第三章移动床常压气化详解
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•
四 固定床气化对煤质量的要求
粒度：（粒度与比表面积和传热的关系） 煤的比表面积和煤的粒径有关，煤的粒径越小，其比表
面积越大。 煤和灰都是热的不良导体，导热系数小，传热速度慢，
因此粒度的大小对传热过程的影响显著，进而影响焦油的产 率。
四 固定床气化对煤质量的要求
粒度：（粒度与生产能力的关系）
对于固定床而言，粒度范围一般在6-50mm之间，一般大 于6mm。粒度小有利于气化反应，但会增大气化剂通过燃料 层的阻力，粒度太小，会增加带出物的损失。反之，大块燃 料会增加灰渣中可燃组分的含量。
一 煤气化产物的种类
•常压固定床煤气化技术是以空气、空气—水蒸汽、 水蒸气等为气化剂，将固体燃料转化成煤气的过程。 • 常压固定床气化生成煤气的有效成分主要有 H2 、 CO和少量 CH4 ，用于合成氨生产的半水煤气中的氮 也是有效成分。 工艺煤气一般分为空气煤气、混合 煤气（发生炉煤气）、水煤气、半水煤气等。
四 固定床气化对煤质量的要求
综上所述，固定床气化对原料的要求是低水、低 灰、低硫、高活性、高灰熔性、热稳定性好、机械 强度高、不黏结、粒度均匀适中的燃料。
五 制气原理
1 空气煤气
• 空气煤气是发生炉煤气最简单的生产工艺。它以空气作为气化燃料， 主要的化学反应如下：
C O2 CO2 394.4kJ / mol
原料煤的性质对气化过程影响很大。固定床气化对煤的选 择尤为严格。
• 水分：随煤的碳化度而异。无烟煤和烟煤的含水量多在 5%以下。次烟煤和褐煤含水量约10%-30%。煤种水分和挥 发份含量有关，随挥发份含量降低而降低。气化用煤含水量 越低越好，一般要求不超过8%。
煤中水分高会增加气化过程的热损失，降低煤气产率和 气化效率，使消耗定额增加。 •
3-1
C CO2 2CO 173.3kJ / mol 3-2
• 从发生炉底部通入的空气气化剂中的氧在炉内氧化层与炽热的炭 作用，理想情况下只生成二氧化碳，并放出大量的热。二氧化碳热气 体上升到还原层，继续与碳作用发生还原作用，生成一氧化碳，并吸 收热量。一氧化碳是空气煤气的主要可燃成分。
• 将上述反应相加得气化区总反应：
除颗粒的粒径大小外，颗粒的粒径分布也是生产上比较 重要的问题，一般固定床发生炉所用的原料要进行过筛分级， 最大粒度与最小粒度的比例要适宜，一般为5左右，低生产 负荷下可放宽到8左右。粒度范围大，容易造成炉内局部气 流短路或沟流，也可能出现偏析现象，即颗粒大的煤落向炉 壁，而较小的颗粒和粉末落在炉子的中间，造成同一截面上 不同部位的流体阻力不均。
表3-1 工业煤气组成
二 气固相反应
•
图3-1 气固反应器的类型
•
1-反应物 ；2-产物气
三 煤气发生炉内的燃料分布情况
固定床实际上是移动 床。只是床层各层面的 参数基本恒定，床层无 明显位移。固定床的气 化过程如图3-2。
图3-2 固定床气化过程简图
•
图3-3 移动床及其炉内料层温度分布
四 固定bCO
（3-2）
式中： aCO2 —还原反应前二氧化碳体积分数，v% bCO —还原反应后一氧化碳体积分数，v%
•
四 固定床气化对煤质量的要求
•灰分及灰熔点： 煤中的灰分高，不仅增加了运输的费用，而且对气化过程有很多不利
的影响。气化用煤灰分越低越好，一般控制在16%以下。 气化炉的氧化层，由于温度较高，灰分可能熔融成粘稠性物质并结成
四 固定床气化对煤质量的要求
•挥发份：固定床气化制合成气时挥发分含量以不超过6%为 宜。因为挥发分高的煤种，生产的煤气中焦油的产率高，焦 油容易堵塞管道和阀门，给焦油分离带来一定困难。
•
表3-1 不同煤种的挥发分产率
四 固定床气化对煤质量的要求
• 化学活性：燃料的反应性就是燃料的化学活性，就指煤 与气化剂中氧、蒸汽、二氧化碳及氢的反应能力。化学活性 高有利于气化过程，可以提高气体质量和增加气化能力。由 于可以降低气化温度而降低氧耗，煤的活性对不同的气化剂 有一致的趋势。通常以 CO2 还原系数 dCO2 表示。
第三章 移动床常压气化工艺
第一节 概论
常压固定床气化炉是目前在中国使用量最多的 气化炉炉型， 总量约万台， 在替代直接燃煤、 燃 油、减少污染物排放等方面发挥了积极作用， 因此 在一些煤气用量较少而又能确保块煤供应的情况下 是可以使用的。常压水煤气气化主要在中小化肥厂 使用， 约生产中国合成氨产量的 6 0 ％以上， 但 这种炉型已被发改委列为非鼓励技术，其出路是提 高效率、 减少污染， 如连续富氧或纯氧鼓风气化。 本章将重点介绍移动床常压气化工艺中的发生炉煤 气、水煤气和两段炉煤气等。
大块，这就是通常讲的结渣性。其危害有下面几点： ①影响气化剂的均匀分布，增加排灰的困难。 ② 为防止结渣采用较低的操作温度从而影响了煤气的产量和质量。 ③气化炉的内壁由于结渣而缩短了寿命。 煤的结渣性与灰熔点有一定的关系。一般地，对于灰熔点低的煤在
气化时容易结渣，为防止结渣，就要加大水蒸气的用量，使氧化层的温 度维持在灰熔点以下。对于固定床固态排渣，一般要求灰熔点 在1250℃ 以上。 • 固定碳：气体燃料的有效成分。一般要求固定碳在60%以上。
四 固定床气化对煤质量的要求
• 硫分：气化时硫变成硫化氢和有机硫存在于煤气中，对 设备产生腐蚀。作为合成气硫化物会引起合成催化剂中毒。 所以要求煤中硫越低越好。 • 热稳定性：指在高温下燃料保持原来粒度大小的性质， 对气化工艺影响很大。热稳定性差的煤，在气化过程易破碎， 煤气中带出物增加。热稳定性≧70%为宜。 • 机械强度：机械强度差的煤在运输和破碎中易于生成碎 屑。不仅增加成本，且不利于气化过程。要求煤的抗碎强度 ≧65%。 • 黏结性：煤气对煤的黏结性很敏感。黏结性强的煤在干 馏层能形成一种黏性胶状流动物，破坏气化层中气体的分布， 以至于使气化过程无法进行。
C 1 2O2 CO 110.4kJ / mol
• 由此可见，空气煤气的主要有效成分是一氧化碳。即使在理想条
件下，制取空气煤气的气化效率也只有69.3%，煤气热值4409kJ/ m,而3
四 固定床气化对煤质量的要求
粒度：（粒度与比表面积和传热的关系） 煤的比表面积和煤的粒径有关，煤的粒径越小，其比表
面积越大。 煤和灰都是热的不良导体，导热系数小，传热速度慢，
因此粒度的大小对传热过程的影响显著，进而影响焦油的产 率。
四 固定床气化对煤质量的要求
粒度：（粒度与生产能力的关系）
对于固定床而言，粒度范围一般在6-50mm之间，一般大 于6mm。粒度小有利于气化反应，但会增大气化剂通过燃料 层的阻力，粒度太小，会增加带出物的损失。反之，大块燃 料会增加灰渣中可燃组分的含量。
一 煤气化产物的种类
•常压固定床煤气化技术是以空气、空气—水蒸汽、 水蒸气等为气化剂，将固体燃料转化成煤气的过程。 • 常压固定床气化生成煤气的有效成分主要有 H2 、 CO和少量 CH4 ，用于合成氨生产的半水煤气中的氮 也是有效成分。 工艺煤气一般分为空气煤气、混合 煤气（发生炉煤气）、水煤气、半水煤气等。
四 固定床气化对煤质量的要求
综上所述，固定床气化对原料的要求是低水、低 灰、低硫、高活性、高灰熔性、热稳定性好、机械 强度高、不黏结、粒度均匀适中的燃料。
五 制气原理
1 空气煤气
• 空气煤气是发生炉煤气最简单的生产工艺。它以空气作为气化燃料， 主要的化学反应如下：
C O2 CO2 394.4kJ / mol
原料煤的性质对气化过程影响很大。固定床气化对煤的选 择尤为严格。
• 水分：随煤的碳化度而异。无烟煤和烟煤的含水量多在 5%以下。次烟煤和褐煤含水量约10%-30%。煤种水分和挥 发份含量有关，随挥发份含量降低而降低。气化用煤含水量 越低越好，一般要求不超过8%。
煤中水分高会增加气化过程的热损失，降低煤气产率和 气化效率，使消耗定额增加。 •
3-1
C CO2 2CO 173.3kJ / mol 3-2
• 从发生炉底部通入的空气气化剂中的氧在炉内氧化层与炽热的炭 作用，理想情况下只生成二氧化碳，并放出大量的热。二氧化碳热气 体上升到还原层，继续与碳作用发生还原作用，生成一氧化碳，并吸 收热量。一氧化碳是空气煤气的主要可燃成分。
• 将上述反应相加得气化区总反应：
除颗粒的粒径大小外，颗粒的粒径分布也是生产上比较 重要的问题，一般固定床发生炉所用的原料要进行过筛分级， 最大粒度与最小粒度的比例要适宜，一般为5左右，低生产 负荷下可放宽到8左右。粒度范围大，容易造成炉内局部气 流短路或沟流，也可能出现偏析现象，即颗粒大的煤落向炉 壁，而较小的颗粒和粉末落在炉子的中间，造成同一截面上 不同部位的流体阻力不均。
表3-1 工业煤气组成
二 气固相反应
•
图3-1 气固反应器的类型
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1-反应物 ；2-产物气
三 煤气发生炉内的燃料分布情况
固定床实际上是移动 床。只是床层各层面的 参数基本恒定，床层无 明显位移。固定床的气 化过程如图3-2。
图3-2 固定床气化过程简图
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图3-3 移动床及其炉内料层温度分布
四 固定bCO
（3-2）
式中： aCO2 —还原反应前二氧化碳体积分数，v% bCO —还原反应后一氧化碳体积分数，v%
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四 固定床气化对煤质量的要求
•灰分及灰熔点： 煤中的灰分高，不仅增加了运输的费用，而且对气化过程有很多不利
的影响。气化用煤灰分越低越好，一般控制在16%以下。 气化炉的氧化层，由于温度较高，灰分可能熔融成粘稠性物质并结成
四 固定床气化对煤质量的要求
•挥发份：固定床气化制合成气时挥发分含量以不超过6%为 宜。因为挥发分高的煤种，生产的煤气中焦油的产率高，焦 油容易堵塞管道和阀门，给焦油分离带来一定困难。
•
表3-1 不同煤种的挥发分产率
四 固定床气化对煤质量的要求
• 化学活性：燃料的反应性就是燃料的化学活性，就指煤 与气化剂中氧、蒸汽、二氧化碳及氢的反应能力。化学活性 高有利于气化过程，可以提高气体质量和增加气化能力。由 于可以降低气化温度而降低氧耗，煤的活性对不同的气化剂 有一致的趋势。通常以 CO2 还原系数 dCO2 表示。
第三章 移动床常压气化工艺
第一节 概论
常压固定床气化炉是目前在中国使用量最多的 气化炉炉型， 总量约万台， 在替代直接燃煤、 燃 油、减少污染物排放等方面发挥了积极作用， 因此 在一些煤气用量较少而又能确保块煤供应的情况下 是可以使用的。常压水煤气气化主要在中小化肥厂 使用， 约生产中国合成氨产量的 6 0 ％以上， 但 这种炉型已被发改委列为非鼓励技术，其出路是提 高效率、 减少污染， 如连续富氧或纯氧鼓风气化。 本章将重点介绍移动床常压气化工艺中的发生炉煤 气、水煤气和两段炉煤气等。
大块，这就是通常讲的结渣性。其危害有下面几点： ①影响气化剂的均匀分布，增加排灰的困难。 ② 为防止结渣采用较低的操作温度从而影响了煤气的产量和质量。 ③气化炉的内壁由于结渣而缩短了寿命。 煤的结渣性与灰熔点有一定的关系。一般地，对于灰熔点低的煤在
气化时容易结渣，为防止结渣，就要加大水蒸气的用量，使氧化层的温 度维持在灰熔点以下。对于固定床固态排渣，一般要求灰熔点 在1250℃ 以上。 • 固定碳：气体燃料的有效成分。一般要求固定碳在60%以上。
四 固定床气化对煤质量的要求
• 硫分：气化时硫变成硫化氢和有机硫存在于煤气中，对 设备产生腐蚀。作为合成气硫化物会引起合成催化剂中毒。 所以要求煤中硫越低越好。 • 热稳定性：指在高温下燃料保持原来粒度大小的性质， 对气化工艺影响很大。热稳定性差的煤，在气化过程易破碎， 煤气中带出物增加。热稳定性≧70%为宜。 • 机械强度：机械强度差的煤在运输和破碎中易于生成碎 屑。不仅增加成本，且不利于气化过程。要求煤的抗碎强度 ≧65%。 • 黏结性：煤气对煤的黏结性很敏感。黏结性强的煤在干 馏层能形成一种黏性胶状流动物，破坏气化层中气体的分布， 以至于使气化过程无法进行。
C 1 2O2 CO 110.4kJ / mol
• 由此可见，空气煤气的主要有效成分是一氧化碳。即使在理想条
件下，制取空气煤气的气化效率也只有69.3%，煤气热值4409kJ/ m,而3