固体燃料气化解析
气化炉的原理
气化炉的原理
气化炉是一种将固体燃料转化为气体燃料的装置，也称为煤气化炉。
气化炉的工作原理是将固体燃料加热至高温状态下，通过控制氧气的供应量，使得固体燃料部分氧化产生一氧化碳和氢气等可燃气体。
这些可燃气体可以作为燃料直接燃烧，也可以用于生产合成气、合成甲醇等化工产品。
在气化炉的操作过程中，固体燃料会经过干燥、热解、气化等多个阶段。
首先，固体燃料在气化炉中受热，发生干燥反应，将其中的水分蒸发出来。
接着，固体
燃料在高温状态下进行热解反应，产生可燃气体和固体残渣。
最后，在缺氧或低氧气氛下，可燃气体继续进行气化反应，产生一氧化碳、二氧化碳、氢气等可燃气体。
气化炉有多种类型，如固定床气化炉、流化床气化炉、旋转床气化炉等。
不同类型的气化炉在操作原理、反应温度、反应时间、产物组成等方面存在差异。
固定床气化炉是气化炉的一种常见类型，其特点是固体燃料在气化过程中不动，气体
通过燃料床中的孔隙流动，燃烧产生的热量加热燃料。
流化床气化炉则是将固体燃料在气流中悬浮，燃料与气体充分接触，气化效率更高。
总之，气化炉的原理是通过高温状态下对固体燃料进行干燥、热解和气化等反应，产生可燃气体，可用于直接燃烧、合成气或化工产品等多种用途。
固体燃料气化
§6 煤的气化
气流床气化炉
煤被磨碎至100µm并靠氮由风 力输送到气化炉。气化炉结构 独特，气化炉本身与合成气冷 却器结合。煤、O2和蒸气一起 经装在气化炉下部的燃烧器给 入。合成气在1600℃的温度下 产生。但它在气化炉出口借助 再循环的洁净合成气淬冷，将 其温度减至大约800℃。然后合 成气向上流至一中心分配器管， 并经蒸发器段向下流动，在大 约380℃离开气化炉。在气化过 程形成的熔渣在水槽内淬冷， 并通过闸斗仓装置排出。
§6 煤的气化
移动床气化炉
在移动动床气化炉里，氧化剂（蒸汽和O2）被吹入气化炉的底 部。产生的粗燃料气通过固体燃料床向上移动，随着床底部的供料 消耗，固体原料逐渐下移。因此移动床的限定特性是逆向流动。在 粗燃料气流经床层时，被进来的给料冷却，而给料被干燥和脱去挥 发分。因此在气化炉内上下温度显著不同，底部温度为1000℃或更 高，顶部温度大约500℃。燃料在气化过程中脱除挥发分意味着输出 的燃料气含有大量煤焦油成分和甲烷。故粗燃料气在出口处用水洗 来除去焦油。其结果是，燃料气不需要在合成气冷却器中来高温冷 却，假如燃料气来自气流反应器，它就需冷却。
§6 煤的气化
移动床气化炉
块煤给进气化炉顶部的闸斗仓，在进 入气化炉之前增压。一个旋转的煤分 配器确保煤在反应器各处均布。煤缓 慢下移到气化炉。当煤下移时，由经 床层向上流动的燃料气加温；煤就被 不断干燥和挥去挥发分，然后气化。 床层底部紧靠炉蓖的上面是气化炉最 热的地方1000℃，在此处燃烧任何剩 余的煤，产生的CO2与床层中的碳起 反应形成CO。灰由旋转炉蓖排出并 在闸斗仓中减压。蒸汽和O2被向上吹， 通过炉蓖为气化过程提供氧化剂。所 产生的气体在300-500℃的温度离开气 化炉，利用一水淬冷进行冷却和洗涤。 该气化炉由水夹套围绕，水夹套产生 的蒸汽可用于工艺过程中。
汽化炉工作原理
汽化炉工作原理
汽化炉是一种用于将固体燃料转化为气体燃料的设备。
其工作原理主要包括以下步骤：
1. 加料：将固体燃料（如煤、木材等）通过料斗或其他方式加入到汽化炉中。
2. 干馏：固体燃料进入汽化炉后，燃烧产生的高温、缺氧环境下，发生干馏反应。
在高温下，固体燃料中的不稳定化合物会分解，生成焦炭、秸秆灰、气体和液体产物。
3. 碳化：部分燃料会发生碳化反应，生成较稳定的焦炭。
焦炭是一种多孔的固体材料，具有高热值和较低的灰份含量，适合作为燃料使用。
4. 气化：在高温下，固体燃料中的挥发分会发生气化反应，生成可燃气体。
气化产物主要包括一氧化碳（CO）、氢气
（H2）、一氧化二氮（N2O）等。
这些气体可以用于供给工业过程的热源或用作化学反应的原料。
5. 催化：为了提高气化效率和产物的质量，有些汽化炉会添加催化剂。
催化剂可促进燃烧和气化反应，提高燃料的转化率和产物的品质。
6. 分离：汽化产物中的固体、液体和气体通过冷却、净化等处理过程进行分离。
其中气体燃料可以通过燃烧或其他方式进行利用，液体产物可以进一步加工提纯，而焦炭则可以作为附加
产物进行利用。
总之，汽化炉通过在高温、缺氧环境下使固体燃料发生干馏、碳化和气化反应，将其转化为气体燃料和其他有用化学品。
这种转化过程可以提高燃料的利用效率，并减少对传统固体燃料的依赖。
固体燃料的气化过程及设备
固体燃料的气化过程及设备固体燃料是指那些不易挥发的固体物质，例如煤和生物质等。
而气化是一种将固体燃料转化为可燃气体的过程。
在气化过程中，固体燃料被加热并与氧气或气体反应，从而产生可燃气体和灰燃残渣。
本文将介绍固体燃料的气化过程和常用设备。
气化过程干式气化干式气化是在没有用水的条件下进行气化。
在干式气化中，固体燃料通常被加热至200-800℃的温度范围内，然后经过一系列的热解和化学反应转化为可燃气体。
该过程中生成的气体是水蒸汽、二氧化碳、一氧化碳、氢气等。
常用的设备包括固定床气化炉、移动床气化炉和旋转床气化炉等。
湿式气化湿式气化是在加水条件下进行的气化。
在湿式气化过程中，固体燃料通常被加热至300-600℃的温度，然后通过蒸汽进行气化。
在湿式气化中，水蒸气是主要的反应物质，反应过程会产生大量的氢气。
湿式气化主要用于处理生物质。
常见的设备包括喷雾床气化炉和旋转床气化炉等。
气化设备固定床气化炉固定床气化炉是一种将固体燃料转化为可燃气体的设备。
它是将固体燃料放入反应器中，通入氧气和水蒸气，在高温高压下发生气化反应，产生可燃性气体。
该设备具有结构简单、操作简单、安全可靠等优点。
但是，它的气化效率较低，需要占用较大的空间和能源。
移动床气化炉移动床气化炉是固定床气化炉的改进型。
它的反应器是一个可以移动的炉具，可以周期性地取出灰渣和添加燃料。
该设备具有气化效率高、能源利用率高、节能环保等优点。
但是，它的结构比较复杂，需要较为精密的控制系统。
旋转床气化炉旋转床气化炉是一种可以连续气化固体燃料的设备。
固体燃料通过发射器和旋转床进入反应器中，然后与氧气和水蒸气发生反应，生成可燃气体。
该设备具有气化效率高、反应均匀、空间占用小等优点。
但是，它的设备成本较高。
结论固体燃料的气化是一种将固体燃料转化为可燃气体的重要技术。
干式气化和湿式气化是常用的气化过程。
在气化设备方面，固定床气化炉、移动床气化炉和旋转床气化炉是常用的设备。
气化原理
气化原理气化是指将固体或液体燃料转化为气体燃料的热化学过程。
当秸秆类物料燃烧时，需要一定量的氧气，如果提供的氧气等于或多于这个值，秸秆便可以充分地燃烧了，最后的残余物为灰分。
如果提供的氧气是少于这个值，秸秆在燃烧过程中便不能全部烧掉，提供的氧气越少，没能烧掉的可燃成分就越多，这些可燃成分包括炭、挥发分气体（CO，H2，CH4），这就是秸秆气的主要成分。
二、气化过程为了更好地描述秸秆的气化过程，我们以第六代固定床气化炉为例，具体分析秸秆的气化过程。
秸秆在第六代气化炉中的气化过程可以用下图表示。
秸秆从上部加入，气化剂（空气）从底部吹入，气化炉中参与反应的秸秆自上而下分成干燥区，热分解区（裂解区），还原区和氧化区。
下面就四个反应区分别描述秸秆的气化过程：1、氧化反应空气由气化炉的底部进入，在经过灰渣层时被加热，加热后的气体进入气化炉底部的氧化区，在这里同炽热的炭发生燃烧反应，生成二氧化碳同时放出热量，由于是限氧燃烧，氧气的供给是不充分的，因而不完全燃烧反应同时发生，生成一氧化碳，同时也放热量。
在氧化区，温度可达1000~1200℃，反应方程式为：C+O2=CO2+△H △H=408.8千焦在氧化区进行的均为燃烧反应，并放出热量，也正是这部分反应热为还原区的还原反应、物料的裂解和干燥，提供了热源。
在氧化区中生成的热气体（一氧化碳和二氧化碳）进入气化炉的还原区，灰则落入下部的灰室中。
2、还原反应在还原区已没有氧气存在，在氧化反应中生成的二氧化碳在这里同炭及水蒸气发生还原反应，生成一氧化碳（CO）和氢气（H2）。
由于还原反应是吸热反应，还原区的温度也相应降低，约为700~900℃。
还原区的主要产物为一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）和氢气（H2），这些热气体同在氧化区生成的部分热气体进入上部的裂解区，而没有反应完的炭则落入氧化区。
3、裂解反应在氧化区和还原区生成的热气体，在上行过程中经过裂解层，同时将秸秆加热，当秸秆受热后发生裂解反应。
粗原料气的制取—固体燃料气化法(合成氨生产)
CONTENTS
气化过程的工艺条件，往往随着燃料的性能，例如燃料反应活性、粒 度、灰熔点、机械强度、热稳定性而有很大的差异。加之，间歇式制气过 程中燃料层温度与气体组成呈周期性变化，影响工艺过程因素过多。衡量 气化过程的好坏，通常主要依据：
01 半水煤气 的质量
主要指标是有效气体组成 （H2+CO)，以及（H2+CO)/N2 和微量氧等
(5)气体成分
主要是要求半水煤气中(H2+CO)／N2=3.1～3.2。通常是采用调节空气 吹净及回收时间的方法来控制，改变加氮空气量也是方法之一。由于加氮 空气量的多少对燃料层温度影响较大，加氮空气量一经确定，就不宜改变。 此外还应尽量降低半水煤气中甲烷、二氧化碳和氧气的含量，特别要求氧 气含量小于0.5%。若氧气含量过高，不仅有爆炸的危险，而且还会给变换 催化剂带来严重的危害。
煤在气化炉中干燥， 热解生成C
C + 气化剂
CO、H2、CH4
CO2、N2、H2O
焦油、COS、 H2S、NH3
可燃气体 不可燃物质
有害物质
CONTENTS
煤系由多种聚合高分子和矿物晶体组成的物质。煤中水分包括三类：游离水、吸附态水、化学键态水。
游离 水
吸附 态水
煤
系
化学 键态 水
游离水
1
附着于煤表面的外表水
03
空气吹净时
气体依次经发生炉、 燃烧室、 废 热锅炉、 洗气箱、 洗涤塔而入气 柜, 此时燃烧室无须加二次空气。
Hale Waihona Puke 04蒸汽上吹和下吹制气时,
如欲配人加氮空气, 为确保安全 起见, 加氮空气应在水蒸气通人 稍后加人,并应先于水蒸气停送以 前切断。 灰渣最后落于旋转炉篦,由刮刀刮 人灰箱,定期排出炉外
煤气气化炉工作原理
煤气气化炉工作原理
煤气气化炉是一种能够将固体燃料转化为可燃气体的设备。
其工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 煤气气化：煤炭等固体燃料首先被送入炉腔内，通过加热使其发生热解和气化反应。
在高温下，固体燃料中的可燃物质被分解出来，生成一种混合气体，其中主要成分是一氧化碳（CO）和氢气（H2）。
2. 燃料供给：通过控制进料机构，固体燃料以适量的速度持续供给到气化炉中，以维持气化反应的持续进行。
3. 燃烧过程：气化炉内的混合气体进一步与空气进行混合，并在燃烧室中点火燃烧。
在燃烧过程中，一氧化碳和氢气与氧气反应，释放出大量的热能，并产生二氧化碳和水蒸气等气体产物。
4. 热量回收：通过烟气热交换器等设备，从燃烧产生的高温烟气中回收热能。
这些热能可以用于加热气化炉的进料，提高能源利用效率。
5. 气体清洁：经过燃烧后的烟气会进入净化系统进行除尘和脱硫等处理，以达到排放标准。
煤气气化炉的工作原理基于固体燃料的热解和气化反应以及烟气的燃烧过程，最终实现了将固体燃料转化为可燃气体的目的。
这种可燃气体可以作为燃料用于工业加热、发电或炼油等过程中。
1-1-1原料气的制取-固体燃料气化概述
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学科
合成氨工艺
第一章固体燃料气化
合成氨生产概述
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授课时数
2
授课方法
讲授
授课工具
多媒体
授课时间
授课班级
教学目的
掌握合成氨生产的主要步骤及流程
氮气来源于空气，可以在低温下将空气液化分离而得，也可以在制取氢气的过程中加入空气，将空气中的氧气与可燃物质反应气的净化】：除去原料气中氢气、氮气以外的杂质。
一般由原料气脱硫、一氧化碳变换、二氧化碳的脱除、原料气的精制等。
【原料气压缩与合成】：将符合要求的氢氮混合气压缩到一定的，在催化剂与一定温度条件下合成为氨。
目前已投入工业生产的主要固氮方法：电弧法、氰氨法、合成氨法。目前最重要最经济的方法是合成氨法。
【新课】
氨是利用一定比例的氢和氮混合气在高温高压并有催化剂条件下直接合成。
合成氨的生产需要高纯氢气和氮气。氮来自空气，氢气的主要来源有：气态烃类转化、固体燃料气化和重质烃类转化。世界大多数合成氨厂以气体燃料为主要原料。
教学重点
和难点
重点：合成氨生产的主要步骤及流程、增强爱国教育
复习提问
1．化学工业有何特征？
2．典型的无机化学工业有哪些？
教学内容、方法和过程
附记
【引课】
空气中含有大量的游离氮，但是只有极少数农作物才能直接吸收空气中的氮。大多数作物只能吸收化合态氮来供给生长所需主要养分。固氮是化学化工研究中既古老又前沿的课题。
实际生产中连续气化法所需富氧空气中氧气含量约50%，此即为富氧空气-蒸汽连续气化法。
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• 3、水煤气：以水蒸汽为气化剂制的煤气。 • 4、半水煤气：是以空气（或富氧空气）和适量的
水蒸汽
固体燃料有：
• 1、无烟煤 • 2、粘结性烟煤与不粘结性烟煤（包括贫煤、炼焦煤、气
煤、气焰煤、肥煤、焰煤）
• 3、褐煤 4、木质褐煤 5、泥煤 • 6、由粘结性烟煤或不同结焦性能的混合煤制得的焦炭和
第一章 固体燃料气化
概述
• 所谓造气就是用气化剂对固体或其他原料进行热 加工的过程，其生成物为可燃性气体（煤气）。 固体燃料为各种煤和焦炭；气化剂有空气、富氧 空气、氧和水蒸汽、CO2。进行气化的设备称为 煤气发生炉。
• 固体燃料气化生成的煤气可分为： • 1、空气煤气：以空气为气化剂制的煤气。 • 2、混合煤气：以空气和适量水蒸汽混合为气化剂
与粒度小于0.1mm的粉煤并流气化，生产有效成 分（H2+CO）高达80%～85%的煤气 。
4.水煤浆加压气化法 （德士古水煤浆气化法） 将原料煤和水按一定比例，加到磨煤机中磨
成水煤浆，经加压后和氧气一起由喷嘴喷入气化 炉内，进行气化反应，制得水煤气。
第二节 固定层间歇气化法制取 半水煤气的基本原理
水分高，有效成分少，气体产率低。气化过程水蒸气带出增 加，煤的消耗定额增加
• 2、挥发份
• 在一定温度下干馏（隔绝空气）析出的气体（碳 氢化合物），在气化过程中能分解变成氢气、甲 烷以及焦油蒸汽等。它与煤化程度有关，煤化程 度越低挥发份越高，含量少的1~3%，多的达50% 以上，一般来讲挥发份高的煤粘结性较强，挥发 份低的煤粘结性较差，挥发份较高的燃料其机械 强度、热稳定性一般都比较差。
1.以空气为气化剂
C+O2=CO2+Q CO+0.5 O2 = CO2 +Q
C+0.5 O2 =CO+Q C+ CO2 =2CO-Q（可逆）
➢氧化反应速度极快，不可逆，空气中的O2迅速消耗，生 成物中CO2的浓度急速上升，并放热量。这过程在氧化层里 进行。所以氧化层的厚度比较薄。
CO2 的 还 原 反 应 可 逆 ， 吸 热 ， 在 还 原 层 进 行 。 在 还 原 层 CO2的浓度逐渐下降，而CO的浓度逐渐增加。由于CO2的还 原反应速度比碳的氧化反应速度慢得多，所以还原层就比
氧化层要厚得多。
C+ CO2 =2CO-Q 该反应为可逆反应，平衡常数为
ln Kp 21000 21.4 T
计算可知：随反应温度升高， CO平衡含量增加， CO2平衡含 量下降；当温度高于900℃时， CO2含量已经很少，几乎全部 转化成CO。
料在落入高温区时保持其块度的性质，该性质除 了与煤形成年代有关外，主要与煤化程度有关 • 3、机械强度 • 指煤破碎的难易程度，一般来说，煤的机械强度 与煤的形成年代有关，年代愈久，强度愈大。机 械强度差的煤其热稳定性必然也差。
• 4、粘结性
• 有些煤（烟煤）在加热到一定温度时，炭质受热分解而成 塑性状态，继而出现软化、熔融现象，产生热分解后的液 态产物，在炭粒之间的接触和膨胀压力的作用下，使炭粉 相互粘结在一起而变成多孔性硬块，即所谓焦炭，这种煤 称为粘结性煤。无烟煤不发生或稍微发生熔融粘结现象， 而在放出挥发份后其本身成为粉末状的残渣，这种煤称为 不粘结性煤。
• 煤的粘结性会破坏气化层中气体的分布，使气化操作无法 进行。
工业上以固体燃料为原料，制取合成氨原料气的方法 :
(1)固定层间歇气化法 用水蒸汽和空气为气化剂，交替地通过固定的燃
料层，使燃料气化，制得半水煤气。 (2)固定层连续气化法
以富氧空气（或氧气）与蒸汽的混合气为气化剂 ，连续通过固定的燃料层进行气化。
• 3、灰份
• 固体燃料完全燃烧后所剩余的残留物，灰份主要 的组分为二氧化硅、三氧化二铝、四氧化三铁、 氧化钙、氧化镁等物质，这些物质的含量对灰熔 点有决定性影响。固定层煤气炉一般要求燃料的 灰份含量不超过30%，灰份含量过高，相对地减 少了有效碳使煤的发热值降低，而且在燃烧或气 化过程中会妨碍气化剂与碳的接触，影响气化剂 的扩散，同时降低了燃料的化学活性，灰份含量 过高时不仅使气化条件复杂化，还加重了排灰机 械的负荷，使设备磨损加剧。
• 4、硫份 煤中的硫份在气化过程中转化为含硫气 体，不仅腐蚀设备管道，而且使催化剂中毒。
• 5、固定碳 固体燃料中除去灰份、挥发份、水份 和硫份以外，其余可燃性物质称为固定碳，它是 固体燃料中的有效物质。
煤的性质对气化反应的影响
• 1、化学活性 • 煤的化学活性也称为反应能力，是指煤与气化剂
反应的活性。 • 2、热稳定性 又叫抗热强度，可以理解燥层：在燃料层的顶部。 (2)干馏层：燃料在此受热分解逐渐 焦碳化。 (3)气化层：气化反应发生的主要区 域。分氧化层和还原层。 (4)灰渣层：在炉底，能预热和 均匀分布自炉底进入的气化剂。 (5)自由空间：干燥层上面，没 有燃料的空间，起聚积煤气的作用 。
二、固体燃料气化的基本原理
燃料层的分区
(1)干燥层：在燃料层的顶部。 (2)干馏层：燃料在此受热分解 逐渐焦碳化。 (3)气化层：气化反应发生的主 要区域。分氧化层和还原层。 (4)灰渣层：在炉底，能预热和 均匀分布自炉底进入的气化剂 。 (5)自由空间：干燥层上面，没 有燃料的空间，起聚积煤气的 作用。
3.气流层气化法 在高温下，以氧和水蒸气混合气为气化剂，
半焦，以及从褐煤制得的半焦
• 7、由粉煤制成的型煤 • 8、碳化煤球等 • 常压固定层煤气炉生产合成氨原料气时，必须使用无烟煤
煤与焦炭。
• 造气车间的任务就是生产合格的（氢氮比符合合成氨要求 的）半水煤气。
烟煤
无烟煤
褐煤
泥煤（泥炭）
煤的组成对气化反应的影响
1、水分
固体燃料的水份以三种形式存在即吸附水、游离水和化合 水。煤里的水份含量多少与煤化（即煤腐殖化）程度有关， 煤化程度越低则煤里的水份就越高，煤的质地就越致密， 这种水份称之为物理吸附水或固有水份；煤的外在水份 （附着水份）是指地下水和雨水附着在煤上的水份。煤的 外在水份和分析取样水份之和称为煤的全水份。煤的化合 水份（结合水份）在煤中是以结晶水形式存在的，与煤化 程度无关，即使加热到100℃化合水也不会析出。