水煤浆气化工艺原理专题

作者:威廉亚洲 发布时间:2020-08-15 00:38

  水煤浆气化工艺原理专题_工学_高等教育_教育专区。气化工艺原理 煤制氢装置筹备组 2013年1月8日星期二 系统学习GE-Texaco工艺原理 一、制浆工艺原理 二、气化工艺原理 三、除尘洗涤原理 四、黑水处理 一、制浆工艺原理 选煤 当原料

  气化工艺原理 煤制氢装置筹备组 2013年1月8日星期二 系统学习GE-Texaco工艺原理 一、制浆工艺原理 二、气化工艺原理 三、除尘洗涤原理 四、黑水处理 一、制浆工艺原理 选煤 当原料煤的质量满足不了用户对水煤浆灰分、硫分、热值的要求 时,制浆工艺应设置选煤环节。 破碎与磨煤 破碎与磨煤是为了将煤炭磨碎至水煤浆产品所要求的细度,并使 粒度分布具有较高的堆积效率。它是制浆工艺中能耗最高的环节。 为了减少磨煤功耗,磨煤前必须先经破碎。磨煤可用干法,也可 用湿法。水煤浆气化工艺一般用湿法磨煤。 滤浆 制浆过程中必然会产生一部分超粒和混入某些杂物,它将给储运 和燃烧带来困难,所以水煤浆装入储罐前应有将杂物剔除环节, 一般是可连续工作的筛网(条)滤浆器。 一、制浆工艺原理 搅拌 搅拌不但使煤浆均匀,同时使煤浆经受强力剪切,加强药剂与煤粒 表面间作用、改善浆体流变性能。 输送 磨煤机磨出合格煤浆后,自流进磨机出料槽,再经低压煤浆泵(泵 出口压力一般为0.1 MPa(G))加压输送至气化单元大煤浆槽。 其他 为了保证产品质量稳定,制浆过程中还应有煤量、煤炭全水分、水 量、各种添加剂量、煤浆流量、料位与液位的在线检测装置及煤量、 水量与添加剂加入量的定量加入与闭环控制系统。 原料煤储运 原料煤火车卸车区 原料煤卸车机 原料煤储运 煤厂 下煤口 原料煤储运 震动给料机 原料煤输送带 原料煤储运 一级除铁器(电磁铁) 破碎机 原料煤储运 二级除铁器(电磁铁) 输送带(至气化单元煤仓) 原料煤储运 原料煤 卸煤机 原料煤厂 震动给料 机 除尘器 除铁器 除尘器 带式输送机 一级破碎机 二级破碎机 除铁器 除尘器 除尘器 带式输送机 卸料机 除尘器 带式输送机 煤仓 原料煤储运工艺流程简图 二、气化工艺原理 (一)、煤在气化炉的主要反应 (二)、温度、压力对合成气组分的影响 (三)、煤气化过程的主要评价指标 (四)、气化炉主要操作参数 二、气化工艺原理 (一)、煤在气化炉的主要反应 水煤浆气化反应时一个很复杂的物理和化学反应过程,水煤浆和氧 气喷入气化炉后瞬间经历煤浆升温及水分蒸发、煤热解挥发、残炭气化 和气体间的化学反应等过程,最终生成以CO、H2为主要组分的粗合成 气。灰渣采用液态排渣。 在气化炉内进行的反应相当复杂,一般认为分三步进行: a、 煤的裂解和挥发份的燃烧 水煤浆和纯氧进入高温气化炉后,水分迅速蒸发为水蒸汽。煤粉发生热 裂解并释放出挥发份。裂解产物及易挥发分在高温、高氧浓度的条件下 迅速完全燃烧,同时煤粉变成煤焦,放出大量的反应热。 b、 燃烧和气化反应 煤裂解后生成的煤焦一方面和剩余的氧气发生燃烧反应,生成CO、 CO2等气体,放出反应热;另一方面,煤焦又和水蒸汽、CO2等发生气 化反应,生成CO、H2。 二、气化工艺原理 c、 其他反应 经过前两步反应后,气化炉中的氧气已基本消耗殆尽,这时主要 进行的是煤焦、甲烷等与水蒸汽、CO2发生的气化反应,生成CO和H2。 气化炉燃烧室分为三个区域, 即射流区、管流区、回流区。 水煤浆在不同区域分别完成 复杂的物理过程和化学过程。 射流区主要是蒸发干燥等物 理过程和燃烧反应,主要反 应产物CO2和H2O。 管流区和回流区主要是转化 反应,即二次反应,主要反 应产物CO和H2。 二、气化工艺原理 煤和氧气在气化炉主要反应有: ?一次反应: C+ O2→CO2+ Q C+H2O →CO+H2-Q C+1/2O2→CO+ Q C+2H2O→CO2+2H2 -Q C+2H2→CH4+Q ?二次反应: C+ CO2→2CO+Q 2CO + O2→2CO2+Q CO+ H2O→H2 + CO2+Q CO+3H2→CH4+H2O+Q 3C+2H2O→CH4+2CO-Q H2 + 1/2O2→H2O+Q COS+H2O→H2S+CO2 C+ O2+H2→HCOOH 2C+2H2O→CH4+CO2-Q N2+3H2→2NH3 N2+H2+2C→2HCN ?同时还可能发生以下副反应: 二、气化工艺原理 ?一次反应: C+ O2→CO2 C+H2O →CO+H2 C+1/2O2→CO C+2H2O→CO2+ 2H2 C+2H2→CH4 H2 + 1/2O2→H2O Q= 394.1kJ/mol Q= -135.0kJ/mol Q= 110.4kJ/mol Q = -96.6kJ/mol Q= 84.3kJ/mol Q = 245.3kJ/mol ?二次反应: C+ CO2→2CO 2CO + O2→2CO2 CO+ H2O→H2 + CO2 CO+3H2→CH4 + H2O 3C+2H2O→CH4 + 2CO 2C+ 2H2O→CH4 + CO2 Q = -173.3kJ/mol Q= 566.6kJ/mol Q= 38.4kJ/mol Q= 219.3kJ/mol Q = -185.6kJ/mol Q= -12.2kJ/mol 二、气化工艺原理 (二)、温度、压力对合成气组分的影响 在煤气化过程中,有相当多的反应是可逆过程。特别是在煤的二次 气化中,几乎均为可逆反应。在一定条件下,当正反应速度与逆反应速 度相等时,化学反应达到化学平衡。 ?温度的影响 温度是影响气化反应过程合成气气产率和化学组成的决定性因素。对于 放热反应,一般来说降低反应温度有利于(正)反应的进行。反之,对 于吸热反应,升高反应温度有利于(正)反应的进行。 ?压力的影响 在煤气化的一次反应中,所有反应均为增大体积的反应,故增加压力, 不利于反应进行。但压力高,反应物浓度增加(单位体积物质量增加), 反应速率快,气化炉生产强度大,生产能力提高;另一方面,由于气化 炉反应为气体体积增大的反应,加压气化可以节约下游工艺单元合成气 或H2压缩机功耗。 二、气化工艺原理 (三)、煤气化过程的主要评价指标 反映煤气化过程经济性的主要评价指标有气化强度、单炉生产能力、气 化效率、热效率、比煤耗、比氧耗等。 气化强度 所谓气化强度,即单位时间、单位气化炉截面积上处理的原料煤质量或 产生的煤气量。 一般常用处理煤量来表示。气化强度越大,炉子的生产能力越大。气化 强度与煤的性质、气化剂供给量、气化炉炉型结构及气化操作条件有关。 单炉生产能力 煤气炉的单炉生产能力是工厂企业综合经济效益中的一项重要考核指标, 在生产规模确定的前提下,可以作为选择气化炉类型的依据,同时也是 生产中选用新煤种的参考。 气化炉单台生产能力是指单位时间内,一台炉子能生产的煤气量。它主 要与炉子的直径大小、气化强度和原料煤的产气率有关 。 二、气化工艺原理 气化效率 气化效率是衡量煤气化过程能量合理利用的重要指标。要制得合成气,即使在理 想情况下,消耗一定的能量也是不可避免的,再加上在气化过程中必然会有热量 的散失、可燃气体的泄露等引起的损耗,也就是说,煤所能够提供的总能量并不 能完全转移到合成气中,这种转化关系可以用气化效率来表示。故所谓的气化效 率是指所制得的合成气热值和所使用的燃料热值之比 。 热效率 热效率是评价整个煤气化过程能量利用的经济技术指标。气化效率侧重于评价能 量的转移程度,即煤中的能量有多少转移到煤气中; 而热效率则侧重于反映能量 的利用程度。 比煤耗 比煤耗=单位时间内消耗的干煤量/单位时间生产(CO+H2)量,单位kg/km3(标态) 比氧耗 比 氧耗 = 单 位时间内消耗的 氧气 量 /单 位 时间 生 产 (CO+H2 ) 量 , 单位 m3(标 态)/km3(标态) 二、气化工艺原理 (四)、气化炉主要操作参数 煤浆浓度的影响 水煤浆的浓度及成浆性能,对气化率、煤气质量、原料消耗、煤浆的输送 及雾化等有很大的影响。如果水煤浆浓度太低,则进入气化炉的水分增加, 水分在蒸发时要消耗大量的热量,为了维持炉温,势必要增加氧量,比氧 耗增加,有效气体成分CO+H2的含量和气化效率都会降低。 氧/煤配比的影响 德士古(Texaco)气化工艺中,氧/煤比是工艺主要操作参数之一。 氧/ 煤比越高,气化炉温度也越高,工艺气中CO2含量升高,有效气体成分 (H2+ CO)降低,CH4含量会降低;反之,氧/煤比越低,气化温度就越低, CO2 含量就会降低,工艺气中的有效气体成分就会升高,但CH4含量就会 升高,碳的转化率就会降低,有可能造成气化排渣困难,影响气化炉正常 运行。 可以通过CH4 含量、排放粗渣中的残炭含量、粗渣中的Cr2O3 含量以及所 排粗渣的形状来判断气化炉炉膛温度。 二、气化工艺原理 (四)、气化炉主要操作参数 气化反应温度的影响 气化反应温度是一个很重要的工艺运行参数,反应温度高,能提供较多 的热量,对气化反应有利,影响合成气各个组分的含量。但反应温度过 高,会极大地缩短气化炉内衬耐火砖的使用寿命,影响气化装置的长周 期运行。因此,选取适当的气化温度,并在气化过程中维持温度在一定 的范围内波动是极为重要的。目前,具体的气化温度是依据灰渣的黏温 特性、原料煤的化学活性及耐火砖的性能综合考虑而选择的,良好工况 时的气化温度为1200~1300℃。 气化压力的影响 德士古(Texaco)煤气化反应是体积增大的反应,提高压力对化学平衡不 利。但增加气化压力,反应物浓度增加,反应速率加快,提高了气化效 率。同时,加压气化有利于提高水煤浆的雾化质量,减少设备投资,提 高单位容积产气率,便于实现大型化,并降低后工序气体压缩功耗。 二、气化工艺原理 (四)、气化炉主要操作参数 三、除尘洗涤原理 ? 气化炉合成气出口喷淋洗涤的作用 ① 防止合成气夹带的细灰在出口管线沉积,堵塞管线; ② 初次润湿、洗涤合成气。(是否可以用高压灰水) ? 文丘里洗涤器作用 文丘里洗涤器主要由喷管、喷头、喉管、扩散器等组成,其作用是充 分润湿合成气中夹带的尘粒,以便在洗涤塔中被除去。(单独设置一台 泵) ? 洗涤塔的作用 提供水浴和足够的气液分离空间,利用四块塔板的气液相传质作用,使 合成气中的固体颗粒分离出来,起到洗气的作用,同时可以进一步降低 合成气温度,保证合成气中的水气比能满足后工序的生产要求。(水气 比的控制) 四、黑水处理 1、闪蒸原理及作用 2、沉降分离原理及作用 3、线、工艺水除氧原理 四、黑水处理 1、闪蒸原理及作用 (1)闪蒸原理:气化炉和洗涤塔 的高压黑水中溶解有大量的酸性气体, 当黑水经过高压闪蒸角阀后,由于其阀 后压力突然降低,各组分在气相中的分 压迅速降低,在一定温度下,黑水大量 汽化,溶解在水中的酸性气体逸出水面, 即闪蒸。气液两相在分离器中分开,气 相为顶部产物,其中易挥发组分较为富 集;液相为底部产物,其中的难挥发组 分获得增浓。通过高、低压闪蒸增浓后 的黑水再进入一、二级真空闪蒸,黑水 中大量的酸性气体在负压状态下逸出水 面进入气相而被脱除,同时,含固黑水 得到进一步的提浓。 四、黑水处理 (2)作用:A:高低压 闪蒸的作用是降低黑水温度、 浓缩黑水中含固量、解析少 量酸性气体及回收热量。 B:真空闪蒸的主要作用是 进一步降低黑水温度、进一 步浓缩黑水中含固量及解析 酸性气体。 四、黑水处理 2、沉降分离原理及作用 (1)原理:颗粒在沉降槽中的沉降大致可分为两阶段。在加料 口以下一段距离内,颗粒浓度很低,颗粒大致作自由沉降。在 沉降槽下部,颗粒浓度逐渐增大,颗粒在沉降槽搅拌器的作用 下作干扰沉降,沉降速度很慢,在沉降槽中加入絮凝剂以加速 沉降。沉降槽清液产率取决于沉降槽的直径。 (2)作用:主要是用于从黑水中分离出较干净的灰水和含固量 高的灰浆。 四、黑水处理 3、真空抽滤机工作原理: 胶带式过滤机由橡胶滤带、真空箱、驱动辊、胶带支承台、进 料斗、滤布调偏装置、驱动装置、滤布洗涤装置、机架等部件组成。 它是充分利用物料重力和真空吸力实现固液分离的高效设备,它的 工作原理如下: 环形胶带由电机经减速拖动连续运行,滤布铺敷在胶带上与之 同步运行。胶带与真空室滑动接触(真空室与胶带间有环形磨擦带 并通入水形成水密封),当真空室接通真空系统时,在胶带上形成 真空抽滤区;料浆由布料器均匀地布在滤布上,在真空的作用下, 滤液穿过滤布经胶带上的横沟槽汇总并由小孔进入真空室,固体颗 粒被截留而形式滤饼;进入真空的液体经气水分离器排出。随着橡 胶带移动已形成的滤饼依次进入滤饼洗涤区、吸干区;最后滤布与 胶带分开,在卸滤饼辊处将滤饼卸出;卸除滤饼的滤布经清洗后获 得再生;再经过一组支承辊和纠偏装置后重新进入过滤区。 四、黑水处理 作用: 对沉降槽沉降分离出的细渣进行水渣分离,回收抽滤液。 四、黑水处理 4、工艺水除氧原理 灰水除氧槽:在压力容器中,溶 解在水中的气体量与水面上气体的 分压成正比。采用热力除氧的方法, 即用蒸汽(低压蒸汽、低压闪蒸汽) 来加热灰水,提高水的温度,使水 面上蒸汽的分压逐步升高,而溶解 气体的分压逐渐降低,溶解在水中 的气体就会不断逸出。当水被加热 到相应压力下的沸腾温度时,水面 上部全部是蒸汽,溶解气体的分压 为零,这样溶解在水中的氧气即可 全部被除去。同时通过控制气相压 力来控制水温,达到除氧的目的。


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