煤加压气化工艺

作者:威廉亚洲 发布时间:2020-08-13 08:59

  目录 引言 .................................................................................................................................................. 1 1 碎煤加压气化装置........................................................................................................................ 2 1.1 装置概况............................................................................................................................. 2 1.2 岗位任务............................................................................................................................. 2 1.3 原料..................................................................................................................................... 2 2 工艺原理........................................................................................................................................ 3 2.1 加压气化流程简述 ............................................................................................................. 4 2.2 产品规格(粗煤气) ......................................................................................................... 8 3 影响加压企划的因素.................................................................................................................... 9 3.1 煤质对气化的影响 ............................................................................................................. 9 3.2 水分含量对气化的影响 ..................................................................................................... 9 3.3 灰分含量对气化的影响 .................................................................................................. i10 3.4 挥发份对气化的影响 ....................................................................................................... 10 3.5 硫分对气化的影响 ........................................................................................................... 11 3.6 粒度对气化的影响 ........................................................................................................... 11 3.7 煤的灰熔点和结渣性对气化的影响 ............................................................................... 12 3.8 煤的粘结性对气化的影响 ............................................................................................... 12 3.9 煤的化学反应性的影响 ................................................................................................... 12 3.10 煤的机械强度和热稳定性对气化的影响 ..................................................................... 12 3.11 灰熔点对气化的影响 ..................................................................................................... 13 3.12 灰样对气化操作的指导意义 ......................................................................................... 13 3.13 入炉矸石含量增多,对气化炉的生产会带来有害的影响 ......................................... 13 4 碎煤加压气化技术特点.............................................................................................................. 14 5 碎煤加压气化的优缺点: .......................................................................................................... 14 6 煤气化主要反应的反应机理 ...................................................................................................... 15 6. 1、碳的氧化机理............................................................................................................... 15 6.2、二氧化碳还原机理 ........................................................................................................ 15 7 与气化工艺有关的指标.............................................................................................................. 15 7.1:气化强度:.................................................................................................................... 15 7.2:气化能力........................................................................................................................ 16 参考文献......................................................................................................................................... 17 致 谢 ............................................................................................................................................ 18 引言 论是从煤的深加工过程还是环保控制等诸多方面都要求对原煤加工过程都 要求提高煤的利用率。气化原理:在本质上是将煤由高煤的分子固态物质转变为 低分子气态物质。煤是一种固体化石燃料,与一般燃料比较,其元素组成中 C、 H 比较高,将煤由固态转变为气态过程,也就是改变燃料 C、H 比结构的过程。 影响加压气化的因素很多如:水分含量对气化的影响;灰分含量对气化的影响; 挥发份对气化的影;响硫分对气化的影响 ;粒度对气化的影响;煤的灰熔点和 结渣性对气化的影响; 煤的粘结性对气化的影响 煤的化学反应性的影响 煤的机 械强度和热稳定性对气化的影响;灰熔点对气化的影响等。控制好各种对加压气 化有影响的因素的指标能更好地利用煤的价值更有利于保护环境,降低污染和充 分利用资源。 这篇文章就是针对影响碎煤加压气化的因素的进行控制使其更高效的生产。 1 碎煤加压气化装置 1.1 装置概况 天公司年产 20 亿立方米煤制天然气项目,加压气化装置是赛鼎工程有限责 任公司负责设计。本装置由 22 台碎煤加压气化炉(包括煤溜槽、煤锁、气化炉、 洗涤冷却器、灰锁、膨胀冷凝器、废热锅炉及粗煤气分离器等配套设备)组成, 按三个框架布置,其中 A、C 框架各为 7 台气化炉,B 框架为 8 台气化炉。总产 气量 946524Nm3/h(干基),单台炉生产能力 43024Nm3/h,总耗煤量 582t/h,总 耗氧量 126280Nm3/h,过热蒸汽总耗量 733.7t/h。每个框架同时配置了辅助的润 滑系统、液压系统、煤锁气回收系统、火炬系统、水力排渣系统等。 气化 A 框架的 7 台气化炉与 B 框架的 1#~4#气化炉,共 11 台气化炉对应变换冷却装 置的 A 系列; C 框架的 7 台气化炉与 B 框架的 5#~8#气化炉, 共 11 台气化炉对应变换冷却 装置的 B 系列。为实现 A、B 系列粗煤气总管气量平衡,将 B 框架 1#~4#炉与 5#~8#炉粗 煤气总管进行了连通。 气化装置所用主要设备气化炉,分别由哈尔滨锅炉厂有限责任公司、太原重 工股份有限公司、大连金州重型机器有限公司制造,气化炉唯一的传动设备旋转 炉篦由郑州机械研究所承制。 1.2 岗位任务 加压气化装置的主要任务是以粒度为 8~50mm 的长焰煤为原料, 蒸汽和氧气 为气化剂,通过加压气化反应生产合格的粗煤气,经洗涤冷却后送入变换冷却装 置。 1.3 原料 从煤矿来的经除铁除杂质等, 处理合格的煤按需要的输送量通过带式输送机 将煤送至筛分楼进行筛分,弛张筛筛上物(8~50mm)的煤计量后送至气化炉贮 煤仓,供气化使用。 规 格 单 位 mm mm mm 粒度控制范围(%) ≤5 ≥90 ≤5 <8 8~50 >50 2 工艺原理 煤的气化是一个复杂多相物理化学反应过程。主要是煤中的碳与气化剂、气 化剂与生成物、生成物与生成物及碳与生成物之间的反应。煤气的成分决定于原 料种类,气化剂种类及制气过程的条件。 制气过程的条件主要取决于气化炉的构造和原料煤的物理化学性质, 其中煤 的灰熔点和粘结性是气化用煤的重要指标。 本装置采用碎煤加压气化是一种自热式、移动床、逆流接触、连续气化、固 态排渣工艺过程。 气化炉外壁按 4.6MPa (g) 的压力设计, 内壁仅能承受 0.15MPa 的压差,操作压力为 4.0MPa(g)。煤在气化炉中的气化过程可分为五个层:灰 层、燃烧层、气化层、干馏层、干燥和预热层,其各层反应简图与反应过程介绍 如下: 鲁奇加压气化炉内生产工况如图所示,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、气化、燃烧、灰层等物理 化学过程 加压气化原理: 力下煤的气化在高温下受氧、水蒸汽、二氧化碳的作用,各种反应如下:碳与氧 的反应: ⑴C+O2=CO2+408.8MJ ⑵2C+O2=2CO ⑶CO2+C=2CO +246.4MJ -162.4MJ ⑷2CO+O2=2CO2 +570.24MJ 碳与水蒸汽的反应: ⑸C+H2O=CO+H2 ⑹C+2H2O=CO2+2H2 ⑺CO+H2O=CO2+H2 甲烷生成反应: ⑻C+2H2=CH4 +87.38MJ +206.2MJ -118.8MJ -75.2MJ +42.9MJ ⑼CO+3H2=CH4+HOO 2.1 加压气化流程简述 在碎煤加压气化炉中,煤与气化剂在 4.06MPa 压力下,逆流接触进行气化反 应。 碎煤加压气化装置包括带内件(波斯曼套筒、炉篦)的加压气化炉和供煤的 煤锁、排灰的灰锁,它们直接附置在炉体上。 经筛分后 5~50mm 的合格碎煤由输煤皮带供到气化炉煤仓中, 煤仓的储用量 约为正常负荷时的 4 小时的使用量。 煤通过煤溜槽经安装在气化炉顶部的煤锁定期加入气化炉, 煤在炉内下降过 程中与气化剂接触反应。含碳量约为 7%的灰由炉篦转动排入灰锁,定时排入输 灰系统。 用作气化剂的水蒸汽不可能完全分解,仍有一定量蒸汽离开干馏层,离开气 化炉粗煤气中含有煤中水份和气化剂中未分解的水蒸气。 粗煤气在洗涤冷却器中 被蒸汽饱和,油、焦油和其它一些物质在洗涤过程中冷凝,并离开洗涤冷却器, 包括部分从气化炉来的煤灰,与煤气水、粗煤气一起进入废热锅炉集水槽中。在 废锅管程内,粗煤气进一步被冷却到 181℃,液滴将进一步分离。 残留在粗煤气中的冷凝液,在粗煤气气液分离器中进行汽液分离,分离出的 煤气水进入废热锅炉底部集水槽。 离开气化工段的粗煤气在压力 3.99MPa(a),181℃送往粗煤气变换冷却工号。 碎煤加压气化属于自热式工艺,所需热量由煤的部分燃烧提供。 各设备的主要作用: 煤仓 筛分过的煤,由煤仓经给料溜槽进到煤锁,煤仓容积 200 m 。其储量可满 足气化炉在正常负荷下操作约 4 小时。 煤锁 煤锁是一个容积约 18.7 m 的压力容器,可以定期将煤加入气化炉。煤锁上 下阀及充泄压阀门均为液压控制。煤锁的操作可由就地、遥控、半自动、全自动 四种操作方式来实现。 煤锁要从常压增至与气化炉压力相等,以使煤能周期性地加至气化炉中。正 常情况下的全自动操作包括以下步骤: 1) 煤锁显示空,依煤锁下部的温度计上升而显示,初时下阀附近温度大约 为 50℃; 2)关闭煤锁下阀,煤锁开始泄压,煤锁气将收集到煤锁气柜中。(在入气 柜之前经过洗涤器和分离器); 3)当煤锁泄完压之后,打开上阀; 4)打开供煤溜槽圆筒阀煤靠自重流入煤锁。通过煤锁引射器抽取煤锁尾气, 经煤尘旋风分离器排出; 5)煤锁满后,先关闭供煤溜槽圆筒阀,再关闭煤锁上阀; 3 3 6)煤锁首先用来自煤气变换冷却工段的粗煤气,充压到大约 3600KPa,然 后用来自气化炉顶部的粗煤气充压以达到与炉压平衡; 7)煤锁充压到与气化炉的压力平衡时,打开煤锁下阀,煤加到气化炉内。 每个加煤循环大约需要 10 分钟。 按设计,正常负荷时气化炉每小时加煤 3.5 锁。 当气化炉顶部法兰温度超过 240℃时,气化炉将联锁停车,这种情况一般发 生在加煤故障时。此时,气化炉应在煤锁法兰温度达到停车温度之前手动停车。 气化炉 气化炉是一个双层夹套容器,外壁按 4.6MPa 压力设计,内壁最大仅能承受 0.15MPa 外压。 夹套内中压锅炉给水保持一定液位,以冷却气化炉炉壁。气化炉运行期间, 部分热量由燃料层传至夹套,产生一定量的夹套蒸汽,经夹套蒸汽分离器分离后 蒸汽进入气化剂系统,与外供蒸汽混合进入气化炉内。 炉内的波斯曼套筒的作用是:储存煤锁加入炉内的冷煤;限定炉内的煤层移 动方向;外部是煤气的聚集空间,防止粉煤被直接带出,将煤气引至出口。 气化剂(界区来的氧气经预热器加热至 110℃)经由旋转炉篦进入气化炉灰 层及燃烧层。 炉篦由两个同步的变频电机驱动。 炉篦有下列作用: 1)使汽化剂均匀分布到气化炉的横断面; 2)排灰并维持一定的灰层高度; 3)破碎灰渣块,使灰渣粒度减小,防止灰锁阀门堵塞; 4)保持煤层、灰层在移动中达到均衡。作为均匀灰层条件,目的是防止汽 化剂在煤层中形成沟流。 炉篦的排灰能力取决于装在其下面的刮刀数和炉篦转速。 炉篦连续运行,仅在灰锁循环开始时才短暂停止。 进入气化炉的气化剂依次通过灰层、燃烧层、气化层、干馏层、干燥和预热 层。反应生成物煤气出气化炉温度约 225℃左右,其主要组分 CO、H2、CO2、CH4 和未分解的水蒸汽,并含有少量的 CnHm、N2、硫化物(大部分为 H2S)、焦油、 石脑油、酚、脂肪酸和氨奈等杂物。 灰锁 灰锁是一个全容积约 13.2 m3 的压力容器(有效容积 60~70%),用液压控制 上、下阀及充泄压阀和充水阀。 灰锁与膨胀冷凝器相连为灰锁系统的一个整体。 灰锁连续不断接收气化炉旋转炉篦排出的灰,正常工况下与气化炉相通,压 力相等,排灰时灰锁泄压至常压。其操作可以现场手动、遥控手动、半自动、全 自动操作。灰锁的循环包括下列步骤: 1)灰锁、膨胀冷凝器,充压至与气化炉的压力相等时,打开灰锁上阀,接 受炉篦排出的灰; 2)灰锁的料位检测,通过射线料位计,或炉篦圈数的方法控制,当灰量达 设定时,灰锁上阀关闭; 3)灰锁上阀关闭后重新启动炉篦;灰渣暂时存入炉篦下面的下灰室; 4)打开灰锁膨胀冷凝器泄压一阀,灰锁开始泄压。灰蒸汽进入充满水的膨 胀冷凝器并冷凝,灰锁压力降低; 5)灰锁泄至稍高于常压时,打开冷凝器底部泄压二阀,排空冷凝器; 6)打开灰锁下阀,灰经由灰溜槽排入水力排渣沟; 7)在灰锁排灰期间,关闭膨胀器泄压二阀,膨胀冷凝器重新注水; 8)关闭灰锁下阀,用过热中压蒸汽给灰锁充压,直到与气化炉压力平衡; 9)打开灰锁上阀,气化炉向灰锁排灰。 灰锁的循环次数,取决于气化炉的负荷和煤中灰含量。 洗涤冷却器 粗煤气在约 225℃左右离开气化炉进入洗涤冷却器,粗煤气用高压喷射煤气 水和循环煤气水洗涤冷却。 循环泵(121P-001,循环量 200 m3/h),在废热锅炉集水槽和洗涤冷却器间 循环。 高压喷射煤气水不断地补入洗涤冷却器中,以保持废热锅炉集水槽的液位。 废热锅炉 在废热锅炉中煤气由气化炉出口温度冷至 181℃,粗煤气在废热锅炉集水槽 上部进入并通过一束垂直列管。由此回收煤气中显热以生产 0.6 MPa(a)的低压 蒸汽。 煤气从顶部离开废热锅炉通过气液分离器分离出煤气水, 分离出的煤气水返 回废热锅炉底部集水槽。 离开分离器的煤气经粗煤气总管进入变换装置。 从废热锅炉排出的含尘煤气水送至煤气水分离装置。 冷火炬 在气化炉开车过程中,蒸汽升温期间的放空气、空气运行期间生成的含有 O2 的煤气须通过冷火炬放空。冷火炬包括一个气液分离罐和超出气化厂房的烟 囱。冷火炬为八台气化炉共用。 开工火炬部分 八台气化炉共用一个开工火炬, 其主要用途是接受以下状况下的粗煤气并燃 烧: ①空气点火后氧含量合格的粗煤气; ②氧气运行未并网前的粗煤气; ③因下游装置原因,如后续工号不具备接受条件,气化炉正常运行中需切至 火炬时的粗煤气; ④气化炉运行中故障,粗煤气中氧含量超过 0.4%,但小于 1.0%的粗煤气; ⑤气化炉开车期间放空的煤锁气及煤锁气压缩机系统故障时的放空煤锁气; ⑥煤气水分离工号不送往硫回收装置时的膨胀气。 2.2 产品规格(粗煤气) 单炉粗煤气产量:43024Nm3/h(干基) 粗煤气总产量:946524Nm3/h(干基) 组 氢 氮 成 气 气 分子式 H2 N2 CO Ar CH4 C2H4 C2H6 C3H8 n-C4H10 O2 CO2 H2S COS H2O 度 力 分子量 2 28 28 40 16 28 30 44 58 32 44 34 60 18 181℃ 3.9MPa 体积百分数(%) 39.20 0.18 15.90 0.09 11.90 0.03 0.39 0.18 0.06 0.30 31.59 0.16 0.02 饱和水 一氧化碳 氩 甲 乙 乙 丙 气 烷 烯 烷 烷 正 丁 烷 氧 气 二氧化碳 硫 化 氢 硫氧化碳 水 温 压 3 影响加压企划的因素 3.1 煤质对气化的影响 3.2 水分含量对气化的影响 煤中水分存在形式有三种,包括外在水分、内在水分和结晶水。煤中的水分 随煤变质程度的加深而减少,水分较高的煤,往往挥发份也高。有水分的煤在干 馏阶段,煤半焦形成时的气孔率大,进入气化层能使反应速度加快,生成的煤气 质量较好。 另外在气化一定煤种时, 其焦油和水分存在着一定的关系, 水分太低, 会使焦油产率下降。由于气化炉的生产能力较高煤在炉内干燥、干馏层的加热速 度很快,容易使煤块破碎而引起出口煤气中含尘量增大,所以要求 煤中含有一定的水分,但水分过高又会给气化过程带来不良的影响。 ①水分过高,增加了干燥所需的热量,从而增加了氧气消耗,降低了气化效 率。 ②水分过高,煤处于潮湿状态,易形成粉煤粘结和堵塞筛分,使入炉粉煤量 增加。 ③入炉煤水分过高,干燥不充分,这样将导致干馏过程不能正常运行,进而 又会降低气化层温度,最终导致甲烷生成反应,二氧化碳及水蒸气的还原反应大 大降低,煤气质量显著降低。 3.3 灰分含量对气化的影响 将一定量的煤样在 800℃的条件下完全燃烧,残余物即是灰分。可见,煤的 灰分是一种废物,他在煤气化过程中也会带来有害的影响; ①煤中灰分高,不但降低了煤的热值,而且增大了运输费用。 ②煤中灰分高,灰渣中的残碳量也增大。这样增加了碳损失,降低了气化效 率。 ③煤中灰分高,随灰带出的显热也增大,从而加大了热损失。 ④随着煤中灰分的增大,加压气化得各项消耗指标如蒸汽、氧气煤耗等都有 所上升,而净煤气的产率下降。根据经验,一般加压气化用煤的灰分在 19%以 下时较为经济。 3.4 挥发份对气化的影响 挥发份是指煤在加热时,有机质部分裂解、聚合、缩聚,低分子部分呈气态 逸出,水分也随着蒸发, 矿物质中的碳酸盐分解,逸出二氧化碳等。煤的挥发份产率与煤的变质程度 有密切的关系。随着变质 程度的提高,煤的挥发份逐渐降低。煤的挥发份作为煤利用价值和煤分类的 重要指标。一般地,年轻煤的挥发份产率高,年老的低。 其顺序为: 泥煤>褐煤>烟煤>无烟煤>焦炭 确定气化用煤中挥发份含量的大小要根据煤气的用途来确定。用作燃料时,要求 甲烷含量高、热值大,则选择挥发份较高的煤做原料。在所得的煤气中甲烷的含 量较大。但挥发分高的煤种,生产的煤气中焦油产率高,焦油容易堵塞管道和阀 门,给焦油分离带来一定的困难,同时也增加了废水的处理量。用做工业的合成 气时,一般要求挥发份、低硫的煤种,在这里甲烷就可能成为一种有害的气体, 它就变成一种杂质,要求含量不能太大,挥发份要求小于 10%最好。 3.5 硫分对气化的影响 煤中的硫以有机硫和无机硫的形式存在,在国内各地的煤中含量都比较低, 大多在 1%以下。煤在气化时,有 80-85%的硫以硫化氢和二硫化碳的形式进入 煤气当中。用作燃料煤气时,硫含量要达到国放标准,否则燃烧后大量的二氧化 硫会排入大气,污染环境。用作工业合成气,硫化物会使合成催化剂中毒,并且 硫化物含量越高,脱硫工段的负担就越重。所以,气化用燃料煤中的硫含量应是 越低越好。 3.6 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、煤气和焦油的产率以及气化时的各项消耗指标。 1、粒度大小与比表面积的关系煤的比表面积和煤的粒度有关,煤的粒度越 小,其比表面积越大。在动力学控制区的吸附和扩散速度的加快,有利于气化反 应的进行。 2、粒度大小与传热的关系粒度越大,传热速度越慢,煤粒内部与外表面之 间的温差也大,使颗粒内焦油蒸汽扩散阻力和停留时间延长焦油的热分解增加 3、粒度与生产能力、各项气化指标的关系原料煤粒度愈小,越易被产生的 煤气带出炉外,带出物增多,就会降低气化炉的生产效率。另外煤的粒度越小, 水蒸气和氧气的消耗量增加,煤耗也会增加。综上所述,煤的粒度大小对气化的 影响较大。粒度小,汽化剂和煤接触表面大,有利于气化反应,但粒度小,床层 阻力大,气相带出物多,对后工序带来难题粒度范围大,容易造成炉内局部气流 短路或沟流,也可能出现偏析现象,即颗粒大的煤落向炉壁,,而较小的颗粒和 粉末落在床层中间,这样气化炉横断面上阻力将不均匀,易造成燃烧层偏斜或烧 穿,严重影响气化炉的运行安全。但粒度过大又易造成加煤系统堵塞和架桥,灰 中残碳也会升高。所以,一般加压气化炉对粒度范围有一定的要求。 3.7 煤的灰熔点和结渣性对气化的影响 灰熔点: 简单地说就是灰分加热至熔融时的温度。 测灰熔点有三个特定温度: 变形温度----T1 表示 软化温度---T2 表示 流动温度---T3 表示 而灰熔点一般指 T2 对于固态排渣,要求 T2>1250℃。为防止灰分结渣,常采用的措施是通入过量 蒸汽。煤的结渣性能是指煤在气化时是否容易烧结成渣。结渣性能可根据灰熔点 来判断,灰熔点高,结渣性能便低。 3.8 煤的粘结性对气化的影响 煤的粘结性指煤在高温下干馏粘结的性能。粘结性煤在气化炉上部加热到 300-400℃时会出现粘结和膨胀,使煤变成一种高黏度的液体,使得较小的煤块 聚结成大块,从而导致气流分步不均匀和阻碍料层的下移,使气化过程恶化。因 此煤的粘结性对煤气化是一个极不利的因素。 一般加压气化用煤采用自由膨胀指 数小于 1 的不黏煤,若气化弱粘煤,则需在炉上部增设破粘的搅拌装置,但破粘 装置现仅能处理自由膨胀指数小于 7 的煤,对于一些强粘结性的煤,其破粘效果 不佳。褐煤成为加压气化生产城市煤气的优质原料,一是因为其挥发分含量高, 还由于它的粘结性很小。 3.9 煤的化学反应性的影响 煤的化学反应是指煤同汽化剂反应时的活性,也就是至碳与氧气、二氧化碳 或水蒸气相互作用时的反应速度。煤种不同,其反应活性是不同的。一般地,变 质程度浅的煤,其反应性高,而随着煤的变质程度的加深,煤的化学反应活性降 低。化学活性高,则反应能力强,有利于气化反应进行。化学活性高,制得的煤 气质量好,气化能力便大;化学活性高,可在较低温度下进行蒸汽分解反应,使 氧耗减小。 3.10 煤的机械强度和热稳定性对气化的影响 煤的机械强度是指抗碎、抗磨和抗压等性能的综合体现。机械强度差的煤在 运输过程中,会产生许多粉状颗粒,造成燃料损失,在进入气化炉后,粉状燃料 的颗粒容易堵塞气道,造成布气不均,严重影响气化效率。在移动床气化炉中, 煤的机械强度与灰带出量和气化强度有关。煤的热稳定性是指煤在加热时,是否 容易碎裂的性质。热稳定差的煤在气化时,伴随气化温度的 升高,煤易碎裂成煤末和细粒,对移动床内的气流均匀分布和正常流动造成 严重的影响。 3.11 灰熔点对气化的影响 气化温度主要决定于燃烧区温度, 而燃烧区温度的确定, 取决于煤的灰熔点, 燃烧区的最高温度控制在灰熔点 DT ~ ST 之间。加入的水蒸汽,一部分参与气 化反应,大部分作为热载体来调节温度。灰熔点高,可减少水蒸汽用量,从而减 少煤气水的处理量。燃烧区温度主要通过分析粗煤气组成、观察灰的粒度和含碳 量来调节汽氧比(H2O/O2)以达到最佳控制。 对于加压气化,汽氧比是一个重要的操作参数,产物煤气的组成,随着汽氧 比的变化而变化,同一煤种,汽氧比有一个变动范围。改变汽氧比即可调整控制 气化过程的温度,在固态排渣炉中,首先保证燃烧过程灰不熔融成渣,同时保证 气化反应在尽可能高的温度下进行。对四矿的长焰煤,汽氧比控制在 7.5 kg H2O /m3 O2 左右。 3.12 灰样对气化操作的指导意义 (1)灰中残碳多,反应不完全 说明蒸汽太多,灰层厚 (3)粒度大 (4)颜色 渣数量 说明炉温高粒度小,色黑,说明炉温低,反应不完全 灰黑,说明燃烧不完全,火层下移,残碳量增加。(5)结 应调节汽氧比控制炉温温度低(2)灰细 可判断炉内膨料及炉内是否有结疤 (6)灰锁温度下降,灰潮湿,排灰困难。造成的原因可能是夹套漏水或膨 胀冷凝器冲水过满,造成排灰困难。 (7)灰有刮刀切碎的痕迹,有大渣块,量少,颜色为红黄或灰黑,有残碳, 说明炉内有结渣现象,应及时增加汽氧比。 3.13 入炉矸石含量增多,对气化炉的生产会带来有害的影响 (1)矸石多,不但降低了煤的热值,而且增加了运输费用。 (2)矸石多,灰渣中残碳量也增加,这样增加了碳的损失,降低了气化效 率。 (3)煤中矸石多,随灰带出的显热也增大,从而加大了热损失。 (4)随着煤中矸石的增加,加压气化的各项消耗指标,如蒸汽、氧气消耗, 煤耗等都有所上升,而净煤气的产率下降。 (5)煤中矸石多,炉篦转速亦高,排灰次数多,相对减少了灰锁上下阀的使 用寿命。 4 碎煤加压气化技术特点 鲁奇)加压气化是自热式、逆流移动床、固态排渣的生产工艺,气化过程所 需要的热量靠煤的部分燃烧来供给。气化炉是双层壁压力容器,夹套由中压锅炉 水保持液位,操作期间,热量传递到夹套,在此产生略高于气化炉操作压力下的 饱和蒸汽,此蒸汽返回作气化剂,从而减少了外供的过热蒸汽供给量。 煤进入气化炉后首先受热干燥脱去水分,随着燃料层的移动进入干馏层,在 此煤中挥发份受热后逸出,热解后的煤焦质在气化层与上升的气体发生气化反 应,从而产生以 CO2、CO、H2、CH4 为主要成份的粗煤气。煤进入气化炉后首先 受热干燥脱去水分,随着燃料层的移动进入干馏层,在此煤中挥发分受热后逸出 热解后的煤焦质在气化层与上升的气体发生气化反应,从而产生了以 CO2、CO、 H2、CH4 为主的粗煤气 5 碎煤加压气化的优缺点: 优点: (1)技术成熟,氧耗较低; (2)气化节省动力,生产能力较大; (3)可以气化劣质煤; (4)生产自动化程度高。 缺点: (1)蒸汽分解率低,气化过程的热效率有所降低; (2)气化炉有复杂的传动机构,易损件多,设备检修频繁; (3)废水量大,废水处理复杂; (4)只能气化小块煤。 煤质要求: (1)需块煤(一般入炉煤在 5~50mm 之间); (2)灰熔融性软化温度大于 1200℃; (3)除强粘结性煤外都能气化。 6 煤气化主要反应的反应机理 6. 1、碳的氧化机理 实验证明,随着温度、流体动力条件及鼓风气相个别组成的分压不同所制得 的煤气中碳的氧化物比例(CO:CO2)变化范围是很大的。在过去大量的研究中 碳与氧的反应机理最初提出为二氧化碳说,这种学说认为 CO2 是碳与氧反应 (C+O2=CO2)生成的一次产物,而 CO 是 CO2 与碳二次反应的产物。 而后又提出 一氧化碳说, 其与二氧化碳说相反, 认为碳和氧反应首先生成 CO, 即 2C+O2=2CO, CO 是反应的一次产物,即 CO2 是由反应 2CO+O2=2CO2 生成的。最后较多的实验 研究结果认为 CO 与 CO2 同为碳与氧相互作用的一次产物,生成机理如下: (1)氧吸附到碳的表面. (2) 在碳的表面形成一种碳氧络合物, CxOy.(3)随着反应进行的条件不 CxOy---mCO+nCO 同,碳与氧络合物热键同时生成不同比例的 CO 和 CO2。 6.2、二氧化碳还原机理 a、反应机理:在煤气化过程中二氧化碳还原生成一氧化碳是一个非常重要的二 次还应,其在很大程度上确定了所得煤气的质量。 大量的研究工作得出结论: 二氧化碳还原反应是复杂的多相反应 (非均相反应) , 通过形成固体表面络合物 CxOy 和分解生成 CO。 (1)CO2 在碳表面吸附并与碳形 成一种碳氧初次络合物。C+CO2——碳氧初次络合物。 (2)碳氧初次络合物分解形成放射性一氧化碳和非活性二次碳氧络合物。 (3)二次碳氧络合物分解形成非活性的一氧化碳和碳的游离原子。 二次碳氧络合物--CO+C(游离) 7 与气化工艺有关的指标 7.1:气化强度: 气化强度是指单位时间内,单位横截面积上气化的原料煤量,以㎏∕ ( M2.h )表示。 在实际生产中气化强度常以单位时间,单位横截面积上的 粗煤气量来表示〔M3(标) ∕㎡.h , 影响气化强度的因素较多,原料煤的性 质(煤种粒度)和气化过程的操作条件(压力、温度、汽氧比等)均对气化强度 有较大影响。 7.2:气化能力 气化能力即气化炉的生产能力,即单位时间内入炉煤的气化量,用㎏∕h 表 示,在实际生产中,生产能力通常以生产量表示, 即 D=Fg D-单位时间生产的粗煤气量 m3∕h g- 气化炉以产气量表示的气化强度 m3∕㎡·h F-气化炉横截面积 参考文献 [1]、《新疆伊犁新天煤化工气化装置操作规程》 [2]、贺根良;门长贵;;《气流床气化炉操作温度的探讨》[J];煤化工;2007 年 04 期 [3]、 宿凤明;刘江;米文真;; 《煤质对固定床气化炉气化性能影响的工业试验研究》 [J];节能技术;2010 年 01 期 [4]、尚小广;任富强;刘志辉;宋军丽;梁学博;;《煤质对鲁奇气化炉经济运行的影 响分析》[J];河南化工;2011 年 09 期 致 谢 大学三年学习时光已经接近尾声, 在此我想对我的母校, 我的父母、 亲人们, 我的老师和同学们表达我由衷的谢意。 感谢我的家人对我大学三年学习的默默支持, 感谢我的母校克拉玛依职业技 术学院给了我在大学三年深造的机会,让我能继续学习和提高;感谢石油化 学工程系的老师和同学们三年来的关心和鼓励。 老师们课堂上的激情洋溢, 课堂下的谆谆教诲; 同学们在学习中的认真热情, 生活上的热心主动,所有这些都让我的三年充满了感动。 这次毕业论文设计我 得到了很多老师和同学的帮助, 其中我的论文指导老师阿依加玛丽老师对我的关 心和支持尤为重要。 每次遇到难题, 我最先做的一件事就是向田顺老师寻求帮助, 而田顺老师每次不管忙或闲,总会先给我指出我的错误,然后一起商量解决的办 法。 田顺老师平日里工作繁多, 但我做毕业设计的每个阶段, 从选题到查阅资料, 论文提纲的确定,中期论文的修改,后期论文格式调整等各个环节中都给予了我 悉心的指导。这几个月以来,田顺老师不仅在学业上给我以精心指导,同时还在 思想给我以无微不至的关怀,在此谨向田顺老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学和曾经在各个方面给予过我 帮助的同事们, 在此, 我再一次真诚地向帮助过我的老师和同事表示深深的感谢! 工程学院 毕业论文 题 班 姓 目: 级: 名: 影响碎煤加压气化工艺的因素 煤化 张*** 赵** 2013 年 5 月 31 日 指导老师: 完成日期: 二零一三年五月 响碎煤加压气化的因素 摘要:我国原油消费从 1980 年不足 90kg/人逐步提高到 2012 年 350kg/ 人,目前相当于世界平均水平的 60%。2012 年,世界天然气平均消费水平接近 500m3/人,美国长期保持在 2000m3/人以上,日本天然气消费水平快速提高。按 照 2020 年到达 2012 年世界平均水平计算,我国石油和天然气需求分别将达到 7.5 亿吨和 6800 亿方。煤的气化过程是一个在高温下或同时在高压下进行的复 杂多相的物理化学反应过程,主要是煤中的碳(固相)与气化剂如氧气(或是空 气),水蒸汽或二氧化碳等气体(气相)之间的反应。煤气的成分决定于原料种 类,气化剂种类及制气过程的条件。气化过程的条件主要取决于气化炉的构造和 原料煤的物理化学性质,其中煤的灰熔点和粘结性是气化用煤的重要指标。本装 置碎煤加压气化采用鲁奇加压气化,鲁奇加压气化采用自热式,逆流移动床原理 在压力下进行气化。所用煤是一种长焰煤。在气化炉内,原料煤在操作压力为 3.0Mpa(表)下进行气化,气化剂为水蒸汽和氧气。产生的煤气逆流经过煤床并 在释放热量的情况下以约 400℃的温度排出气化炉。控制好各种对加压气化有影 响的因素的指标能更好地利用煤的价值更有利于保护环境,降低污染和充分利用 资源。 键词:碎煤加压气化; 煤的粘结性和灰熔点; 气化剂 ;粗煤气。 The influencing factors of broken coal pressurized gasification Abstract: Chinas oil consumption gradually increase from less than 1980 kg / 1980 to 2012 kg / 2012 people, now equivalent to 60% of the worlds average level. In 2012, the worlds natural gas consumption level is close to an average of 500 m3 / person, keep for a long time in more than 2000 m3 per person in the United States, Japans natural gas consumption level increased rapidly. Calculated according to 2020 to 2012, the worlds average level, Chinas oil and gas demand will reach 750 million tons and 680 billion respectively. Is a coal gasification process at high temperature or high pressure at the same time under the multiphase complicated physical and chemical reaction process, mainly (solid phase) and the carbon in the coal gasification agents such as oxygen (or air), water vapour and carbon dioxide gas (gas phase) between the reaction. Gas composition depends on raw materials species, gasification agent types and the conditions of the gasification process. Mainly depends on the structure of the gasifier gasification process conditions and physical and chemical properties of raw coal, the coal ash melting point and sintering is one of the important indicators for gasification of coal. This device USES the lurgi pressurized gasification, crushed coal pressurized gasification lurgi pressurized gasification adopted self-heating type, counter-current principle of moving bed gasification under pressure. The coal is a kind of long flame coal. The operating pressure in a gasifier, raw material coal gasification under 3.0 Mpa (table), gasification agent for water vapor and oxygen. Produced by the gas flow through coal bed and in the case of heat discharge gasifier at about 400 ℃ temperature. Good control of the various factors affecting the pressurized gasification indexes can better use the value of coal is more advantageous to protect the environment, reduce pollution and make full use of resources. gasification; The caking property of coal and ash melting point; The gasification agent; Crude coal gas.


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