流化床气化技术
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加氢气化法
1.HYGAS法 HYGAS法 2.Hydrane法 Hydrane法
1.HYGAS法流程 HYGAS法流程
HYGAS气化原理 HYGAS气化原理
此法是粉煤在加压下加氢一次制取富甲烷 气体燃料的方法 气化原理是根据甲烷的质量碳氢比为3 气化原理是根据甲烷的质量碳氢比为3︰1, 采取向半焦中的碳在高压下直接加氢的办 法,增加生成气中的甲烷含量。
1、基本原理
(1)温度的影响 1)温度的影响 已知提高气化反应温度有利于二氧化碳还原和水 蒸气分解反应。可以提高气化煤气中一氧化碳和 蒸气分解反应。 氢气的浓度,并可提高碳转化率和煤气产量。 氢气的浓度,并可提高碳转化率和煤气产量。提 高反应温度, 高反应温度,同时要防止灰分结渣而影响过程的 正常进行。 正常进行。
压力的影响
对床层膨胀度的影响: ① 对床层膨胀度的影响: 当气流的质量流量不变时,随着压力的提高, 当气流的质量流量不变时,随着压力的提高,床 层膨胀度急剧下降。 层膨胀度急剧下降。 为使膨胀度达到保证正常流化所需的值, 为使膨胀度达到保证正常流化所需的值,则需提 高气体的线速度,即增加鼓风量(生产能力增加)。 高气体的线速度,即增加鼓风量(生产能力增加)。 当负荷、粒度组成、膨胀度均相同的条件下, 当负荷、粒度组成、膨胀度均相同的条件下,加 压下流化床可得到较均匀的床层,气泡含量很少, 压下流化床可得到较均匀的床层,气泡含量很少, 颗粒的往复运动均匀,并具有相当明显的上部界限。 颗粒的往复运动均匀,并具有相当明显的上部界限。 所以,加压流化床的工作状态比常压下稳定。 所以,加压流化床的工作状态比常压下稳定。
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。
2、HTW气化工艺流程 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 %的干褐煤输入充压至 含水分 的密闭料 锁系统后,经螺旋加料器加入气化炉内。白云石、 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。 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 煤与白云石类添加物在炉内与经过预热的气化剂 氧 蒸汽或空气/蒸汽)发生气化反应 发生气化反应。 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. 的粗煤气由气化炉逸出 在第一旋风分离器中分离出的较粗的煤粉循环返回气 化炉。粗煤气再进入第二旋风分离器, 化炉。粗煤气再进入第二旋风分离器,在此分离出细 煤灰并通过密闭的灰锁系统将灰排出。 煤灰并通过密闭的灰锁系统将灰排出。 除去煤尘的煤气经废热锅炉生产水蒸汽以回收余热, 除去煤尘的煤气经废热锅炉生产水蒸汽以回收余热, 然后进入水洗塔使煤气最终冷却和除尘。 然后进入水洗塔使煤气最终冷却和除尘。 褐煤水分超过8~12%时,需经预干燥,使煤中水分含 需经预干燥, 褐煤水分超过 % 量不大于10%。 量不大于 %。
流化床气化技术
流化床气化
本章主要内容 1.常压流化床气化原理 常压流化床气化原理 2.常压流化床(温克勒炉)气化工艺 常压流化床( 常压流化床 温克勒炉) 3.高温温克勒(HTW)气化法 高温温克勒( 高温温克勒 )
流化床分类
常压流化床气化 加压流化床气化
第一节 常压流化床气化
1、 常压流化床气化 2、常压温克勒气化炉 、 3、常压温克勒气化炉的工艺条件和气 、 化指标
b.气化炉设备庞大。 气化炉设备庞大。 气化炉设备庞大 由于流化床上部固体物料处于悬浮状态, 由于流化床上部固体物料处于悬浮状态, 物料运动空间比固定床气化炉中燃料层和 上部空间所占的总空间大的多, 上部空间所占的总空间大的多,故流化床 气化时以容积计的气化强度比固定床时要 小得多。 小得多。 c.热损失大。 热损失大。 热损失大 炉床内温度分布均匀, 炉床内温度分布均匀,出炉煤气温度几乎 与炉床温度一致,故带走热量较多, 与炉床温度一致,故带走热量较多,热损 失较大。 失较大。
对带出物带出条件的影响: ② 对带出物带出条件的影响: 随着流化床反应器中压力的提高, 随着流化床反应器中压力的提高,气流密度增 气流速度减小,床层结构改善, 大,气流速度减小,床层结构改善,这些都为减 少带出物创造了有利条件。不仅带出量减少, 少带出物创造了有利条件。不仅带出量减少,而 且带出物的颗粒尺寸也减小了。 且带出物的颗粒尺寸也减小了。 当床层膨胀度不变时,压力升高, 即,当床层膨胀度不变时,压力升高,将使带 出量大大减少。 出量大大减少。 煤气热值提高,氧耗降低: ③ 煤气热值提高,氧耗降低: 甲烷化为体积缩小的放热反应。压力提高, 甲烷化为体积缩小的放热反应。压力提高,有 利于甲烷的生成,使煤气热值得到相应提高。 利于甲烷的生成,使煤气热值得到相应提高。 甲烷生成伴随着热的释放, 甲烷生成伴随着热的释放,相应降低了气化过 程中的氧耗。 程中的氧耗。
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wk.baidu.com 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。
(3)工艺条件及气化指标 (3)工艺条件及气化指标
原料: 原料: 粒度为0~10mm的褐煤 不黏煤、 的褐煤、 粒度为0~10mm的褐煤、不黏煤、弱黏煤 和长焰煤等均可使用, 和长焰煤等均可使用,但要求具有较高的反 应性。 应性。 操作温度: 操作温度: 实际操作温度的选定, 实际操作温度的选定,取决于原料的活性 和灰熔点,一般为900℃左右。 和灰熔点,一般为900℃左右。 操炸压力: 约为0.098MPa 操炸压力: 约为0.098MPa 二次气化剂用量 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
第二节 加压流化床气化
1、高温温克勒(HTW)气化法 、高温温克勒(HTW)气化法 2、加氢气化法 3、固体热载体气化法
高温温克勒(HTW) 高温温克勒(HTW)气化法
高温温克勒气化法的基础是低温常压温克 勒气化法。它是采用比低温常压温克勒气 化法更高的压力和温度的一项气化技术。 除了保持常压温克勒气化炉的简单可靠、 运行灵活、氧耗量低和不产生液态烃等优 点外,主要采用了带出煤粒再循环回床层 的做法,从而提高了碳的利用率。
1、常压流化床气化
原料: 原料: 流化床采用0~10mm的小颗粒煤作为气化原料 的小颗粒煤作为气化原料。 流化床采用0~10mm的小颗粒煤作为气化原料。 气化剂: 气化剂: 同时作为流化介质, 同时作为流化介质,通过气化炉内的气体分布 炉箅)自下而上经过床层。 板(炉箅)自下而上经过床层。 反应状态: 反应状态: 控制气化剂的流速, 控制气化剂的流速,使床内的原料煤全部处于 流化状态,煤料在剧烈的搅动和返混中, 流化状态,煤料在剧烈的搅动和返混中,煤粒和 气化剂充分接触,进行着化学反应和热量传递。 气化剂充分接触,进行着化学反应和热量传递。 利用碳燃烧放出的热量,提供给煤粒进行干燥、 利用碳燃烧放出的热量,提供给煤粒进行干燥、 干馏和气化。 干馏和气化。
常压温克勒气化炉缺点
a.气化温度低。 气化温度低。 气化温度低 为防止细粒煤粒中灰分在高温床中软化和结 破坏气化剂在床层截面上的均匀布, 渣,破坏气化剂在床层截面上的均匀布, 流化床气化时的操作温度应控制在 900℃左 ℃ 所以必须使用活性高的煤为原料, 右,所以必须使用活性高的煤为原料,并 因限制了煤气产量和碳转化率的进一步提 高
(2)温克勒气化工艺流程
1-料斗;2-气化炉;3-废热锅炉;4,5-旋风分离器; 料斗; 气化炉; 废热锅炉; 旋风分离器; 6-洗涤塔;7-煤气净化装置;8-焦油水分离器;9-泵 洗涤塔; 煤气净化装置; 焦油水分离器;
低温常压温克勒气化工艺流程
原料的预处理 气化 粗煤气的显热回收 煤气的除尘和冷却
煤加氢气化炉
富氢气制造方法
方法之一是利用水蒸气作为气化剂,在温 度为1000℃ 度为1000℃的富氢气发生器流化床中,与 加氢气化器来的热焦粒进行气化反应 方法之二采用电加热的方法提供制富氢气 所需要的热量,因而此法不需要氧气 方法之三是用水蒸气— 方法之三是用水蒸气—铁法。以空气和水 蒸气作为气化剂,在1100℃ 蒸气作为气化剂,在1100℃的流化床中与 来自加氢气化器的焦粒在压力下反应
d.带出物损失较多。 带出物损失较多。 带出物损失较多 使用细颗粒煤为原料,气流速度较高。 使用细颗粒煤为原料,气流速度较高。 颗粒在流化床中磨损使细粉增加, 颗粒在流化床中磨损使细粉增加,故出炉 煤气中带出物较多。 煤气中带出物较多。 e. 粗煤气质量较差。 粗煤气质量较差。 由于气化温度较低, 由于气化温度较低,不利于二氧化碳还原 和水蒸气分解反应,故煤气中CO2含量偏 和水蒸气分解反应,故煤气中 含量偏 可燃组分含量(如 、 、 高,可燃组分含量 如CO、H2、CH4等)偏 等偏 因此净化压缩煤气耗能较多。 低,因此净化压缩煤气耗能较多。
高温温克勒(HTW) 高温温克勒(HTW)气化法工艺流 程
高温温克勒气化法的基础是低温常压温克勒气化 法。它是采用比低温常压温克勒气化法更高的压 力和温度的一项气化技术。除了保持常压温克勒 气化炉的简单可靠、运行灵活、氧耗量低和不产 生液态烃等优点外,主要采用了带出煤粒再循环 回床层的做法,从而提高了碳的利用率 常压温克勒气化法的工艺缺点,主要是由于操作 温度和压力偏低造成的。为克服上述缺点,需提 高操作温度和压力
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。。
3、工艺条件和气化指标
(1)气化温度 提高气化温度有利于二氧化碳的还原反 应和水蒸气的分解反应,相应地提高了煤 气中的一氧化碳和氢气的浓度,碳的转化 率和煤气的产率也提高。 提高气化反应温度是受灰熔点的限制的。 当灰分为碱性时,可以添加石灰石、石灰 和白云石来提高煤的软化点和熔点
(2)加压气化 加压气化可以增加炉内反应气体的浓度,流 量相同时,气体流速减小,气固接触时间增大, 使碳的转化率提高,在生产能力提高的同时, 原料的带出损失减小。在同样的生产能力下, 设备的体积相应减小。 (3)加压流化床的工作状态比常压的稳定。 经研究,加压流化床内气泡含量少,固体颗粒 在气相中的分散较常压流态化时均匀,更接近 散式流态化,气固接触良好。 (4)加压流化时,对甲烷的生成是有利的, 相应提高了煤气的热值。