煤气化的工业方法
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如何化解供热与制气之间存在矛盾 ？
化解供热与制气 之间矛盾的方法
间歇制气法
富氧空气或 纯氧连续气化法
⑴间歇制气法
• 在间歇式固定床煤气发生炉中，吹风反应和制气反应是
交替进行的。
• 首先进行吹风反应，将燃料层温度（即炉温）提到必要的 温度（如1100℃-1200℃），所得吹风气大部分放空。
• 吹风反应停止后，送入蒸汽进行制气反应，吸热反应，料 层的温度、反应速度和水煤气质量（煤气中CO+H2含量） 都将下降。
⑷燃料层高度的优化
燃料层高度取决于加炭频率与数量、出灰的频率与数 量。
吹风时间长短、吹风数量多少和吹风强度大 小是决定炉温高低、制气强度的主要因素。 过量吹风或吹风时间过长等并不一定能提高气 化层温度，甚至反而可能有所下降，即过量吹 风不利于制气反应。
在吹风量一定的情况下，采取强风短吹是缩 短吹风时间、提高制气强度、减少热能损失的 有效方法。
⑶蒸汽自调优化和调节炉况
为什么每个循环要分成五个阶段？为了安 全起见和炉况稳定。
⑴吹风阶段：空气 煤气炉底部 灰渣层 氧化层 (燃烧气化反应) 还原层（CO2还原反应） 炉顶。
⑵一次上吹阶段：将放空阀倒换为制气 阀向气柜送气。水蒸气 煤气炉底部 灰渣层 气化层（制气反应） 炉顶。
⑶下吹阶段：上吹结束后，关闭下部蒸汽阀， 打开上部蒸汽阀和下吹煤气阀，从炉顶自上而下送 入蒸汽。饱和蒸汽先经燃烧室预热为过热蒸汽、再 经燃料层预热后到达气化区进行气化反应，同时使 上层燃料层温度降低，并使炉层热点重新回到正常 位置，而生成水煤气通过灰层时使灰层温度提高， 有利于燃尽残碳，煤气经除尘降温后送气柜。下吹 制气阶段炉温高、蒸汽温度高、煤气质量好，所以 下吹时间要长于一次上吹时间。
属于气流床气化炉
半水煤气的制取
生产半水煤气的特点 生产实质：以AIR为气化剂 放热
以H2O为气化剂 吸热 存在问题：自热平衡
原料平衡：CO + H2 / N2 = 3.1 - 3.2
wk.baidu.com
从气化系统的热平衡来看，吹风反应是放热反应， 制气反应是吸热反应，如果外界不提供热源，而是通 过前者的反应热为后者提供反应所需要的热量，并维 持系统的自热平衡的话，理论上，1mol氧气的吹风反 应热仅可供1.68mol碳和水蒸气进行制气反应，其 （CO+H2）/N2 =1.43＜3.1-3.2。 反之，若欲获得组成合格的半水煤气，该系统就不能 维持自热平衡。
• 水煤气+部分吹风气=半水煤气。如此交替进行吹风和制 气反应，故称间歇制气法。在我国目前中小型氮肥企业、联 醇企业得到广泛应用。
⑵富氧空气或纯氧连续气化法
• 空气中氧气气含量过低是以空气和水蒸汽为气化剂时不能 实现连续制取合格半水煤气的根本原因。
• 如果采用富氧空气或纯氧来代替空气作为气化剂，以上问 题将迎刃而解，并且可以实现连续制气。
• 实际吹风气回收率仅为10%-20%， • 联醇工艺中吹风气回收的比例更低。
⑵加氮空气法
• 该法是在制气过程中配入适量空气，提供半水煤气所需要 氮气，而吹风气经回收余热后全部排放。
• 加氮空气的量为多少呢？
• 理论上1mol水蒸气加氮空气量为0.81mol。实际上，加 氮空气的量要少于理论值。
• 在制气过程中加氮操作的另一个重要原因是利用加氮操作 反应为制气反应提供热量、减小炉温波动以稳定炉况。
• 富氧空气中氧气的浓度需要多少呢？？？
若（CO+H2）/N2=3.1，则富氧空气中氧 气理论含量为：1/(1+1.68) = 36.6%。
实际生产中连续气化法所需富氧空气中氧 气含量约50%，此即为富氧空气-蒸汽连续气 化法。
气化炉燃料层的分区
干燥区
干馏区
气化区
灰渣区
煤气炉内燃料分区示意图
间歇式制半水煤气的工作循环
⑴部分回收吹风气法
•间 •歇 •式 •制 •半 •水 •煤 •气 •的 •方 •法
⑶空气煤气和水煤气混 合法
⑴部分回收吹风气法
• 该法利用吹风气部分回收送入气柜，大部 分吹风气经回收余热后排空，而回收吹风气 的量取决于对半水煤气成分的要求。
• 若（CO+H2）/N2=3.1，吹风气理论回收 率约45.7%。
• 但必须注意的是：加氮过程应稍晚于水蒸气通入，而稍早 于水蒸气停止前停止加氮操作，以避免加氮空气与煤气接触 而发生爆炸，即加氮空气阀门适当地迟开早关一些。
⑶空气煤气和水煤气混合法
该法应用较少，在此不加介绍。
间歇式造气炉包括吹风和制气两大步骤。 实际上每个循环分成以下五个阶段：
吹风、一次上吹制气、下吹制气、二次上吹 制气、空气吹净
制气过程中炉温的逐 渐下降，制气反应的 速度和蒸汽分解率都 呈逐级下降的趋势， 如果蒸汽吹入的速度 保持均匀一致的话， 将导致蒸汽分解率下 降显著，炉况波动幅 度增大。
采取蒸汽自动调节措施， 使蒸汽用量随着制气过程 逐渐递减。在实际生产中 提倡采用蒸汽调节手段而 不是吹风调节手段来调节 炉况，以利于炉子的稳定 生产。
⑷二次上吹阶段：下吹制气后，如果立即进 行吹风，空气将与残留在炉底的下行煤气相遇， 导致爆炸。所以，为了将炉底部的下吹煤气吹净 并回收送入气柜，以防止吹入空气时发生爆炸， 进行二次上吹制气是必要的，其目的是回收炉底 煤气和进行安全准备。
⑸空气吹净阶段：空气吹净的主 要目的是为了回收炉上部及管道中剩 余的煤气，在半水煤气的生产过程中 属于加氮操作，是调节氢氮比的关键 步骤。
煤气化的工业方法
蓄热法 富氧空气气化法
外热法
供热方式
气流床
固定床
床层分类
流化床
鲁奇炉 B
间歇式 A 气化炉
气化炉
C 温克勒炉
德士古炉 E
D K-T炉
（1）间歇式气化炉
属于固定床气化炉
（2）加压连续气化鲁奇炉
属于固定床气化炉
（3）温克勒炉
属于流化床气化炉
（4）K-T炉
属于气流床气化炉
（5）德士古炉
制半水煤气的工艺条件
⑴炉温的优化
煤气炉的炉温是指燃料层中气化层的温度 （吹风阶段为氧化层）。
在吹风和制气过程中化气层本身沿着轴向 移动，其炉温高低也随之变化，其中以吹风末 期炉温最高，制气阶段末期的炉温最低。
炉温高，则煤气质量好、产量高、蒸汽分解 率高。
实际炉温~决定于燃料熔点
⑵吹风量与吹风强度的优化
化解供热与制气 之间矛盾的方法
间歇制气法
富氧空气或 纯氧连续气化法
⑴间歇制气法
• 在间歇式固定床煤气发生炉中，吹风反应和制气反应是
交替进行的。
• 首先进行吹风反应，将燃料层温度（即炉温）提到必要的 温度（如1100℃-1200℃），所得吹风气大部分放空。
• 吹风反应停止后，送入蒸汽进行制气反应，吸热反应，料 层的温度、反应速度和水煤气质量（煤气中CO+H2含量） 都将下降。
⑷燃料层高度的优化
燃料层高度取决于加炭频率与数量、出灰的频率与数 量。
吹风时间长短、吹风数量多少和吹风强度大 小是决定炉温高低、制气强度的主要因素。 过量吹风或吹风时间过长等并不一定能提高气 化层温度，甚至反而可能有所下降，即过量吹 风不利于制气反应。
在吹风量一定的情况下，采取强风短吹是缩 短吹风时间、提高制气强度、减少热能损失的 有效方法。
⑶蒸汽自调优化和调节炉况
为什么每个循环要分成五个阶段？为了安 全起见和炉况稳定。
⑴吹风阶段：空气 煤气炉底部 灰渣层 氧化层 (燃烧气化反应) 还原层（CO2还原反应） 炉顶。
⑵一次上吹阶段：将放空阀倒换为制气 阀向气柜送气。水蒸气 煤气炉底部 灰渣层 气化层（制气反应） 炉顶。
⑶下吹阶段：上吹结束后，关闭下部蒸汽阀， 打开上部蒸汽阀和下吹煤气阀，从炉顶自上而下送 入蒸汽。饱和蒸汽先经燃烧室预热为过热蒸汽、再 经燃料层预热后到达气化区进行气化反应，同时使 上层燃料层温度降低，并使炉层热点重新回到正常 位置，而生成水煤气通过灰层时使灰层温度提高， 有利于燃尽残碳，煤气经除尘降温后送气柜。下吹 制气阶段炉温高、蒸汽温度高、煤气质量好，所以 下吹时间要长于一次上吹时间。
属于气流床气化炉
半水煤气的制取
生产半水煤气的特点 生产实质：以AIR为气化剂 放热
以H2O为气化剂 吸热 存在问题：自热平衡
原料平衡：CO + H2 / N2 = 3.1 - 3.2
wk.baidu.com
从气化系统的热平衡来看，吹风反应是放热反应， 制气反应是吸热反应，如果外界不提供热源，而是通 过前者的反应热为后者提供反应所需要的热量，并维 持系统的自热平衡的话，理论上，1mol氧气的吹风反 应热仅可供1.68mol碳和水蒸气进行制气反应，其 （CO+H2）/N2 =1.43＜3.1-3.2。 反之，若欲获得组成合格的半水煤气，该系统就不能 维持自热平衡。
• 水煤气+部分吹风气=半水煤气。如此交替进行吹风和制 气反应，故称间歇制气法。在我国目前中小型氮肥企业、联 醇企业得到广泛应用。
⑵富氧空气或纯氧连续气化法
• 空气中氧气气含量过低是以空气和水蒸汽为气化剂时不能 实现连续制取合格半水煤气的根本原因。
• 如果采用富氧空气或纯氧来代替空气作为气化剂，以上问 题将迎刃而解，并且可以实现连续制气。
• 实际吹风气回收率仅为10%-20%， • 联醇工艺中吹风气回收的比例更低。
⑵加氮空气法
• 该法是在制气过程中配入适量空气，提供半水煤气所需要 氮气，而吹风气经回收余热后全部排放。
• 加氮空气的量为多少呢？
• 理论上1mol水蒸气加氮空气量为0.81mol。实际上，加 氮空气的量要少于理论值。
• 在制气过程中加氮操作的另一个重要原因是利用加氮操作 反应为制气反应提供热量、减小炉温波动以稳定炉况。
• 富氧空气中氧气的浓度需要多少呢？？？
若（CO+H2）/N2=3.1，则富氧空气中氧 气理论含量为：1/(1+1.68) = 36.6%。
实际生产中连续气化法所需富氧空气中氧 气含量约50%，此即为富氧空气-蒸汽连续气 化法。
气化炉燃料层的分区
干燥区
干馏区
气化区
灰渣区
煤气炉内燃料分区示意图
间歇式制半水煤气的工作循环
⑴部分回收吹风气法
•间 •歇 •式 •制 •半 •水 •煤 •气 •的 •方 •法
⑶空气煤气和水煤气混 合法
⑴部分回收吹风气法
• 该法利用吹风气部分回收送入气柜，大部 分吹风气经回收余热后排空，而回收吹风气 的量取决于对半水煤气成分的要求。
• 若（CO+H2）/N2=3.1，吹风气理论回收 率约45.7%。
• 但必须注意的是：加氮过程应稍晚于水蒸气通入，而稍早 于水蒸气停止前停止加氮操作，以避免加氮空气与煤气接触 而发生爆炸，即加氮空气阀门适当地迟开早关一些。
⑶空气煤气和水煤气混合法
该法应用较少，在此不加介绍。
间歇式造气炉包括吹风和制气两大步骤。 实际上每个循环分成以下五个阶段：
吹风、一次上吹制气、下吹制气、二次上吹 制气、空气吹净
制气过程中炉温的逐 渐下降，制气反应的 速度和蒸汽分解率都 呈逐级下降的趋势， 如果蒸汽吹入的速度 保持均匀一致的话， 将导致蒸汽分解率下 降显著，炉况波动幅 度增大。
采取蒸汽自动调节措施， 使蒸汽用量随着制气过程 逐渐递减。在实际生产中 提倡采用蒸汽调节手段而 不是吹风调节手段来调节 炉况，以利于炉子的稳定 生产。
⑷二次上吹阶段：下吹制气后，如果立即进 行吹风，空气将与残留在炉底的下行煤气相遇， 导致爆炸。所以，为了将炉底部的下吹煤气吹净 并回收送入气柜，以防止吹入空气时发生爆炸， 进行二次上吹制气是必要的，其目的是回收炉底 煤气和进行安全准备。
⑸空气吹净阶段：空气吹净的主 要目的是为了回收炉上部及管道中剩 余的煤气，在半水煤气的生产过程中 属于加氮操作，是调节氢氮比的关键 步骤。
煤气化的工业方法
蓄热法 富氧空气气化法
外热法
供热方式
气流床
固定床
床层分类
流化床
鲁奇炉 B
间歇式 A 气化炉
气化炉
C 温克勒炉
德士古炉 E
D K-T炉
（1）间歇式气化炉
属于固定床气化炉
（2）加压连续气化鲁奇炉
属于固定床气化炉
（3）温克勒炉
属于流化床气化炉
（4）K-T炉
属于气流床气化炉
（5）德士古炉
制半水煤气的工艺条件
⑴炉温的优化
煤气炉的炉温是指燃料层中气化层的温度 （吹风阶段为氧化层）。
在吹风和制气过程中化气层本身沿着轴向 移动，其炉温高低也随之变化，其中以吹风末 期炉温最高，制气阶段末期的炉温最低。
炉温高，则煤气质量好、产量高、蒸汽分解 率高。
实际炉温~决定于燃料熔点
⑵吹风量与吹风强度的优化