流化床气化

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常压流化床气化炉的生产能力大约是相同直径的常 压移动床气化炉的3倍。 2.整个床层温度比较均匀 控制床层温度低于灰分的开始软化温度。 3.煤中挥发物的分解完全
粗煤气中基本上不含焦油、酚类,这使得后续净化 工艺和设备简单。 4.飞灰形式带出的未气化的燃料损失相对量大; 出炉煤气带出的显热损失较大。 *燃料回收回炉 *废热锅炉回收煤气显热
水力破碎法(虽较简单,但不易控制) 电力贯通法(合适的导电率) 定向钻孔法(与煤的性质关系不大技术要求较高)
其他气化方法/核能煤气化
五、核能煤气化
核能煤气化----气化反应所需要的热量由核热能提供,煤全部 用于气化制取煤气.
----属于外热式气化.
核能煤气化的气化工艺: 核能煤蒸汽气化工艺 核能煤加氢气化工艺
气流床气化
(二)加压气流床气化 1.德士古法 • 美国Texaco公司开发---水煤浆(含水30~35%)进料的加压气流床
气化方法,为第二代煤气化技术中最成熟、商业化装置最多的 技术。
• 在山东鲁南、上海焦化、陕西渭河化肥厂及淮南化肥厂等单位 运行。
• 炉内温度1350~1500℃,气化压力4.3~8.3MPa。 • 德士古气化炉分为急冷型和度热锅炉型两种。
二、回转窑气化法
美国阿莱斯—卡玛(Allis—Chalmers)公司开发。 • 用空气和水蒸气作气化剂,在回转的气化炉内使煤转化为
低热值煤气。 • 炉内最高温度 1100℃;气化压力 0.4~1.2MPa。
其他气化方法/催化气化法
三、催化气化法
(一) 催化气化原理 • 催化剂作用: # 提高反应速度,降低操作温度和压力;
Iron Pure gas,简称MIP)。 • 粉煤与石灰、蒸汽和氧喷入高温的熔融铁床浴中 ---- # 气化煤气:CO 60~65% H2 30~35%
# 煤中的硫和石灰石结合, 生成渣层浮在铁浴表面 上排出。
• 操作压力 : 2. 96~9.87MPa 气化温度: 1400~1500℃
其他气化方法/回转窑气化法
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)
其他气化方法/核能煤气化
(一) 核能煤蒸汽气化工艺
• He/He热交热器----将反应堆的热量送到气化炉; • 流化床气化炉 • 粘结性煤先用热生成气脱去挥发分,生成的半焦送入气化
炉;非粘结性煤可直接加入气化炉。
其他气化方法/核能煤气化
(二)核能煤加氢气化
煤的加氢气化是放热反应,不需要热量;但是加氢所 需要的氢气制造是需要热量---核能供给.
CH4 H2O Cat.CO 3H2 205 .2MJ / kmol(吸热)
CO H2O Cat.CO2 H2 41.3MJ / kmol(放热)
温度 850~900℃ 压力 6~12MPa
第九节 煤气的改制
煤气的改制包括CO变换和甲烷化。
一、CO变换
煤气化制煤气和部分氧化法油制燃气等均含有较高的CO, 不同用途的煤气对于其中CO的含量和CO与H2的比例有不同 的要求。 • 城市煤气限制CO的含量低于10%; • 合成氨的原料气要求其中CO的含量在0.3%以下; • 合成甲烷及甲醇的原料气要求其中H2/CO的比值高于3。
一部分CO转化为CH4----使CO含量较高的低热值煤气转化 为符合质量要求的城市煤气。
煤气的改制/甲烷化
甲烷化反应
• 甲烷化反应-----体积缩小的强放热反应。 提高压力有利于反应向正方向进行,提高反应的平衡转化率。
• 甲烷化反应的主要金属催化剂,按照活性顺序是:
向缓慢移动,煤气化后的灰渣留在原处; • 从地面鼓人的空气或富氧空气作为气化剂,煤层中水分被
煤燃烧后产生的热量使其蒸发为蒸汽,参加水煤气反应; • 煤气组成主要为H2、CO、N2、CO2,少量的CH4及H2S。
煤地下气化方法:
• 有井式----需要进行地下作业,挖竖井和平巷; • 无进式----只需从地面钻孔,不必进行井下作业,但它对地
熔融床的介质:熔融的盐---熔盐气化法; 熔融的渣---熔渣气化法; 熔融的铁---熔铁气化法。
熔融床气化法/熔盐床气化法
(一)熔盐床气化法
洛克维尔(Rockwell)国际公司开发。
炉内介质: 熔融碳酸钠(980℃)。 气 化 剂: 空气(或氧气)加水蒸气。 煤 粒 度: 小于6mm。
熔融床气化法/熔渣床气化法
气流床气化
(二)气流床气化的特点
(1) 对煤种适应性强,气化强度高。 (2) 高温下(>1500℃)操作;灰渣以液态排出;一般用纯氧、水蒸
气作气化剂;70%以上的煤粉通过200目(<90μm)筛。 (3) 煤气中不含焦油,酚类等化合物---后续净化系统简单;煤气
中CH4含量很低,一般在0.5%以下。 (4) 煤气由上部排出的温度高达1400 ℃以上,且夹带大量末燃尽
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。
设置CO变换工序的目的: 满足不同用途的煤气对CO含量的要求。
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℃
第六节 流化床气化
小颗粒煤(<8mm)+气化剂(空气或氧气+水蒸气) 流化床气化 气化煤气
一、流化床气化的基本原理
(一)流态化现象
uC----临界流化速度; uE----固体颗粒极限(最大)沉降速度。 uC <u< uE-----流化床气化速度范围。
流化床气化/流化床气化的基本原理
(二)实际流化现象
(2)钴-铝系催化剂: 含氧化钴1%~10%(最佳2%~5%)和氧化铝5%~25%(最佳
为7.5%~15%),以氧化铝为载体。 适用于高硫煤气---催化剂以CoS和MoS形式,活性高; 适宜温度:250~400℃
煤气的改制/甲烷化
二、甲烷化
含H2和CO较高的煤气,通过合成甲烷反应转化为甲烷 含量高的煤气。 • 完全甲烷化 CO完全转化为CH4----得到以CH4为主的代用天然气 (Substitute Natural Gas),即 SNG。 • 部分甲烷化
其他气化方法/地下气化法
四.地下气化
煤的地下气化---煤层就地(地下)直接进行气化的工艺过程。 • 省却了煤的采掘工作; • 适用煤种广泛,褐煤和各种烟煤都可进行气化。
特别是对那些无法开采或开采价值不高的煤层。 • 气化后残余灰渣仍滞留地下。
其他气化方法/地下气化法
煤地下气化原理:
• “气化炉”直接设在地下煤层; • 地下煤层不移动,但其氧化层、还原层、干燥干馏层将横
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Байду номын сангаас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。
• 预热蒸汽,并将产品气中CO和H2预以循环和预热。所以 它不需要氧气作为气化剂来提供热量。
其他气化方法/催化气化法
(二)埃克森(Exxon)催化气化法 • 催化剂: K2CO3或KOH ----提高反应速率 • 气化炉: 加压(3.5MPa)流化床----促进了甲烷化反应 • 炉内可以同时实现煤的气化,CO变换和甲烷化。
细煤粉(或水煤浆) 气化剂夹带煤料(或水煤浆泵) 喷嘴 以约100m/s 炉膛
----瞬间(1秒钟内)着火燃烧及反应。
火焰区
~2000℃
周围气化区 1500~1650 ℃
煤 气 成 分 H2、CO、CO2,及少量的H2S和N2
煤灰: • 多数煤灰----高温熔融----水淬冷----粒子排出; • 其余呈细灰粒与未反应的碳微粒---煤气夹带----引出炉体。
• 空穴---鼓泡流化床。
• 上部分为稀相段或稀相床;
下部分为密相段或密相床。
• (床径/床高)之比较小时---腾涌或节涌。
• 大直径床---沟流(或气流短路)
(三)流化床气化过程
煤气
干馏煤气
细颗粒煤高温热解
气化煤气
(<8mm)
焦炭+气化剂---气化反应
灰渣
流化床气化/流化床气化的基本原理
(四) 流化床气化的特点 1.气化强度大
(二)熔渣床气化法
德国萨尔堡—奥托(Saarberg—Otto)公司开发。
炉内介质:熔融灰渣(1600~1700℃)。 气 化 剂: 氧气加水蒸气。 气化压力:2.6MPa。
熔渣也参与部分气化反应 ----起催化作用。 如渣中铁的氧化物:
熔融床气化法/熔铁床气化法
(三) 熔铁床气化法 • 德国和日本合作开发—称为“熔铁法纯煤气"工艺(Molten
# 促进CO变换和CH4化反应。 • 常用催化剂: 钾、钠的盐类和碱,铁、钙、镍、锌等金属
或盐类。 • 以K2CO3为催化剂的催化气化反应机理:
• KOH的催化机理:
其他气化方法/催化气化法
加压下,以水蒸气为气化剂的催化气化: 气化温度700℃----水煤气反应、变换反应和甲烷化反应
• 气化炉反应的总热效应接近平衡,只须提供少许热量以 维持炉料和气体的温度以及补偿炉体的热损失.
2.KRW法(西渥法) 美国KRW(Kell Rust Westinghouse)能源系统公司开发。 T气化:1000℃, P气化:2.6MPa,灰熔聚技术。
第七节 气流床气化
细煤粉(<90μm占70~85%)或水煤浆 +气化剂(氧气+水蒸气) 气流床气化 气化煤气
一、气流床气化基本原理及其特点
(一)气流床气化基本原理
流化床气化方法
流化床气化方法:
1.温克勒法
常压温克勒炉: T气化:950℃ 常压操作
流化床气化方法
加压温克勒炉: T气化:1000~1100℃ P气化:1.0MPa
流化床气化方法
2.U-gas法 美国煤气化工艺研究所(IGT)开发。 T气化:1000℃, P气化:0.6MPa,灰熔聚技术。
流化床气化方法
的碳及下灰-----需设置废热回收装置及采取带出物循环回炉的 方法,以提高气化过程的热量利用以及提高碳的转化率。
气流床气化
二、气流床气化方法
(1)常压气流床气化 K一T法 (柯伯斯----托切克法,德国):是以干煤粉进料的常压气流
床气化工艺,属于第一代气化技术。 产气量:双炉头四喷嘴 2.5万m3/h; 四炉头八喷嘴5万m3/h 。
急冷型气化炉的下部为急冷室; 废热锅炉型气化炉下部为
辐射式废热锅炉。 • 水煤浆进料形式,
安全可靠,能耗减少。
气流床气化/加压气流床气化
2.普雷恩弗洛法(Prenflo法) 该工艺是由谢尔(Shell)国际石油公司和德国克虏伯---柯
柏斯(Krupp-Koppers)公司合作开发的加压气流床煤气化; 实际上是K-T炉的加压气化形式。 • 干煤粉进料;操作压力为4.0MPa.
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