气流床气化法

气流床气化法气流床气化工艺K-T气化法德士古气化工艺K-T气化炉工艺流程工艺指标德士古气化炉工艺流程工艺条件和气化指标1、气流床气化基本原理和特点1.1基本原理气体气流床煤粒与气体同时穿过煤粒：70%过200目气体流化床煤粒运动气体穿过煤粒：3-5mm气体固定床煤粒不动气体穿过煤粒：6-50mm气流床气化是将气化剂(氧气和水蒸汽)夹带着煤粉或煤浆，通过特殊喷嘴送入炉膛内。在高温辐射下，氧煤混合物瞬间着火、迅速燃烧，产生大量热量。火焰中心温度可高达2000℃左右，所有干馏产物均迅速分解，煤焦同时进行气化，生成含一氧化碳和氢气的煤气及熔渣(液态排渣)。气流床气化炉内的反应基本上与流化床内的反应类似。概念:因此,原料煤的黏结性、机械强度、热稳定性对气化过程基本不起作用。故，气流床气化除对熔渣的黏度-温度特性有一定要求外，原则上可适用于所有煤种。在反应区内，煤粒悬浮在气流中，随气流并流运动，煤粒快速干馏和热解，同时煤焦与气化剂进行着燃烧和气化反应。煤粒之间被气流隔开，单独进行膨胀、软化、燃尽及形成熔渣等过程，煤粒相互之间的影响较小。1.2主要特征①气化温度高、气化强度大纯氧和水蒸气气化，温度达2000℃左右②煤种适应性强；褐煤不适于制水煤浆加料。③煤气中不含焦油；反应温度高，床层温度均一④需要设置庞大的磨粉、余热回收、除尘等辅助装置。粉煤70~80%过200目筛分，出口煤气温度高，起气速高带走的飞灰多。2、K-T气化法K-T(Koppers-Totzek)气化法是气流床气化工艺中一种常压粉煤气化制合成气的方法。如图所示，K-T炉炉身内衬有耐火材料的圆筒体，两端各安装着圆锥形气化炉头．为两个炉头，也有四个炉头。2.1气化炉结构:粉煤(约85％通过200目）与氧气和水蒸汽混合物由气化室相对二侧的炉头并流送入，瞬间着火，形成火焰，进行反应。两股相对气流使气化区内形成高度湍流，反应加快。反应基本上在炉头内完成，即在喷嘴出口0.5m处或在0.1s内完成。气体在炉内的停留时间约为1s左右。在火焰末端，即气化炉中部，粉煤几乎完全被气化。反应速度快:60~70％自气化炉底排出;其余的熔融细粒及未燃尽的炭被粗煤气夹带出炉。在炉内的高温下，灰渣熔融呈液态:为了防止炉衬受结渣、侵蚀和高温的影响，炉内设有水蒸汽保护幕。保护幕呈圆锥形，包围着粉煤燃烧与气化所形成的火焰。原采用硅砖砌筑，经常发生故障;近年改用加压喷涂含铬耐火喷徐材料，涂层厚70mm，使用寿命可达3~5年;耐火衬里:目前，世界上最大的K-T炉在印度，容积为56m3，有四个炉头，采用喷涂耐火衬里，以渣抗渣的冷壁结构，可副产高压蒸汽。K-T气化工艺流程包括：煤粉制备、煤粉和气化剂的输送、制气、废热回收和洗涤冷却等部分2.2气化工艺(1)气化工艺流程2-螺旋给料器3-氧煤混合器4-煤粉喷嘴6-辐射锅炉7-废热锅炉10-冷却洗涤塔12-最终冷却塔小于25mm的原料煤送至球磨机中进行粉碎，从燃烧炉来的热风与循环风、冷风混合成200℃左右(视煤种而定)的温风亦进入球磨机。原煤在球磨机内磨细、干燥，煤粉随70℃左右的气流进入粗粉分离器，进行分选。粗煤粒返回球磨机，合格的煤粉加入充氮的粉煤储仓。煤粉粒度70~80％通过200目筛（0.1mm），并干燥到：烟煤水分控制在1％；褐煤水分控制在8~10％。①煤粉制备图5-44K-T气化工艺流程1-煤斗；2-螺旋给料器；3-氧煤混合器；4-煤粉喷嘴；5-气化炉；6-辐射锅炉；7-废热锅炉；8-除渣机；9-运渣机；10-冷却洗涤塔；11-泰生洗涤机；12-最终冷却塔；13-水封槽；14-急冷器煤仓中粉煤通过气动输送输入气化炉上部的粉煤料斗1。全系统均以氮气充压。螺旋加料器2将煤粉送入氧煤混合器3；空分工业氧进入氧煤混合器3。均匀混合的氧气和煤粉，进入烧嘴4，喷入气化炉内5；过热蒸汽同时经烧嘴4送入气化炉5。关键：煤粉喷射速度必须大于火焰的扩散速度，防止回火。②煤粉和气化剂的输入改善湍流状态；当其中一个烧嘴堵塞时，仍可保证继续操作；喷出的煤粉在自已的火焰区中未燃尽时，可进入对面烧嘴的火焰中气化；火焰相对喷射的，一端的火焰喷不到对面炉壁，因此炉壁耐火材料承受瞬间高温的程度可以减轻。每个炉头内的两个烧嘴组成一组，与对面炉头内的烧嘴处于同一直线上。双烧嘴相邻对称设置的优点：由烧嘴进入的煤、氧和水蒸汽在气化炉内迅速反应，产生温度约为1400~1500℃的粗煤气。粗煤气在炉出口处用饱和蒸汽急冷，气体温度降至900℃以下，气体中夹带的液态灰渣快速固化。以免粘在炉壁上，堵塞气体通道而影响正常生产。在高温炉膛内生成的液态渣，经排渣口排入水封槽淬冷，灰渣用捞渣机排出。③制气与排渣14-急冷器小于900℃1400~1500℃生成气的显热用辐射锅炉或对流火管锅炉加以回收，并副产高压蒸汽。废热锅炉出口煤气温度在300℃以下。辐射式废热锅炉约可回收热量的70％，由于炉内空腔大，故结渣、结灰等问题均不严重；对流式废热锅炉存在飞灰对炉管较严重磨损问题。辐射锅炉④废热回收废热锅炉⑤洗涤冷却气化炉逸出的粗煤气经废热锅炉回收显热后，进入冷却洗涤塔，直接用水洗涤冷却，再由机械除尘器(泰生洗涤机)和最终冷却塔除尘和冷却，用鼓风机将煤气送入气柜。除渣机运渣机冷却洗涤塔泰生洗涤机终冷塔水封槽传统的考伯斯除尘流程，不考虑飞灰回收利用，飞灰经洗涤后集中堆存处理多数煤种气化时产生的飞灰含碳量不高，不值得回收利用。除渣机运渣机冷却洗涤塔泰生洗涤机终冷塔水封槽效率达90％泰生洗涤和终冷塔后，含尘量可降至30~50ug／m3；进一步可降至3mg／m3。③压力:微正压(2)操作条件与气化指标①原料煤：可应用各种煤，特别是褐煤和年青烟煤更为适用。要求煤的粒度小于0.1mm，即要求70%~80%通过200目筛。②温度：火焰中心温度为2000℃，粗煤气炉出口处未经淬冷前温度约为1400~1500℃；④氧煤比：烟煤0．85~0．9kg／kg煤；⑤气化效率：69％~75％(冷煤气效率)；⑥碳转化率：30％~98％；⑦生成气性质：见下表项目烟煤褐煤燃料油原料组成W/%A/%w(C)/%w(H)/%w(O)/%w(N)/%w(S)/%1.016.268.84.28.61.10.18.018.449.53.316.11.82.90.05-85.011.40.400.153.0生成气组成Φ(H2)Φ(CO)Φ(CH4)Φ(CO2)Φ(O2)Φ(N2+Ar)Φ(H2S)33.353.00.212.0痕迹1.5＜0.127.257.10.211.8痕迹2.21.547.046.60.14.4痕迹1.20.7生成气热值/(MJ/m3)产气率/(m3/kg)10.361.8710.221.2710.992.89K-T气化炉生产的生成气的性质有效成份(CO+H2)可达85~90％；甲烷含量很少(约0.2％)；煤气中不含焦油。K-T气化法的技术成熟，有多年运行经验；气化炉结构简单，维护方便，单炉生产能力大；煤种适应性广，更换烧嘴还可气化液体燃料和气体燃料；煤气中不含焦油及烟尘，甲烷含量很少(约0.2％)，有效成份(CO+H2)可达85％~90％；蒸汽用量低；不产生含酚废水，大大简化了煤气冷化工艺；生产灵活性大，开、停车容易，负荷调节方便；碳转化率高于硫化床。(3)主要优点：庞大的制粉设备，耗电量高；在制煤粉过程中，为防止粉尘污染环境，也需设置高效除尘装置，故操作能耗大，建厂投资高。气化过程中耗氧量较大，需设空分装置和大量电力；为将煤气中含尘量降至0.1mg／m3以下，需有高效除尘设备。为进一步提高气化强度和生产能力，在K-T护的基础上，现发展了谢尔-考伯斯(Shell-Koppers)炉，即由原来的常压操作改进为加压下气化，使生产能力大为提高。（4）缺点工艺指标原料温度压力碳转化率气化效率原则上可以用任何煤种，但褐煤和年轻烟煤更为适用。要求煤的粒度小于0.1mm，70％～80％过200目筛。进料采用干粉煤，只有当褐煤的水分较高时，才预先将煤干燥。由于气体将煤粒隔开，因而不会造成黏结现象，所以气化用煤不必考虑黏结性。但粉煤采用气力输送，不仅能耗大，而且管道与设备的磨损也较为严重。炉头内火焰中心的温度在2000℃，粗煤气出口温度为1500～1600℃．经过急冷后温度降到900℃左右。高温有和于加快反应速度，提高气化强度和生产能力。同时高温还可以获得比较高的碳转化率。炉内压力(表压)为196～294Pa，微正压。为1／0.5，此法要求维持高温，应尽量少加水蒸气，因而该法的氧耗高，用空气代替氧气的做法行不通，因为需要高度预热来保持灰分的液态排渣。对烟煤而言，每千克烟煤消耗的氧气约0.85～0.9kg，消耗水蒸气约0.30～O.34kg。69％～75％(冷煤气效率)80％～90％氧和水蒸气的体积比3、德士古气化法•历史：•德士古(TEXACO)气化工艺最早开发于20世纪40年代后期。开始的工作重点集中在开发一种天然气的重整工艺，以便为转换成液态烃化合物制造合成气。不久后，重点转向为氨的生产制造合成气。•20世纪50年代期间，研究扩大该工艺以气化石油及少量的煤。•目前，在我国运行的德士古气化炉有12台。兖矿鲁南化肥厂的德士古气化装置，是我国从国外引进的第一套德士古煤炭气化装置，采用水煤浆进煤在加压下来生产合成氨的原料气体。德士古（Texaco）气化法水煤浆进料，加压气化气化原料：水煤浆气化剂：氧气（1）基本原理和气化炉型水煤浆通过喷嘴在高速氧气流作用下破碎、雾化喷入炉内。①：基本原理ａ：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。生成以CO、H2、CO2、H2O为主要成分的湿煤气及熔渣。气流床－Texaco（德士古）炉喷嘴O2入口冷却水入口冷却水出口水入口水出口气化炉耐火砖衬气化炉为一直立圆筒形钢制耐压容器，炉膛内壁衬以高质量的耐火材料，以防热渣和粗煤气的侵蚀。气化炉近似绝热容器，故热损失很少。德士古气化炉内部无结构件，维修简单，运行可靠性高。喷嘴O2入口冷却水入口冷却水出口水入口水出口气化炉耐火砖衬1)水煤浆通过喷嘴在高速氧气流作用下雾化喷入气化炉。2)氧气和雾状水煤浆在炉内受到耐火衬里的高温辐射作用，迅速经历预热、水分蒸发、煤的干馏、挥发物的裂解燃烧以及碳的气化等一系列复杂的物理、化学过程。3）生成以CO、H2、CO2和水蒸汽为主要成分的湿煤气及熔渣，一起并流而下．离开反应区，进入炉子底部急冷室水浴，4）熔渣经淬冷、固化后被截留在水中．落入渣罐，经排渣系统定时排放。5)煤气和所含饱和蒸汽进入煤气冷却净化系统。喷嘴O2入口冷却水入口冷却水出口水入口水出口气化炉耐火砖衬急冷室水浴特点：－水煤浆进料（煤60％）－先进行预热、水蒸发－干馏、热解、气化－液态排渣－进料比干煤粉简单稳定－湿法研磨节省动力－煤浆需加稳定剂－对向火面耐火材料要求高－副产蒸气利用很重要－O2耗较高、CO2较多喷嘴O2入口冷却水入口冷却水出口水入口水出口气化炉耐火砖衬3.2德士古(TEXACO)气化工艺德士古气化工艺可分为煤浆制备和输送、气化和废热回收、煤气冷却净化等部分：1-输煤装置；2-煤仓；3-球磨机；4-煤浆槽；5-煤浆泵；6-气化炉；7-辐射式废热锅炉；8-渣锁；9-对流式废热锅炉；10-气体洗涤器；11-沉淀器；12-灰渣泵说明：1）煤气中不含焦油，故不需设置脱焦油装置。2）废水中含有极少量的酚、氰化氢和氨，只需常规处理即可。3）固体熔渣对环境无污染，并可用作建筑材料。气化炉旋风分离水洗磨煤煤水水煤浆水煤浆氧氧水煤浆泵锁斗渣合成气热水蒸发塔酸性气体德士古气化工艺采用煤浆进料，比干式进料系统稳定、简单。(1)煤浆制备和输送煤浆制备：较多采用一段湿法制水煤浆工艺。分为开路(不返料)和闭路(返料)研磨流程。非封闭式湿磨系统高浓度湿磨水添加剂原煤水煤浆煤和水按一定比例—次通过磨机制得水煤浆，同时满足粒度和浓度的要求。A一段湿法(开路)：封闭式湿磨系统高浓度湿磨水添加剂原煤水煤浆湿筛返料煤经