煤气化实训装置操作

一．煤气化简介

煤炭气化是煤炭转化的主要途径之一。气化过程是煤炭的一个热化学加工过程。它是以煤或焦炭为原料，以氧气（空气﹑富氧或工业纯氧）﹑水蒸气或氢气为气化剂，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为可燃性气体的工艺过程。气化时得到的可燃性气体成为煤气，进行气化的设备称之为煤气化发生炉。

发生炉煤气根据所采用气化剂的不同可分为：

①空气煤气，以空气为气化剂，煤气主要成分是一氧化碳和氮气。

②水煤气，以水蒸汽为气化剂，采用空气和水蒸气分阶段吹入发生炉而得到，煤气主要成分是一氧化碳和氢气。

③混合发生炉煤气，以空气和水蒸气混合气体为气化剂生产煤气，煤气主要成分是一氧化碳和氢气，还含有大量氮气，混合发生炉煤气克服了空气煤气和水煤气的气化效率低和能耗高的缺点，因而广泛应用于工业生产。本公司开发的煤气发生炉为混合发生炉。

二.技术指标

1、气化系统反应器尺寸：内径为50mm，长1.2m，采用2520不锈钢管制成；反应器外部有加热炉，三段加热，每段3KW，总热功率为9KW；

2、空气预热器：内径为280mm，长450mm，加热功率为3KW；

3、水蒸气发生器：加热功率6KW，最大蒸发量8kg/h；

4、吸收塔：内径50mm，塔高1.2m，内装4×6mm玻璃螺旋填料；

5、反应系统反应器尺寸：内径38mm，长1m；加热炉为三段电加热，每段加热功率为1.5KW；

6、本设备含有一台美国科学器材公司生产的SSⅡ型平流泵；

7、本设备配备湿式气柜1M3一个及0.5M3储气罐一个。

三.制气原理

将煤加入到反应炉中，通入空气和水蒸气，在常压下炉内同时发生碳与氧﹑碳与水蒸气的反应。由于碳与氧反应生成一氧化碳的反应是放热反应，而碳与水蒸气的反应为吸热反应，因此，理想的制取，煤气的过程是两个反应同时发生，碳氧化放出的热量用于水蒸气汽化热源，以此实现煤的气化。 1. 理论发生炉煤气

理想发生炉煤气的基本反应，理论上制取发生炉煤气是按下列两个反应进行：

kmol MJ H N CO N O C /3.24676.3276.32222-=∆+=++

kmol MJ H H CO C O H /8.11822+=∆+=+

理想发生炉煤气的组成决定于这两个反应的热平

衡条件，即放热反应的热效应与吸热反应的热效应平衡等。为了达到这个目的，每2Kmol 碳与空气起反应时，与水蒸气起反应的碳应为246.3/118.8=2.07Kmol 。因此满足热平衡时的方程式为：

kmol MJ H N CO N O C /3.24676.3276.32222-=∆+=++

kmol MJ H H CO C O H /3.24607.207.207.207.222+=∆+=+

则其综合反应式为：

2222276.307.207.476.307.207.4N H CO N O H O C ++=+++ 由上式得出，4.07kmol 碳与水蒸气空气混合物相互作用，在理论上产生的煤气量为4.07+2.07+3.76=9.9kmol 。

理想发生炉煤气的几项指标：煤气组成（体积分数）为CO 41.1%、H 2 20.9%、N 2 38.0%。 2. 实际发生炉煤气

实际气化过程并非理想情况，无法满足上述假设条件，因为：

① 气化原料是煤或焦炭而不是纯碳，含有水分、挥发组分及灰分等，气化后不可能都转化成CO ；另外还存在副反应222H CO O H CO +=+。

② 气化剂量也比按化学方程式计算量要高，气

化反应也不能进行到平衡，碳不可能完全气化，CO2也不完全还原。

③气化工程不可避免有热损失，此外实际生产过程中尚存在干馏过程，产生的干馏煤气混入发生炉煤气中。

因此，实际发生炉煤气与理想发生炉煤气有差别。实际发生炉煤气中有CO2、水蒸气和CH4等烃类，N2比例在煤气中也多，而CO和H2含量要比理想的少。热值比理想的低。

四.装置流程及面板布置图

1.装置流程图

2.面板布置图

固定床1上段控温预热1控温

固定床1中段控温预热2控温

固定床1下段控温巡检测温

固定床2上段控温固定床2中段控温固定床2测压

固定床1测压

开

关

天津大学北洋化工实验设备公司

移动床巡检测温移动床测压空气进口测压蒸汽炉控温移动床上段控温吸收塔塔顶测压移动床中段控温吸收塔顶釜测温移动床下段控温吸收塔塔釜差压

空气预热控温气液分离出口测压

保温控温

蒸汽流量

循环泵调速加液泵调速

开

关

移动床巡检测温 移动床 测压 空气进口 测压 蒸汽炉 控温 蒸汽炉 流量 吸收塔塔顶测压 吸收塔顶釜测温 吸收塔塔釜差压气液分离出口测压

移动床上段控温 移动床中段控温 移动床下段控温 空气预热

控温保温

控温

循环泵加液泵抽气泵天津大学北洋化工实验设备公司

固定床2下段控温

五.实验步骤

1.实验准备：原料是煤，先将煤块通过粉碎机，使之

粉碎为120目左右的煤粉（要求达到实验用量），做成煤粒还要添加一些物料，成分组成为12%淀粉、

1.5%K2CO3、1.5%CaCO3、85%煤粉，先将淀粉用热水

打成糊状，然后加入如上比例的配料及煤粉，和成面团后用成丸机成丸，再由烘箱烘干即成煤粒（粉碎机和成丸机的使用请参阅该机说明书）。

2.设备试漏：用空气打压到0.1Mpa左右，用肥皂水

涂抹各管道接口，看是否有漏气点，如有漏气接点，及时处理（注意试漏前玻璃容器接点处用无孔垫安装）。

3.分析准备：因本套煤气化设备分析的主要成分是一

氧化碳和二氧化碳及氮气和氢气，色谱柱是气体分析专用，绝对不能测试液体，此柱失活比较快，所以在使用一段时间后要将柱温加到200℃活化色谱柱3-4小时，以保证气体的分析结果准确。

4.实验步骤：

①加料：将做好的煤粒加入到W101煤粉粒计量瓶中，煤粒将随之下降，到达M101煤粒排料器（开始会有一些煤粒掉到V101灰收集瓶中），待煤粒加到计