第五章流化床气化工艺介绍
流化床煤气化工艺技术
流化床煤气化工艺技术0流化床煤气化概述所谓“流态化”是一种使固体微粒通过与气体或液体接触而转变成类似流体状态的操作。
当流体以低速向上通过微细颗粒组成的床层时，工艺条件和气化指标( 1 ）工艺条件①原料。
褐煤是流化床最好的原料，但褐煤的水分含量很高，一般在12 ％以上，蒸发这部分水分需要较多的热量（即增加了氧气的消耗量），水分过大，也会造成粉碎和运输困难，所以水分含量太大时，需增设干燥[wiki]设备[/wiki]。
煤的粒度及其分布对流化床的影响很大，当粒度范围太宽，大粒度煤较多时，大量的大粒度煤难以流化，覆盖在炉算上，氧化反应剧烈可能引起炉算处结渣。
如果粒度太小，易被气流带出，气化不彻底。
一般要求粒度大于10mm 的颗粒不得高于总量的5 % ，小于lmm 的颗粒小于总量的10 % - 15 ％。
由于流化床气化时床层温度较低，碳的浓度较低，故不太适宜气化低活性、低灰熔点的煤种。
②气化炉的操作温度。
高炉温对气化是有利的，可以提高气化强度和煤气质量，但炉温是受原料的活性和灰熔点的限制的，一般在900 ℃左右。
影响气化炉温度的因素大致有汽氧比、煤的活性、水分含量、煤的加人量等。
其中又以汽氧比最为重要。
③二次气化剂的用量。
使用二次气化剂的目的是为了提高煤的气化效率和煤气质量。
被煤气带出的粉煤和未分解的碳[wiki]氢[/wiki]化合物，可以在二次气化剂吹人区的高温[wiki]环境[/wiki]中进一步反应，从而使煤气中的一氧化碳含量增加、甲烷量减少。
( 2 ）气化指标褐煤的温克勒气化指标如表4 一10 所示。
由以上的叙述可知，温克勒气[wiki]化工[/wiki]艺单炉的生产能力较大。
由于气化的是细颗粒的粉煤，因而可以充分利用[wiki]机械[/wiki]化采煤得到的细粒度煤。
由于煤的干馏和气化是在相同温度下进行的，相对于移动床的干馏区来讲，其干馏温度高得多，所以煤气中几乎不含有焦油，酚和甲烷的含量也很少，排放的洗涤水对环境的污染较小。
煤化工工艺学课件气流床气化法
气化炉产生的高温粗煤气和液态熔渣先进入辐射式 废锅，冷却至700℃（水冷管内副产高压蒸汽）， 熔渣粒固化与煤气分离落入到下面的淬冷水池，经 锁斗排出。然后粗煤气用水喷淋淬冷至200℃左 右。
③：煤气冷却以及三废处理
煤化工工艺学课件气流床气化法
应用实例3：德士古气化法
3.工艺条件
⑴：水煤浆浓度：
经预破碎后进入煤的干燥系统，使煤中的水分小于 2%，然后进入磨煤机中被制成煤粉，磨煤机是在常压 下运行，制成粉后用N2气送入煤粉仓中。然后进入加 压锁斗系统。再用高压N2气，以较高的固气比将煤粉 送至4个气化炉喷嘴，煤粉在喷嘴里与氧气(95%纯度) 混合并与蒸汽一起进入气化炉反应。
②、气化。
由对称布置的4个燃烧器喷入的煤粉、氧气和蒸汽的 混合物，在气化炉内迅速发生气化反应，气化压力 2~4MP,气化炉温度维持在1 400～1 700 ℃，这个温 度使煤中的碳所含的灰分熔化并滴到气化炉底部，经淬 冷后，变成一种玻璃态的渣排出。
②煤种适应性强； 褐煤不适于制水煤浆加料。
③煤气中不含焦油； 反应温度高，床层温度均一
④需要设置庞大的磨粉、余热回收、除尘等辅助装置。 粉煤70~80%过200目筛分，出口煤气温度高，起气速高带走
的飞灰多。
煤化工工艺学课件气流床气化法
应用实例1： K-T气化法
煤化工工艺学课件气流床气化法
煤化工工艺学课件气流床气化法
最后生成以CO、H2、CO2、 H2O为主要成分的湿煤气及熔渣。
煤化工工艺学课件气流床气化法
应用实例3：德士古气化法
② :气化炉 直立圆筒形耐压容器; 内衬耐火材料，近似绝热； 内部无结构件，维修简单； 运行可靠。
煤化工工艺学课件气流床气化法
流化床气化煤气设计
流化床气化煤气设计
煤炭一直以来都是世界上最主要的能源资源之一，但随着环保
意识的增强，人们对于煤炭的利用方式也在不断地进行改进和创新。
流化床气化煤气设计就是其中的一种新型技术，它被广泛应用于煤
气化领域，可以高效地将煤炭转化为可再生能源。
流化床气化技术是一种将固体燃料在高温下转化为气体燃料的
过程。
在流化床气化煤气设计中，煤炭首先被粉碎成细粉，然后通
过气化剂（通常是空气或蒸汽）在高温下进行气化反应，产生可燃
气体。
这种气体可以用于发电、供热或其他工业用途。
流化床气化煤气设计的关键在于气化反应的控制和高效利用。
通过优化气化反应的温度、压力和气化剂的流速，可以最大限度地
提高气化效率，减少能源损失。
此外，流化床气化技术还可以减少
煤炭燃烧产生的污染物排放，对于保护环境具有重要意义。
除了煤炭，流化床气化技术还可以应用于其他固体废弃物的气
化转化，比如生物质、城市垃圾等。
这为资源再利用和能源转化提
供了新的途径，有助于实现清洁能源的可持续发展。
总的来说，流化床气化煤气设计是一种高效、环保的能源转化技术，可以有效地提高煤炭等固体燃料的利用率，减少环境污染。
随着技术的不断进步，相信流化床气化技术将在能源领域发挥越来越重要的作用。
流化床气化技术
提高灰熔点方法： 提高灰熔点方法：
当灰分具有一定碱性时，在原料煤中可添加石灰 当灰分具有一定碱性时， 石灰或白云石来提高煤的软化点和熔点。 石、石灰或白云石来提高煤的软化点和熔点。
（2)压力的影响 2)压力的影响 采用加压流化床气化可改善流化质量， 采用加压流化床气化可改善流化质量，消除一 系列常压流化床所存在的缺陷。 系列常压流化床所存在的缺陷。 采用加压，增加了反应器中反应气体的浓度， 采用加压，增加了反应器中反应气体的浓度， 在相同流量下减小，气流速度， 在相同流量下减小，气流速度，增加了气体与原 料颗粒间的接触时间。在提高生产能力的同时， 料颗粒间的接触时间。在提高生产能力的同时， 可减少原料的带出损失。 可减少原料的带出损失。 在同样生产能力下， 在同样生产能力下，可减小气化炉和系统中各 设备的尺寸。 设备的尺寸。
常压温克勒气化炉优点
优点： 温克勒气化工艺单炉的生产能力较大、 煤气中无焦油，污染小。
由于气化的是细颗粒的粉煤，因而可以充分 利用机械化采煤得到的细粒度煤。 由于煤的干馏和气化是在相同温度下进行的， 相对于移动床的干馏区来讲，其干馏温度高 得多，所以煤气中几乎不含有焦油，酚和甲 烷的含量也很少，排放的洗涤水对环境的污 染较小。
2、常压流化床（温克勒炉）气化工艺 常压流化床（温克勒炉）
（1）温克勒气化炉
温克勒气化工艺是最早的以褐煤为原料的常压流化床 气化工艺，在德国的莱纳（Leuna）建成第一台工业炉。 气化工艺，在德国的莱纳（Leuna）建成第一台工业炉。
温克勒气化炉一般工艺流程示意图
结构
该炉是一个高大的圆筒 形容器。 形容器。 在结构和功能上可分为 两大部分： 两大部分： 下部的圆锥部分为流化 床； 上部的圆筒部分为悬浮 床，其高度约为下部流 化床高度的6~10倍 化床高度的6~10倍。 一般沿筒体的圆周设置 二个成三个进口， 二个成三个进口，互成 180。 120。。 180。或120。。
循环流化床煤气化工艺的原理和特点
循环流化床煤气化工艺的原理和特点摘要：本文从工艺流程、关键技术以及工艺特点三个方面就循环流化床煤气化工艺展开了详细介绍，并指出循环流化床煤气化工艺由于具有的强适应性、高碳转化率与气化强度，以及使用原料范围广等优势，因而得到了广泛的应用。
关键词：循环流化床煤气化工艺原理与特点一、引言我国在很长时期内将煤作为主要的能源，因此寻找出适合我国国情的洁净煤技术具有非常重要的意义。
作为高效、洁净利用煤炭途径的煤气化工艺，是现代煤化工、循环发电等洁净能源生产中非常关键的工艺之一。
由于循环流化床具有煤种适应性强、传热效率高、易完成大型化操作等优点，因而受到了十分广泛的重视。
二、循环流化床煤气化工艺的流程循环流化床中的皮带将原料煤运输至破碎机中，在将其粉碎在4毫米以下后，运至煤仓中，已备使用。
在开车前，还需利用输送机将煤粉送至立管；在开车过程中，利用提升机将细煤粉送入计量煤斗中，在升高压强后，再将细煤粉从旋转阀、螺旋给料器、进料管中稳定地输送至循环流化床气化炉的下部。
在这一过程中，用到的所有空气均来自于压缩机，将其预热后与锅炉产生的水蒸气进行混合，并从炉底的分布板进入到气化炉内。
气化炉中的温度应保持在1055℃，，气压保持在0.2MPa，气体的流速为1-5m/s，停留时间大约为4至6s。
煤气生成后，从气化炉的顶部将其引出。
由于大量的水蒸气和为转化的碳颗粒夹杂在粗煤气中，因而需要经分离系统进行分离操作。
经分离后，超过90%的颗粒下落至立管中，并重新返回到气化炉的底部。
此外，原料、气化剂等循环物质由于迅速进行了混合，因而在气化炉的底部附近便立即开始了气化反应。
循环物料与加入的新原料之间的比值最高可达到40，因而具有非常高的碳转化率。
气化炉底部的灰经过螺旋出料器，再由旋转阀送出[1]。
生产出的粗煤气在经过锅炉以及列管等回收热量后，温度得到下降，再经洗涤塔除尘与降温后，送入煤气灌中进行储存。
三、循环流化床煤气化工艺的关键技术煤气化的主要场所为反应器，用料的特性、气化能力及反应性能决定了反应器的大小与操作条件。
第五节 气流床气化法-CM
耐火衬里: 耐火衬里:
原采用硅砖砌筑，经常发生故障 硅砖砌筑 原采用硅砖砌筑，经常发生故障; 后改用捣实的含铬耐火混凝土 含铬耐火混凝土； 后改用捣实的含铬耐火混凝土； 近年改用加压喷涂含铬耐火喷徐材料，涂层厚70mm， 加压喷涂含铬耐火喷徐材料 近年改用加压喷涂含铬耐火喷徐材料，涂层厚 ， 使用寿命可达3~5年; 使用寿命可达 年 采用以氧化铝为主体的塑性捣实材料，其效果也较好。 氧化铝为主体的塑性捣实材料 采用以氧化铝为主体的塑性捣实材料，其效果也较好。
2、K-T 气化法 、
K-T (Koppers-Totzek)气化法是气流床气化工艺中一种 气化法是气流床气化工艺中一种 粉煤气化制合成气的方法。 常压粉煤气化制合成气的方法 常压粉煤气化制合成气的方法。
2.1 气化炉
结构: 结构:
如图所示， 如图所示，K-T炉炉身内衬有 炉炉身内衬有 耐火材料的圆筒体，两端各安装 耐火材料的圆筒体， 着圆锥形气化炉头． 着圆锥形气化炉头． 为两个炉头，也有四个炉头。 为两个炉头，也有四个炉头。
小于900℃ 小于900℃
1400~1500℃ 1400~1500℃
④ 废热回收
生成气的显热用辐射锅炉 或对流火管锅炉加以回收， 或对流火管锅炉加以回收，并 副产高压蒸汽。 副产高压蒸汽。废热锅炉出口 煤气温度在300℃以下。 煤气温度在 ℃以下。 辐射式废热锅炉约可回收 热量的70％，由于炉内空腔大， ％，由于炉内空腔大 热量的 ％，由于炉内空腔大， 故结渣、结灰等问题均不严重； 故结渣、结灰等问题均不严重； 对流式废热锅炉存在飞灰对 炉管较严重磨损问题。 炉管较严重磨损问题。
目前，世界上最大的 炉在印度， 目前，世界上最大的K-T炉在印度，容积为 炉在印度 容积为56m3，有四 个炉头，采用喷涂耐火衬里，以渣抗渣的冷壁结构，可 个炉头，采用喷涂耐火衬里，以渣抗渣的冷壁结构， 副产高压蒸汽。 副产高压蒸汽。
煤化工工艺学课件第五章
北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室5.6 气流床煤气化工艺5.7 煤地下气化重点：掌握煤气化的基本原理，认识煤气化固定床、流化床、气流床的特性，熟悉三种典型的气化工艺的特点。
5.1z气化所得的可燃气体成为气化煤气，其中有效成分包括CO、H2、甲烷等。
气化煤气可以用作城市煤气、工业燃气和化工原料气。
z煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量。
煤气化技术的应用领域z冶金还原气：z联合循环发电燃气：z燃料油合成原料气和煤炭液化气源：直接、间接液化等z煤炭气化制氢：用于电子、冶金、玻璃、化工合成、航空航天、氢能电池等z煤炭气化燃料电池：燃料电池与高效煤气化结合发电技术等煤气化技术的发展历史1857德国Siemens兄弟最早开发出用块煤生产煤气的炉子z U-Gas美国IGT（1974z KRW美国西屋（1975z1950s气流床德国Koppers-Totzekz Texaco美国，第一套中试装置（z Shell荷兰，第一个实验装置（z GSP原民主德国（1976z Prenflo德国Krupp-Uhde5.2 煤气化的基本原理和均相反应z非均相反应：气化剂或气态反应物与固体煤或煤焦的反应z均相反应：气态反应物之间的相互作用或与气化剂的反应(CH)n + O2+ H2O −−煤C + H 2O H 2+ CO C + CO 22CO C + 2H 2CH 4H 2+ O 2H CO + O 2CO CO + H 2O H 1212CO + 3H 2CH 煤= CH 4+ 气体烃+ 气体烃、焦油煤= C + CH z产生的焦油和气态烃还可能进一步裂解或反应生成气态产物煤气化的基本反应C + 2S CS 22H 2S + 2SO 2CO + S COS N 2+ 3H 22NH N 2+ H 2O + 2CON 2+ xO 22NOx气化反应的化学平衡温度压力K ∆H = 173.3 kJ/molCO 与CO 2的平衡组成与压力的关系1.气体反应物向固体（碳）表面转移或者扩散2.气体反应物被吸附在固体（碳）的表面上3.被吸附的气体反应物在固体（碳）表面起反应而形成中间配合物4.中间配合物的分解或与气相中达到固体（碳）表面的气体分子发生反应5.反应产物从固体（碳）表面解吸并扩散到气体主体C 与H 2各反应的基元反应及动力学方程气化反应动力学气化反应动力学¾混合模型¾收缩未反应核模型：随着反应进行，反应面逐渐向内推进，适用于化学反应速率K: 反应速率常数，Ψ：孔结构参数，与初始孔隙率和孔的长度有关X ：气化反应的碳转化率t ：气化反应的时间，气化反应动力学未反应的煤粒气化反应动力学工业煤气的组成混合煤气1127.5半水煤气3733.3空气煤气：以空气作为气化剂生产的煤气水煤气：将空气(富氧空气或纯氧)和水蒸气分别交替送入气化炉内间歇进行生产的煤气混合煤气：以空气(富氧空气或纯氧)和水蒸气的混合物作为气化剂，生产的煤气半水煤气：气体成分经过适当调整(主要是调整含氮气的量)后，生产的符合合成氨原料气的要求的煤气气化剂固定床煤粒不动气体穿过煤粒：6-50 mm气化剂5.3 气化炉的基本原理不同类型气化炉的压力损失和热传导行为最小流化速度C.Y. Wen颗粒带出速度固定（移动）床气化炉z固定床气化炉一般使用块煤或煤焦为原料，颗粒大小为6~50mm煤煤固定床（移动床）气化炉（非熔渣）及炉内温度分布图灰煤气水蒸气氧气床层高度温度/o C灰气化剂煤气烧蜂窝煤的炉子里，蜂窝煤Æ渣固定、移动？流化床气化炉z加入炉中的煤粒度一般为流化床气化炉示意图及炉内温度分布图气流床气化炉z将粉煤（200目左右，≈0.08mm ）用气化剂输送入炉中，以并流方式在高温火焰中进行反应，其中部分灰分可以以熔渣的方式分离出来，反应可在所提供的空间连续地进行，炉内的温度很高。
流化床气化
煤气的改制/CO变换
CO变换反应：
CO H2O Cat.CO2 H2 41.3MJ / kmol(放热)
催化剂：
（1）铁-铬系催化剂： 以氧化铁为主催化剂，以氧化铬为促进剂，以及用碳酸
钾、硫酸铜、氧化镁等为助催化剂所组成。 适用于含硫很低的煤气；适宜温度：350~600℃
质条件有一定要求。
其他气化方法/地下气化法
(一)有井式地下气化
以空气为气化剂 煤气组成(体积百 分数/%)： H2 14~17； CO 15~19； CH4 1.4~1.5； CO2 9~11； N2 53~55； O2 0.2~0.3 煤气的热值：3.8~4.2MJ/Nm3
有井式缺点:
地下作业量大；气化过程中，平巷空间愈来愈大，容易造 成顶板崩塌，堵塞燃烧空间。
第八节 其他气化方法
• 熔融床气化 • 回转窑气化 • 催化气化 • 地下气化 • 核能气化
其他气化方法/熔融床气化法
一、熔融床气化法
熔融床气化法：将煤粒和气化剂高速喷入高温的熔融浴中， 产生高速旋转和涡流---气液固三相充分混合 和接触，进行气化反应和热量交换---生成的 煤气离开熔融浴，未反应的碳和灰浮在熔融 浴表面，而后排出。
其他气化方法/地下气化法
(二)无井式地下气化
从地面向煤层钻一定数量内孔，孔间 距20~40m，孔的布置可以呈同心圆式， 并使成对之间的煤层相互渗透。 • 对透气性好的浅变质程度煤层
(如褐煤)，不需要进行专门处 理就能渗透。 • 对透气性差的年老煤层，两孔之间 进行贯通-----即沿着两钻孔底部建立 气化通道，形成一个U形炉. 贯通方法: 火力渗透法(煤层渗透性差的不宜用)
流化床气化技术
COED法流程
Cogas法气化段流程
高温温克勒气化炉与常压温克勒气化炉的比较
项目
常压温克勒气化炉 高温温克勒气化炉
气化条件 压力/MPa 温度/ ℃
气化剂
氧气/(m3/kg煤) 水蒸气/(m3/kg煤)
产率（CO+H2)/(m3/t煤） 气化强度(CO+H2)/[m3/(m2.h)] 碳转化率/%
（2)压力的影响
采用加压流化床气化可改善流化质量，消除一 系列常压流化床所存在的缺陷。
采用加压，增加了反应器中反应气体的浓度， 在相同流量下减小，气流速度，增加了气体与原 料颗粒间的接触时间。在提高生产能力的同时， 可减少原料的带出损失。
在同样生产能力下，可减小气化炉和系统中各 设备的尺寸。
压力的影响
气化生成气和热分解气混合后的组成为：φ(H2)， 57.9％；φ(CO)，31.2％；φ(CH4)，4.0％；φ(C02)，6.6 ％；φ(N2)，0.3％。发热值为12.97MJ∕m3。
由于受焦粉热容量的限制，循环焦粉与进入气化炉 的新焦粉的比例达30︰1，因而，提升管内的循环焦粉 的量极高。气化器的压力较低，但为了能将焦粉提升起 来，燃烧器的出口烟气压力必须维持在0.4MPa以上。加 上燃烧器高温液态排渣，因而增加了技术上的难度。
甲烷生成伴随着热的释放，相应降低了气化过 程中的氧耗。
2、HTW气化工艺流程
大致流程
含水分8~12％的干褐煤输入充压至0.98MPa的密闭料 锁系统后，经螺旋加料器加入气化炉内。白云石、石 灰石或石灰也经螺旋加料器输入炉中。
煤与白云石类添加物在炉内与经过预热的气化剂(氧 气／蒸汽或空气／蒸汽)发生气化反应。携带细煤粉 的粗煤气由气化炉逸出.
流化床气化法
3.高温温克勒（HTW）气化法 ⑴基本原理 ①温度的影响 提高温度 提高CO和H2的浓度
提高碳的转化率 和煤气产率；
※但要防止结渣，可在煤中添加石灰石等来提高煤的软化 点和熔点。 ②压力的影响 加压，床层的膨胀度下降，工作状态比常压稳定。 加压，气流带出量减少，带出物的颗粒尺寸也减小了。 加压，生产能力提高。 加压，煤气热值得到提高。
②温克勒气化工艺的优缺点 优点： 单炉生产能力大； 气化炉结构简单； 可气化细颗粒煤(0~10mm); 出炉煤气基本上不含焦油； 运行可靠，开停车容易。 缺点： 气化温度低（防止结渣）； 气化炉设备庞大()； 热损失大（煤气出炉温度高）； 带出物损失较多（气流中夹带碳颗粒）； 粗煤气质量较差()。
气化炉：
⑵Ｕ－ＧＡＳ气化工艺的特点 ①灰分熔聚及分离（灰渣和半焦选择性分离） a:文丘里管内的气流速度 控制中心管的气流速度，可达到控制排灰量的多少。 b:熔聚区的温度 文氏管气化剂的汽/氧比较低，形成的局部高温区 （比灰熔点低100~200℃），使未燃碳燃烧气化，又使 灰粒相互粘结而团聚。 c:带出细分的再循环。 借助两级旋风分离器实现细粉循环并进一步气化， 生成细灰与床层中的熔聚灰一起形成灰球排出。 ②对煤种有较广泛的适应性 广泛的煤种适应性（一定黏结性的煤无需破黏）和 高的碳的转化率。
气化过程：
气化剂由两处进入气化炉：
①从炉篦进入，维持正常的流化； ②由中心（文氏管）进入灰熔聚区。 由中心进入气体的氧/汽比较大， 故床底中心区(熔聚区)温度较高，当达到灰的初 始软化温度时，灰粒选择性地和别的颗粒团聚起来。 团聚体不断增大，直到它不能被上升气流托起为止。 床层上部空间作用;裂解在床层内产生的焦油和轻油（煤气不 含焦油）。 煤气夹带煤粉由两级旋风分离器分离和收集。
流化床气化技术
流化床气化技术
流化床气化技术是气化碎煤的另一个主要方法。
颗粒可在10mm以下，与固定床要求是块煤有所不同。
其过程是将气化剂（氧气或空气与水蒸汽）从气化炉底部鼓入炉内，炉内煤的细粒被气化剂流动起来，在一定温度下发生燃烧和气化反应。
气流达到一定速度先鼓泡，叫鼓泡床，进一步就湍流，叫湍流床，再进一步叫快速流化床。
应用在气化煤上，形成很多炉型。
美国有U-Gas，德国有高温温克勒HTW，中国有ICC灰熔聚、灰黏聚恩德炉等。
2.1 反应特性：
2.1.1 流化床煤气化的主要反应包括：煤热解反应、热解气体二次反应、煤焦与CO2及水蒸汽反应、水蒸汽变换反应和甲烷化反应。
流化床气化过程也可分为氧化层和还原层。
氧化层高度为约为80-100mm，其高度与原料粒度无关。
氧化层上面为还原层，还原层一直延伸到床层的上部界限。
2.1.2 流化床的气体流量，一方面受到煤粒流化的最小速度--临界速度限制，又不能大于煤粒的终端速度--吹出速度，在两者之间寻求最佳流化速度。
例如，某流化床热态最小速度0.98m/s，最大为7.5m/s。
2.1.3 提高压力，可大幅提高气化强度。
提高温度，可提高煤气转化率及煤气产量。
煤种的适应性：较适合褐煤，长焰煤和弱粘煤，若气化贫煤和无烟煤时要提高温度。
由于流化床是固态干法排渣，为防止炉内结渣，在保持一定流速的同时，要求煤的灰熔点应大于1250℃，气化炉操作温度一般选定在比ST温度低
150-200℃。
流化床生物质气化实验报告
流化床生物质气化实验报告一、实验目的1. 了解流化床气化技术的基本原理和特点；2. 掌握流化床生物质气化实验的操作步骤和注意事项；3. 测定生物质气化产物的组成和质量，并对其进行分析和评价。
二、实验原理生物质气化是将生物质在高温下和少量氧气或水蒸气作用下转化成气体的过程，主要包括物理变化、热解和气化反应。
流化床气化是一种高效、灵活、适用于各种生物质的气化技术。
流化床气化是利用气体动力学的原理，让气体通过布满细孔的固体床层，使床层呈现流化状态，达到充分混合的目的。
在这种状态下，生物质在高温下气化反应所需的温度减低，而且气化反应的速率大大加快。
三、实验步骤1. 实验前的准备工作a. 细磨生物质，并筛选出粒径在0.5~1.0 mm的颗粒；b. 液化气罐、氮气气罐、循环水罐、氢气检测仪等设备检查和准备；c. 将试验设备清洗干净，并进行消毒处理。
2. 生物质预处理a. 将精细磨碎的生物质置于加热炉中，在350°C下干燥2h；b. 将生物质暴露在200°C下，将生物质暴露在300°C、350°C、400°C、450°C温度下，分别在每个温度下干燥12h。
3. 开始实验a. 将预处理好的生物质颗粒装入固定在试验设备内的试验装置中；b. 测定试验开始前的初始重量；c. 打开液化气罐，向试验装置中充入高压液化气体，使固体床层中气体充分流化；d. 开始实验，设定气化反应温度和反应时间。
4. 实验结束a. 关闭液化气罐，气体通道和试验设备内过多的气体通道，使气体压力下降到大气压；b. 将试验装置取出，并将其放置在防护室中，防止气体泄漏；c. 测定固体床层中的残余量和气化产物的组成和质量。
四、实验结果及分析实验中得到的气化产物主要为氢气、甲烷、一氧化碳和二氧化碳等气体，并且检测结果显示气化产物中的氢气占主导地位，说明本次流化床生物质气化实验的效果良好。
同时，我们还对气化产物进行了质量分析，测定其产率、热值和成分等，评价了本次流化床气化实验的效果。
气化工艺操作规程及说明
气化工艺操作规程及说明气化工艺操作规程及说明气化工艺是指将固体或液体燃料经过高温下的化学反应，将其转化为气体形式的能源的过程。
这种能源转化过程的重要性在于，可以将非常难以利用的燃料通过气化过程转化为易于利用的气体形式，不仅能够为生产和生活提供大量的清洁、高效、环保的热能资源，还能够为深加工和高效利用提供优良的燃料原料。
气化工艺所涉及的操作规程及说明，主要与燃料的类型、气化工艺的类型、气化反应器的类型和操作参数等因素相关。
下面，我们将就这些方面进行详细的说明。
一、燃料类型目前，气化燃料主要有三种类型：固体、液体和气体。
不同燃料类型在气化过程中所需的操作规程和说明也不尽相同。
1.固体燃料：对于固体燃料，气化过程需要将其转化为易于气化的中间产物，如焦炭、中间渣等。
这需要将固体燃料的质量、粒度、水分、灰分等因素进行严格控制。
此外，还需进行合适的预处理，如颗粒化、干燥等处理，以制备出适于气化的固体燃料。
2.液体燃料：气化液体燃料主要是指生物质、石油和液化煤等。
与固体燃料不同的是，液体燃料首先需要将其转化为气体、蒸汽或细颗粒物质，然后才可以进行气化反应。
气化液体燃料需要注意温度、压力、气化剂和氧化剂的类型以及气化剂和氧化剂的流量等参数，需要进行系统性调节和掌握。
3.气体燃料：气体燃料指的是天然气、合成气等。
对于气体燃料，由于其已经处于气态，因此气化过程相对固体和液体燃料来说更为简洁，主要需要掌握气化反应器的参数以及气体的流量和压力等因素。
二、气化工艺类型气化工艺类型包括固定床气化、流化床气化、上升管气化、旋流床气化、压力气化、二次气化等几个类型，这些类型之间的操作规程和说明也有所不同。
1.固定床气化：固定床气化是最简单的气化工艺之一，只需要将燃料直接投入气化反应器的固定床中，加热后自然气化。
操作规程和说明也比较简单，主要需要控制气化反应器中的温度、压力与气化剂的流量。
2.流化床气化：流化床气化则是在固定床气化的基础上，添加压缩空气或氧气，使燃料在气化反应器中以流化床的形式进行气化。
第五章 流化床气化new
(2)流化床气化炉内物料均匀，温度均匀， 流化床气化炉内物料均匀，温度均匀， 流化床气化炉内物料均匀 便于操作控制， 便于操作控制，炉内存在的大量可燃物可 保证生产的安全性。 保证生产的安全性。 (3)气化强度大，便于大规模生产设备的建 气化强度大， 气化强度大 目前长期生产运行的内径5m的恩德炉 设。目前长期生产运行的内径 的恩德炉 台炉产合成气可达4万 台炉产合成气可达 万M3/h，相当于年产合 ， 成氨9万吨和 万吨甲醇。 万吨和10万吨甲醇 成氨 万吨和 万吨甲醇。 (4)添加脱硫剂后可在床内脱除硫磺，减少 添加脱硫剂后可在床内脱除硫磺， 添加脱硫剂后可在床内脱除硫磺 硫排放， 硫排放，利用循环流化床技术后脱硫的效 果更佳。 果更佳。
Winkler气化炉的主要缺点 气化炉的主要缺点: 气化炉的主要缺点
①碳转化率低，由于操作温度低，一般带出 碳转化率低，由于操作温度低， 物占总灰量的70%－80%，含碳 －50%， 物占总灰量的 － ，含碳30－ ， 灰渣占总灰量的20%~30%，含碳 灰渣占总灰量的 ，含碳20%－ － 30%，因此，相对煤耗较高 ，因此，相对煤耗较高; ②气化炉设备庞大，造成容积气化强度较低， 气化炉设备庞大，造成容积气化强度较低， 仅为K-T炉的 ，鲁奇炉的 炉的1/3，鲁奇炉的1/20。 仅为 炉的 。
各类灰熔聚的流化床气化技术都在均匀的流化床 内造成局部的不均匀区，利用成球排灰， 内造成局部的不均匀区，利用ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ球排灰，降低了 灰渣含碳量，从而解决了排灰含碳量高的问题。 灰渣含碳量，从而解决了排灰含碳量高的问题。 成球排灰之时， 但 “成球排灰之时，也是气化炉将全面结死之 操作参数温度的范围较窄， 刻”，操作参数温度的范围较窄，如何使其长期 稳定运行倒是应该认真采取些办法的。 稳定运行倒是应该认真采取些办法的。如适当提 高布风算板的斜率，使形成的灰不能在板上滞留 高布风算板的斜率， 结大， 结大，或去掉布风算板改成锥形炉底并用喷嘴组 代替，使炉内不存在任何能让灰渣球滞留的地方， 代替，使炉内不存在任何能让灰渣球滞留的地方， 一旦灰球形成就会突破喷射的气流托力落入灰斗 等。
《煤化工工艺学》__煤的气化
气流床
*对耐火炉衬 要求高（第 二代用水冷
套） *适于低灰熔
点煤
熔融床
适于低灰熔 点煤
碳转化（%）
99
实用例
Lurgi鲁奇炉
液态排渣鲁 奇炉
95
Winker KRW U-GAS
97～99
Texaco, shell K-T炉
开发中
2. 气化过程热的产生和传递
气化效率：
即：单位质量气化原料的化学热转化为所产生的煤气 化学热的比例。
第五章 煤的气化
§5-1 煤气化的基本原理
1. 煤的气化：热化学过程，指高温下用气化剂
（气化介质）通过化学反根应据供将热煤方或式煤和焦煤中的可燃 部分转化为气化煤气的过气程用途。选择，其中
H2 很少用。
气化剂（气化介质）：氧气（空气、富氧或氧）、 水蒸气或氢气
气化煤气：气化时所产生的可燃气体，有效成分 包括CO、H2及CH4。
固态排渣时候：通过炉箅 (灰渣层要保持一定厚度：保护炉栅； 合适的蒸汽和氧气比例：防止结渣；加压时候采用和料槽阀门 相同的方法排灰) ② 流化床反应器 矸石灰：炉子底部开口排灰 飞灰：从粗煤气中分离 ③ 气流床 灰渣以液态方式排渣，从气化炉底部开口流出 (前提：气化温度应高于灰渣的熔化温度)
5 煤质对气化的影响
Ⅳ：特点： 无外界供热（煤与水蒸气反应进行吸热反应所耗热量 是由煤与氧气进行的放热反应所提供的）； 所需工业氧价格较贵，煤气中CO2 含量高。
a
② 外热式煤的水蒸气气化（原理如图）
Ⅰ：气化剂：H2O(气) Ⅱ：主要反应： C+H2O→CO+H2 -Q
Ⅲ：煤气主要可燃成分：CO、H2
Ⅳ：特点： 气化炉外部供热（煤仅与水蒸气反应）； 气化炉传热差，不经济。
第五章流化床气化工艺
二 常压流化床气化的特点
5.带出损失大
严重的带出损失是流化床的一大缺点。煤料中原有的 小颗粒组分以及在气化过程中，由于碳的消耗或热爆裂形 成的细小颗粒都有可能被煤气流所带出。带出物的碳含量 在40~60％，而且这部分飞灰的重新利用，在工艺上和设 备上均存在一定的困难。
二 常压流化床气化的特点
二 常压流化床气化的特点
4.粘结煤需经预处理
措施举例：② 将原料煤与半焦预混合后，再进入流化 床层。当预混合比(半焦／原料煤)在2以上时，其压力为 3.4MPa，温度为538℃的流化床氢气氛下，可维持正常操 作；若使用更大的预混比，操作就会更安全。 若不作事先混合，也可将新鲜煤粉进入床层后与半焦相 混，但这种混合必须是迅速且彻底的，才能防止粘结。也 就是，床层中必须有足够数量半焦和足够大流化床容积。
二 反应特性
（1）流化床煤气化的主要反应包括：煤热解反应、热解气体二次反 应、煤焦与二氧化碳及水蒸气反应、水蒸气变换反应和甲烷化反应。
图5-2 无烟煤在流化床气化炉气化中气体组成及温度分布
（2）
二 反应特性
（2）流化床煤气化炉通过的气体流量，一方面受使床层煤粒流化的 最低流化速度—临界流化速度的限制，另一方面受煤粒的最大流化速 度—终端流化速度（吹出速度）的限制，在两者之间寻求最佳流化速度。 如果流化速度低于临界流速，床层煤粒不能流化而容易造成结渣， 操作恶化甚至停炉。如果流化速度高于终端流速，床层煤粒将被煤气大 量夹带冲出炉外，破坏床层温度，使操作无法进行。 临界流化速度与固体粒度和流体的物理性质有密切关系，可以用实 验方法准确求得，也可以通过实际生产中总结出的经验公式进行计算。 流化床气化炉的操作速度和临界速度之比称为流化数，试验得出在 最佳流化速度下，对应的流化数为1.4~2.0，床层的膨胀比为1.5~2.0，颗 粒的 dmax / dmin =5~6。可以用流化数评价流化床操作状态。
流化床气流磨工艺
流化床气流磨工艺流化床气流磨一、流化床气流磨原理简介流化床气流磨是压缩空气经拉瓦尔喷咀加速成超音速气流后射入粉碎区使物料呈流态化（气流膨胀呈流态化床悬浮沸腾而互相碰撞），因此每一个颗粒具有相同的运动状态。
在粉碎区，被加速的颗粒在各喷咀交汇点相互对撞粉碎。
粉碎后的物料被上升气流输送至分级区，由水平布置的分级轮筛选出达到粒度要求的细粉，未达到粒度要求的粗粉返回粉碎区继续粉碎。
合格细粉随气流进入高效旋风分离器得到收集，含尘气体经收尘器过滤净化后排入大气。
流化床气流磨用于各种硬度工业废弃物微粉化的研究与产品开发。
二、工艺流程介绍流化床气流磨对压缩空气的要求在0.7－0.8MPa之间，需要保持压力稳定，即使有波动，但是频率不宜过高，否则将会影响产品的质量。
其次，对气体质量，要求洁净、干燥，应对压缩空气进行净化处理，把气体中的水份、油雾、尘埃清除，使被粉碎的矿产物料不受污染，特别对要求纯度较高的物料的粉碎要求更高，因此当需要一级、二级过滤器以及冷冻式干燥机对空气进行净化处理。
用提升机把原料提升原料仓内，然后通过输料阀把原料送入气流粉碎机的粉碎室。
原料输送机输送原料的速度采用自动控制保持粉碎室的原料和空气混合的浓度相对稳定，我们采用这样的方法可以达到粉碎时超细粉产量最佳。
粉碎室内对称安装有两对喷嘴，压缩空气通过喷嘴时形成超音速气流带起原料进行加速，在空间相互碰撞，把原料粉碎成超细粉，粉碎效果和喷嘴内径形状、距离，对称性以及原料和空气的混合浓度有关。
喷嘴内径形状决定其形成音速的最佳速度、距离以及决定原料加速路程。
分级是通过高速旋转的分级轮进行，分级轮像一个圆“铁桶”底部的中心固定在直连电机的主轴上，由电机驱动高速旋转，开口处和微粉收集系统的管道入口相对，且保持一定间隙也不能过大，否则未经分选的粗粉从间隙进入微粉收集系统的管道，影响产品质量，为防止此类事件发生，在间隙处进行气封处理。
分级轮的用边安装有叶片，叶片间的缝隙为分选微粉的通道。
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二 常压流化床气化的特点
4.粘结煤需经预处理
措施举例：② 将原料煤与半焦预混合后，再进入流化 床层。当预混合比(半焦／原料煤)在2以上时，其压力为 3.4MPa，温度为538℃的流化床氢气氛下，可维持正常操 作；若使用更大的预混比，操作就会更安全。 若不作事先混合，也可将新鲜煤粉进入床层后与半焦相 混，但这种混合必须是迅速且彻底的，才能防止粘结。也 就是，床层中必须有足够数量半焦和足够大流化床容积。
四 对原料的要求
流化床气化一般要求原煤破碎成<10mm粒径的煤， <1mm粒径细粉应控制10%以下，经过干燥除去大部分外 在水分，进气化炉的煤含水量<5%为宜。 试验证明流化床更适合活性高的褐煤、长焰煤和弱黏 烟煤，气化贫煤、无烟煤、焦粉时需提高气化温度和增加 煤粒在气化内的停留时间。 固体干法排渣，为防止炉内结渣除保持一定的流化速 度外，要求煤的灰熔点ST应大于1250℃，气化炉操作温度 （表温）一般选定在比ST温度低150~200℃的温度下操作 比较安全。
二 反应特性
（1）流化床煤气化的主要反应包括：煤热解反应、热解气体二次反 应、煤焦与二氧化碳及水蒸气反应、水蒸气变换反应和甲烷化反应。
图5-2 无烟煤在流化床气化炉气化中气体组成及温度分布
（2）
二 反应特性
（2）流化床煤气化炉通过的气体流量，一方面受使床层煤粒流化的 最低流化速度—临界流化速度的限制，另一方面受煤粒的最大流化速 度—终端流化速度（吹出速度）的限制，在两者之间寻求最佳流化速度。 如果流化速度低于临界流速，床层煤粒不能流化而容易造成结渣， 操作恶化甚至停炉。如果流化速度高于终端流速，床层煤粒将被煤气大 量夹带冲出炉外，破坏床层温度，使操作无法进行。 临界流化速度与固体粒度和流体的物理性质有密切关系，可以用实 验方法准确求得，也可以通过实际生产中总结出的经验公式进行计算。 流化床气化炉的操作速度和临界速度之比称为流化数，试验得出在 最佳流化速度下，对应的流化数为1.4~2.0，床层的膨胀比为1.5~2.0，颗 粒的 dmax / dmin =5~6。可以用流化数评价流化床操作状态。
二 常压流化床气化的特点
3.热损失大 在流化床内，整个床层的温度分布均匀，其波动 范围不超过5℃，故不会产生局部过热现象。但煤 气的炉出温度很高，热量损失较大，为此，需设 置规模较大的废热回收系统。
二 常压流化床气化的特点
4.粘结煤需经预处理
原因：①流化床在使用具有膨胀或粘结性能的原料煤时， 会遇到较大困难。因新鲜的煤料突然注入运行中的流化床 气化炉时，煤粒几乎立即升温到床层的温度。此时，煤粒 发生吸热反应(煤的热解及水蒸气分解反应等)的速度较慢， 颗粒将由于剧烈升温而软化，生产胶质体，并与其它同类 颗粒粘结成更大的颗粒。而且，很快发展成坚硬的半焦， 致使床的流态化停滞或塌陷，而无法操作。
三 加压流化床气化的特点
2.压力对流化床气化过程的影响
表5-1 流化床加压气化与常压气化的比较
第三节 工艺过程特性
一 过程特点
流化床（或称沸腾床）煤气化过程是碎煤在反应器内 呈流化状态，在一定温度、压力条件下与气化剂反应生成 煤气。主要优点是床层温度均匀，传热传质效率高，气化 强度大，使用粉煤，原料价格便宜，且煤种适应范围宽， 产品煤气中基本不含焦油和酚类物质。主要缺点是气体中 带出细粉过多而影响了碳转化率，但通过采用细煤粉循环 技术此缺点可得到一定程度的克服。
二 常压流化床气化的特点
5.带出损失大
严重的带出损失是流化床的一大缺点。煤料中原有的 小颗粒组分以及在气化过程中，由于碳的消耗或热爆裂形 成的细小颗粒都有可能被煤气流所带出。带出物的碳含量 在40~60％，而且这部分飞灰的重新利用，在工艺上和设 备上均存在一定的困难。
二 常压流化床气化的特点
二 反应特性
（3）加压流化床与常压流化床相比，具有固体物料带出 量减少；氧耗降低，气化强度随着气化炉压力的提高而增加， 生产强度的增加，大约与气化压力增加值的平方根成正比。 同样生产能力下气化炉直径减少设备投资降低，使煤气利用 的后系统减少煤气压缩功耗，所以加压流化床是重要发展方 向。 （4）提高流化床煤气化炉的气化温度，可以提高碳转化 率和气化炉煤气产量，使煤气中甲烷下降，CO和 H 2 增加。
三 加压流化床气化的特点
1.压力对流化床的流体力学影响 （1）对阻力的影响 流化床的阻力降等于单位截面上床层的重力。 当加入的固体原料数量恒定，且他们的膨胀度相 同时，压力的变化，对流化床的阻力没有影响。
三 加压流化床气化的特点
1.压力对流化床的流体力学影响 （2）床层膨胀度的影响
当气流的重量流量不变时，随着压力的提高床层膨胀 度α 急剧下降。为了使α 达到保证正规流化所必需的值， 则须提高气体的线速度即增加鼓风量。同时也使气体在床 层中的停留时间相应增加，从而为强化气化过程创造了条 件。而且，一般情况下加压流化床的工作状态比常压下稳 定。
三 加压流化床气化的特点
1.压力对流化床的流体力学影响 （3）对带出物带出条件的影响
第二节 流化床气化的基本原理
一 常压流化床的成气过程 在流化床气化炉内，主要进行的反应有：碳的燃烧反应、 二氧化碳还原反应、水蒸气分解反应以及水煤气变换反应等。
图5-1 无烟煤在流化床气化炉气化中气体组成及温度分布
二 常压流化床气化的特点
1.气化强度高 流化床气化采用的原料颗粒较细，气化剂的流速很高， 并在剧烈的搅动和反混状态下，气固接触好，传热强度大， 有利于非均相反应速度的提高。所以，流化床的气化强度 大大高于移动床。直径4m的常压流化床气化炉，操作温 度为1000℃时，单炉产气量可达5万m3/h。
炉型：德国有高温温克勒HTW及Lurgi公司的 CFB；美国有U-gas、KRW气化炉等；中国有ICC灰 熔聚气化、灰黏聚多元气化恩德炉流化床等。
流化床气化工艺的反应动力学条件好，气固两相间扰 动强烈，气化强度较大。适合于活性较高的年轻煤及褐煤 半焦的气化。对原料的粒度一般要求为0.5~6mm，还适合 于含灰较高的劣质煤。炉内温度不高，煤气出口为900℃， 材料的选择容易。可用空气、氧或富氧气化，煤气热值较 低，煤气中的焦油和酚类含量少，净化系统简单，污染少。 可以进行炉内脱硫，环保性能好，总的造价较低。
二 常压流化床气化的特点
2.气化温度低 流化床的气化温度一般低于移动床气化炉。约控制在 850~950℃左右。其主要受限于原料的灰熔点。为了防止 原料灰分在高温床层中软化、结渣，以致破坏气化剂在床 层截面的均匀分布，产生沟流、气截等不良现象。这些条 件限制了流化床的最高床层温度也限制了产量和碳的转化 率。 由于流化床炉温较低，再加上流化床中碳的浓度相对较 低，只有活性好的煤，才能在流化床中制得质量较好的煤 气。否则，煤气中二氧化碳的含量上升，碳的转化率下降。 由于煤的干馏和气化在同一温度下进行，相对移动床干 馏区来说，其干馏温度高得多。所以煤气中几乎不存在焦 油。酚和甲烷的含量也很少，煤气的热值较低，但净化系 统简单，环境污染较小。
三 流体力学条件
3 夹带分离高度
流化床内在床层料面以上，相当数量的固体颗粒被气体 带出。气体出口越高，夹带量越小，最后，在某一高度上夹 带量趋近于常数。夹带接近常数的气体出口处距床层料面的 高度称为输送分离高度TDH。对给定的颗粒和反应器，夹带 2 4 u ~ u 量对气速非常敏感，约为 的关系变化。但TDH对气速 不敏感，对给定的气速TDH随反应器直径增大而增加。
随流化床反应器中压力的升高，由于气流密度增大， 气流速度减小，床层结构的改善以及反应区流体力学状态 的变化，这些都为减少气流从粒度组成较宽的床层中带出 粉末创造了有利的条件。此时，不仅带出量下降，而且， 带出物的颗粒尺寸也减少了。 所以当床层膨胀度不变时，压力升高将使带出量大大 减小。
三 加压流化床气化的特点
二 常压流化床气化的特点
4.粘结煤需经预处理
措施举例：① 用流化床预氧化，破坏煤的粘结性。据 报道，可在725~750℃，0.098MPa下，用流化床预处理 煤，氧耗为0.062~0.093m3／kg。处理后煤中挥发分相应 降低，煤表面由于氧化而形成了反射率很高的表层，这类 表层还存在于煤粒的裂隙中和一些小气孔内部。粘结煤经 预氧化处理可破坏它们的粘结性，但约损失三分之一的挥 发分，固体减轻约50％，在经济上带来不利的结果。
第五章 流化床煤气化工艺
第一节 概述
已工业应用的主要气化炉类型简介
气化剂以较小的速度通过床层时，气体经过固体颗粒堆 积时所形成的空隙，床内固体颗粒静止不动，这时的床层 一般称为固定床。当气流速度继续增大，颗粒之间的空隙 开始增大，床层膨胀，高度增加，床层上部的颗粒被气流 托起，流体流速增加到一定限度时，颗粒被全部托起，颗 粒运动剧烈，但仍然逗留在床层内而不被流体带出，床层 的这种状态叫固体流态化，即团体颗粒具有了流体的特性， 这时的床层称流化床。 流化床气化炉是用流态化技术来生产煤气的一种气化装 置，也称沸腾床气化炉。气化剂通过粉煤层，使燃料处于 悬浮状态，团体颗粒的运动如沸腾的液体一样。气化用煤 的粒度一般较小，比表面积大，气固相运动剧烈，整个床 层温度和组成一致，所产生的煤气和灰渣都在炉温下排出， 因而，导出的煤气中基本不含焦油类物质。
2.压力对流化床气化过程的影响
（1） 加压流化床与常压流化床相比，压力对气 化过程最大的影响是使气化炉的生产能力得到了很 大的提高。
三 加压流化床气化的特点
2.压力对流化床气化过程的影响
（2）加压气化有利于提高煤气组成中的有效成分。压力 的提高，有利于甲烷的生成反应，故在压力煤气中，甲烷 含量均高于常压煤气，使煤气热值得到相应提高。甲烷生 成热的释放，降低了气化的氧耗。如若氧气用量不变，则 炉温可得到相应提高，在灰熔点允许的范围内，炉温的适 当提高则有利于一氧化碳和氢气的生成，并可部分抵消因 压力增加，对该两反应造成的不利影响。来自二 常压流化床气化的特点