煤气化技术4

(2)原料煤中水分对气化过程的影响



煤中所含的水分随煤变质程度的加深而减少, 水分较多的煤,挥发分往往较高,则进人气化 层的半焦气孔率也大,因而使反应速率加快, 生成的煤气质量较好。 另外在气化一定的煤种时,其焦油和水分存 在着一定的关系,水分太低,会使焦油产率下 降。 煤中水分过高又会给气化过程带来不良影响。
1.煤种对煤气组分和产率的影响

(1)煤气组分 煤 种不同,经加压气 化后生成的煤气 质量是不一样的。 随着煤碳化度的 加深煤的挥发分 减少,干馏组分在 煤气申占的比例 减小
(2)煤气产率

煤气的产率与煤中碳的转 化方向有关,煤中挥发分越 高,转变为焦油的有机物就 越多,转入到焦油中的碳越 多,进入真正气化区生成煤 气的碳量减少,煤气产率就 下降。煤中挥发分与煤气 产率、干馏煤气量之间的 关系如图2-43所示。



改变汽氧比,实际上是调整与控制气化过程的 温度. 在固态排渣炉中,首先应保证在燃烧过程中灰 不熔融,在此基础上维持足够高的温度以保证 煤完全气化。 在加压气化生产中,采用不同汽氧比,对煤气生 产的影响主要有以下几个方面





①在一定热负荷条件下,水蒸气的消耗量随汽氧比的提 高而增加,氧气的消耗量随汽氧比提高而相对减少,如图 2-38所示。 由图可看出水蒸气量的变化幅度远远大于氧气量的变化 幅度。因此在实际生产中,要兼顾气化过程和消耗指标 来考虑,在不引起气化炉产生结渣和气质变坏的情况下, 尽可能采用较低的汽氧比。 ②汽氧比的提高,使水蒸气的分解率显著下降,这将加大 煤气废水量。不但浪费了水蒸气,同时还加大了煤气冷 却系统的热负荷,会使煤气废水处理系统的负荷增加。 ③汽氧比的改变对煤气组成影响较大。随着汽氧比的增 加,气化炉内反应温度降低.煤气组成中一氧化碳含量减 少,二氧化碳还原减少使煤气中二氧化碳与氢含量升高, 粗煤气组成与汽氧比的关系如图2-39所示。 ⑧汽氧比改变和炉内温度的变化对副产品焦油的性质也 有所影响。提高汽氧比以后,中孩性组分下降,芳烃组分 则显著增加。
1.鲁奇加压气化特点



1)原料适应性 ①原料适应范围广。除黏结性较强的烟煤外, 从褐煤到无烟煤均可气化。 ②由于气化压力较高,气流速度低,可气化较小 粒度的碎煤。 ③可气化水分、灰分较高的劣质煤。






(2)生产过程 ①单炉生产能力大,最高可达100000m3/h(干基)。 、 ②气化过程是连续进行的,有利于实现自动控制。 ③气化压力高,可缩小设备和管道尺寸,利用气化后的余 压可以进行长距离输送。 ④气化较年轻的煤时,可以得到各种有价值的焦油、轻质 油及粗酚等多种副产晶; ⑤通过改变压力和后续工艺流程,可以制得H2/CO各种不 同比例的化工合成原料气, 拓宽了加压气化的应用范围。
2.煤种对各项消耗指标的影响


由煤的生成原理可知,随着煤的变质程度加深, 也就是碳化度加深,煤中nC/n(H)比则加大. 煤的变质程度加深,气化所用的水蒸气,氧气量 也相应增.
3.煤种对其他副产品的特性和产率的 影响



(1)硫化物 煤中的硫化物在加压气化时,大部分以硫化氢 和各种有机硫形式进入煤气中。 (2)氨 煤气中氨的产生与原料煤的性质、操作 条件及气化剂中的氮含量有关。 (3)焦油和轻油 原料煤的性质是影响焦油产率 的主要因素。
2.加压气化的实际过程
2 气液分离器 1 煤锁
3 炉体
9 水夹套 4 洗涤冷却器
5 转动炉篦 6 炉篦传动轴
8 膨胀冷凝器
10 气化剂管线
7 灰锁 Mark-IV鲁奇炉结构图




(1)气化过程热工特性 鲁奇碎煤加压气化炉内生 产工况如图2-29所示。 在实际的加压气化过程中,原料煤从气化炉的上 部加入,在炉内从上至下依次经过干燥、干馏、 半焦气化、残焦燃烧、灰渣排出等物理化学过 程。 加压气化炉是上种自热式反应炉,通过在燃烧层 中的C+02―→C02这个主要反应,产生大量热量, 这些热量提供给: ①气化层生成煤气的各还原反应所需的热量; ②煤的干馏与干燥所需热量; ③生成煤气与排出灰渣带出的显热; ④煤气带出物显热及气化炉设各散失的热量。 这种自热式过程热的利用效果好,热量损失小。
4.煤的理化性质对加压气化的影响



(1)煤的粒度对加压气化的影响 煤的粒度越小,其比表面积越大,在反应时吸附和 扩散速率加快,有利气化反应的进行。 粒度过小将会造成气化炉床层阻力加,煤气带出 物增加。 煤的粒度越小,水蒸气和氧气的消耗量增加,煤耗 也会增加。通常2mm以下的粉每增加1.5%,氧 气和水蒸气的消耗将提高5%。
3)煤中灰分及灰熔点对气化过程的影 响



煤中的灰分是煤燃烧后所剩余的矿物质残中的灰 分含量对气化反应而言一般影响不大,鲁奇炉甚至 可气化灰分高达50%的煤: 固态排渣气化炉而言,煤中灰分的灰熔点对气化过 程至关重要。 一般要求灰熔点越高越好，灰熔点降低时,在气化 炉氧化层易形成灰渣熔融,即通常所说的灰结渣。
2.气化层温度与气化剂温度

通常,生产城市煤气时, 气化层温度一般控制 在950~1050℃,生产 合成原料气时可以提 高到1200~1300℃。

气化剂温度是指气化剂人炉前的温度 提高气化剂温度可以减少用于预热气化剂的热量消耗
3.汽氧比的选择


汽氧比是指气化剂中水蒸气与氧气的组成比例, 即水蒸气/氧气的比值(kg/m3)。 随着煤的碳化度加深,反应活性变差,为提高生产 能力,汽氧比应适当降低。在加压气化生产中,各 种煤种的汽氧比变动范围一般为:褐煤6~8,烟煤 5~7,无烟煤4.5~6。
4、煤的黏结性对气化过程的影响



煤的黏结性是指煤在高温干馏时的黏结性能。 黏结性煤在气化炉内进入干馏层时会产生胶质体, 这种胶质体黏度较高,它将较小的煤块黏结成大块， 其机理与炼焦过程相同,这就使得干馏层的透气性 变差,从而导致床层气流分布不均匀和阻碍料层的 下移,使气化过程恶化。 鲁奇加压气化炉适应煤种为自由膨胀序数小于7 不黏结性煤,对于黏结性较强的烟煤不适合于鲁奇 加压气化炉。



鲁奇加压气化的缺点如下。 ①蒸汽分解率低。对于固态排渣气化炉,一般蒸汽 分解率约为40%,蒸汽消耗较大,未分解的蒸汽在后 序工段冷却,造成气化废水较多，废水处理工序流 程长,投资高。 ②需要配套相应的制氧装置,一次性投资较大。
2.鲁奇加压气化发展史


鲁奇加压气化技术的发展根据炉型的变化大致 可划分为三个发展阶段。 第一阶段(1930~1954年) 1930年在德国希尔士 斐尔德建立了第一套加压气化试验装置,1936年 设计了第一代工业化的鲁奇炉。以褐煤为原料 生产城市煤气,气化剂为氧气和水蒸气,气化剂 通过炉箅的中空转轴由炉底中心送入炉内,出灰 白设在炉底侧面,炉内壁有耐火衬里,只能气化 非黏结性煤,气化强度较低。

(6)压力对压缩功耗的影响 加压气化可以大大节省煤气输送的动力消耗。 因为煤气化所产生的煤气的体积一般都比气化 介质的体积更大。据计算,在2.94MPa压力下用 氧水蒸气混合物作为气化剂,所需压缩的氧气仅 约占所制得煤气体积的14%~15%,比常压气化 所产生的煤气再压缩到2.94MPa,几乎可以节省 动力2/3。
二、鲁奇加压气化原理

1.化学反应 在气化炉内,在高温、高压下,煤受氧、水蒸气、二 氧化碳的作用,发生如下各种反应。



根据化学反应速率与化学反应平衡原则,提 高反应压力有利于化学反应向体积缩小的反 蔽方向移动,提高反应温度,化学反应则向吸 热的方向移动,对加压气化可以得出以下结 论。 ①提高压力,有利于煤气中甲烷的生成,可提 高煤气的热值。 ②提高气化反应温度,有利于CO2+C---2CO向生成一氧化碳的方向进行,也有利于 C+H2O----CO+H2反应,从而可提高煤气中 的有效成分。但提高温度不利于生成甲烷的 放热反应。
第二章煤气化技术
第五节鲁奇加压气化
一、鲁奇加压气化概述


鲁奇加压气化采用的原料粒度为5~50mm,气化 剂采用水蒸气与纯氧,加压连续气庄着气化压力 的提高,气化强度大幅提高,单炉制气能力可达 75000~100000m3/h,而且煤气的热值增加。鲁 奇加压气化在中国城市煤气生产和制取合成气方 面受到广泛重视。 鲁奇加压气化炉是由德国鲁奇公司所开发,称为 鲁奇加压气化炉,简称鲁奇炉。
5煤的机械强度和热稳定性的影响


煤的机械强度是指煤的抗碎能力。 易破碎的煤在筛分后的传送及气化炉加煤过程中 必然产生很多煤屑,这样会增加人炉煤的粉煤含量, 使煤气带出物增加。故加压气化应选用抗碎能力 较高的煤种。 煤的热稳定性是指煤在经受高温和温度急剧变化 时的粉碎程度。热稳定性差的煤在气化炉内容易 粉化,给气化过程带来不利影响。另一方面由于热 稳定性差,气化时煤块破碎却增加了反应表面积, 从而增加了气化反应速率,提高了气化强度。

第二阶段(1954~1965年) 为了能够气化弱黏结性的 烟煤,提高气化强度,德国鲁尔煤气公司与鲁奇公司 合作建立了一套试验装置,对泥煤、褐煤、次烟煤、 长焰煤、贫煤和无烟煤进行了气化试验,根据试验 结果设计了第二代鲁奇炉。该炉型在炉内设置了搅 拌装置,起到了破黏作用,从而可以气化弱黏结性煤, 同时取消了炉内的耐火衬里,设置了水夹套,排灰改 为炉底中心排灰,气化剂由炉底侧向进人炉箅下部。
(6)煤的化学活性的影响



煤的化学活性是指煤同气化剂反应时的活性,也就是 指碳与氧气、二氧化碳或水蒸气相互作用时的反应 速率。 煤的反应活性越高,则发生反应的起始反应温度越低, 气化温度也越低。气化温度低,有利于甲烷生成反应 的进行,煤气热值相应提高。放热的甲烷反应叉促进 其他气化反应的进行,为气化层提供了部分热量,降低 了氧气的消耗。 煤的反应活性对气化过程的影响在温度较低时较大, 当温度升高时,温度对反应速率的影响显著加强,这时 相对降低了反应活性的影响程度。