煤的气化方法的评价与选择-CM

第八节、煤的气化方法的评价与选择1）煤气化的工艺技术和特性2）原料煤对不同气化过程的影响3）过程消耗4）产品煤气的净化和后匹配5）选择气化方法的判据本节主要内容1、煤气化的工艺技术和特性1）移动床气化过程移动床气化需要块状原料；可处理水分大、灰分高的劣质煤；当固态排渣时耗用过量的水蒸气，污水大，并导致热效率低和气化强度低；液态排渣时提高炉温和压力，可以提高生产能力。流化床床层温度较均匀，气化温度低于灰熔点（T2）；煤气中不含焦油；活性低的煤的碳转化率低；气流速度较高，携带焦粒多，煤气中粉尘含量高，后处理系统磨损和腐蚀较重；煤的预处理、进料、焦粉回收、循环系统复杂庞大。2)流化床气化过程气流床气化温度高，碳转化率高，单炉生产力大；煤气中不含焦油；污水问题小；液态排渣，氧耗随会含量及熔点的增加而升高；除尘系统庞大；废热回收系统昂贵；煤处理系统庞大和耗电大。3)气流床气化过程三种主要制气方法的比较气化指标鲁奇炉（移动）温克勒炉（沸腾）K-T炉（气流）气化压力／MPa2.0～3.0常压常压气化炉出口煤气温度／℃350～600800～15001400～1600煤在炉内的停留时间90min15min1s气化煤种不黏结、不热爆高镕性、不热爆各种煤入炉煤粒度／mm13mm占87%）0.047mm占80%煤气组成（H2）／%37～3935～3631（CO）／%20～2330～4058（CO2）／%27～3013～2510（CH4）／%10～121～20.1煤气中有无焦油、酚类有无无吨煤煤气产率／（m3／t）122015801900粗煤气耗氧（折成%）（m3／m3）0.16～0.270.350.31～0.36蒸汽耗量／kg1.1～1.90.4～0.90.07～0.16碳转化率／%88～9568～8080～98冷煤气效率／%75～8058～6569～75综上所述，三种气化均有各自优缺点。工业实践证明，它们有各自比较适应的经济规模。移动床可应用于较小的容量规模，气流床气化适用于大规模生产，流化床则介乎中间。一、水分含量对气化的影响炉型固定床：煤气中水分含量太高，入炉煤需要进行预干燥以降低煤气的露点温度。另一方面．煤中水分含量太高而加热的速度又太快时，煤中水分逸出太快，容易使煤块碎裂而引起出炉堞气的含尘量增高。同时由于煤气中水含量增高时，在后续工段的煤气冷却过程中．会产生大量的废液，增加废水处理量。一般生产中，煤中水分含量在8％～l0％左右。流化床和气流床：固体颗粒粉碎的粒度很小，过高的含水量会降低颗粒的流动性．因而规定煤的含水量小于5％。尤其对烟煤的气流床气化法，采用于法加料时，要求原料煤的水分含量应小于2％。2、煤质对气化的影响二、灰分含量对气化的影响灰分含量对气化的影响煤中灰分高，不仅增加了运输的费用，而且对气化过程有许多不利的影响气化时由于少量碳的表面被灰分覆盖，气化剂和碳表面的接触面积减少，降低了气化效率灰分的大量增加，不可避免地增加了炉渣的排出量，随炉渣排出的碳损耗量也必然增加。随着煤中灰分的增加，气化的各项消耗指标均增加，如氧气的消耗指标、水蒸气的消耗指标和煤的消耗指标都有所上升，而净煤气的产率下降二、灰分含量对气化的影响加压气化煤种灰分的要求：气化炉对灰分的要求加压气化用煤灰分可高达55％左右而不至于影响生产的正常进行。原因：1）加压操作时，气化剂的浓度高，扩散能力强，能够透过煤灰表面与碳进行较为完全的反应。2）进入炉中的气化剂的速度也比常压气化小，在炉内停留时间长，有较长的时间和煤反应。从加压气化炉排出的灰渣中碳含量在5％左右，常压气化炉在15％左右，对于液态排渣的气化炉，常在2％以下三、挥发分对气化的影响挥发分产率挥发分是指煤在加热时．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。除去水分的部分即为挥发分产率挥发分的组成挥发分中有干馏时放出的煤气、焦油、油类。干馏煤气中含有氢、一氧化碳、二氧化碳和轻质烃类挥发分产率与煤的变质关系作用随着变质程度的提高，煤的挥发分逐渐降低煤的挥发分作为煤利用价值和煤分类的重要指标，也是煤转化与燃烧可以利用的部分，它与煤的性质存在一定的关系。一般地，年轻煤的挥发分产率高，年老煤的低。四、硫分对气化的影响硫分对气化的影响1、煤在气化时，其中80％～85％的硫以H2S和CS2的形式进入煤气当中。2、如果制得的煤气用于燃料时，比如用做城市民用煤气，其疏含量要达到国家标准，否则燃烧后大量的S02会排人大气，污染环境3、用做合成原料气时，硫化物的存在会使得合成催化剂中毒，煤气中硫化物的含量越高，后面工段脱硫的负担会超重。。结论：气化用燃料中硫含量应是越低越好五、粒度对气化的影响粒度与比表面间的关系：煤的粒径越小，其比表面积越大。煤有许多内孔，所以比表面积与煤的气孔率有关。见表3-3表3-3几种煤的比表面积燃料粒度／mm总表面积／cm2体积／cm3比表面积／(cm2／cm3)泥煤煤砖砖球120×60×3020234056.32164.1810.813.5褐煤1528.81.7816.4气煤1213.50.90414.8黏结性煤107.50.52414.3碎焦61.480.11313.2无烟煤40.510.04212.1粒度的大小对各项气化指标的影响煤粒度的大小以及粒度的分布对煤炭气化过程的各项指标有重要的影响如表3-4。表3-4褐煤不同粒径的气化实验结果五、粒度对气化的影响项目1234煤粒度/mm0～403～406～4010～400～6mm的煤颗粒（质量分数）%28.4——3.0灰分含量（质量分数）%32.4128.8023.6221.46水蒸气消耗/[kg/（m3粗煤气）]1.261.050.970.94氧气消耗/[m3/（m3粗煤气）]0.1590.140.1360.128煤消耗/[kg/（m3粗煤气）]1.231.0220.970.93五、粒度对气化的影响气化炉内某一粒径的颗粒被带出气化炉的条件是：气化炉内上部空间气体的实际气流速度大于颗粒的沉降速度。气化炉上部空间的气流速度用下式计算：为了控制煤的带出量，气化炉实际生产能力有一个上限，对加压气化而言，粉煤带出量不应超过入炉煤总量的1%，为限制2mm的煤粒不被带出，炉内上部空间煤气的实际速度最大为O.9～0.95m／s。15.27310013.136005TpAVu五、粒度对气化的影响从上面的公式可以看出，当气化炉的生产能力低(即V小)、气化压力高(即p大)时,煤气的实际流速小。随煤气流速的减小被带出气化炉的颗粒粒度小，颗粒总带出量减小。入炉煤颗粒的直径除考虑颗粒的带出速度外还与气化用炉型及使用的具体煤种有关。颗粒沉降速度的计算公式:niiipDggsptdxdCgdu113)(4六、燃料的灰熔点和结渣性对气化的影响燃料灰熔点的概念煤炭气化时的灰熔点有两方面的含义，一是气化炉正常操作时，不致使灰熔融而影响正常生产的最高温度，另一个是采用液态排渣的气化炉所必须超过的最低温度。灰熔点与组成的关系若灰中Si02和Al203的比例越大，其熔化温度范围越高，而Fe203和MgO等碱性成分比例越高，则熔化温度越低，可以用公式(SiO2+Al203)／(Fe2O3+CaO+MgO)来表示，该值越大，则灰熔点越高，灰分越难结渣，相反，则灰熔点越低，灰分越易结渣六、燃料的灰熔点和结渣性对气化的影响在气化炉的氧化层，由于温度较高，灰分可能熔融成黏稠性物质并结成大块，这就是通常讲的结渣性。结渣性概念防止措施对于灰熔点低的煤在气化时容易结渣，为防止结渣,就要加大水蒸气的用量，使氧化层的温度维持在灰熔点以下。对于灰熔点高的煤种，可采用较高的操作温度，在较低的V[H20(g)]／v(O2)汽气比下获得较高的气化强度。七、煤炭其他性质对气化的影晌煤的黏结性黏结性煤在气化时，干馏层能形成一种黏性胶状流动物，称胶质体，这种物质有黏结煤粒的能力，使料层的透气性变差，阻碍气体流动，出现炉内崩料或架桥现象，使煤料不易往下移动，导致操作恶化。处理方法：（1）在煤气发生炉上部设置机械搅拌装置；（2）对原料进行瘦化处理，在入炉煤内混配一些无黏结性的煤或灰渣，以降低煤料的黏结性。七、煤炭其他性质对气化的影晌燃料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，造成炉内气流分布不均，严重影响气化效率。机械强度七、煤炭其他性质对气化的影晌热稳定性:煤的热稳定性是指煤在加热时，是否容易碎裂的性质。热稳定性差的煤在气化时，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。2.原料煤对不同气化过程的影响原料煤的性质不但是选择气化方法的依据，同时又是影响气化过程技术经济指标及能否顺利操作的关键。原料煤对气化过程的主要影响因素有：黏结性、灰熔点、液渣的流动性、耐磨性、煤中氮和硫的存在形态。在选择气化过程时应综合考虑以上影响因素。3.过程消耗a)原料消耗煤的费用约占煤气成本的40-60%，煤的预处理一般损失9-16%的煤。国内机械化采煤的6mm的粉煤约占总煤量的45%以上，对于一个大、中型气化厂来说，必须考虑原料煤的分级利用。b)氧与蒸汽消耗氧与蒸汽的消耗可由化学当量与热平衡计算得到，2020/1/17《煤炭气化工艺》（1）部分燃烧不生成甲烷的气化过程C+0.275O2+0.450H2OCO+0.45H2ω(O2)/ω(C)=0.27;ω(H2O)/ω(C)=0.45（2）部分燃烧生成甲烷的气化过程C+0.180O2+0.427H2O0.786CO+0.214CH4可以看出，用氧的气化过程可生成甲烷，因它是放热反应，所以耗氧量低，所以，移动床加压气化时耗氧量最低，而气流床除满足反应所需外，还需要满足灰分的高温熔融所耗热量，故其耗氧量最大。对于气化反应来说，各种气化方法的蒸汽耗量相差不大，这里不包括一氧化碳变换和移动床气化所需的过量蒸汽。c)水与电的消耗煤气厂中消耗的冷却水的费用约占总用水费用的85%左右，这些水是污水的主要来源，而移动床气化时污水的排放量和污水中有机物含量比流化床或气流床气化时高得多，故净化污水的费用也大得多。当用鼓风气化时，其工艺用电约占总耗电量的一半以上，因此，选择氧耗量较小的方法对降低生产成本具有重要意义。2020/1/17《煤炭气化工艺》4.产品煤气的净化和后匹配a)产品煤气的净化煤气净化设备的投资在整个气化过程中占相当大的比重，煤气的净化费用决定于煤气中有害物质的含量及其脱除的难易程度，与采用的原料煤和气化方法也有关。b)产品煤气的后匹配煤气的后匹配问题的含义是在不同的应用场合应考虑使用不同品位的煤气。2020/1/17《煤炭气化工艺》5.选择气化方法的判据通过对各种气化方法的了解，应认识到每一种具体的气化方法都不是无条件低可被采用的，特别是对煤种都有一定的要求，应该以可能选用的煤种和煤气的用途为出发点预选几种可供采用的气化方法，结合过程的总热效率和环保要求加以考虑和比较2020/1/17《煤炭气化工艺》