HT-L粉煤气化简介

三、煤炭气化工艺分类
ICC灰融聚流化床气化炉 • • • • 以碎煤为原料（1~8mm） 以空气或富氧空气和水蒸汽为气化剂 在常压或加压下气化 气化连续进行
ICC灰融聚 流化床气化炉
三、煤炭气化工艺分类
恩德（Ende）流化床气化炉 • • • • 以碎煤为原料（1~10mm） 以空气或富氧空气和水蒸汽为气化剂 在常压或加压下气化 气化连续进行
三、煤炭气化工艺分类
壳牌（Shell）气流床气化炉 •以粉煤为原料 •以氧气和水蒸汽 为气化剂 •在加压下气化 •气化连续进行 •融态排渣
壳牌气流床气化炉 （Shell）
三、煤炭气化工艺分类
德士古气流床气化炉 （Texaco） •以水煤浆为原料 •以氧气和水蒸汽为 气化剂 •在加压下气化 •气化连续进行 •融态排渣
合成气
合成氨
磨 煤 机
热风炉 锁 斗
洗涤塔
变换 脱硫 脱碳 气体精制
二甲醚 汽/柴油
空 气 燃料气
给 煤 仓
破渣机
甲醇
灰水处理 渣处理
氢
（一）磨煤及干燥单元
1、主要任务
生产出合格的粉煤
（一）磨煤及干燥单元
主要工艺指标 粒度≤90μm ≥90％（重量）
水份含量﹤2％（重量）
（一）磨煤及干燥单元
2、工艺流程
（三）气化及合成气洗涤单元 （1300单元）
主要工艺指标 •炉内温度 •锅炉水密度 •气体成分 •煤耗 •氧耗
（三）气化及合成气洗涤单元
2、工艺流程
• 从空分来的高压氧气与从锅炉来的高 压蒸汽在氧气蒸汽混合器里混合，进 入烧嘴。 • 从粉煤给料罐来的粉煤在高压CO2的 输送作用下进入烧嘴。 • 气化剂和粉煤在烧嘴出口处混合，在 高温高压下燃烧气化，生成原料气 （主要为H2+CO）和液态渣，原料气 和液态渣并流进入激冷室。
CO + H2O(汽) = CO2 + H2 + 42kJ/mol （3）
二、煤气化的基本原理
（二）炭与水蒸汽的化学反应
反应平衡常数 Kp（1） = pco pH2 / pH2O
lgKp(1) = -6740.5/T+1.5561lgT-0.0001092T-0.000000371T2+2.554
气化炉 氧气蒸汽 混合器 汽包
锅炉循 环水泵
破渣机 渣锁斗
文丘里 洗涤器 激冷 水泵
洗 涤 塔
（三）气化及合成气洗涤单元
2、工艺流程
• 高温合成气和熔渣经激冷环被水激冷后 ，沿下降管导入激冷室的水浴，熔渣迅速 固化，散裂成小的(平均约为1毫米)玻璃状 的颗粒，绝大部分迅速沉淀。 • 出激冷室的合成气经过文丘里洗涤器洗 涤润湿，进入洗涤塔再次洗涤，除去残余 的飞灰，并达到水蒸汽饱和的状态，出洗 涤塔后送变换工段。 • 中压锅炉水泵使炉内水冷壁盘管内的锅 炉水的强制循环，有效降低承压壳体的温 度，同时回收部分热量，转化为中压蒸汽( 约5.4Mpag饱和蒸汽)
原 煤 原料煤 仓 粉煤袋 式过滤 器
磨 煤 机
粉 煤
螺旋输 送机
磨煤机
惰性气 体发生 器
循环风 机
（一）磨煤及干燥单元
粉 煤 袋 式 过 滤 器 3、主要设备
原 煤 原料 煤仓 粉煤 袋式 过滤 器
粉 煤 螺旋 输送 机
磨煤 机
惰性 气体 发生 器
循环 风机
螺旋输送机
（一）磨煤及干燥单元
3、主要设备
粉煤 贮仓 过滤 器 粉煤
粉煤 贮仓
粉煤进料阀
CO2
粉煤 锁斗 粉煤出料阀
粉煤给 料罐
（二）粉煤加压及输送单元
3、主要设备
粉煤贮 仓过滤 器 粉煤
粉煤贮 仓
粉煤贮仓
CO2
粉煤锁 斗
粉煤给料 罐
（二）粉煤加压及输送单元
3、主要设备
粉煤贮 仓过滤 器 粉煤
粉煤贮 仓
粉煤锁斗
CO2
粉煤锁 斗
粉煤给料 罐
文丘里 洗涤器
涤
塔
文丘里 洗涤器 激冷 水泵
渣锁斗
洗 涤 塔
（三）气化及合成气洗涤单元
氧气蒸汽 混合器 汽包
3 主 要 设 备
烧嘴冷却 水泵
锅炉循环 水泵
气化炉
锅炉循 环水泵
破渣机 渣锁斗
激冷 水泵
文丘里 洗涤器 激冷 水泵
洗 涤 塔
（四）渣及灰水处理单元
1、主要任务
•对气化及合成气洗涤单元 排出的黑水和固渣进行初 步处理 •实现热量的回收和水的循 环使用
• 气化剂以较低速度通过床层
三、煤炭气化工艺分类
移动床间歇式常压气化炉（UGI）
以块状无烟煤或焦炭为原料 以空气和水蒸汽为气化剂 在常压下气化 气化间断进行 固态排渣
三、煤炭气化工艺分类
移动床鲁奇气化炉(MK)
• • • • • • 以碎粒煤（6~20mm）为原料 以氧气和水蒸汽为气化剂 在加压下（2~4MPa）气化 气化连续进行 产品气中CH4含量高 固态排渣
洗 涤 塔
气 化 室 下 降 管 激 冷 室
烧 嘴
水 冷 壁
（三）气化及合成气洗涤单元
氧气蒸汽 混合器 汽包
3 主 要 设 备
气化炉
锅炉循 环水泵
渣 锁 斗
文丘里 洗涤器 激冷 水泵
破渣机 渣Байду номын сангаас斗
洗 涤 塔
（三）气化及合成气洗涤单元
氧气蒸汽 混合器
3 主 要 设 备
汽包
气化炉
锅炉循 环水泵
洗
破渣机
烧
嘴
（三）气化及合成气洗涤单元
氧气蒸汽 混合器 汽包
3 主 要 设 备
气化炉
锅炉循 环水泵
水 冷 壁
文丘里 洗涤器 激冷 水泵
破渣机 渣锁斗
洗 涤 塔
（三）气化及合成气洗涤单元
氧气蒸汽 混合器 汽包
3 主 要 设 备
气化炉
锅炉循 环水泵
气 化 炉
破 渣 机
文丘里 洗涤器 激冷 水泵
破渣机 渣锁斗
C + O2 = CO2 + 402kJ/mol
2C + O2 = 2CO + 237kJ/mol C + CO2 = 2CO - 165kJ/mol
2CO + O2 = 2CO2 + 567kJ/mol
二、煤气化的基本原理
（一）炭与氧的化学反应
反应平衡常数
lnKp = -21000/T + 21.4
此时的反应为扩散控制。 提高压力、浓度，流速，减小颗粒度等 ，能够加快过程速率。
800~1200℃时CO/CO2的浓度
浓 度 CO
2
CO
距碳粒表面的距离
1200~1400℃时CO/CO2的浓度
浓 度 CO CO2
距碳粒表面的距离
三、煤炭气化工艺分类
移动床气化
• 煤料与炉体相对静止，靠重力下降 • 煤料在炉内停留时间以小时计
二、煤气化的基本原理
（五）煤炭气化过程速率
• 当气化温度很低时， β ＞ ＞ K
K总= β K /（ β + K ）= K
此时的反应为化学动力学控制。 提高温度、压力、浓度，改善催化剂等 ，能够加快过程速率。
二、煤气化的基本原理
（五）煤炭气化过程速率
• 当气化温度很高时， K ＞ ＞ β
K总= β K /（ β + K ）= β
二、煤气化的基本原理
（二）炭与水蒸汽的化学反应
反应平衡常数
Kp（2） = p0.5co2 pH2 / pH2O
lgKp(2) = -4533.3/T+0.6446lgT-0.0003646T-0.0000001858T2+2.336
二、煤气化的基本原理
（三）甲烷生成反应
C + 2H2 = CH4 + Q 2CO + 2H2 = CH4 + CO2 + Q
二、煤气化的基本原理
（一）炭与氧的化学反应
反应平衡常数 Kp = p2co / pco2 反应平衡常数（常压）
Kp = y2co / yco2
二、煤气化的基本原理
（二）碳与水蒸汽的化学反应
C + H2O(汽) = CO + H2 - 123kJ/mol
（1）
C + 2H2O(汽) = CO2 + 2H2 - 80kJ/mol （2）
原料煤经过破碎，被输送到 原料煤仓，通过称重给煤机 送入磨煤机研磨，并用干燥 的热风（惰性气体）进行干 燥。干燥用的热风来自惰性 气体发生器，经干燥后的粉 煤，被热风输送到粉煤袋式 过滤器，风粉分离。粉煤通 过螺旋输送机进入下一单元 （粉煤加压及输送单元）的 粉煤贮仓。风通过循环风机 再次进入惰性气体发生器。
（二）粉煤加压及输送单元
3、主要设备
粉煤贮 仓过滤 器 粉煤
粉煤贮 仓
粉煤给料罐
CO2
粉煤锁 斗
粉煤给料 罐
（二）粉煤加压及输送单元
3、主要设备 粉煤贮仓 过滤器
粉煤贮 仓过滤 器 粉煤
粉煤贮 仓
CO2
粉煤锁 斗
粉煤给料 罐
（三）气化及原料气洗涤单元
1、主要任务 •将粉煤稳定地输送到气化炉
•用氧气、蒸汽与粉煤气化 •将合成气洗涤除尘后送变换
德士古气流床气化炉 （ Texaco ）
四、 HT-L气流床 粉煤加压气化炉 （航天炉）
航天煤气化技术工艺流程
中压蒸汽
HT- L 技 术 工 艺 流 程
粉 煤
过滤器 原料煤 过滤器
气包补水 安全阀 氧气、过热蒸汽
燃气轮机
电输出 蒸汽轮机
IGCC燃料发电
火炬 煤 仓 鼓风机 储 煤 仓
粉 煤 加 压 气 化 炉
气化炉 氧气蒸汽 混合器 汽包
锅炉循 环水泵
破渣机 渣锁斗
文丘里 洗涤器 激冷 水泵
洗 涤 塔
（三）气化及合成气洗涤单元
3主要设备 烧
点火烧嘴、 开工烧嘴、 工作烧嘴三 位一体
气化炉 氧气蒸汽 混合器 汽包
锅炉循 环水泵
嘴
破渣机 渣锁斗
文丘里 洗涤器 激冷 水泵
洗 涤 塔
点 火 烧 嘴 开 工 烧 嘴 工 作 烧 嘴
三、煤炭气化工艺分类
气流床气化
• • • •
气流床气化也称为气流夹带床气化 煤料与气化剂呈平行运动 煤料在炉内停留时间以秒计 气化剂以极快速度通过气化炉
三、煤炭气化工艺分类
航天（HT-L）气流床气化炉 •以粉煤为原料 •以氧气和水蒸汽为气化剂 •在加压下气化 •气化连续进行 •融态排渣
航天气流床气化炉 （HT-L）
HT-L粉煤气化 简介
安徽晋煤中能化工股份有限公司 亓为华
一、煤气化的概念 与任务
（一）煤气化的概念
在一定的温度、压力下，通过气化剂与 煤炭进行热化学反应，生成化工原料气 的过程。
一、煤气化的概念 与任务
（二）煤气化的任务
生产煤化工所需要的原料气。 （主要是CO和H2)
二、煤气化的基本原理
（一）炭与氧的化学反应
原料 煤仓 原煤 粉煤袋 式过滤 器 粉煤 螺旋输送机 螺旋给料器
称重给煤机
磨煤 机
惰性气体 发生器
循环风机
（一）磨煤及干燥单元
3、主要设备
原 煤 原料 煤仓 粉煤 袋式 过滤 器
原 料 煤 仓
称重给煤机
粉 煤 螺旋 输送 机
磨煤 机
惰性 气体 发生 器
循环 风机
（一）磨煤及干燥单元
3、主要设备
原 煤 原料煤 仓 粉煤袋 式过滤 器
磨 煤 机
粉 煤
螺旋输 送机
磨煤机
惰性气 体发生 器
循环风 机
（二）粉煤加压及输送单元
1、主要任务
将粉煤由常压状态
转换到 加压状态
（二）粉煤加压及输送单元
主要工艺指标 •粉煤锁斗压力和料位 •粉煤给料罐压力和料位
（二）粉煤加压及输送单元
2、工艺流程
粉煤从粉煤贮仓（常压）靠重力进入 处于常压状态的粉煤锁斗，粉煤锁斗 进煤完成后，关闭进料阀，用高压二 氧化碳 (或氮气)对粉煤锁斗进行加压， 加压至与粉煤给料罐的压力相等，打 开出料阀，粉煤靠重力进入粉煤给料 罐，粉煤锁斗下料完成后，关闭出料 阀，泄压至常压，打开进料阀，开始 下一次进料。
2C + 2H2O = CH4 + CO2 + Q
二、煤气化的基本原理
（四）煤炭气化的其它化学反应
S + O2 = SO2
SO2 + 3H2 = H2S
S + CO = COS C + S2 = CS2 C + 0.5H2 + 0.5N2 = HCN
二、煤气化的基本原理 （五）煤炭气化过程速率
1 2 3 4
鲁奇气化炉 （MK)
三、煤炭气化工艺分类
流动床气化 • 流化床气化又称为沸腾床气化 • 煤料在炉内呈沸腾状态 • 气化剂速度能使碎煤呈浮动甚至沸腾状态
三、煤炭气化工艺分类
循环流化床气化炉（CFB）（Lurgi） • • • • • 以碎煤为原料 以氧气和水蒸汽为气化剂 在常压或低压下气化 气化连续进行 固态排渣
原 煤 原料 煤仓 粉煤 袋式 过滤 器
循 环 风 机
粉 煤 螺旋 输送 机
磨煤 机
惰性 气体 发生 器
循环 风机
（一）磨煤及干燥单元
惰 性 气 体 发 生 器 3、主要设备
原 煤 原料 煤仓 粉煤 袋式 过滤 器
粉 煤 螺旋 输送 机
磨煤 机
惰性 气体 发生 器
循环 风机
（一）磨煤及干燥单元
3、主要设备
加热和干燥 析出挥发分 挥发分和残焦燃烧气化 灰渣生成
二、煤气化的基本原理 （五）煤炭气化过程速率
1
气化剂扩散通过气流边界层
2
气化剂在碳反应表面的化学 吸附和化学反应
3
反应产物的脱附和扩散
二、煤气化的基本原理
（五）煤炭气化过程速率
• 气体扩散速度 扩散速率常数β • 化学反应速度 化学反应速率常数K • 总过程速率常数K总 K 总= β K / （ β + K ）