ppt课件第三章第二节煤的气化技术.ppt

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1、完整版教学课件完整版教学课件第三章第二节煤的气化技术第三章第二节煤的气化技术煤化工概论煤化工概论化学工程系化学工程系 高晓荣高晓荣第二节典型煤气化技术第二节典型煤气化技术 煤炭气化方法的分类煤炭气化方法的分类3 3炼炼炼炼 焦焦1 1概述概述 1 1气化的基本原理气化的基本原理2 26 6上节提纲上节提纲流化床气化技术流化床气化技术3 3炼炼炼炼 焦焦1 1常压固定床气化技术常压固定床气化技术 1 1碎煤固定床加压气化技术碎煤固定床加压气化技术2 2气流床煤气化技术气流床煤气化技术 4 46 6本节提纲本节提纲一、常压固定床气化技术一、常压固定床气化技术1、概念固定床气化也称移动床气化。 固定

2、床气化：气流速度不致使固体颗粒的相对位置发生变化,即固体颗粒处于固定状态,床层高度基本上维持不变。但是，从宏观角度看，在气化过程中，煤粒在气化炉内逐渐并缓慢往下移动，因而又称为移动床气化2、特点 简单、可靠 气化过程进行的比较完全 热量利用合理，具有较高的热效率3、分类 间歇式气化 连续式气化 二、碎煤固定床加压气化技术 1、鲁奇三代加压气化炉 目前运转中的固定床气化炉最成熟炉型是鲁奇炉（Lurgi）。它和常压移动床一样，也是自热式逆流反应器，所不同的是采用氧气-水蒸气或空气-水蒸气为气化剂，在2.03.0MPa的压力和9001100温度条件下进行的连续气化法。 双层壳体（内外两层厚刚筒间形成

3、水夹套，可引出供气化炉使用）； 设有煤分布器和搅拌器（破黏）； 塔节型炉箅且设有破渣装置（气化剂均匀分布）；2.液态排渣鲁奇炉 基本原理 仅向炉内通入适当的水蒸气量，控制炉温度在灰熔点之上，使灰渣以熔融态自气化炉内排出（消除了结渣对炉温的影响）（2）主要特点： 灰渣呈熔融液态排出； 特殊的排灰机构（英国煤气公司把工业鲁奇炉炉篦部分去掉，装上氧蒸气下倾斜嘴，气化剂喷入使温度为1500，使灰渣形成流动的熔渣。熔渣通过位于中央的排渣口排入急激室的水中淬冷成渣粒。）； 炉体为钢制外壳（内砌耐火砖，再衬碳化硅）； 喷嘴外部设水夹套； 排渣口材质为硝基硅酸盐或碳化硅（抗熔渣侵蚀）；（3）加压液态排渣气化炉

4、的优缺点优点：a.气化炉生产能力提高34倍；b.水蒸气分解率大为提高，后系统的冷凝液量大为减少；c.煤气带出物减少；煤气出口温度低；d.煤气中CO和H2组分提高25%左右，煤气热值提高；e:降低了煤耗；f:改善了环境污染；缺点：a炉衬材质要求高；b:熔渣池结构和材质技术性强；c:氧耗高。气化炉概况及其结构三、 流化床气化技术1.常压流化床气化原理 直接使用小颗粒碎煤（010mm）为原料，并可利用褐煤等高灰劣质煤。它又称为沸腾床气化，把气化剂（蒸气和富氧空气或氧气）送入气化炉内，使煤颗粒呈沸腾状态进行气化反应。2.温克勒(Winkler)气化炉组成：流化床（下部的圆锥部分）悬浮床（上部的圆筒部分

5、，为下部的610倍）操作特点a:原料的加入：由螺旋加料器加入圆锥部分腰部。b:排灰：矸石灰（30%左右）自床层底部排出；其余飞灰由气流从炉顶夹带而出。c:气化剂（氧气或空气；水蒸汽）：一次气化剂（6070%）由炉箅下部供入；二次气化剂（3040%）由气化炉中部送入。二次气化剂的作用： 其在接近灰熔点的温度下操作，使气流中夹带碳粒得到充分的气化。3.高温温克勒（HTW）气化法基本原理温度的影响但要防止结渣，可在煤中添加石灰石等来提高煤的软化点和熔点。压力的影响加压，床层的膨胀度下降，工作状态比常压稳定。加压，气流带出量减少，带出物的颗粒尺寸也减小了。加压，生产能力提高。加压，煤气热值得到提高。提

6、高温度提高温度提高提高CO和和H2的浓度的浓度提高碳的转化提高碳的转化率和煤气产率；率和煤气产率；气化工艺在温克勒气化工艺基础上提高温度和压力。提高气化压力到1MPa ;气化温度可提高到1000； （3）优点： 原料可以全部是碎煤或粉煤。 气化剂消耗量低，气化负荷弹性大，在短时间内，其处理量可从最小调至最大。4.灰团聚气化法特点：团聚排渣（灰团聚而不结渣 ）原理：在流化床中导入氧化性高速射流，使煤中灰分在软化而未熔融状态下，在一个锥形床中相互熔聚而黏结成含碳量较低的球状灰渣，有选择地排出炉外。与传统排渣方式相比的优点：与传统排渣方式相比的优点：与固态排渣比：降低了灰渣中的碳损失；与固态排渣比：

7、降低了灰渣中的碳损失；与液态排渣比：减少了灰渣带走的显热损失。与液态排渣比：减少了灰渣带走的显热损失。气化炉及气化过程气化炉内四个重要功能：煤的破黏脱挥发份气化及灰的熔聚团聚灰渣从半焦中分离出来原料煤06mm床内反应温度为9501100 ；操作压力在0.142.4MPa范围变化. 气化过程：气化剂由两处进入气化炉：从炉篦进入，维持正常的流化；由中心（文氏管）进入灰熔聚区。由中心进入气体的氧/汽比较大，故床底中心区(熔聚区)温度较高，当达到灰的初始软化温度时，灰粒选择性地和别的颗粒团聚起来。团聚体不断增大，直到它不能被上升气流托起为止。床层上部空间作用;裂解在床层内产生的焦油和轻油（煤气不含焦油

8、）。煤气夹带煤粉由两级旋风分离器分离和收集。 气化炉：气化工艺的特点灰分熔聚及分离（灰渣和半焦选择性分离）a:文丘里管内的气流速度 控制中心管的气流速度，可达到控制排灰量的多少。 b:熔聚区的温度 文氏管气化剂的汽/氧比较低，形成的局部高温区（比灰熔点低100200），使未燃碳燃烧气化，又使灰粒相互粘结而团聚。c:带出细分的再循环。 借助两级旋风分离器实现细粉循环并进一步气化，生成细灰与床层中的熔聚灰一起形成灰球排出。对煤种有较广泛的适应性 广泛的煤种适应性（一定黏结性的煤无需破黏）和高的碳的转化率。四、气流床煤气化技术1、德士古（Texaco）气化法气化原料：水煤浆气化剂：氧气1.基本原理和

9、气化炉型基本原理以及气化炉型水煤浆通过喷嘴在高速氧气流作用煤浆下破碎、雾化喷入炉内。：基本原理：裂解、挥发分燃烧水迅速变为水蒸气；煤粉发生干镏及热解；挥发份燃烧。 b:燃烧气化:燃烧：C+O2CO2 +Q气化:C+H2OCO+H2 -Q；CO2+CCO-Q;燃烧:O2+H2H2O +Q; CO+O2CO2 +Q ;c:气化（氧气耗尽时）：C+H2OCO+H2 -Q；CO2+CCO-Q;CO+H2CH4+H2O +Q；最后生成以CO、H2、CO2、 H2O为主要成分的湿煤气及熔渣。 :气化炉直立圆筒形耐压容器;内衬耐火材料，近似绝热；内部无结构件，维修简单；运行可靠。2.德士古气化工艺：水煤浆制

10、备和输送湿法：干法制造水煤浆：气化和废热回收：烧嘴双套管式；三套管式：中心管：氧气；外环系：氧气；内环系：水煤浆。德士古烧嘴德士古烧嘴中心管冷却水夹套盘管外烧嘴（外环系）内烧嘴（内环系）煤浆氧氧三套管式烧嘴（三流式）其中喷嘴为三通道，工其中喷嘴为三通道，工艺氧走一、三通道，水艺氧走一、三通道，水煤浆走二通道，介于两煤浆走二通道，介于两股氧射流之间。水煤浆股氧射流之间。水煤浆气化喷嘴经常面临喷口气化喷嘴经常面临喷口磨损问题，主要是由于磨损问题，主要是由于水煤浆在较高线速下水煤浆在较高线速下( (约约30m/s)30m/s)对金属材质对金属材质的冲刷腐蚀。的冲刷腐蚀。 中心管：氧气；中心管：氧气；

11、外环系：氧气；外环系：氧气；内环系：水煤浆。内环系：水煤浆。烧嘴要求：雾化性好，气化反应性好，寿命长等。：粗煤气三种不同的冷却方法（流程）a:直接淬冷（激冷流程）适用于制NH3和H2(因为这种流程易于和变换反应器配套，激冷产生蒸气可满足变换的需要) 激冷流程简介： 气化炉产生的高温煤气和液态熔渣一起，通过炉子底部的急冷室，与水直接接触而冷却；同时产生大量高压蒸汽与煤气一起离开气化炉。b:间接冷却（废锅流程）适用于生产工业燃料煤气、联合循环发电用燃气或合成用原料气。 ：间接冷却直接淬冷相结合（半废锅流程）半废锅流程简介： 气化炉产生的高温粗煤气和液态熔渣先进入辐射式废锅，冷却至700（水冷管内副

12、产高压蒸汽），熔渣粒固化与煤气分离落入到下面的淬冷水池，经灰锁斗排出。然后粗煤气用水喷淋淬冷至200左右。：煤气冷却以及三废处理3.工艺条件：水煤浆浓度：要求：较高的浓度；较好的流动性和稳定性；（水煤浆浓度高煤气中有效成分增加，气化效率高，氧气耗量下降。）较高浓度：气化效率高较高浓度：气化效率高较好流动性：易于泵送（可加助溶剂）较好流动性：易于泵送（可加助溶剂）较好的稳定性：防止分层沉降较好的稳定性：防止分层沉降适宜粒度分布：（粗粒多：粘度下降，流动性好，但易分层；适宜粒度分布：（粗粒多：粘度下降，流动性好，但易分层；细粒多：稳定性好，但粘度大，流动性。）细粒多：稳定性好，但粘度大，流动性。）

13、褐煤不宜做制水煤浆的原料。褐煤不宜做制水煤浆的原料。：粉煤粒度：小颗粒的碳的转化率高于大颗粒的。：氧煤比：合适的氧煤比。：气化压力： 加压下可以提高气化效率；提高生产能力；节省煤气的输送动力消耗。：气化温度： 气化温度选择的原则是：保证液态排渣的前提下，尽可能维持较低的操作温度。：助溶剂： 可降低灰熔点，可使气化炉在较低温度条件下运行，降低氧气耗量，提高耐火材料的使用寿命。4.德士古气化工艺评价优点：:气化炉结构简单。 该技术关键设备气化炉属于加压气流床湿法加料液态排渣设备，结构简单，无机械传动装置。:开停车方便。:煤种适应较广。 可以利用粉煤、烟煤、次烟煤、石油焦、煤加氢液化残渣等。不受灰熔

14、点等限制。 :合成气质量好。 CO+H280%且H2与CO量之比约为0.77，可以对CO进行变换以调整其比例用来作合成氨、甲醇等，且后系统气体的净化处理方便。:碳转化率高。 该工艺的碳转化率在97%98%之间。:单炉产气能力大。 由于德士古水煤浆气化炉操作压力较高(一般为4.0MPa6.7MPa)，又无机械传动装置，在运输条件许可下设备大型化较为容易。:三废排放有害物质少。缺点：氧耗高。 是因煤浆中水分高，因而氧耗高。 需助溶剂。 当使用高熔点的煤时需要助溶剂。需热备用炉。 备用炉必须1000以上才可投料，所以备用炉应处于热备用状态。气化炉耐火材料寿命短。工艺烧嘴寿命短。3.Shell3.Sh

15、ell煤气化工艺煤气化工艺工艺技术特点加压气流床粉煤气化，以干煤粉进料，纯氧做气化剂，液态排渣；火焰中心温度：16002200；出炉煤气温度约为：14001700；干煤气中有效成分CO和H2可达90%以上，CH4含量很低。主要工艺技术特点：煤种适应广（干法粉煤、气流床）煤种适应广（干法粉煤、气流床）能源利用率高（高温、加压热效率高；碳转化率高）能源利用率高（高温、加压热效率高；碳转化率高）设备单位产气能力高（加压、设备单位容积产气能力高）设备单位产气能力高（加压、设备单位容积产气能力高）环境效益好（富产物少，属洁净煤工艺）环境效益好（富产物少，属洁净煤工艺） Shell煤气化工艺流程及气化炉流

16、程简述： 、煤粉制备和送料系统。 经预破碎后进入煤的干燥系统，使煤中的水分小于2%，然后进入磨煤机中被制成煤粉，磨煤机是在常压下运行，制成粉后用N2气送入煤粉仓中。然后进入加压锁斗系统。再用高压N2气，以较高的固气比将煤粉送至4个气化炉喷嘴，煤粉在喷嘴里与氧气(95%纯度)混合并与蒸汽一起进入气化炉反应。、气化。 由对称布置的4个燃烧器喷入的煤粉、氧气和蒸汽的混合物，在气化炉内迅速发生气化反应，气化压力24MP,气化炉温度维持在1 4001 700 ，这个温度使煤中的碳所含的灰分熔化并滴到气化炉底部，经淬冷后，变成一种玻璃态的渣排出。、煤气冷却。 粗煤气随气流上升到气化炉出口，经过一个过渡段，

17、用除尘后的低温粗煤气(150 左右)使高温热煤气急冷到900 (在有一定倾角的过渡段中，由于热煤气被骤冷，所含的大部分熔融态灰渣凝固后落入气化炉底部)然后进入煤气冷却器（水管式废热锅炉）被进一步冷却到250 左右。经除尘后部分煤气加压后循环用于出炉煤气的激冷。气化炉高压容器外壳高压容器外壳膜式水冷壁膜式水冷壁环形空间：环形空间：向火侧附着一层耐火材料（以渣抗渣）向火侧附着一层耐火材料（以渣抗渣）内壁衬里设有水冷管副产部分蒸汽内壁衬里设有水冷管副产部分蒸汽容纳水、蒸汽输入和出的管路、利于检修容纳水、蒸汽输入和出的管路、利于检修内筒和外筒内筒和外筒筒上部为燃烧室（气化区），下部为熔渣激冷室筒上部为

18、燃烧室（气化区），下部为熔渣激冷室水冷壁结构水冷壁结构 水冷壁是由: 液体熔渣、 固体熔渣、 膜式壁、 碳化硅耐火填充料、加压冷却水管、抓钉 组成的。水冷壁结构示意图：水冷壁结构示意图：连续运行连续运行10年水冷壁内侧图片年水冷壁内侧图片连续运行连续运行10年水冷壁外观图片年水冷壁外观图片Shell气化炉以渣抗渣原理：气化炉以渣抗渣原理： 生产中，高温熔融下的流态熔渣，顺水冷壁生产中，高温熔融下的流态熔渣，顺水冷壁重力方向下流，当渣层较薄时，由于耐火衬里和金重力方向下流，当渣层较薄时，由于耐火衬里和金属销钉具有很好的热传导作用，渣外表层冷却至灰属销钉具有很好的热传导作用，渣外表层冷却至灰熔点固

19、化附着，当渣层增厚到一定程度时，热阻增熔点固化附着，当渣层增厚到一定程度时，热阻增大，传热减慢，外表渣层温度升高到灰熔点以上时，大，传热减慢，外表渣层温度升高到灰熔点以上时，熔渣流淌减薄；当渣层减薄到一定厚度时，热阻减熔渣流淌减薄；当渣层减薄到一定厚度时，热阻减小，传热量增大，渣层温度降低到灰熔点以下时熔小，传热量增大，渣层温度降低到灰熔点以下时熔渣聚积增厚，这样不断的进行动态平衡。渣聚积增厚，这样不断的进行动态平衡。 下面是两张结渣图片供参考： shell气化炉内渣层对保护耐火层理和水冷壁管至关重要，以下一张照片是停车中温降过快造成的垮渣，一张是炉内温度波动（高温）造成的渣层损坏。将容易烧蚀

20、损坏原来被渣层保护的耐火衬里和金属销钉，当保护层减薄到一定程度时，将失去对水冷壁的保护，伤害到本体，气化炉反应热平衡也将失衡。优缺点：优点：-气化炉内部采用膜式水冷壁，可承受较高的气化温度。对原料煤的灰熔点限制较少。-碳转化率高，碳转化率99 %。-由于是干粉进料，粗合成气中有效气（CO+H2）浓度高于90%，CO2含量低。-气化效率高，原料煤及氧气消耗低，原料利用率高.-单炉能力大、运转周期长、无需备用炉。-多组对列式烧嘴配置，可以通过关闭一组或多组烧嘴来调整合成气的产出量，操作弹性大。-合成气比较清洁，高温气化的气体中不含焦油、酚等有害物质，便于合成气的净化处理。-环保上的优点：正常生产时

21、，基本无废气排放；由于绝大部分工艺水可以循环使用，排放废水较少。在高温下产生的熔渣性质稳定，对环境影响较小，还可以作建筑材料。-工艺技术先进可靠，已在荷兰Demkolec成功建设了一套单炉日处理煤量2000吨的气化装置，用于联合循环发电。Shell工艺缺点是：还没有用于合成气生产的工业应用业绩，即没有与生产甲醇或合成氨装置串联的运行经验可以借鉴；入炉煤采用气流输送，限制了气化压力的进一步提高，压力限制在24MPa。投资远远高于水煤浆气化，大约是德士古水煤浆气化的2倍左右。4.GSP粉煤气化法粉煤气化法 GSP粉煤加压气化技术，是德国未来能源开发的工艺技术，既有Texaco气化工艺的特点，又有S

22、hell气化工艺的特点。气化炉的操作压力为2.54.0MP。气化温度操1350oC-1600oC之间。GSP气化炉结构包括： 水冷壁的气化室和激冷室。粗合成气激冷工艺流程 包括备煤、气化及气体除尘冷却、黑水处理等。 加压干煤粉，氧气及少量蒸汽通过联合喷嘴进入到气化炉中。 高温气体与液态渣一起离开气化室向下流动直接进入激冷室，热的合成气被喷射的激冷水所冷却。而液态渣在激冷室底部的水浴中成为颗粒状，定期从渣锁斗中排入渣池。 组合式喷嘴组合式喷嘴 组合式喷嘴由配有火焰检测器的点火喷嘴和生产喷嘴所组成，故称为组合式气化喷嘴。 受到高热负荷的喷嘴部件由喷嘴循环冷却系统来强制冷却。 喷嘴的材质为奥氏体不锈

23、钢，高热应力的喷嘴顶端材质为镍合金。 喷嘴由中心向外的环隙依次为氧气、氧气喷嘴由中心向外的环隙依次为氧气、氧气/蒸汽、煤粉通道。蒸汽、煤粉通道。 组合式喷嘴结构示意图组合式喷嘴结构示意图组合式喷嘴外观示意图组合式喷嘴外观示意图 GSP粉煤加压气化的技术特点粉煤加压气化的技术特点 a、气化炉内部采用膜式水冷壁，可承受高达2000的气化温度。对原料煤的灰熔点限制较少，可以气化高灰熔点的煤。 b、由于是干粉进料，粗合成气中有效气（CO+H2）浓度高，接近90%，CO2含量低。 c、气化效率高，原料煤及氧气消耗低。碳转化率99%，原料利用率高。 d、采用激冷工艺流程，设备结构简单，装置投资少。 e、采用水冷壁副产低压蒸汽，通过监控水冷壁的出水温度，判断炉壁的挂渣情况，有利用于气化炉的稳定操作及延长设备的寿命。 f、组合式工艺烧嘴（点火及工艺烧嘴合一）及特殊的烧嘴结构，保证了气化较长的周期和较大的操作弹性。 g、经过冷激和洗涤，粗合成气含尘量低，同时有较高的水汽比，变换无需外补蒸汽。 这是GSP气化炉照片，用于神华宁煤集团煤基烯烃项目 .