第二章甲醇原料气的制取

第二章甲醇原料气的制取类别符号数码分类指标Vdaf(%)G(GR、I、)Yb**气肥煤QF46>37、0(>85)*>25、0(>220)气煤QM34434445>28、0～37、0>37、0>37、0>37、0>50～65>35～50>50～65>65*≤25、0(≤220)1/2中粘煤1/2ZN2333>20、0～28、0>28、0～37、0>30～50>30～50弱粘煤RN2232>20、0～28、0>28、0～37、0>5～30>5～30不粘煤BN2131>20、0～28、0>28、0～37、0≤5≤5长焰煤CY4142>37、0>37、0≤5>5～35室式结焦过程一、化学产品得产生在胶质体生成、固化和半焦分解、缩聚得全过程中,都有大量气态产物析出。这些气态产物又分为“里行气”和“外行气”,里行气和外行气最后全部在炉顶空间汇集而导出。见右图。化学产品析出示意图从煤得分子结构看,可认为,热解过程就是对热不稳定成分(基本结构单元周围得侧链和官能团等)不断裂解,形成低分子化合物并挥发出去。而对热稳定成分(基本结构单元得缩合芳香核部分)互相缩聚形成固体产品(半焦或焦炭)。煤热解得化学反应可分为以下几种:

(1)煤热解中得裂解反应。其裂解反应大致有下面四类:

①桥键断裂生成自由基。联系煤得结构单元得桥键主要就是:

次甲基键－CH2－、－CH2－CH2－;醚键―O－;硫醚键－S－、－S－S－;次甲基醚键－CH2－O－、－CH2－S－等,她们就是煤结构中最薄弱得环节,受热很容易裂解生成自由基“碎片”。

②脂肪侧链裂解。煤中得脂肪侧链受热易裂解,生成气态烃,

如CH4,C2H6,C2H4等。

③含氧官能团裂解。煤中含氧官能团得热稳定性顺序为:

—OH>C=O>—COOH>—OCH3、

④煤中低分子化合物得裂解。煤中以脂肪结构为主得低分子化合物受热后熔化,同时不断裂解,生成较多得挥发性产物。煤热解得化学反应可分为以下几种:

(2)一次热解产物得二次热解反应。一次分解产物,其挥发性成分在析出过程中受到更高温度得作用就会产生二次热解反应,主要得二次热解反应有:裂解、脱氢、加氢、缩合、桥键分解等。煤热解得化学反应可分为以下几种:

(3)煤热解中得缩聚反应。煤热解得前期以裂解反应为主,后期则以缩聚反应为主。缩聚反应对煤得粘结、成焦和固态产品质量影响很大。

①胶质体固化过程得缩聚反应。

②从半焦到焦炭得缩聚反应。

③半焦和焦炭得物理性质变化。

焦炉煤气得组成与杂质含量

组分H2COCO2CH4CmHnN2O2％(V)54、0～59、05、0～8、02、0～4、023、0～27、02、0～3、03、0～6、00、2～0、4

焦炉煤气得主要组分为H2、CO、CH4、CO2等,随着炼焦配比和操作工艺参数得不同,焦炉煤气得组成略有变化。一般焦炉煤气得组成见表1,杂质含量见表2。

表1

焦炉煤气得组成名称焦油苯萘硫化氢COS二硫化碳氨噻吩类杂质含量微量2000～500030010010080～10030020～50表2

焦炉煤气中得杂质含量(mg/m3)

二、煤炭气化煤气化就是指在煤气发生炉中,原料在高温条件下,与气化剂作用,生成煤气得过程。煤气化过程得基本条件:气化炉、气化原料和气化剂。气化剂为氧气或其她含氧物质如空气、水蒸气和二氧化碳等;气化原料为各种煤或焦炭。煤气化得实质就是将煤由高分子固态物质转化为低分子气态物质,也就是改变燃料中碳氢比得过程。常用气化方法分类压力:常压气化、加压气化与气化剂相对运动:移动床气化、流化床、气流床气化、熔浴床大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静煤气化得主要反应(反应热以ΔH表示)

1)碳得氧化反应C+O2=CO2－393、8kJ/mol2)碳得部分氧化反应2C+O2=2CO-231、4kJ/mol3)二氧化碳还原反应C+CO2=2CO+162、4kJ/mol4)水蒸气分解反应C+H2O(g)=CO+H2+131、5kJ/mol5)水蒸分解反应C+2H2O(g)=CO2+2H2+90、0kJ/mol6)一氧化碳变换反应CO+H2O(g)=CO2+H2-41、5kJ/mol7)碳得加氢反应C+2H2=CH4-74、0kJ/mol8)甲烷化反应CO+3H2=CH4+H2O-206、4kJ/mol9)甲烷化反应2CO+2H2=CH4+CO2-247、4kJ/mol10)甲烷化反应CO2+4H2=CH4+2H20-165、4kJ/mol气化过程气化剂不发生化学反应,只与灰渣进行热交换,气化剂吸收灰渣得热量而升温预热,灰渣则被冷却。主要进行碳得燃烧反应:C+O2→CO2,放出大量得热量,在氧化层末端,气化剂中得O2全部被耗尽。主要进行二氧化碳得还原反应与水蒸气得分解反应:C+CO2→2CO,C+H2O(g)→H2+CO,反应所需要得热量主要由碳得燃烧反应放热提供,同时,CO变换反应可以补充部分热量。由还原层出来得气体(包括其中大量得N2)具有很高得温度,在继续上升得过程中,将上部原料干馏,生成焦油蒸气、热解水和其她液体、气体馏分和半焦或焦,干馏析出得挥发分与气化煤气仍有较高得温度,继续上升将原料煤干燥,析出水分。主要就是CO得变换反应。CO和H2O得含量在减少,CO2和H2得含量在增加,该反应进行得程度直接影响着粗煤气得组成和出口温度。煤气发生炉3M-2l型气化炉得主体结构由四部分组成:炉上部有加煤机构中部为炉身炉底部有除灰装置主要用于气化不黏结性燃料,如贫煤、无烟煤、焦炭等。型式:(1)无搅拌装置得用于气化无烟煤、焦炭等不粘结性燃料(2)有搅拌装置得用于气化弱粘结性烟煤。特点:(1)由于煤层厚,煤气出口压力高,故为干法排灰。(2)魏尔曼-格鲁夏煤气发生炉生产能力较大,操作方便(3)整个发生炉中铸件很少,故制造方便。魏尔曼—格鲁夏(W-G型)

煤气发生炉

图2-23W-G型煤气发生炉1-中料仓;2-圆盘加料阀;3-料管;4-气化剂管;5-传动机构;6-灰斗;7-刮灰机;8-插板阀;9-炉箅;10-水套;11-支撑板;12-下灰斗;13-风管;14-中央支柱气化过程得工艺条件在混合发生炉气化过程中,主要得工艺条件就是炉膛温度、水蒸气加入量和鼓风速度,她们直接影响着煤气得组成和质量。她就是影响煤气质量、气化强度和气化热效率得最重要因素。煤气中有效成分就是CO和H2,其含量得多少主要取决于CO2得还原反应和水蒸气得分解反应。料层温度得升高,有利于这两个反应得进行,既可以提高煤气产量产量又可改善煤气质量,但料层温度过高,容易结渣。因此,料层温度得选定应结合原料中灰分得含量高低和灰分熔点高低,大致为1000~1200℃。水蒸气得含量

水蒸气加入量得多少对煤气质量、产率和气化过程得正常进行有很重要得影响。水蒸气有一个最佳点,即以灰不结渣为最低限度。一般情况下,水蒸气得耗量在0、4~0、6kg/kg之间,饱和温度控制在50~65℃之间,蒸汽分解率约为60%~70%。鼓风速度鼓风速度决定着气化强度,鼓风速度越大,气化强度越高。随着鼓风速度得提高,气化剂与料层得接触时间缩短,不利于碳得充分转化,而且料层阻力相对增大,炉出煤气中得带出物数量也相应增多。鼓风速度过低,将降低发生炉得生产能力。鼓风速度一般在0、10~0、20m/s之间。气化指标和影响因素气化指标包括煤气质量、煤气产率、气化强度、原料损失、冷煤气效率、气化效率和各项消耗指标。影响气化指标得因素很多,主要取决于三个方面:气化原料得理化强度、气化过程得操作条件和煤气发生炉得构造。

煤气产率就是指气化单位质量得原料所得到煤气得体积数。(在标准情况下)煤气产率决定于原料中得水分、灰分、挥发分和固定碳得含量,也与气化方法得转化率有关。气化效率就是指生成物得发热量与所使用原料发热量之比。气化强度就是指发生炉炉体单位截面上得生产强度。煤气发生炉得生产能力取决于炉体得截面积和气化强度。强化气化过程得实质就就是提高炉内气化反应得速率。主要途径就是提高气化剂中氧气得浓度、气化温度和鼓风速度。1、提高气化剂中氧气得浓度气化剂中氧气含量得增加,碳得氧化反应加剧,料层温度随之上升,反应速度加快。如将氧气得浓度提高到50%,气化强化增加约一倍,而且可使煤气中有效成分CO和H2得含量大大增加,从而使煤气热值也大大提高。此外,随着氧气浓度得提高,煤气中CO2得含量增加,其原因:一就是煤气中N2含量减少,相对得CO2含量增高,二就是CO与未分解水蒸气发生了CO变换反应。2、提高气化温度提高气化温度有利于各气化反应得速度,就是提高煤气质量和发生炉生产能力最有效得手段。炉内氧化层温度一般在1000~1200℃。3、提高鼓风速度在实际生产中,提高鼓风速度就是强化操作简便易行得方法。但就是,鼓风速度得提高受以下因素得限制:CO2还原反应和水蒸气分解反应进行得程度;料层得稳定性和带出损失;炉底得最大风压。混合发生炉气化对煤质得要求

混合发生炉气化用煤得要求就是具有较高得机械强度、热稳定性和灰熔点。对煤种得要求就是选用无烟煤或焦炭或挥发分适中得不黏结和弱黏结烟煤。

1)粒度:粒度得大小与原煤得反应性有关,反应性好,粒度可适当增大。各种原料得推荐粒级为:25~50mm。无烟煤13~25mm,焦炭6~13mm,气化用焦5~10,10~25mm。2)灰分Ad≦24%3)含矸率≦2%4)灰熔点ST>1250℃5)胶质层最大厚度Y<12MM6)抗碎强度>60%7)热稳定性Ts+6>60%8)全硫St,d<2%二、水煤气水煤气就是以水蒸气为气化剂,吹入炽热得炭层分解而制得得煤气。水煤气得主要成分就是CO和H2。水煤气在燃烧时,火焰呈蓝色,因此又称为蓝水煤气。水煤气生产原理

目前,我国主要采用间歇送风蓄热气化法。该法就是把水煤气生产过程分成两个阶段。第一个阶段就是吹风阶段,向发生炉吹入空气,就是空气中得氧与煤发生燃烧反应。

C+O2=CO2-393、8KJ/mol2C+O2=2CO-231、4KJ/mol反应放出得热量积蓄在料层内,使料层温度升高,生成得吹风气得主要成分就是N2和CO2,经废热回收后放空。第二阶段就是制气阶段,向高温料层内送入水蒸气,使水蒸气与炽热得碳进行分解反应,生成以CO和H2为主要成分得水煤气。C+H2O(g)=CO+H2+131、5KJ/molC+2H2O(g)=CO2+2H2+90、0KJ/mol经一定时间后,料层温度下降,蒸汽分解很少或不再分解,停止送入蒸汽,制气阶段结束。再向发生炉吹入空气,如此循环不已。水煤气生产得工作循环及各阶段阀门打开情况

水煤气得生产时间歇式得,一般来说,一个工作循环由六个阶段组成。(1)吹风阶段吹风阶段,1、5、6打开,就是将空气与原料燃烧后放出得热量积蓄在炉料内,为制气阶段提供热量。(2)蒸汽吹净阶段

3、5、6打开,蒸汽自炉底进入炉内吹扫料层和发生炉及管道,目得就是将残余得吹