30万吨年合成氨煤气化制氢工艺设计(共44页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上题 目：30万吨/年合成氨煤气化制氢工艺设计班 级：2009级化工指 导 老 师： 王 绪 根设计小组成员：专心-专注-专业摘 要煤气是重要的化工产品与原料，它广泛用于合成氨、民用燃气、工业用气乃至发电，有着巨大的市场潜力。随着世界石油资源的减少和煤气化生产成本的降低，发展使用煤气化等新的替代燃料，己成为一种趋势。中国是资源和能源相对匾乏的国家，少气，缺油，但煤炭资源相对丰富，发展煤制气，以煤代替石油，是国家能源安全的需要，也是化学工业高速发展的需求。本课题通过对国内外几种煤气化工艺流程的对比，介绍了常见煤气化技术及应用情况 在简要概述了目前氢的来源和氢的利用等有关情

2、况的基础上,就煤气化法制氢工艺做了详细的介绍。最终选择高压法煤气化制备煤气的Shell工艺生产流程。最后设计出Shell气化炉的基本尺寸；并对反应过程进行了物料衡算、热量衡算。关键词：合成氨；氢气；煤气化；Shell气化炉；物料衡算；热量衡算1设计任务书1.1设计的目的1.培养学生严谨的科学态度，正确的设计思想，科学的研究方法和良好的工作作风。2.培养学生的独立思考及工作能力，独立检索资料、阅读文献、综合分析、理论计算、工程制图、使用计算机、数据及文字处理等能力。3.培养学生掌握一定的基本技能及综合运用基础理论、基本知识。通过课程设计的教学过程，使学生掌握设计的方法及步骤、获得工程设计和科学研

3、究的初步锻炼。1.2 设计对学生的基本要求1.学生要刻苦钻研，勇于创新，独立完成课程设计任务，不准弄虚作假、抄袭别人的成果，保质保量地完成课程设计任务书所规定的任务。2.严格遵守纪律，在指定的地点进行课程设计。3.自觉遵守教室使用的相关规则，定期打扫课程设计工作现场的卫生，保持良好的工作环境。4.课程设计成果及资料应交系资料室收存，不得擅自带离学校。1.3设计的基本内容1.文献的检索、分析、综合和应用;2.综述设计项目的目的和意义;3.工艺方法选择及论证;4.反应原理及有关计算;5.工艺流程设计及论证; 6.设备型式选择及论证;7.化工工艺计算:物料衡算;热量衡算;非定型设备工艺计算;8.定型

4、设备选择及化工管道设计;9. 设计绘制工艺物料流程图;10.编写设计说明书。2综述氨是最为重要的基础化工产品之一，其产量居各种化工产品的首位; 同时也是能源消耗的大户，世界上大约有10 %的能源用于生产合成氨。氨主要用于农业,合成氨是氮肥工业的基础，氨本身是重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各种铵盐肥料，这部分约占70 %的比例，称之为“化肥氨”；同时氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料，用于生产铵、胺、染料、炸药、制药、合成纤维、合成树脂的原料，这部分约占30 %的比例,称之为“工业氨”。2.1 氨的物化性能合成氨的化学名称为氨，氮含量为82.3%。氨是一种无

5、色具有强烈刺激性、催泪性和特殊臭气的无色气体，比空气轻，相对密度0.596，熔点77.7；沸点33.4。标准状况下，1米3气氨重0.771公斤；1米3液氨重638.6公斤。极易溶于水，常温（20）常压下，一个体积的水能溶解600个体积的氨；标准状况下，一个体积水能溶解1300个体积的氨氨的水溶液称为氨水，呈强碱性。因此，用水喷淋处理跑氨事故，能收到较好的效果氨与酸或酸酐可以直接作用，生成各种铵盐；氨与二氧化碳作用可生成氨基甲铵，脱水成尿素；在铂催化剂存在的条件下，氨与氧作用生成一氧化氮，一氧化氮继续氧化并与水作用，便能得到硝酸。氨在高温下(800以上)分解成氮和氢。中国煤炭的储量和开采都位于世

6、界前列，煤炭的转化和合理利用，包括煤的气化，对中国无论目前和长远都具有重要的意义。煤的气化主要生成一氧化碳、氢气及甲烷，灰分形成废渣排出。煤气化的好处是可在燃烧前脱除气态硫和氮组分，是一种煤的高效利用方式，同时也是环境友好的能源，提高煤气化效率是本课题的目的。氨具有易燃易爆和有毒的性质。氨的自燃点为630，氨在氧中易燃烧，燃烧时生成蓝色火焰。氨与空气或氧按一定比例混合后，遇明火能引起爆炸。常温下氨在空气中的爆炸范围为15.528，在氧气中为13.582。液氨或干燥的气氨，对大部分物质没有腐蚀性，但在有水的条件下，对铜、银、锌等有腐蚀作用。2.2氨的用途氨是基本化工产品之一，用途很广。化肥是农业

7、的主要肥料，而其中的氮肥又是农业上应用最广泛的一种化学肥料，其生产规模、技术装备水平、产品数量，都居于化肥工业之首，在国民经济中占有极其重要的地位。各种氮肥生产是以合成氨为主要原料的，因此，合成氨工业的发展标志着氮肥工业的水平。以氨为主要原料可以制造尿素、硝酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵等氮素肥料。还可以将氨加工制成各种含氮复合肥料。此外，液氨本身就是一种高效氮素肥料，可以直接施用，一些国家已大量使用液氨。可见，合成氨工业是氮肥工业的基础，对农业增产起着重要的作用。氨也是重要的工业原料，广泛用于制药、炼油、纯碱、合成纤维、合成树脂、含氮无机盐等工业部门。将氨氧化可以制成硝酸，而硝酸又是生产炸药

8、、染料等产品的重要原料。现代国防工业和尖端技术也都与氨合成工业有密切关系，如生产火箭的推进剂和氧化剂，同样也离不开氨。此外，氨还是常用的冷冻剂。合成氨工业的迅速发展，也促进和带动了许多科学技术部门的发展，如高压技术、低温技术、催化技术、特殊金属材料、固体燃料气化、烃类燃料的合理利用等。同时，尿素和甲醇的合成、石油加氢、高压聚合等工业，也是在合成氨工业的基础上发展起来的。所以合成氨工业在国民经济中占有十分重要的地位，氨及氨加工工业已成为现代化学工业的一个重要部门。2.3市场需要据资料统计:1997年世界合成氨年产量达103.9Mt。预计2000年产量将达到111.8Mt。其化肥用氨分别占氨产量的

9、81.7%和82.6%。我国1996年合成氨产量已达30.64Mt,专家预测2000年将达36Mt,2020年将增加至45Mt。即今后20年间将增加到现在的1.5倍。因而合成氨的持续健康发展还有相当长的路要走。未来我国合成氨氮肥的实物产量将会超过石油和钢铁。合成氨工业在国民经济中举足轻重。农业生产,“有收无收在于水,收多收少在于肥”。所以,合成氨工业是农业的基础。它的发展将对国民经济的发展产生重大影响。因此,我国现有众多的化肥生产装置应成为改造扩建增产的基础。我国七十至九十年代先后重复引进30多套大化肥装置,耗费巨额资金,在提高了化肥生产技术水平的同时,也受到国外的制约。今后应利用国内开发和消

10、化吸收引进的工艺技术,自力更生,立足国内,走出一条具有中国特色的社会主义民族工业的发展路。过去引进建设一套大型化肥装置,耗资数十亿元。当今走老厂改造扩建的道路,可使投资节省1/22/3。节省的巨额资金,用作农田水利建设和农产品深加工,将在加速农村经济发展,提高农民生活水平,缩小城乡差距起着重要用。2.4煤气化制氢技术简介煤炭在我国一次能源的资源结构中占74 %,在我国的化石能源结构中占94 %。煤炭在我国一次能源结构中一直占有举足轻重的作用。按照目前的化石能源探明可采储量和年开采量,如果预计今后煤炭、石油、天然气每年的开采递增速度分别为313 %、115 %、610 %,则煤炭的可开采年限要比

11、石油和天然气长得多,煤气化制氢与水分解制氢相比目前在经济上有明显优势,与其他化石能源转化制氢相比在资源上有明显优势。目前,我国正在抓紧进行大型煤化工、煤气化联合循环发电、煤炭直接液化、燃料电池等一系列需用氢能的高新技术的研究开发、工程示范以及推广应用等工作,以期尽快大幅度提高化石能源的利用效率,同时解决因化石能源的开发与利用所造成的严重环境污染。煤气化是指煤与气化剂在一定的温度、压力等条件下发生化学反应而转化为煤气的工艺过程,且一般是指煤的完全气化,即将煤中的有机质最大限度地转变为有用的气态产品,而气化后的残留物只是灰渣。煤气化制氢是先将煤炭气化得到以H2和CO为主要成分的气态产品,然后经过C

12、O变换和分离、提纯等处理而获得一定纯度的产品氢。煤气化技术有多种类型,首先按气化前煤炭是否经过开采而分为地面气化技术(即将煤放在气化炉内气化)和地下气化技术(即让煤直接在地下煤层中气化)。而地面气化技术通常又按如下几种方式进一步分类：1.按煤料与气化剂在气化炉内流动过程中的接触方式不同分为移动床气化、流化床气化、气流床气化及熔浴床气化等工艺；2.按原料煤进入气化炉时的粒度不同分为块煤(13100 mm)气化、碎煤(0.56 mm)气化及煤粉(10- 5cm)中的水分，其蒸汽压与纯水的蒸汽压相同，在常温下就很容易失去。内在水分是指吸附或凝聚在煤颗粒内部毛细孔 (直径 10 - 5cm)中的水分

13、,由于毛细孔的吸附作用，其蒸汽压低于纯水的蒸汽压，要在高于纯水的正常沸点的温度下才能除尽，所以较难蒸发除去。结晶水是指煤中矿物质所含的结晶水或化合水，通常要在 200 以上才能析出，在工业分析中不予考虑。煤的水分对 Shell煤气化工艺的影响Shell煤气化工艺采用干煤粉进料，要求进气化炉的煤粉水含量低于 2%。就气化炉而言，在特殊情况下，煤粉水含量允许稍高于该值，但不能偏离太多，否则会影响粉煤流化，极可能出现煤粉粘连而造成输送困难。原料煤的水分含量通常高于 2%,过剩水分在制备 Shell气化炉所要求的合格粉煤过程中除去。因此，原料煤的水分含量，尤其是外在水分含量，直接影响煤的运输成本和制粉

14、能耗。（2）灰分含量对气化的影响煤的灰分是指煤的内在矿物质和外来矿物质，内在矿物质又分原生和次生矿物质。原生矿物质是指原始成煤植物含有的矿物质，一般不超过 1%2%；次生矿物质是指在成煤过程中进入煤层的矿物质，约在 10%以下。外来矿物质是指采掘过程中混入煤中的矸石，约 5%10%,高的在 20%以上。煤灰的化学组成主要由 SiO2、Al2 O3、Fe2 O3、CaO、MgO、TiO2、Na2O、K2 O等酸性和碱性的化学组分组成，一般酸性组分高于碱性组分， (Fe2 O3 + CaO +MgO + K2 O +Na2 O) / (SiO2 +Al2 O3 + TiO2 )的比值称为碱酸比。煤

15、灰是煤中的惰性物质，其含量和组成对气化反应本身影响不大，但灰分高的煤在气化过程中产生的灰渣量增加，势必带走部分潜热 (碳 )和显热，使煤的热效率降低。且煤中灰分含量越高，原煤运输成本越大，气化煤耗氧耗越高，气化炉和灰渣处理系统负荷越重，严重时会影响气化炉的正常运行。煤灰中某些组分含量过高会影响煤灰的熔融特性，造成气化炉渣阀排渣不畅或堵塞。Shell煤气化炉采用水冷壁结构，利用煤气化反应初期熔融飞壁上形成固体渣层使膜式壁与炉膛隔离，以减少热量损失，同时在故障期间热负荷变化大时首先造成固体渣层被熔化或者加厚，从而保护炉壁免受损坏。如果煤中灰分含量太低，固体保护渣层形成不好，使气化炉的热损变大，冷煤

16、气效率降低 ,而且不利于炉壁的抗渣保护，影响气化炉使用寿命。尽管 Shell煤气化工艺对煤灰含量要求不是很严格 (煤灰含量可高达 30%以上 )，中原大化集团有限责任公司根据预选煤的情况，其设备设计按无水基煤灰含量 25. 5% (收到基 23. 5%)的煤进行设计。根据荷兰 DEMKOLEC电厂实际运行经验 ,该工艺最优化的煤灰含量为 9%19%,当煤中灰分含量低于 8%时，中压蒸汽量将会增加，也就表明膜式壁固体保护渣层极可能形成不理想，将出现不是期望的运行情况。所以,当飞灰含量低于 8%时，建议执行飞灰强制循环作业。如果投产后实际煤灰含量偏高设计值较多，限制气化炉负荷的瓶颈将是除灰和除渣系

17、统的处理能力。（3）挥发分对气化的影响煤样在隔绝空气的条件下加热至一定温度并恒温一定时间，煤中受热分解析出的有机质即为挥发分。挥发分与水不同,它不是煤中的固有物质，而是在特定条件下煤受热后挥发出的有机质及其分解的产物,其数量和成分随加热条件而变化。煤的挥发分对 Shell煤气化工艺的影响挥发分是煤加热后挥发出的有机质及其分解产物，能大致代表煤的变质程度。一般而言，挥发分越高 ，煤化程度越浅，煤质越轻，反应活性越好，对气化反应越有利。但由于 Shell煤气化采用高温气化，气体在炉内的停留时间比较短，所以气固之间的扩散反应是控制碳转化的重要因素，因而对煤粉粒度要求较高，而对挥发分及反应活性要求不是

18、很严格。（4）硫分对气化的影响煤中硫分以天然硫化物、有机硫和硫酸盐形式出现，有机硫可能占总量的 20%80%。煤中硫在气化环境中形成 H2 S,随合成气进入后系统 ,如果硫含量过高，会给后工序的煤气净化及脱硫带来负担，并直接影响煤气净化系统设备的材料选择、投资成本及运行成本。所以，对煤中硫含量的选择，应结合净化装置的设计及投资综合考虑。（5）粒度对气化的影响煤的粒度在气化过程中占有非常重要的地位。由于粒度的不同，将直接影响到气化炉的运行负荷、煤气和焦油的主率以及气化时的各项消耗指标。通常，不同的煤种在不同气化炉里进行时，对其粒度的要求不一样。煤和灰分都是热的不良导体，导热系数小，传热速度慢，因

19、此粒度的大小对传热过程的影响较大，进而影响焦油的产率。粒度越大，传热越慢，煤粒内外温差越大，煤内焦油蒸气的扩散和停留时间增加，焦油的热分解加剧。煤粒太小时会使气化效率下降。因此要根据煤种和炉型选择不同的粒加以气化。（6）燃料的灰熔点和结渣对气化的影响煤中灰分含量和成分虽然对煤气化反应本身影响不大，但还必须保证适宜的煤渣流动 (粘度 )，所以灰分 ，尤其是灰分成分，对所要求的Shell气化温度有主导影响。Shell煤气化属熔渣、气流床气化 ,为确保灰分熔化、气化炉排渣顺畅，气化操作温度要高于 T 100150 。选用 T 温度低的煤对 Shell煤气化排渣有利，最好选用中低灰熔点的煤。如果煤灰熔

20、点温度过高，势必要求提高气化温度，影响气化炉的运行经济性，也不利于排渣。故对高灰熔点的煤，可以通过添加助熔剂调节煤灰的碱酸比例以改变煤的熔融特性，从而保证气化炉的正常运行。对助熔剂及加入量的选择，要结合煤灰组成进行。Shell煤气化技术评价主要有：(1) Shell气化炉的煤气中CO和H2含量远大于Texaco煤气，而CO2和H2O却远小于Texaco煤气。由于可燃气成分较高，其冷煤气效率较高(约80%83%)，组成的IGCC电站发电效率也较高(43% LHV)。而水煤浆进料的冷煤气效率一般仅为74%77%。组成的IGCC效率也较低(41% LHV) 。(2)由于煤气中水分含量较少(2.0%)

21、，Shell气化炉组成的IGCC因常温净化而损失的热煤气能量较小，而水煤浆进料的煤气中一般都含有16.8%左右的水分，那么当热煤气冷却到常温时，必然损失大量的显热和潜热。水煤浆进料气化工艺对高温净化的需求更迫切。(3)Shell气化炉的喷嘴和水冷壁寿命较长，在Demkolec电站累计运行10 000 h以上未见损坏，气化炉的可用率已达到95%。(4)由于采用干法进料，气化过程的氧耗比水煤浆进料少，煤气中的CO2含量也远小于水煤浆进料的煤气。对于相同容量的气化炉，Shell气化所需的空分站可小于15%25%。(5)采用干灰再循环，提高了碳的转化率(可达到99%)。(6)干法进料系统与水煤浆相比要

22、复杂得多，操作和保护也要严格得多。进料系统的防爆和防泄漏问题十分关键。进料系统的占地和造价比水煤浆大。此外，干法进料系统的粉尘排放远大于水煤浆进料系统。(7)由于Shell气化炉采用4个(或更多)喷嘴运行，易于在低负荷和高负荷下运行，操作的灵活性大，实现大型化的可能性大。据介绍，Shell气化炉的最低负荷可达到25%，即一个喷嘴运行。(8)Shell气化炉运行过程中最重要的控制参数如下：气化炉出口温度；合成气冷却器进口温度；煤气成分；蒸汽的参数(流量、温度、压力)；炉渣的排出量及外观状况。(9)气化炉的变负荷率每分钟大于5%，IGCC的变负荷率每分钟接近3%。2.7本课题研究的主要内容干煤粉加

23、压气化（Shell炉），从本质上来说Shell炉就是加压操作的KT炉，国外研究开发已有50多年的历史（从KT炉算起）。Shell气化技术采用干燥方式，用氮气将煤粉送到气化炉，最后生成合成气，即一氧化碳和氢的混合物。Shell煤气化的目的是为了更加高效、清洁地利用煤资源。如合成气中含有原煤中约80%的能量，另外15%的有效能量以蒸汽的形式获得。整个气化过程只有5%的能量流失。合成气可以用来制造纯氢，生产合成氨、甲醇、含氧化合物，以及尿素及合成氢燃料等衍生物。该合成气还可用于电厂供热、蒸汽和发电的燃料，并可作为城市用气。本论文研究的主要内容是30万吨/年合成氨煤气化制氢工艺设计。通过对Shell煤

24、气化工艺的选择，重要设备的介绍，依据气化过程中物料、热量的衡算并设计出气化炉的尺寸。2.8设计任务项目：30万吨/年合成氨煤气化法制氢工段设计年生产日；300天日生产能力：/300/24=41.66吨合成氨/天煤气化产物分析碳转化率=100- M(CA)/1004.865108 m3100%=100-A6%/1004.865108 m3100%=100-28.856%/1004.865108 m3100%=100-1.73/1004.865108 m3100%=98.37%粗煤气中有效气体含量=(CO)+(H2)/(CO)+(H2)+(O2)+(C2H4)+(CH4)+(N2)+(CO2)+(

25、H2S) =(17.4+37.2)/(31.65+0.3+0.2+0.15+17.4+37.2+12.1+1.0)=54.6/99.78100%=54.76%净煤气中有效气体含量=(CO) +(H2)/(CO) +(H2)+ (O2)+ (C2H4)+(CH4)+ (N2)+ (CO2)=(24.95+53.35)/(2.0+0.5+0.3+24.95+53.35+12.1+1.0)=78.3/94.24.865108 m3100%=83.12%3shell煤气化3.1选择Shell煤气化的原因选择shell煤气化的原因如下： （1）原料煤种适应性广：烟煤、 褐煤和石油焦均可气化。对煤的灰熔融

26、性适应范围宽，即使高灰分、 高水分、 高含硫量的煤种也能适应。 （2）单系列能力强：shell煤气化已投入运行的单台炉气化压力： 3.0Mpa下 ， 日处理煤量达 ：2000t/d 。目前更大规模的装置正在工业化。 （3）热效率高：shell 煤气化冷煤气效率约 83%，其余15%热能被回收为中压或高压蒸汽，总的热效率约为98%左右。 （4）气化效率高：shell煤气化温度约 1600， 碳转化率可达 99%左右， 产品气体洁净，不含重烃，甲烷含量低，煤气中有效气体成分可达 90% 。 （5）氧耗量低：shell煤气化氧耗量比水煤浆气化工艺低15%25% ，因而配套的空分装置投资相对降低。 （

27、6）炉壁冷却：煤气化炉炉壁冷却采用水冷膜式壁结构，并采用挂渣措施保护气化炉壁。无耐火砖衬里， 维护量较少。气化炉内无传动部件，运转周期长，无需备炉。 （7）烧嘴： 煤气化炉烧嘴及控制系统安全可靠。烧嘴设计寿命为8000h，已有 1500h运行记录。荷兰Demkolec电厂使用烧嘴已经4年。气化操作采用先进的控制系统，设有必要的安全联锁，使气化操作始终处于最佳状态运行。 （8）排渣：煤气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状颗粒， 性质稳定， 对环境几乎没有影响。气化污水中含氰化物少，易处理。3.2工艺流程图Shell煤气化工简述：原料煤输送至磨煤机，磨煤机把原料煤粉碎至合适有效的气化尺寸(质量分数

28、为90 %的颗粒小于100m)，煤粉碎的同时用惰性气体干燥，把蒸发后的水蒸气带走，经内部分离器分级后,合格的煤粉被收集在沉降池里，气化所需要的氧气由空气装置提供，空分装置来的氮气经压缩后为输煤系统提供低压氮气和高压氮气。干燥后的合格的煤粉被氮气输送至煤加压及供料系统，如需要，加压后的煤粉、氧气和蒸汽可以通过成对喷嘴进入气化炉，气化炉的操作压力为3.0 MPa4.0 MPa，反应温度高达1 4001 700，熔渣自气化炉的下部流出，与水接触，形成固体颗粒通过灰锁排出。温度为1 400的出口气体与冷激气混合后，降至900。进入废锅，经废热锅炉回收热量，合成气温度降至250，再经陶瓷过滤器将合成气中

29、的粉尘降至3 mg/m35 mg/m3，进入水洗塔,使合成气中的粉尘含量进一步降至1 mg/m3送后工序。图2.1 shell 煤气工艺流程图3.3 shell气化工艺的主要设备（1）煤粉制备和送料系统煤粉制备和送料系统：Shell煤气化工艺采用干煤粉进料系统。原煤的干燥和磨煤系统与常规电站基本相同，但送料系统是高压的N2气浓相输送。与水煤浆不同，整个系统必须采取防爆措施。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。对烟煤，煤粉细度R90一般为20%30%，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2级加压锁斗系统。再用高压N2气，以较高的固

30、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。（2）气化炉由对称布置的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，气化炉温度维持在1 4001 600 ，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，变成一种玻璃态不可浸出的渣排出。粗煤气随气流上升到气化炉出口，经过一个过渡段，用除尘后的低温粗煤气(150 左右)使高温热煤气急冷到900 ，然后进入对流式煤气冷却器。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。Shell气化炉的压力壳内布置垂直管膜式水冷壁，产生4.0

31、 MPa的中压蒸汽。向火侧有一层很薄的耐火涂层，当熔融态渣在上面流动时，起到保护水冷壁的作用。（3）煤气冷却器粗热煤气在煤气冷却器中被进一步冷却到250 左右。低温冷却段产生4.0 MPa的中压蒸汽，这部分蒸汽与气化炉产生的中压蒸汽混合后，再与汽轮机高压缸排汽一起再热成中压再热蒸汽。高温冷却段产生13 MPa的高压蒸汽，它与余热锅炉里的高压蒸汽一起过热成主蒸汽。（4）磨煤机原煤由落煤管进入两个碾磨部件的表面之间，在压紧力的作用下，受到挤压和碾磨而被粉碎成煤粉。由于碾磨部件的旋转，磨成的煤粉被抛至风环处(装有均流导向叶片的环形热风通道称为风环)。热风以一定速度通过风环进入干燥空间，对煤粉进行干燥

32、，并将其带入碾磨区上部的粗粉分离器中，经分离，不符合燃烧要求的粗粉返回碾磨区重磨；合格的煤粉经粗粉分离器由于燥剂带出磨外，引至一次风管。（5）粉煤袋式收集器采用低压长袋喷吹脉冲方式，通过粉煤袋式收集器使循环气中固体颗粒含量低于10mg/m3。（6）热风炉装置给整个循环气系统提供热量，通过控制循环气的温度在105-110之间，保证碾磨干燥后的粉煤水分含量小于2%。出气温度：258燃料气来源：开工时点火用LPG、开工用柴油、正常运行为合成时放气，同时有一个合成精制气作为备用热源。（7）环循风机要保证循环气从磨机中以一定的速度将煤粉送到的袋式收集器内，提供热风的内循环动力。（8）煤仓煤通过磨煤机粉碎

33、以后，再通过输送系统，进入到煤仓，方便煤粉下一步到气化炉。3.4 shell气化过程中的化学反应使用不同的气化剂可以制取不同种类的煤气，主要反应都相同。煤炭气化过程可分为均相和非均相反应两种类型。即非均相的气-固相反应和均相气-气反应。生成煤气的组成取决于这些反应的综合过程。由于煤结构很复杂，其中含有碳、氢、氧和硫等多种元素，在讨论基本化学反应时，一般仅考虑煤中主要元素碳和在气化反应前发生的煤的干馏或热解，即煤的气化过程仅有碳、水蒸气和氧参加，碳与气化剂之间发生一次反应，反应产物再与燃料中的碳或其他气态产物之间发生二次反应。主要反应如下。一次反应：C+O2CO2-394.1kJmolC+H2O

34、 CO+H2+135.0 kJmolC+12O2CO-110.4 kJmolC+2H2OCO2+2H2+96.6 kJmolC+2H2 CH4-84.3 kJmolH2+12 H2O-245.3 kJmol二次反应：C+CO2 2CO+173.3 kJmol2CO+O2 2CO2-566.6 kJmolCO+H2O H2+CO2-38.4 kJmolCO+3H2 CH4+H2O-219.3 kJmol3C+2H2OCH4+2CO+185.6 kJmol2C+2H2OCH4+CO2+12.2 kJmol根据以上反应产物，煤炭气化过程可用下式表示：煤（高温、加压、气化剂）C+CH4+CO+CO2+

35、H2+H2O3.5气化反应的物料、热量衡算地处西北，这儿以褐煤为主，以大量的煤气化提供了便利的能源。褐煤是炭化程度较低的煤，其特点是发热量低(40%),含游离腐植酸。空气中易风化碎裂，燃点低（270左右）。在气化过程中尽管每个过程的化学反应不尽相同，但它们都遵循元素平衡的规律。加压衡算的步骤和内容基本与常压的相同。气化过程进入气化炉内的碳，主要是指原料带入的碳；带出气化炉的碳，则包括煤气、焦油、轻质油、酚、煤气吹出物和灰渣等几项。气化过程中氢的来源，包括水蒸气和原料煤中的氢；带出气化炉的氢则包括在煤气、焦油、轻质油、酚、氨和煤气中未分解的水蒸气。气化过程中氧的来源，一是原料中的化合氧（包括所含

36、水分中的氧），二是气化剂带入的氧（包括水蒸气中的氧）；带出气化炉的氧，主要是生成煤气中的氧，以及焦油、轻质油中的微量氧。以1000kg褐煤为计算基准，已知的原始数据如下。褐煤的工业分析：Mar=19.5%； Aar=27.3%； Var=28.2%；ar(S)=0.36%褐煤的元素分析：daf(C)=72.13%；daf(H)=5.5%；daf(O)=19.70%；daf(N)=1.99%；daf(S)=0.68%换算为收到基：ar(C)=38.4%； ar(H)=2.93%； ar(O)=10.42%； ar(N)=1.09%； ar(S)=0.36%褐煤铝甑分析：(半焦)=74.98%；(

37、焦油)=6.50%；(热解水)=11.04%；(煤气及损失)=7.48%灰渣熔点:T1=1380；T21400；T31420煤气组成如下。粗煤气：(CO2)=31.65%；(O2)=0.3%；(C2H4)=0.2%；(H2S)=0.15%；(CO)=17.4%；(H2)=37.2%；(CH4)=12.1%；(N2)=1.0%高热值(kgm3)：11903净煤气：(CO2)=2.0%；(O2)=0.5%；(C2H4)=0.3%；(CO)=24.95%；(H2)=53.35%；(CH4)=12.1%；(N2)=1.0%高热值(kgm3):17070焦油组成：(C)=80.0%；(H)=9.0%；(

38、O)=8.7%；(N)=1.0%；(S)=1.3%轻质油组成：(C)=85.0%；(H)=15.0%副产品产率：(焦油)=3.96%；(轻质油)=0.794%；(水溶性酚)=0.52%；(氨)=0.66%气化条件如下：原料粒度：625mm。气化炉操作压力：1.962.45MPa。气化炉操作温度：10001050。水蒸气、氧气压力：2.452.95 MPa。水蒸气温度：450500。煤气出炉温度：300。带出物料(占工作原料)：1%。灰渣碳含量：6%。在除去1%的带出物后100kg褐煤实际入炉的物料如下：mar(C)=38.02kg；mar(H)=2.9kg；mar(O)=10.32kg；mar

39、(N)=1.08kg；mar(S)=0.36kg；Mar=19.30kgAar=27.02kg在除去带出物损失后，副产品产率如下：焦油=3.92kg；轻质油=0.786kg；水溶性酚=0.515kg；氨=0.65kg3.5.1 气化反应的物料衡算气化反应的物料衡算主要有：(1)碳的衡算 根据碳平衡计算求出粗煤气的产率，设粗煤气的产率为V m3kg(煤)，计算如下。粗煤气中的碳量计算如下：m(C)=1222.4100 (CO2)(CO)(CH4)2(C2H4)=0.(31.65%+17.4%+12.1%+20.2%)=0.3297 kgm3灰渣中排出的碳量计算如下。灰渣中的碳含量以6%计，硫含量

40、以0.35%计，则灰渣的产量为：A=100Aar100-6-0.35=10027.02100-6-0.35=28.85kg从灰渣中排出的碳量为：M(CA)=A6%=28.856%=1.73kg碳平衡计算带入气化炉的碳量，m(C入)=38.02kg带出气化炉的碳量包括下面几项：煤气带出的碳量，m(C粗)=0.3297100V粗灰渣带出的碳量，m(CA)=1.73kg焦油带出的碳量，m(C焦油)=3.920.8=3.136kg轻质油带出的碳量，m(C轻质油)=0.7860.85=0.668kg酚带出的碳量，m(C酚)=0.5157294=0.394kg根据碳平衡m(C入)=m(C出)得：38.02=32.97V粗1.733.1360.6680.394得粗煤气的产率为：V粗=(38.02-5.928) 32.97=0.973m3kg(煤)(2)氢的衡算 根据氢平衡来计算水蒸气的分