第四章移动床加压气化

•1.二氧化碳还原反应 C CO2 2CO 162 .4kJ / mol
图 4-3平衡混合物组成与压力的关系
•2.水蒸气分解反应 C H2O(g) CO H2 131.5kJ / mol
图4-4不同温度下水蒸气分解反应总速度与压力的关系 1-6 分别表示反应压力为0.098、0.98、1.96、4.9、6.86 和9.8MPa
三 煤种及煤的性质对加压气化的影响
1 煤的理化性质对加压气化的影响
• 随着气化压力的 提高，有利于体积 缩小的反应进行， 煤气中CH4和CO2的 含量增பைடு நூலகம்，煤气的 热值提高。对生产 城市煤气有利，对 于生产合成气不利， 故而需综合考虑。
图4-12 粗煤气组成与气化压力关系
（2）压力对煤气产率的影响
• 随着压力升高， 由于生成气中甲烷 增多，从而使煤气 总体积减少，煤气 产率下降。
图4-13 煤气产率与气化压力关系 1-粗煤气；2-净煤气
（3）压力对氧气和水蒸气消耗量的影响
• 随着压力升高， 生成甲烷反应速度加 快，反应释放出的热 量增加，从而减少了 碳燃烧反应的耗氧量。
图4-14气化压力与氧气耗量、氧气 利用率的关系
1—氧气消耗量；2—氧气利用率
• 因压力升高，生成甲烷 所消耗氢量增加，则气化系 统需要水蒸气分解的绝对量 增加，因此随着压力升高水 蒸气消耗量增多。但是，压 力增高却使水蒸气分解反应 向左进行的速度增大，即水 蒸气分解率下降。
•3.甲烷生成反应 C 2H2 CH4 74.9kJ / mol
图4-5甲烷的生成速度与温度、压力的关系 1-0.098MPa；2-4.9MPa；3-9.8MPa
图4-6石墨加氢气化的甲烷平衡含量曲线 1Kcal/m3=4.1863KJ/m3
图4-7加压气化炉中各层的主要反应及产物
3 气化压力对气化指标的影响
第四章 固定床加压气化
第一节 概述
目前，在工业应用中较为成熟的技术为鲁奇碎煤加压 气化工艺，其碎煤加压气化炉是由德国鲁奇公司所开发， 称为鲁奇加压气化炉，简称鲁奇炉。
鲁奇加压气化炉各发展阶段主要技术特性
发展阶段
第一代
年代
1936~1954
炉型
Dg2.6m， 侧面除灰
煤种
褐煤
生产能力m3/h 8000
• V1、V2分别表VV12示煤1.1气~在1.压25力0P.11、P027P82下的(3标.35准~状3.况81体) 积P2数，m3。
• 当生产能力均以煤气在标准状态下的体积流量表示时，加 压气化比常压气化高3.35~3.81 P 倍。如气化压力为 2.45MPa的鲁奇加压气化炉，其生产能力将比常压下高 5.24~5.96倍。
(1)压力对煤气组成的影响 • 提高气化炉操作压力，有利于下列各反应的进行：
C 2H2 CH 4 CO 3H2 CH 4 H2O 2CO 2H2 CH 4 CO2 CO 4H2 CH 4 2H2O
• 提高气化压力，不利于下列诸反应的进行：
CO2 C 2CO C H 2O H 2 CO C 2H 2O 2H 2 CO2
• 在同一反应料层厚度h时，两种气化方法的气固接触时间τ 的比较：
2 h /W2 W1 1 h /W1 W2
P2 P1
P2 3.05 0.1078
P2
• 加压气化炉内的气固接触时间是常压气化的，如气化压力 是2.45MPa时，τ2/ τ1=4.77。
三 煤种及煤的性质对加压气化的影响
1 煤的理化性质对加压气化的影响
气化强度 m3/m2h
1500
第二代
第三代
第四代
1952~1965
Dg2.6m， 中间除灰
1969
1978~
Dg3.8m， Dg5.0m，
（MARK-Ⅳ） （SASOL-Ⅲ）
弱粘/不粘煤 所有煤种
所有煤种
14000~17000/ 36000~55000 75000~100000 32000~45000
图4-15 水蒸气耗量与气体压力的关系 1—氢量；2—水蒸气绝对分解量； 3—水蒸气分解率
（4）压力对生产能力的影响 • 在常压气化炉和加压气化炉中，假定带出物的数量相等， 则出炉煤气的动压头相等，加压气化炉与常压气化炉生产能 力之比如下式表示：
V2 T1 P2 V1 T2 P1
• 对于常压气化炉，P1通常略高于大气压，P1≈0.1078MPa； 常压、加压的气化温度之比T1/T2 ≈1.1~1.25，则可得到：
（1）煤的粒度对加压气化的影响
• 与常压气化相比，加压气化过程中气体的流速减慢，相同粒度情 况下煤的带出物减少，故而可提高气流线速度，使气化炉的生产能 力提高，但粒度过小将会造成气化炉床层阻力加大，煤气带出物增 加，限制了气化炉的生产能力。 • 煤的粒度减小，水蒸气和氧气的消耗量下降。 • 加压气化炉中采用的原料粒度：褐煤6~40mm、烟煤5~25mm、 焦炭和无烟煤5~20mm。
2600~3200/ 3500~4500 3500~4200
3800~5000
第二节 加压气化原理及气化过程
1 气化过程热工特性
鲁奇加压气化炉内 生产工况如图4-1所示。
图4-1碎煤加压气化 炉内生产工况
• 在实际的加压气化过程中，原料煤从气化炉的上部加入，在炉 内从上至下依次经过干燥、干馏、半焦气化、残焦燃烧、灰渣排 出等物理化学过程。
•
表4-1气化炉内各层的高度及温度
图4-2 加压气化炉燃料床高度与温度的关系
2 加压气化的主要反应
• 碳的氧化反应、二氧化碳还原反应、水蒸气分解反应以及 甲烷的生成反应等。 • 它与常压气化炉的主要差别在于，加压煤气中含有较多的 甲烷成分。一方面是由于具有较厚的干馏层，挥发分热解生 成甲烷；同时，也由于在甲烷层碳的加氢生成甲烷。
• 加压气化炉是一个自热式反应炉，通过在燃烧层中的燃烧反应， 产生大量热量，这些热量提供给：
①气化层生成煤气的各还原反应所需的热量；
②煤的干馏与干燥所需热量；
③生成煤气与排出灰渣带出的显热；
④煤气带出物显热及气化炉设备散失的热量。
• 这种自热式过程热的利用效果好，热量损失小。
• 在加压气化炉内，根据不同的气化特性，可分为 六层，依次是干燥层、干馏层、甲烷层、第二反应 层、第一反应层和灰渣层。