
当气化温度800℃时,复合1与复合2不同催化剂添加量时(制法Ⅰ)对X c 的影响分别示于图11a 与11b 中,将表示京西煤气化试验持续反应时间为50min 时的碳转化率(水蒸气Π煤=417～5135g Πh Πg 3coal )[11]与表示上京煤40min 与60min 碳转化率的结果(水蒸气Π煤=4156～5128g Πh Πg 3coal )进行比较可明显看出:上京煤的碳转化率远高于京西煤;当催化剂量超过5%后,京西煤X c 增加平缓,而对上京煤来说,超过10%后,X c 才变平缓上升;复合2的催化活性高于复合1,仅添加5%后,将使X c 明显增加。
图1 催化剂添加量对不同煤种转化率的影响Fig.1 E ffect of Cat.percentage (W C ,%)on carbon conversion (X C ,%)for different coals(a )Jingxi coal (50min );○Jingxi coal (50min );●Shangjing coal (40min );●Shangjing coal (40min );×Shangjing coal (60min );×Shangjing coal (60min ) 在不同温度(800℃,850℃,900℃)时,制法Ⅰ制成的催化剂(复合1与复合2)添加量对上9323期张济宇等:福建无烟粉煤催化气化 京煤的X c 的影响分别示于图2a ,b ,c 与图2d ,e ,f 中。
若以X c ≥60%为基准,在800℃时复合2添加量约10%即可达到,而复合1添加量约需15%方可;在850℃与900℃条件下,复合2仅添加约5%即可获得X c ≥70%的高值,而复合1需添加10%或更高才能获得X c 接近于70%的数值。
取产气率V ≥3m 3Πkg 煤为判断标准,在800℃时复合2添加约10%,而复合1需添加约15%才可达到;在850℃与900℃条件下,复合2添加约5%,而复合1需添加约10%才可达到;这些结果详见图3a ,b ,c 与图3d ,e ,f。
图2 不同气化温度与催化剂添加量对上京 煤碳转化率的影响Fig.2 E ffect of Cat.percentage (W C ,%)on carbon conversion (X C ,%)under different temperatures○:60min ;●:40min图3 不同气化温度与催化剂添加量对上京 煤气产率的影响Fig.3 E ffect of Cat.percentage (W C ,%)on gas yield (V ,m 3Πkg coal )under different temperatures○:60min ;●:40min11112 气化温度的影响 气化温度的提高,煤表面将产生更多的能量大于气化反应所需活化能的碳分子,同时这些分子与蒸汽分子之间会发生更多的有效碰撞,从而增加了气化反应的速率,并导致产气率随温度的升高而增加,详见图4a ,e 。
尽管如此,气化温度由800℃升至900℃042 燃 料 化 学 学 报27卷时,上京煤的产气率在无催化剂加入时仅达到119m3Πkg煤。
在添加复合1和复合2催化剂后,产气率明显增加。
如以产气率V≥3m3Πkg煤为标准,800℃时,复合2约10%后可达到; 850℃时,复合1约10%,复合2约5%即可达到;900℃时,复合1约5%也可达到。
详见图4b,c,d,f,g,h。
这是因为覆盖于煤粒表面的催化剂与组成煤的多稠芳香环结构上的边缘碳原子形成活性中间络合物,其参与了反应物分子间的化学反应,改变了气化反应进行的途径,催化剂可将反应活化能明显降低,并使更多的反应物分子成为活化分子,从而导致气化反应速率显著增加[18],于是最终获得产气率明显提高,在适当的催化剂添加量下,可比无催化剂时提高到3倍以上。
112 流化床气化试验 粉煤的流化床催化气化对实现气化工业装置的合理与有效运行具有最实质的意义。
目前,第二代气化技术中有不少商业化装置已采用了流化床气化这一手段,如流化床固态排渣的高温温克勒炉(HT W)[19]与流化床灰熔聚排渣的U-G as或K RW气化炉[20]。
粉煤产量的富集与福建无烟煤的易碎性更使得流化床气化占据着十分重要的地位。
11211 流化床水蒸气气化 根据前述不同催化剂的固定床有限试验条件,从较便图4 不同催化剂添加量时温度对产气率的影响Fig.4 E ffect of temperature(T,℃)on gas yield (V,m3Πkg coal)under different Cat.percentage (b):C ompound Cat.1:5%;(c):C ompound Cat.1:10%;(d):C ompound Cat.1:15%;(f):C ompound Cat.2:5%;(g):C ompound Cat.2:10%;(h):C ompound Cat.2:15%○60min;●40min宜的复合1催化剂着手,采用制法Ⅱ以10%的添加量加入到25g的直径为014～110mm的煤粒中,然后置入同一Φ25×350mm管式反应器中呈流化状态进行不同温度下的水蒸气气化,这些初步试验结果示于图4。