第四章移动床加压气化

二 加压气化的实际过程
3 燃料床层的结构及特性
Байду номын сангаас
• 在加压气化炉内，根据不同的气化特性，可分为 六层，依次是干燥层、干馏层、甲烷层、第二反应 层、第一反应层和灰渣层。
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表4-1气化炉内各层的高度及温度
二 加压气化的实际过程
3 燃料床层的结构及特性
图4-6 加压气化炉燃料床高度与温 度的关系
二 加压气化的实际过程
3 燃料床层的结构及特性
加压气化炉中各层的主要 反应及产物见图4-7。
图4-7加压气化炉过程简图
三 煤种及煤的性质对加压气化的影响
1 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，其表面积越大，在动力学控制区的吸附和扩散速度加快 ，有利气化反应的进行。 • 煤粒的大小也影响着煤准备阶段的加热速度，很显然粒度越大，传热速 度越慢，煤粒内部与外表面的温度差也大，使颗粒内焦油蒸汽扩散阻力和 停留时间延长，焦油的热分解增加。 • 煤粒的大小也对气化炉的生产能力影响很大，与常压气化相比，加压气 化过程中气体的流速减慢，相同粒度情况下煤的带出物减少，故而可提高 气流线速度，使气化炉的生产能力提高，但粒度过小将会造成气化炉床层 阻力加大，煤气带出物增加，限制了气化炉的生产能力。 • 煤的粒度越小，水蒸气和氧气的消耗量增加，煤耗也会增加。
C 反 H应2O，从C而O可 H提2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。
二 加压气化的实际过程
1 气化过程热工特性
鲁奇加压气化炉内 生产工况如图4-1所示。
图4-1碎煤加压气化 炉内生产工况
二 加压气化的实际过程
1 加压气化的主要反应
• 在加压气化的条件下，气化炉内进行的反应有碳的氧化反 应、二氧化碳还原反应、水蒸气分解反应以及甲烷的生成反 应等。它与常压气化炉的主要差别在于，加压煤气中含有较 多的甲烷成分。一方面是由于具有较厚的干馏层，挥发分热 解生成甲烷；同时，也由于在甲烷层碳的加氢生成甲烷。
• 根据化学反应速度与化学反应平衡原则，提高反应压力有利于化学反 应向体积缩小的反应方向移动，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向生2成CO一氧化碳的方向进行，
也有利于
三 煤种及煤的性质对加压气化的影响
1 煤的理化性质对加压气化的影响
（2）原料煤中水分对气化过程的影响 • 煤中所含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，则进入气化层的半焦气孔率也大，反应气体通过内扩散进入固体内 部时容易进行，从而使反应速度加快，生成的煤气质量较好。 • 煤中水分过高会给气化过程带来不良影响。 • 增加了干燥所需热量，从而增加了氧气消耗，降低了气化效率。 • 干燥不充分，导致干馏过程不能正常进行，进而会降低气化层温度，导 致甲烷生成反应、二氧化碳及水蒸气的还原反应速率减小，煤气质量降低 。
第四章 固定床加压气化
第一节 概论
一 碎煤加压气化特点
目前，在工业应用中较为成熟的技术为鲁奇碎煤加压 气化工艺，其碎煤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。
1 原料适用性
• 原料适应范围广。除黏结性强的烟煤外，从褐煤到无烟 煤均可气化； • 由于气化压力较高，气流速度低，可气化较小粒度的碎 煤； • 可气化水分、灰分较高的劣质煤。
2 气化过程热工特性
• 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。 • 加压气化炉是一个自热式反应炉，通过在燃烧层中的 C O2这个C主O2 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备散失的热量。 • 这种自热式过程热的利用效果好，热量损失小。
二 加压气化的实际过程
1 加压气化的主要反应
•1.二氧化碳还原反应 C CO2 2CO 162 .4kJ / mol
图 4-2平衡混合物组成与压力的关系
二 加压气化的实际过程
1 加压气化的主要反应
•2.水蒸气分解反应 C H2O(g) CO H2 131.5kJ / mol
图4-3不同温度下水蒸气分解反应总速度与压力的关系 1-6 分别表示反应压力为0.098、0.98、1.96、4.9、6.86 和9.8MPa
• 碳与氧的反应：
C O2 CO2 393.8MJ / Kmol 2C O2 2CO 231.4MJ / Kmol CO2 C 2CO 162.4MJ / Kmol 2CO O2 2CO2 570.24MJ / Kmol
• 碳与水蒸气的反应：
C H2O(g) CO H2 131.5MJ / Kmol C 2H2O(g) CO2 2H2 90.0MJ / Kmol CO H2O(g) CO2 H2 41.5MJ / Kmol
二 加压气化的实际过程
1 加压气化的主要反应
•3.甲烷生成反应 C 2H2 CH4 74.9kJ / mol
图4-4甲烷的生成速度与温度、压力的关系 1-0.098MPa；2-4.9MPa；3-9.8MPa
图4-5石墨加氢气化的甲烷平衡含量曲线 1Kcal/m3=4.1863KJ/m3
二 加压气化的实际过程
• 通过改变压力和后续工艺流程，可以制得 H2各/ C种O不同比例的化工合
成原料气，拓宽了加压气化的应用范围。 缺点： • 蒸汽分解率低。 • 需要配套相应的制氧装置，一次性投资较大。
第二节 加压气化原理及气化过程
一 加压气化原理
压力下煤的气化在高温下受氧、水蒸气、二氧化碳的作用，各反应如 下：
一 加压气化原理
• 甲烷生成反应：
C 2H2 CH4 74.9MJ / Kmol
CO 3H2 CH4 H2O 206.2MJ / Kmol
2CO 2H2 CH4 CO2 247.4MJ / Kmol
CO2 4H2 CH4 2H2O 165.4MJ / Kmol
2C 2H2O CH4 CO2 125.6MJ / Kmol
一 碎煤加压气化特点
2 生产过程
• 单炉生产能力大，最高可达75000 m（3标）/h（干基）；
• 气化过程是连续进行的，有利于实现自动控制； • 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。 • 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 种副产品。