煤化工气化工艺系统知识_气化工艺的介绍.ppt

介绍气化过程，开发煤气化过程，以煤为原料，从煤转化为煤气、液体及固体产品或半成品，然后进一步加工成一系列化学产品或石油燃料的产业称为煤化工产业。煤的炼焦是应用最早的煤化工，至今仍是重要的方法。煤气化在煤化学中占有特别重要的地位，煤气主要用于生产城市煤气、各种工业燃料气、合成气，在中国，合成气主要用于制造氨、甲醇、二甲醚等重要化学产品。通过煤加氢液化和气化生产各种液体燃料和气体燃料，利用碳1化学技术合成各种化学产品。世界石油和天然气资源的持续减少，煤化工技术的改善，新技术及新催化剂的开发成功，新一代煤化工技术的出现，21世纪现代煤化工产业将有广阔的发展前景。煤气化应用，大型加压煤气化技术，基于煤的合成液体燃料技术，大型流化床电站锅炉，煤气化联合循环发电技术(IGCC)，煤、电、热和化工产品聚合技术，煤中硫、氮和其他污染物的去除和控制技术，大型燃气轮机技术，简要介绍加压气化工艺，煤气化工艺分为固定床加压气化技术、湿气流床加压气化技术、干气流床加压气化技术。固定床加压气化技术的主要代表有德国卢奇煤粉加压气化技术、BGL加压气化技术湿气流床加压气化技术的代表有GE的tecko、华东理工大学的4喷嘴、多变量浆料。干气流床加压气化技术的主要代表包括壳牌、西门子GSP、科林、北京航空航天、五环、华东理工学院也在以水煤浆4喷嘴为基础研究煤粉气化工艺。德国的卢奇从1927年到1928年在德国东伊江矿区利用褐煤，在大气压下利用氧气作为瓦斯剂制造气体。气体加压净化后分离二氧化碳会增加气体的热值。但是在大气压力下，气化炉的煤气生产受到限制，煤气传递的压缩成本高，正在进行加压气化工艺研究。理论上计算，压力为2.0MPa，温度为1000K的平衡气体中甲烷的含量可以达到20%以上，因此气体的热值大大增加。后续小型试验结果也证明了加压气化理论的正确性。这一切都是在卢奇完成的，所以这种方法被称为卢奇式加压气化法。气化炉的煤质要求，水分鲁奇进入煤炭的水可能会更高，但如果部分褐煤水分过高，将褐煤块加热，使其破碎，氧气消耗增加，增加对系统负荷和污水处理的投资，可能会给原料预处理带来困难。使用经验表明，煤的水分超过20%，水分含量增加1%，氧气消耗量增加1.5%，煤气烤箱温度增加5c，水蒸气含量增加3%。水分含量增加到30%，气化炉的生产能力减少10%。灰分原则上对煤的灰分没有严格的要求。但是煤的灰分含量增加，消费定额就会增加。气化强度低时，气体产量下降，灰碳含量增加，气体热值下降。从经济上看，煤灰含量控制低于20%。煤的粒度为褐煤6 40毫米，烟煤5 25毫米，焦炭及无烟煤5 20毫米；最大粒子大小和最小粒子大小比率需要5到8。最小粒度为6mm以上，小于2mm的粉煤灰控制在1.5%以内，小于6mm的细煤控制在5%以内。结合性能气化坩埚膨胀序数7以下的强耦合煤。但是，消费指标比褐煤低10%到15%，气化炉处理能力低15%到20%，气化效率低5%。反应活性反应活性越高越好。灰熔融温度和结渣是影响汽氧比和气化强度的关键，一般要求ST 1200 ，建议高于1400 。斜线还影响工作温度，斜线强的煤工作温度不能过高。卢奇加压气化技术的发展、卢奇煤粉加压气化技术的发展主要可分为三个发展阶段，这取决于炉型的变化。阶段一(1930-1954)。1930年，德国希尔斯菲尔德建立了第一个加压气化试验装置，1936年设计了工业化型鲁奇炉，以褐煤为原料，城市煤气，气化剂为氧气和水蒸气，煤气炉的中空轴通过炉底中央流入高炉，废炉内壁有耐火内衬，只能气化不粘煤，气化强度低。第一代卢奇气化炉，内径2600mm1烤箱2上部刮刀驱动器3煤气出口管刮刀4燃烧器5炉子6炉7驱动机构8刮刀9下部灰色颈管10灰色颈管11裙a带内部液压传动的煤箱阀b外部液压驱动c煤箱下部阀的液压驱动，第二阶段(1954 1965年)。为了气化弱耦合性的烟煤，提高气化强度，与联邦德国卢奇天然气公社一起，试验了泥煤、褐煤、次烟煤、长焰煤、贫煤、无烟煤，根据气化试验结果设计了第二代鲁奇。该炉型在炉内安装搅拌器装置，起到可以气化弱耦合煤的破粘作用，取消炉内耐火衬里，安装水套后，将再排出改为炉底中间再排出，煤气炉从炉底侧进入炉夹下。第二代直径2600mm中间再去除炉1煤箱2上部驱动机3千煤4搅拌机5炉6炉计算7驱动轴8气化制进口管9灰箱，第3阶段(1969 1980)。为了进一步提高鲁奇炉的生产能力，扩大煤炭复盖范围，满足现代大型工厂的生产需要，通过向第二代的改进，开发了内径增加到3.8米的第三代鲁奇炉，包括双夹套、搅拌机和煤分配器的高炉，塔式结构，多层布气，将单炉煤气产量提高到35000 55000m3/h(干气)，将单炉煤气产量提高到35000 55000m3，第三代加压气化炉，内径3800mm1煤箱2上部变速器3喷射冷却器4条裙子5千石炭机6搅拌器7炉8，9驱动10个灰箱11刮刀12保护板，1974年，鲁奇与南非萨索合作开发了直径5米的第四代加压气化炉，该气化炉几乎能适应所有种类的煤，比第一代75000 m3/卢奇还开发了液体排渣煤气炉。通过大幅提高气化炉燃烧区域的反应温度，可以减少蒸汽消耗，提高蒸汽分解率，提高气化炉出口气体活性成分，提高煤气质量，提高单炉的生产能力，比固体排渣气化提高3 4倍。卢奇还将气化压力提高到10MPa，工作压力提高，氧气消耗量减少，天然气甲烷含量增加，取代天然气的“luer-100”气化炉的研究和开发。卢奇加压气化在实际加压气化过程中，原料煤被添加到气化炉的上部，在高炉中由上至下经过干燥、蒸馏、半焦气化、剩余焦燃烧、灰排放等物理化学过程。加压气化炉的一种，通过燃烧层中c o2co 2的主要反应产生大量的热，该热气体层提供了产生气体各还原反应所需的热。煤蒸馏干燥所需的热量；产生气体，灰的排放带来明显的热量。气体取出了明显的热和气化设备的损耗热。燃料床结构和特性，加压气化炉中的床层一般根据反应特性分为以下层。灰层燃烧层(氧化层)气化层(还原层)蒸馏层干燥层，灰层的主要功能是通过加热燃烧的灰(burning botrytis)回收灰的热量，降低灰温度。燃烧层主要是焦炭渣和氧的反应c o2co 2，为其他各层的反应提供热量。气化层(也称为还原层)是煤气生产的主要来源。蒸馏层和干层是煤的吸附气体和有机物从蒸馏色谱中出来的燃料的准备阶段。，加压气化过程，煤的干燥和部分燃烧阶段煤的主要干燥阶段发生在150 前，现阶段煤的大部分水分丢失。后来，煤挥发了，挥发性物质开始释放出来，主要是煤中可燃物质的热解产生的气体、焦油蒸汽和有机化合物，以及水的热解产生的水蒸气。煤的干燥和气化产物在温度上升的情况下，在100 200 水分和吸附的CO2200300下，在CO2、CO和热解水300 400 下，在焦油蒸汽、CO、气体碳氢化合物400 500 下释放焦油蒸汽，产生次数最多CO转义在500 600 下减少到H2，CH4，碳氢化合物600 以上的碳氢化合物分解为甲烷和氢气，煤的气化阶段和基本反应过程在煤的气化阶段发生了以下反应：碳的氧化燃烧反应：c o2co 2 394.55 kj/mol 2h 2 o 22 H2O 22总热平衡是通过在输入反应器中调整氧气量和蒸汽量来调节的。在加压气化原理、压力下，煤的气化在高温下受氧、水蒸气和二氧化碳的作用。碳和氧的反应：c o2co 2 408.8 mj2c o22co 246.4 mj CO2 c2co-162.4 mj2co o22co 2 570.24 mj，碳和水蒸气的反应：c h2oco H2-118.8 MJC 2 H2O 2 H2 提高反应压力，化学反应向体积减少的反应方向移动，提高反应温度，化学反应向吸收热的方向移动，对于加压气化，可以得出以下结论。 提高压力，有利于气体中甲烷的生成，可以提高气体的热值。提高气化反应温度有利于CO2+C2CO朝着产生一氧化碳的方向进行，还有c h2oco H2反应，改善了气体的活性成分。但是提高温度对产生甲烷的发热反应不利。卢奇加压气化工艺的技术特点，气化温度1000 1250 气化压力2.54MPa，复杂固体渣气化结构，由混合装置、分煤器、炉排等旋转设备组成的高炉，设备损坏和维护比较频繁，运行率低，约7580%煤气中含有焦油、苯酚等，煤气净化、污水处理、副产品回收过程复杂，蒸汽消耗量长，分解率低。装满煤的煤包含7-12%的甲烷和不饱和碳氢化合物，也可以单独用于煤气和热电联产。合成其他产品需要分离或切换甲烷的情况下，对卢奇加压气化操作条件、气体组成的压力影响气化压力增大，体积减少的反应进行、气体中CH4和CO2含量的增加、气体热量的增加等有帮助。气化压力引起的粗糙气体成分如下图所示变化。提高气化压力可以提高煤气热值，这对城市煤气生产有利，但对合成原料气生产不利，因此气化压力的选择必须综合考虑。压力对气体产量的影响随着压力的增加，气体产量减少。下图说明了棕色煤气化时气体产率与气化压力的关系，气体产率是由于生成气体中甲烷的增加，总气体体积减少。粗煤气组成和气化压力关系气体产量和气化压力关系1-粗煤气；随着压力对2-纯气体、氧和水蒸气消耗的影响增加，甲烷生成反应速度加快，反应释放的热量增加，碳燃烧反应的氧气消耗减少。氧气消耗、利用率和气化压力的关系如图所示。氧气利用率是指消耗1m3氧气制造的气体的化学热。，气化压力和氧气消耗，与氧气利用的关系1-氧气消耗；2-氧利用率、水蒸气消耗和气化压力的关系如下图所示。随着压力的增加，水蒸气消耗增加了。随着压力的增加，产生甲烷所消耗的氢量的增加，气化系统中绝对水蒸气分解量的增加，但由于压力的上升，水蒸气分解反应向左的速度增加，水蒸气分解率降低。在大气压下，水蒸气的分解率约为65%，而在2.0MPa下，水蒸气的分解率约为36%。因此，加压气化与大气压力气化相比，水蒸气消耗大幅增加，如图所示，20大气压力比大气压力引起的水蒸气消耗高两倍以上，由干燥水蒸气分解率减少，使加压气化的热效率有所降低。水蒸气消耗与气化压力的关系1-氢量；2-水蒸气的绝对分解量；3水蒸气分解率、气化层温度和气化层温度对气化的影响，气化层温度对气化的影响，使气化层温度降低，有利于放热反应的线，即甲烷的生成反应，从而增加气体发热量。但是温度下降太多的话，在650 700 时甲烷生成反应或其他气化反应的反应速度非常慢，压力为2.0MPa气化褐煤时气化层温度对造气组成的影响如下图所示。气层温度对气体组成的影响一般在城市煤气生产中，气层温度一般为950 1050 ，生产合成原料气时，可增加到1200 1300 ，气层温度的增加主要受灰渣熔点的限制，温度超过灰渣的软化点时，灰渣处于熔融状态，这在固体排渣炉中是不允许的。气化层温度过低，不仅反应速度慢，还会增加灰渣的剩余碳量，增加原料损失，低温时粉尘变细，床阻力增大，气化炉的生产负荷减少。气化层温度一般取决于气体花园料煤种确定后灰质的熔点。煤气炉温度是煤气炉人炉前的温度，提高煤气炉温度，减少用于预热煤气炉的热量消耗，减少氧气消耗，煤气炉温度高，有利于碳的燃烧反应进行，因此氧气利用率提高。氧气消耗量与其利用率与气化炉温度的关系如下图所示。气化剂温度与氧利用率的关系1-氧利用率；2，3-分别为原油气体和净气体产量；4-纯气体热值，蒸气氧气比的选择，蒸气氧气比是指气化剂中水蒸气和氧气的构成比例，即水蒸气/氧气的比率kg/m3(标准)。在加压气化气生产中，蒸汽-氧气比是非常重要的运行条件，是影响气化过程的最活跃因素。在一定的气化温度和气体组成的变化条件下，相同煤的汽氧比有变化的范围。煤的种类不同，波动范围也不同。煤的碳化越深，反应活性越差，为了提高生产能力，蒸汽-氧气比例必须相应降低。加压气化生中，各种煤的蒸汽-氧比变化范围一般为褐煤6 8烟煤5 7，无烟煤4.5 6。改变汽氧比实际上是调整和控制气化过程的温度。在固体排渣炉中，首先要确保燃烧过程中灰尘不融化，在此基础上保持足够的温度，以保证煤的完全气化。加压气化生产中使用不同的蒸汽-氧比对煤气生产的影响主要有以下几个方面。在一定的热负荷条件下，随着蒸汽-氧气比例的增加，蒸汽消耗量增加，氧气消耗量随着蒸汽-氧气比例的提高而相对减少。如下图所示，蒸汽-氧比与蒸汽-氧消耗的关系1-水蒸气消耗；可以看出，2-耗氧量、水