常压固定床造气的应用与展望
常压固定床造气的应用与展望
作者/来源：马德勉（山东博山化肥设备厂，山东淄博 255215）日期：2008-11-14
煤气化技术广泛用于化工、化肥、玻璃、建陶等行业，具有广阔的应用前景。煤气化可分为固定床、流化床、气流床技术。1958年Ф1980 mm土生土长的常压固定床间歇煤气发生炉在我国诞生，发展到现在，Ф2800 mm已广泛应用于化工、化肥等中小企业，各种炉型近9000台。可见，常压固定床间歇气化技术在国内化肥、化工企业中仍占主导地位，造就中国特色50年的历史。流化床、气流床适合规模大的装置，是发展的长远目标和远景规划。
１固定床间歇气化炉的发展
固定床间歇气化煤气发生炉从1958年的Ф1980 mm开始，逐步扩径到Ф2260mm、Ф2400 mm、Ф2600 mm、Ф2800 mm五个规格。它们的基本结构一样，即半水夹套锅炉，原设计高度为1845㎜，扩径改造过程中，在原水夹套设计基础上加高300～900㎜不等。直筒型上炉体为内砌耐火材料，采用人工手动加焦（煤），后改为半自动到全自动加焦（煤）。Ф1980～Ф2400 mm这几种炉持续使用近35年，现在仍然有一些小企业在用。Ф2600 mm系列炉20世纪90年中期已开始改造，近10年使用后改为Ф2800 mm，已达到极限。这种半水夹套锅炉煤气发生炉称为第一代煤气炉（下简称Ι炉）。
21世纪初，化肥、化工迅猛发展，各企业不断扩大规模，本着投资少，见效快，减少占地的原则，在直筒炉的基础上，改为外直内锥的锥形煤气发生炉。称为第二代煤气炉（下简称Ⅱ代炉）。
2003年，国家对煤矿规范管理，关闭一部分小煤矿，从此煤价逐年攀升。使以煤为原料的企业利润空间越来越小，不少企业不得不改变原料路线，用本地煤、劣质煤或用无烟沫制各种型煤。然而这些劣质煤气化带来的问题多，如炉况易恶化，不稳定。为适应这些煤种的气化需求，第三代煤气发生炉孕育而生，即全水夹套炉或复合煤气炉（下简称Ⅲ代炉）。
２三种炉型近年来经典改造过程
2.1 Ⅰ代炉
这是我国建国初期移置了部分UGI工艺技术、结合国家的状况而设计的炉型。刚开初对原料的要求比较苛刻，要求是高温冶金焦，且粒度为25～75㎜。中期改为优质山西晋城无烟块煤。煤气炉运行较稳定，气量和气质都很好（负荷轻）。后期随着各企业规模扩大，煤炭紧张，改烧劣质煤，一些设备改造不匹配，没有系统性改造，暴露的问题就多了。炉况不稳定，易恶化，“二差”、“三高”、“一短”随时出现，即发气量差，气质差，煤耗高，蒸汽消耗高，煤气温度高，设备寿命短。为烧好劣质煤，广大造气专业人员和科技人员多年来共同努力，对煤气炉不断进行系统改造，使中国特色的小型炉又有新的生机。经典的改造情况（系统性全方位改造）如下。
（1）煤气系统流程四炉—站—机—锅（组合）—塔，即四台炉共用一台油压泵站，一台空气鼓风机，一台废锅炉（上废锅下过热器），一台洗气塔。
（2）蒸气流程水夹套及废热锅炉自产蒸汽，去过热器过热，回蒸汽缓冲罐（罐容积不小于35～40 m3），放在四炉中间，尽量靠近炉子，蒸汽总管Ф377 mm或Ф426 mm，单炉支管Ф273 mm或Ф325 mm，四台炉以上可将缓冲罐连通使用。这样便于蒸汽压力的稳定，有利于造气炉工况的稳定。
（3）吹风气回收流程无论上第二代（中燃式）还是第三代（下燃式）吹风回收系统，采用微负压的工艺（有数种流程）。根据企业自身状况，选择适合工艺需求的流程。
（4）空气流程四台炉共用一台空气鼓风机，总管Ф1000㎜、支管Ф700 mm、上吹加氮Ф273 mm。
（5）油压流程油路总管Ф76mm、支管Ф38 mm，泵站设连锁装置，设置低限为
3.8MPa，若到低限另一台自动开启，保持油压系统正常，减少阀门因油压系统波动大，导致开关慢或开关不到位，影响造气炉的稳定运行的情况。
（6）高径比煤气炉逐步扩径改造，但每次扩径都未重视高径比，导致高径比严重失调，即扩径后截面积大了，也不多产气，反而出现炉况不稳定，一些企业扩径改造运行一段时间又改回来，走回头路。其实他们没有把扩径后运行不正常的真正原因找出来，盲目行动，草率行事，使企业蒙受较大的经济损失。煤气炉改造不光要考虑整体合理高径比，还应考虑水夹
套的高径比。过低，夹套易挂壁，一般半水夹套高径比为1∶1。煤气炉整体高径比块煤为2∶1；型煤2.2∶1。
（7）炉箅随着高径比的提高，炉箅过低也不适应，应采用多层多边的，布风均匀合理，破渣排渣能力强，适当增加高度，即炉箅自然的倾斜角大，有利于排渣畅通，同时适当加大炉箅底座6个大角，使与灰犁尺寸匹配，保证气化的灰渣落在灰盘上通过炉条机转动能及时排出。再次衍生的灰渣有立足之地，实现新陈代谢，不滞流灰渣，减少炉条机做无用功。
（8）灰渣的排放形成的灰渣在排灰口能否及时排出，根据不同的煤种设立排灰口的安息角角度。无论设计内防或外流，安息角设计为35～40°为最佳。
（9）加焦（煤）的方式加焦（煤）由手动、半自动到自动加焦（煤），但实现不了煤的综合利用和显热的综合利用，只是减少了工人的劳动强度。最优的造气加焦（煤）实现了自循环，当上行温度低，显热很难回收。对半自动加焦（煤），可以提前把煤送入造气炉内，利用吹风和上吹制气的显热逐步加热料层，即使下吹（过热蒸汽180～230℃）制气也能加热料层，提前慢加热和干馏，热稳定性得到提高，减少热损失，实现煤的自产自用，减少用显热自产蒸汽的过程。因此提高高径比，加长布料长度，把煤放在布料器中提前慢加热（对一些劣质煤更有利），这样同时缩小了空程死空间，有利于间歇制气转换时间，是目前小型炉最佳的加焦（煤）方式。故此河南新乡心连心化工厂近70台煤气发生炉均是半自动加焦（煤）。
（10）系统阻力根据不同炉型、煤质，产成品及气量的要求，计算出切实可行的管道尺寸，应尽量减少管道弯头和避免远距离传送，减少水封装置，这样尽量减少系统阻力。
（11）控制系统由单片机到PLC粗放型的控制系统已过时，应淘汰。随着DCS系统的应用，智能化、程控化、管理化得到广泛应用，发挥了很好的经济效益。
2.2 Ⅱ代炉
第二代煤气发生炉是在Ⅰ代的基础上发展演变而成的。结构是半夹套（外直内锥），水夹套截面积下大上小。其他部件及外静止设备的流程与Ⅰ代炉完全一样，锥型炉结构的主要特点是，煤气炉内下大上小，有利于介质流动；改造方便，节约工期和费用；有利于通风，便于提高炉温，增加产气量；蒸汽分解率高、气质好、煤耗低、返焦少。此炉型投放市场后，颇受小氮肥企业的青睐，纷纷改造或上马。改造上马初期运行稳定，有十分明显的效果。然而在运行一段时间后，出现了炉况不稳定，产气低、消耗高等问题，有时还需扒炉，新开起来的装置没有把真正的原因找出来，未能对症下药。笔者走访了不少用此炉型的用户，有类似的原因，有的把原因找准了，问题得到解决，恢复正常的使用。有的企业没有找准原因，问题仍得不到解决，炉况时好时孬。我认为是操作不稳定造成的，出现问题束手无策，无所适从。炉条机是调渣层厚薄的，不是调炉下温度高低的，炉下温度的高低主要通过上下蒸汽及时间来控制。用炉条机调节炉下温度，若加快转速，其结果是炉下温度在指标范围了，但没有渣层了，使炉下设备寿命短，影响炉况稳定。两排灰口由于没有灰渣层，极易塌炉、流生炭，从而使炉内“五层次”即灰渣层、氧化层、还原层、干馏层、干燥层“紊乱”，“层位交错”或称为“断层”。原有条不紊的五个层次彻底打乱不复存在了，只好减负荷，重新养炉，逐步恢复。由于塌炉、流生炭极易导致灰渣在灰盘二次燃烧，烧坏上灰仓，跑冒滴漏严重，污染环境；两排灰口烧坏、内外防流板或变形，影响正常的使用，使炉况很难稳定，轻者（下偏灰重者）两边均流生炭，炉况难以恢复正常，只好扒炉，修整防流装置，方能使炉子稳定正常运行。一些片法看法把这种现象归结为这种炉型结构不合理、不成功，是不恰如其分的判断，误导了新技术的推广利用。
2.3 Ⅲ代炉
Ⅲ代炉是吸收了Ⅰ、Ⅱ代煤气炉的精华和经典研制而成的。其结构是全水夹套，炉顶采用椭圆封头（夹层），有直筒和外直内锥两种结构形式。其他部件及外流程图与Ⅰ、Ⅱ代炉基本相似，除具有Ⅰ、Ⅱ代炉优点外还有以下特点：（1）煤种适应强、操作弹性大；（2）有利于高炭层操作；（3）蓄热效果好、产气量大、气质好；（4）消耗低、返焦少；（5）有效降低炉上温度、减少热损失，把吹风及上吹的显热首次回收，可降低吹风气及煤气的流速、减少带出物；（6）完全避免挂炉现象的发生；（7）蒸汽分解率高，降低了洗气塔负荷及循环水用量，也降低了煤气温度。关于上述优点笔者曾在小氮肥发表《复合炉锥形炉的浅析与应用》一文。因此近年来这种炉型得到数家企业的认可应用，发挥了很好的作用。一些中型氮肥厂把20世纪30年代从美国引进的UGI也进行改造，移植小氮肥经典改造流程，使UGI炉面目全新，美式的UGI也变成了中国式的煤气炉，运行稳定，效益显著。
3 常压固定床间歇气化技术的展望
常压固定床间歇气化技术在中国已走过50个春秋，为化工、化肥中小型企业作出了突出的贡献。随着时代的发展，资源的逐步枯竭，能源的利用率已是全社会及全球关注的问题。进入21世纪我国提出了节能减排的战略目标。节能减排、能源综合利用，保持生态平衡，造福子孙后代已是全社会的责任，每个公民责无旁贷。然而，常压固定床间歇气化技术存在能耗高、污染重、煤利用率低的弊端，但又是化工化肥煤气化的主要工艺，食之无味，弃之可惜。淘汰这种气化技术只是时间的问题，只有将常压固定床间歇气化技术改为连续气化。
3.1 常压固定床间歇气化与富氧（纯氧）连续气化的对比分析
将常压间歇气化改为连续气化，在原炉型基础上增加空分装置，改动控制系统。连续气化是等径间歇气化煤气炉产气量的1.8～2.5倍，且热损失少，蒸汽分解率高，气体质量好，煤炭的利用高，返焦含量低，无吹风气排放，节能减排，安全环保。
3.1.1 连续气化无吹风阶段，富氧（纯氧）+蒸汽连续入炉，气化反应可以维持两大平衡（物料、热量），压力和温度稳定，介质流向一致，热损失少，气质好，蒸汽分解率高，产气量大，煤炭利用率高，氨醇成本低。间歇气化每个循环的6个步骤中，吹风占1/3的时间，储存的热量利用40%，60%的热量去吹风气回收或放空，即使回收也是用无烟煤换蒸汽，烟煤与无烟煤价格差得大，不经济，且污染环境，放空更是浪费，每循环过后周而复始，炉温变化大，产气量不稳定。
3.1.2 连续气化工艺流程简单，操作稳定，便于管理。程控阀门少，故障率低，维修费用少，气体成分易调节。间歇气化流程复杂，操作不稳定，不便于管理，程控阀门多，开关频繁，故障率高，维修强度大，费用高，气体成分不便于调节。
3.1.3 连续气化取消吹风阶段，无吹风气排放，环保好，间歇气化吹风气放空，热损失大，浪费能源，污染环境。
3.1.4 连续气化正常生产中，程控阀门不需开关步骤，噪音小，安静，稳定性好；间歇气化阀门开关频繁，气体流向交替变化，噪音大，不利于健康。
3.1.5 连续气化气体中CO2比间歇法高6％～8%，有联醇工艺可消化一部分，若有碳酸氢铵基本消化完，无这两种的工艺可采取其他方式回收利用，实现变废为宝，循环经济，节能减排。回收的CO2送入造气炉，实现三种气化剂连续气化，可大大提高有效气体含量，降低生产成
本。
以上两种气化技术的对比分析表明，连续气化从工艺技术、原料消耗、安全环保、操作稳定、维修费用、产气量、蒸汽消耗等方面，均优于间歇气化技术，是煤气化技术小规模大发展之必然趋势。
4 连续气化种类
连续气化有纯氧连续气化（氧浓度99.5%）和富氧（氧浓度50％～60%）连续气化。纯氧连续气化又分为纯氧＋CO2气化和纯氧＋蒸汽气化两种。
（1）纯氧＋ CO2气气化技术
称为焦（煤）部分氧化还原法，简称CO炉。CO炉利用纯氧和CO2作为气化剂，通过常
压固定床以焦（煤）为原料连续气化的方法制备高纯CO气，煤气中CO为68％～71%，通过后
面的净化、压缩、精脱硫变压吸附提纯等工序，最终得到纯度大于96%的CO，可生产甲酸、甲胺羰基合成等产品。此技术是一种较新型的气化技术，在国内有数十家近60台Ф2400～Ф2600 mm煤气炉使用，发气量3000～10000 m3/h（炉径不等）。
CO炉的特点：（1）结构设计独特，高径比大于3∶1；铸钢炉箅具有强破渣和排灰功能，合理均匀分布气化剂，从而保证气化过程达最佳状态，使CO2得到充分还原，提高CO质量；实现连续自动加焦和不停炉下灰，为连续气化提供了安全技术保障。（2）干燥原料焦吊运或皮带输送至加煤料仓，实现自动控制入炉量，纯氧和脱碳系统或再生的CO2按一定的气气比
混合自炉底加入，在炉内高温条件下进行部分氧化还原反应，生产粗CO煤气。（3）可连续制气，运行费用低，效益显著。CO2取代了蒸汽作气化剂，CO2发生氧化还原反应，起到了调节温
度和热载体的作用，控制火层温度在t2点以下，防止结疤。（4）焦燃烧完全，返焦＜5%。（5）无吹风阶段，没有热损失，清洁生产，安全环保，经济效益好，CO2可循环再生利用，变
废为宝，节能减排，环保，保持生态平衡。
（2）富氧（50％～60%）或纯氧（99.5%）＋蒸汽连续气化
两种连续气化技术有连续气化的几大特点，所不同的是富氧气化原是半水煤气用于生产合成氨或联醇产品，是这两种产品的最佳气化工艺。而纯氧连续气化后的煤气是水煤气，用于生产单醇或焦化厂副产的焦炉气，可作补碳生产单醇，也可用于炼油厂柴油或汽油加氢装置，是这几种产品的首选气化技术。另根据CO炉焦部分氧化还原法，可将富氧（纯氧）＋水蒸气连续气化同有CO2来源的厂联手，即三种气化剂同时入炉，实现连续气化，生产的有效气体成分（CO＋H2）可提高3％～5%，实现循环利用，节能减排，具有广泛的使用价值，值得大力推广应用。
5 结语
中国式常压固定床间歇煤气化技术经历了50年的发展，在中国生根开花结果，是国人的骄傲和自豪。将常压间歇气化逐步改为常压连续气化是一条新路子，最终走具有我国自主知识产权、煤气化、大型化、流化床和加压气流床的气化技术道路。
固定床气化
固定床气化： 1.1 鲁奇固定床气化技术 鲁奇公司从1930年开始开发此项技术，经过不断改进，比较成熟的是直径为3.8m,压力为3.0-4.0MPa的MARK Ⅳ型气化炉。其后，由与南非萨索尔合作开发了MARK Ⅴ型气化炉。在美国、南非有应用。国内较早使用鲁奇炉的有山西天脊，河南义马，云南解化、哈气化、兰州煤气厂。 鲁奇炉的特点是带有夹套锅炉固态排渣的加压煤气化炉，也称为碎煤加压气化。 煤种要求：使用块煤（6-50mm），热稳定性好，不能有黏结性，灰熔点不能太低，煤种适应性差 1.1.1 优点： 1.1.1.1 业绩多、运行稳定 1.1.1.2 副产品附加值高（副产品：焦油、中油、石脑油、粗酚、氨） 1.1.1.3 粗煤气中含10%-12%甲烷，甲烷合成负荷低，投资省 1.1.1.4 氧耗低，空分投资省，备煤系统相对简单 1.1.1.5 设备国产化率高 1.1.2 缺点： 1.1. 2.1 煤锁阀和灰锁阀检修频繁 1.1. 2.2 酚、氨回收系统开车困难 1.1. 2.3 气化流程长，操作性对复杂 1.1. 2.4 污水量大、成分复杂，处理难度大，达标排放不易，投资高 1.1. 2.5 煤种适应性差 鲁奇炉总装图 1.2 BGL熔渣气化炉
BGL气化炉炉体简单，在炉内壁加入了耐火砖衬，外面靠水夹套保护。在炉体下部沿周向安装了一组喷嘴，将混合氧气、水蒸汽高压喷入炉内，形成炉内局部高温燃烧区（2000℃），气化区温度在1400-1600℃（反应温度700-1400，鲁奇炉700-1100），较鲁奇炉大幅度提高了气化率，成倍提高了气化强度。最大的优势是将蒸汽使用量减少到鲁奇炉耗量的10%-15%,蒸汽分解率超过90%，绝大部分水蒸汽参与气化，极大减少了废水量。与气流床相比，又兼具了鲁奇炉的特点，无需为气化水而消耗大量氧气，仅比鲁奇炉耗氧多10-20%。但气化反应速度快，强度大大增强，生产能力比同样大小的鲁奇炉高2-3倍。 煤种要求：使用块煤或型煤（6-50mm），热稳定性好，不能有黏结性，灰熔点不能太低，煤种适应性差 1.2.1 优点： 1.2.1.1 设备完全国产化 1.2.1.2 副产品附加值高 1.2.1.3 粗煤气中含6.2%左右的甲烷，甲烷合成负荷低，投资省 1.2.1.4 污水处理量比鲁奇炉少 1.2.1.5 设备国产化高 1.2.2 缺点： 1.2.2.1 煤锁阀检修频繁 1.2.2.2 运行业绩少 1.2.2.3 酚、氨回收系统开车困难 1.2.2.4 装置用水量大 1.2.2.5 气化流程长，操作性对复杂 1.2.2.6 污水成分复杂，处理难度大，达标排放不易，投资高 1.2.2.7 煤种适应性差
常压固定床煤气发生炉通用技术条件
常压固定床煤气发生炉通用技术条件 机械行业标准JB7327-94 1995-07-01实施 中华人民共和国机械部颁布实施
常压固定床煤气发生炉通用技术条件 机械行业标准JB7327-94 1995-07-01实施 1.主题内容与适用范围 本标准规定了常压固定床煤气发生炉的设计制造通用技术要求、试验方法与检验规则、标志、包装、运输、贮存和质量保证期。 本标准适用于系统操作压力为常压，炉体夹套压力小于0.1Mpa的常压固定床煤气发生炉包括蒸汽集汽器，以下简称煤气发生炉。 本标准不适用于煤气茶炉、煤气锅炉和以用煤气为副产品的其它常压型制气设备。 2.引用标准 GB699—88 优质碳素结构钢技术条件 GB713—86 锅炉用碳素钢和低合金钢钢板 GB2586—91 热量单位、符号与换算 GB2587—81 热设备能量平衡通则 GB2588—81 设备热效率计算通则 GB2589—81 综合能耗计算通则 GB3274—88 碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带 GB3768—83 噪声源声功率的测定----简易法 GB4879—85 防锈包装 GB6222—86 工业企业煤气安全规程 GB7561—87 合成氨用煤质量标准 GB9143—88 常压固定床煤气发生炉用煤质量标准 GB9437—88 耐热铸铁件 GB9439—88 灰铸铁件 GB11352—89 一般工程用铸造碳钢件 GBJ58—83 爆炸和火灾危险场所电力装置设计规范 JBJ11—82 发生炉煤气站设计规范 TJ28—78 城市煤气设计规范 JB2880—81 钢制焊接常压容器技术条件 JB2536—80 压力容器油漆、包装运输 JB4403—87 蠕墨铸铁件 JB/ZQ4000—86 通用技术条件 JB/ZQ4286—86 包装通用技术条件 JB/ZQ4295—86 不锈钢、耐酸、耐热锻件用钢 JB/ZQ4297—86 合金铸钢 3.技术要求 3.1一般要求 3.1.1煤气发生炉应符合本标准规定，并按照规定程序批准的图样和技术文件制造。 3.1.2煤气发生炉的设计和改进，应符合JBJ11、TJ28、GB6222和城市煤气安全规程的有关规定。 3.1.3煤气发生炉性能见表1 表1 3.1.4可靠性质量指标制气工艺混合煤气水煤气 3.1. 4.1在规定使用条件下用煤质量标准 GB9143 GB7561 年连续运行率应大于82%。煤种无烟煤烟煤无烟煤或焦炭 3.1. 4.2在规定使用条件下，产品气化效率% ＞72 ＞75 ＞55 性能和精度在给定范围输出强度MJ/m2h ＞4000 ＞4500 ＞3200 内的保持时间不少于10年。注：煤气发生炉的输出强度是指炉膛直径横截面积每平方米每小时输出的煤气热量
固定床气化工艺简介：1、固定床气化的特点.
煤炭气化技术是煤化工产业化发展很重要的单元技术。煤炭气化技术在中国被广泛应用于化工、冶金、机械、建材等工业行业和生产城市煤气的企业，气化的核心设备气化炉大约有9000多台，其中以固定床气化炉为主。近20年来，中国引进的加压鲁奇炉、德士古、水煤浆气化炉等，主要用于生产合成氨、甲醇或城市煤气。中国先后从国外引进的煤炭气化技术多种多样。如引进的水煤浆气化装置有1987年投产的鲁南煤炭气化装置(二台炉、一开一备，单炉日处理450吨煤，2.8MPa)，1995年投产的吴泾煤炭气化装置(四台炉，三开一备，单炉日处理500t煤，4.0 MPa)、1996年投产的渭河煤炭气化装置(三台炉，二开一备，单炉日处理820t煤，6.5MPa)，2000年7月投产的淮南煤炭气化装置(三台炉，无备用，单炉日处理500t煤，4.0MPa)等。 进行煤炭气化的设备叫气化炉。按照燃料在气化炉内的运动状况来分类是比较通行的方法，一般分为移动床(又叫固定床)、沸腾床(又叫流化床)、气流床和熔融床等。 图4-16 三种典型气化工艺过程 （a）固定床，800～1000℃，块煤（3～30mm或6～50mm）；（b）流化床，800～1000℃，碎粉煤（1～5mm）；（c）气流床，1500～2000℃，煤粉（小于0．1mm） 此外，气化炉在生产操作过程中，根据使用的压力不同，又分为常压气化炉和加压气化炉；根据不同的排渣方式，可以分为固态排渣气化炉和液态排渣气化炉。 不论采用何种类型的气化炉，生产哪种煤气，燃料以一定的粒度和气化剂直接接触进行物理和化学变化过程，将燃料中的可燃成分转变为煤气，同时产生的灰渣从炉内排除出去，这一点是不变的。然而采用不同的炉型，不同种类和组成的气化剂，在不同的气化压力下，生产的煤气的组成、热值以及各项经济指标是有很大差异的。气化炉的结构、炉内的气固相反应过程及其各项经济指标，三者之间是紧密联系的。 一、固定床气化工艺简介 1、固定床气化的特点 移动床（固定床）是一种较老的气化装置。燃料主要有褐煤、长焰煤、烟煤、无烟煤、焦炭等，气化剂有空气、空气一水蒸气、氧气一水蒸气等，燃料由移动床上部的加煤装置加入，底部通入气化剂，燃料与气化剂逆向流动，反应后的灰渣由底部排出。固定床气化炉又
固定床生物质气化发电项目相关内容
固定床生物质气化发电项目介绍 一、背景 自2006年12月，我国第一个生物质直燃发电项目——单县生物质发电厂投产以来，到2009年底，全国已投产生物质直燃发电厂50余座，装机容量超过1200MW，生物质气化发电总装机容量约为 50MW，生物质发电产业已经具有一定的规模。 二、存在问题 目前我国生物质发电技术比较单一，在已经投产的生物质发电厂中，生物质气化发电仅为50MW，其余均采用直燃发电技术。存在的主要问题有： （一）直燃发电技术项目经济效益低下 现已建成的生物质直燃发电项目经济效益均不尽人意，为此，国家发改委价格司两次调整了生物质直燃发电厂的上网电价，现已开始执行全国统一的750元/MWh的固定电价。造成项目经济效益低下的主要原因有以下几点： 1.技术适应性差 生物质直燃发电采用锅炉——汽轮机——发电机工艺，这种工艺
已经非常成熟，单套发电系统的装机规模已经达到1000MW（超超临界机组）。而生物质发电受到原料收集和供应的限制，目前生物质电厂的装机规模仅为25~30MW。此规模的机组与大机组相比，单位投资高、效率低，因此，直燃发电技术用于生物质发电存在“先天性”的缺陷。 2.发电原料涉及农户数量巨大 一个装机容量为30MW的生物质直燃发电厂，按年运行6000小时计，每年约需消耗生物质原料25~28万吨。我国农业生产主要以农户为单位，全国人均耕地面积为1.91亩/人，户均约为6.5亩，按每亩生成秸秆1吨计，每个农户每年可提供的秸秆为6.5吨。据调查数据显示，秸秆除了用于还田、饲料和炊事外，可以用于生物质发电的比例约为30~40%，这意味着每个农户每年可为生物质发电提供的原料仅约2吨。因此，一个装机容量为30MW的生物质发电厂，需要12-14万户农户为其提供原料，而且需要分两季收集，每年涉及的秸秆收购交易高达20万次以上，管理成本大大增加。 3.收集半径大，运输成本高 由于生物质原料需求量较大，所以收集半径加大，调查数据显示，目前生物质直燃发电厂的收集半径均达到100-150km。农村广泛使用的小型农用拖拉机已经无法胜任原料运输任务，必须使用大型车辆，而大型车辆的折旧、维修保养、司机工资均大大高于农户使用小型农
固定床气化工艺简介：2、固定床气化的过程原理.
2、固定床气化的过程原理 固定床气化炉内的气化过程原理如图4-17所示。 图4-17 固定床气化的原理 可见， 在固定床气化炉中的不同区域中，各个反应过程所对应的反应区 域界面比较明显。 当炉料装好进行气化时，以空气作为气化剂或以空气（氧气、富氧空气）与水蒸气作为气化剂时，炉内料层可分为六个层带，自上而下分别为：空层、干燥层、干馏层、还原层、氧化层、灰渣层，气化剂不同，发生的化学反应不同。由于各层带的气体组成不同，温度不同，固体物质的组成和结构不同，因此反应的生成物均有一定的区别。各层带在炉内的主要反应和作用都不同。 (1)灰渣层 灰渣层中的灰是煤炭气化后的固体残渣，煤灰堆积在炉底的气体分布板上具有以下三个方面的作用。 ①由于灰渣结构疏松并含有许多孔隙，对气化剂在炉内的均匀分布有一定的好处。 ②煤灰的温度比刚入炉的气化剂温度高，可使气化剂预热。 ③灰层上面的氧化层温度很高，有了灰层的保护，避免了和气体分布板的直接接触，故能起到保护分布板的作用。 灰渣层对整个气化操作的正常进行作用很大，要严格控制。根据煤灰分含量的多少和炉子的气化能力制定合适的清灰操作。灰渣层一般控制在100~400mm 较为合适，视具体情况而定。如果人工清灰，要多次少清，即清灰的次数要多而每次清灰的数量要少，自动连续出灰效果要比人工清灰好。清灰太少，灰渣层加厚，氧化层和还原层相对减少，将影响气化反应的正常进行，增加炉内的阻力；清灰太多，灰渣层变薄，造成炉层波动，影响煤气质量和气化能力，容易出现灰渣熔化烧结，影响正常生产。 灰渣层温度较低，灰中的残碳较少，所以灰渣层中基本不发生化学反应。 (2)氧化层 也称燃烧层或火层，是煤炭气化的重要反应区域，从灰渣中升上来的预热气化剂与煤接触发生燃烧反应，产生的热量是维持气化炉正常操作的必要条件。氧化层带温度高，气化剂浓度最大，发生的化学反应剧烈，主要的反应为： 22CO O C →+ CO O C 222→+
第一章原料气的制取习题及答案
习题 一、填空题 1、德士古气化炉是一种以进料的的气化装置，该炉有两 种 不同的炉型，根据粗煤气采用的冷却方法不同，可分为和。 2、目前常用的气化炉有、、、。 3、煤气发生炉可根据使用气化剂和煤气热值不同，一般可以分 为、、、。 4、气化的基本过程包括、、、 等几个过程。 5、煤的气化是指利用进行多相反应产 生、、的过程。 6、对于移动床气化炉而言，炉内料层可分为六个层带，自上而下分别 为、、、、、。 7、合成氨过程中，要求半水煤气的组成满足：。 8、根据自控水平及维护炉内工作状况稳定的原则，一般循环时间为。 9、在间歇制气过程中，要求在正常生产条件下，吹出物量不应超过总入炉燃料量的，一般生产1 m3的半水煤气，约消耗的空气。 10、烃类蒸汽转化催化剂中，活性组分是，但其以形式存在于催化剂中，因此在使用时必须先用或进行。 二、判断题 1、以空气为气化剂生产的煤气叫做水煤气，其组成中含有大量的H2和CO，发热量很高，可作为燃料。（） 2、煤中灰分高，有利于气化生产，气化率高。（） 3、在气化过程中，煤的粒度越小，气化率越高。（） 4、经常使用及长时间停炉的煤气发生炉可直接点火，可以不经烘炉直接投入生产运行。（） 5、如果生产中没有及时给煤，炉内料层高度下降，煤气出口温度会带上升。（） 6、如果气化炉卸炉不充分，不会影响出口煤气温度。（）
7、从发生炉出来的粗煤气温度很高，带有大量的热量同时带有大量的固体杂质。（） 8、煤气中的硫主要以SO2、硫醇形式存在。（） 9、水碳比越高，越有利于甲烷的蒸汽转化。（） 10、压力越高，越有利于甲烷的蒸汽转化。（） 11、提高转化温度，有利于甲烷的蒸汽转化，同时可抑制析碳反应的进行。（） 12、二段转化过程中，要求催化剂中镍含量要高。（） 13、烃类蒸汽转化催化剂的永久性毒物主要是硫化物及砷化物。（） 三、名词解释 1、空气煤气 2、水煤气 3、混合煤气 4、半水煤气 5、水蒸气分解率 6、循环时间 7、水碳比 8、空间速率 四、简答题 1、原料气制取的途径是什么 2、简述煤气化的原理。 3、制取半水煤气的工业方法有哪些 4、半水煤气生产特点是什么 5、间歇式制半水煤气的工作循环有那几个阶段 6、目前常用的气化炉形式有什么形式的 7、气化用煤分为哪几类各有什么特点 8、析碳反应的危害有哪些 9、工业生产中一般采取什么措施防止炭黑生成 10、石脑油蒸汽转化工艺和甲烷蒸汽转化工艺有什么不同之处 五、论述题
固定床的特点
固定床 当气体以较低速度自下而上通过均匀固体颗粒床层时，气体只在静止不动的固体颗粒空隙中穿过，固体颗粒床层的高度基本上维持不变，这样的床层称为固定床。随着气体流速增大，固体颗粒床层开始松动，固体颗粒的相对位置也在一定区域内调整，床层高度略有增加；如果气体流速继续增大，固体颗粒则完全悬浮在向上流动的气体中，并进行相当不规则的运动；气体流速进一步增大，床层高度将随之增加，固体颗粒的运动更为激烈，但仍停留在床层中，而不被气流所带出，这样的床层称为流化床。当气体流速继续增大，流化床的上界面消失，固体颗粒分散悬浮在气体中并被气流夹带而离开床层，这样的床层称为气流床，此时，气体通过固体颗粒床层的压力降随气体空塔速度的增大而急剧减小，甚至固体颗粒被气体全部带出。根据上述原理，形成3种制气技术，即固定床气化、流化床气化和气流床气化。 固定床气化技术的特点是原料煤预处理相对简单，气化炉出口粗煤气组成中甲烷、酚、焦油等杂质含量较高，冷煤气效率高，适合于煤制天然气。其主要特点如下： 1、粒度分布：5-50mm之间，大于50mm和小于5mm的应小于5%。 2、灰熔点高于120度。灰和水的总和小于50%。适合高水分、高灰分含量的低阶煤。适应高灰、高水、高灰熔融性温度的煤。 3、煤要有一定的热强度和机械强度。 4、煤气中含体积分数10％左右的甲烷比较适合煤制天然气项目，投资也相对较低。这也是国内多数煤制天然气项目选择鲁奇炉的原因。 5、毎产生1000NM3的甲烷，要产生1.7吨难处理的含酚废水。 其不足之处是：使用块煤、煤气水量大、副产品量少时难以加工利用。 采用加压固定床气化炉的缺点是： 1）要使用块煤（粒度煤）、价格高； 2）煤的粘结性不能太强（可应用煤种受到限制）； 3）气化强度较低（单炉产气量有限、需使用很多台炉）； 4）在气化年轻煤种时，焦油产量较大（烟煤，约4～6％；褐煤，约5～8％）； 5）碳转化率较低，冷煤气效率低；（灰渣中含碳高） 6）蒸汽分解率低（～40％），消耗量大，未分解蒸汽冷凝后造成废水量大； 7）环保方面的潜在问题（焦油和水处理）； 8）需要设置流程复杂的焦油处理、循环水处理系统；目前国内有些使用鲁奇炉的项目通过环评，我们认为审查者不应只看纸面上的方案，一定要看实际运行效果 优点是：气化年轻煤种时，合成气中甲烷含量较高，变换、甲烷化 负荷较低
固定床连续气化法富氧制气概述
题目：固定床连续气化法富氧制气概述 固定床连续气化法富氧制气概述 摘要：目前我国大部分化工企业采用固定床间歇式制气法制取半水煤气，CO等含量虽然较高，但不能连续和节能的进行生产。本文所介绍的这种方法不但可以连续造气、节约能源，而且制成的产品煤气品质较高。本文从原理、工艺流程、主要系统等进行了简要的概述，还附加了一些实际过程的处理方法等。 关键词：工艺、流程、造气炉、操作方法、液压油系统 1．生产原理、工艺流程及工艺指标 1．1生产原理 以干燥后的焦碳（或焦球）为原料、O 2及CO 2 为气化剂，在新型CO气体发生炉内进 行气化反应，制得粗CO气，其主要反应如下： C+O 2=CO 2 +394.5KJ/mol （1） C+CO 2 =2CO-168.5KJ/mol （2） C+1/2O 2 =CO+112.9KJ/mol （3） 反应主要按（1）、（2）式进行。反应（1）、（3）为氧化反应，是强放热过程；（2）为还原反应，为吸热反应。 CO 2 除参加反应外，还起载热体作用和调节温度作用，控制燃烧层最高温度在灰熔点（T2）以下，防止灰渣结块。 1．2工艺流程
1．2．2该流程示意图如下[2]： 1—CO2罗茨机 2—混合器 3—预热器 4—造气炉 5—废热锅炉 6—洗气塔 7—气柜 8—脱硫 1．2．3生产流程简述（内蒙古宜化生产工艺） 将粒度为25～60mm的合格焦碳加入到自动加焦机，自动加焦机定量将焦炭加入气 化炉内，从界区外来的合格的O 2和CO 2 严格按一定比例（1.8～2.1）混合后，从气化炉 底部进入，与焦炭进行氧化和还原反应，气化炉产生的粗炉气经过旋风除尘器除去大部分灰尘，并经废热锅炉回收热量后，再进入联合洗气塔，将煤气温度降到45℃以下，同时除去煤气中的大部分粉尘后送至后工段。 1．2．4工艺特点： （1）在常压下连续加料，连续排灰，连续气化，干法排灰气化工艺。 （2）工艺流程简单，为防止CO泄漏，设计上采用严格防泄漏措施。 （3）气化炉生产强度大，易于检修，特殊的炉篦结构，具有均匀布气，破渣、排渣三个功能，并可根据原料特性调整各层布气。 （4）利用变压吸附装置回收的CO 2 ，变废为宝，降低原料费用。 （5）生产操作易于控制，通过对CO 2/O 2 的比值调节，控制气化层及顶部温度，达到安 全稳定生产的目的。 （6）废热锅炉产生的0.5MPa低压蒸汽送至热电除氧器，夹套产生的蒸汽预热气化剂
移动床式气化炉燃烧气化地仿真与分析报告
Sanming University Diploma Work (Project) Title:The simulation and analysis of combustion and gasification for a Moving-bed gasifier Grade & Major:Grade 2006, Machine Design & Manufacturing and Their Automation Number:20060663129 Name: Instructor: 2010-03-06
毕业论文(设计)承诺书 我仔细阅读了毕业论文（设计）的有关文件规定。 我知道，抄袭别人的成果是剽窃行为，是可耻的，也是违反毕业论文（设计）规定的。如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。 我郑重承诺，严格遵守学院毕业论文（设计）规定，以自己的真实水平认真做好毕业论文（设计）。如有违反规定的行为，我将接受严肃处理。我的毕业论文（设计）题目为： 学生签名：日期: 导师签名：日期: 论文版权使用授权书 本论文作者完全了解学校有关保留、使用论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文。 保密□，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密□。（请在以上相应方框内打“√”） 作者签名：日期： 导师签名：日期：
目录 摘要...................................................................... 1.绪论 (1) 1.1煤炭资源 (1) 1.1.1 煤炭资源及其利用 (1) 1.1.2煤气化方法: (2) 1.2 气化炉结构 (2) 1.2.1 移动床气化炉 (2) 1.3 FLUENT软件 (5) 1.3.1 FLUENT软件概述 (5) 1.3.2 程序的结构 (5) 2. 移动床气化炉的仿真与分析 (7) 2.1 数值模拟研究方法 (7) 2.1.2基本控制方程： (7) 2.2 利用GAMBIT建立网格 (8) 2.2.1 参数的确定 (9) 2.3 利用FLUENT求解器求解 (11) 2.3.1 显示网格 (11) 2.3.2 仿真分析 (12) 2.3.3 显示结果 (16) 3. 结论与展望 (20) 致谢 (21) 参考文献 (22)
固定床煤气化技术讨论(一)概要
固定床煤气化技术讨论(一杜始南江西化工设计院昌昱造气技改设计所2011.5.1 我国的常压固定床煤气化技术水平可以说是代表了世界的。但目前看来设备结构差别不少,工艺操作各有说法,消耗水平和发气能力差距极大,技术改造的方向又众说纷纭。兹将固定床气化技术的几个工艺设备问题,结合工作经验教训进行简单地分析,以供大家讨论时参考。 1、高径比的问题。 造气炉引进高径比概念来指导造气炉的设备制造和工艺操作,实际上是很牵强的,有些人甚至鼓吹高径比应超过2。更有甚者,俨然以专家权威自居,说是φ2.8造气炉2.2:1的高径比是标准。显然,这些人是忘记了固定床的床层是固定的这一前提了。因为煤的气化反应只在高温区发生,煤的温度在900°以下时,煤气化反应在工业生产实践中已经没有实际效果。根据固定床煤气化技术原理,固定床的气化火层最高温度区不会超出炉蓖风帽顶100-200高,你把炉子做得那么高,不是给气化火层往上移创造条件了么。气化火层上移,煤气带出热增多,煤耗会急剧上升。有人说气化炉高度提高,单炉贮煤容积增加,可以相应增加碳层高度和渣层厚度,有利降低造气炉的煤气温度、提高蒸汽分解率,对造气炉的负荷、消耗和气质均有利。这些说法不是很准确的。因为(1碳层高度和渣层厚度增加对降低煤气温度作用甚微,原因是煤和渣的导热系数都只有零点几,而气体的导热系数则只有零点零几靠气固两相对流传热,交换不了多少热量。(2蒸汽的分解只在高温的气化火层有效进行,热碳层和灰渣层再高再厚对它起作用甚微。(3由于碳层高度和渣层厚度增加造成气化剂进出气化火层的阻力增大,对造气炉的负荷只会不利不会有利。(4由于给气化火层上移创造了条件,使得煤耗只会增加。(5气质还有可能降低,比 如,对间歇气化流程来说,提高造气炉的高度会引起吹风气中一氧化碳含量的升高。制气时还会造成煤气中甲烷含量的增加。 当然,从炉体尺寸对比中,肯定可以得到高径比这个数值。也就是说,炉体结构是有这么个高径比的数据的。
几种固定床
螅几种固定床（移动床）气化炉的特点 螀2009-02-21 10:05:37| 分类：默认分类|举报|字号订阅 腿移动床(固定床)气化 螅移动床气化又称固定床气化，属于逆流操作。分为常压与加压两种。常压法比较简单，但要求用块煤，低灰熔点的煤难以使用。加压法是常压法的改进和 提高，常用O2与水蒸气为气化剂，对煤种适应性大大提高。属于这类炉型的气 化炉有UGI炉、鲁奇(Lurgi)炉和液态排渣鲁奇(BGL)炉等。 袅(1) UGI炉 膁固定床气化炉常压UGI炉以块状无烟煤或焦炭为原料，以空气和水蒸气为气化剂，在常压下生产合成原料气或燃料气。该技术是20世纪30年代开发成 功的，设备容易制造、操作简单、投资少。但是，在日益重视规模化、环境保护 和能源利用率的今天，这种常压煤气化技术设备能力低、三废量大以及必须使用 无烟块煤等缺点变得日益突出。 薇①UGI炉单炉生产能力小。即使是最大的3.6m炉，单炉的产气量也只有12000m3/h(标)左右，使得气化炉数量增多，布局十分困难。 螇②UGI炉生产现场操作环境恶劣。一层潮湿，二层闷热，三层升腾的蒸汽让人难以忍受。
袅③一个制气循环分为吹风、上吹、下吹、二次上吹、空气吹净5个阶段。气化过程中大约有1/3的时间用于吹风和倒换阀门，有效制气时间少，气化强度 低。另外，需要经常维护气化区的适当位置，加上阀门开启频繁，部件容易损坏， 因而操作与管理比较繁琐。 薁④来自洗气箱和洗气塔的大量含氰废水和吹风气，对河流和空气造成严重污染。 艿⑤UGI炉对煤质的要求极为严格，原料必须是25~80mm的无烟块煤，入炉煤必须经过筛选，筛选下来的粉煤和碎煤只能低价卖出或烧锅炉。 薆⑥UGI炉碳转化率低，渣中含碳量高达22%以上，造成煤的大量浪费。 羅⑦UGI炉出炉煤气中CO+H2只有70%左右，而且炉出口温度低，气体含有相当量的煤焦油，给气体净化带来困难。 羂UGI炉目前已属于落后的技术，国外早已不再采用。我国的中小氮肥厂仍有3000多台UGI炉在运转。 螇(2)Lurgi(鲁奇)加压气化炉 莅鲁奇碎煤加压气化技术是20世纪30年代由联邦德国鲁奇公司开发的，是目前世界上建厂数量最多的煤气化技术。Lurgi加压气化炉压力2.5~4.0MPa， 气化反应温度800~900℃，固态排渣，以小块煤(对入炉煤粒度要求是6mm以上，其中13mm以上占87%，6~13mm占13%)为原料、蒸汽-氧气连续送风制取中热值煤气。
常压固定床煤气发生炉的基本气化原理
常压固定床煤气发生炉的基本气化原理 固体燃料用气化剂进行热加工，得到可燃性气体的过程称为固体燃料的气化，又称为造气，所得的气体统称为气化煤气，用来与燃料进行气化反应的气体称为气化剂。 常压固定床煤气发生炉，一般以块状无烟煤或烟煤等为原料，用蒸汽或蒸汽与空气的混合气体作气化剂，生产以一氧化碳和氢气为主要可燃成分的气化煤气。 煤气炉内燃料层的分区 1－干燥层 2－干馏层 3－还原层 4－氧化层 5－灰渣层 煤气发生炉燃料层分区示意图 固体燃料的气化反应，按煤气炉内生产过程进行的特性分为五层，如图2-1所示：干燥层——在燃料层顶部，燃料与热的煤接触，燃料中的水分得以蒸发；干馏层——在干燥层下面，由于温度条件与干馏炉相似，燃料发生热分解，放出挥发分及其它干馏产物变成焦炭，焦炭由干馏层转入气化层进行热化学反应；气化层——煤气炉内气化过程的主要区域，燃料中的炭和气化剂在此区域发生激烈的化学反应，鉴于反应条件的不同，气化层还可以分为氧化层和还原层。 （1）氧化层：碳被气化剂中的氧氧化成二氧化碳和一氧化碳，并放出大量的热量。煤气的热化学反应所需的热量靠此来维持。氧化层温度一般维持在1100～1250℃，这决定于原料煤灰熔点的高低。 （2）还原层：还原层是生成主要可燃气体的区域，二氧化碳与灼热碳起作用，进行吸热化学反应，生产可燃的一氧化碳；水蒸气与灼热碳进行吸热化学反应，生成可燃的一氧化碳和氢气，同时吸收大量的热。 灰渣层—气化后炉渣所形成的灰层，它能预热和均匀分布自炉底进入的气化剂，并起着保护炉条和灰盘的作用。燃料层里不同区层的高度，随燃料的种类、性质的差别和采用的气化剂、气化条件不同而异。而且，
气化炉的结构及技术要求
气化炉的结构及技术要求煤气化炉又称煤气发生炉(gas producer)。煤气化的主要设备。根据煤的性质和对煤气产品的要求有多种气化炉型式。分为固定床移动床、沸腾床和气流床等形式。煤在煤气化炉内会发生一系列复杂的物理变化和化学变化，主要有：煤的干燥、煤的干馏和煤的气化反应。其中干燥指煤中水分的挥发，是一个简单的物理过程，而干馏和气化反应都是复杂的热化学过程，受煤种、温度、压力、加热速率和气化炉形式等多种因素的影响，和生产操作密切相关，是需要特别重视的。 煤的干馏又称为煤的热分解或热解，指煤中的有机物在高温下发生分解而逸出煤中的挥发成分，并残存半焦或焦炭的过程。 气化炉中的气化反应，是一个极其复杂的体系。由于煤炭的“分子”结构很复杂，其中含有碳、氢、氧和其它元素，因而在讨论气化反应时总是以如下假定为基础，即仅考虑煤炭中的主要元素碳，且气化反应前发生煤的干馏和热解。这样一来，气化反应主要是指煤中的碳和气化剂中的氧气、水蒸气和氢气的反应，也包括碳与反应物以及反应产物之间进行的反应。 某化工机械厂生产的气化炉的结构如图所示，该气化炉燃烧室筒体内径3200mm，主体高度19074mm。上球形封头、燃烧室筒体、筒体锻件材料为耐热钢 SA387Cr11Cl2，相对应中国标准 图6-5气化炉的结构 为14CrMoR。，上球形封头厚度 60mm，燃烧室筒体壁度78mm，筒体锻件的筒体部分壁度78mm。 激冷室腐蚀比较严重，所以内部堆焊。故气化炉激冷室筒体采用复合钢板
SA387Cr11Cl2+316L，筒体复合钢板厚度（78+4）mm，激冷室筒体内径3192mm。 筒体锻件壁面在激冷室侧的要堆焊耐蚀层。 下锥体封头材料为耐热钢SA387Cr11Cl2，内表面堆焊堆焊耐蚀层，厚度为（（82+6）mm，气化炉主体高度19074mm。 气化炉技术特性参数：设计压力5.56MPa,设计温度455℃，工作介质：高温煤气、煤 表6-11 SA182化学成分
几种固定床
几种固定床（移动床）气化炉的特点 2009-02-21 10:05:37| 分类：默认分类|举报|字号订阅 移动床(固定床)气化 移动床气化又称固定床气化，属于逆流操作。分为常压与加压两种。常压法比较简单，但要求用块煤，低灰熔点的煤难以使用。加压法是常压法的改进和提高，常用O2与水蒸气为气化剂，对煤种适应性大大提高。属于这类炉型的气化炉有UGI炉、鲁奇(Lurgi)炉和液态排渣鲁奇(BGL)炉等。 (1) UGI炉 固定床气化炉常压UGI炉以块状无烟煤或焦炭为原料，以空气和水蒸气为气化剂，在常压下生产合成原料气或燃料气。该技术是20世纪30年代开发成功的，设备容易制造、操作简单、投资少。但是，在日益重视规模化、环境保护和能源利用率的今天，这种常压煤气化技术设备能力低、三废量大以及必须使用无烟块煤等缺点变得日益突出。 ①UGI炉单炉生产能力小。即使是最大的3.6m炉，单炉的产气量也只有12000m3/h(标)左右，使得气化炉数量增多，布局十分困难。 ②UGI炉生产现场操作环境恶劣。一层潮湿，二层闷热，三层升腾的蒸汽让人难以忍受。 ③一个制气循环分为吹风、上吹、下吹、二次上吹、空气吹净5个阶段。气化过程中大约有1/3的时间用于吹风和倒换阀门，有效制气时间少，气化强度低。另外，需要经常维护气化区的适当位置，加上阀门开启频繁，部件容易损坏，因而操作与管理比较繁琐。 ④来自洗气箱和洗气塔的大量含氰废水和吹风气，对河流和空气造成严重污染。 ⑤UGI炉对煤质的要求极为严格，原料必须是25~80mm的无烟块煤，入炉煤必须经过筛选，筛选下来的粉煤和碎煤只能低价卖出或烧锅炉。 ⑥UGI炉碳转化率低，渣中含碳量高达22%以上，造成煤的大量浪费。
常压固定床造气的应用与展望
常压固定床造气的应用与展望 作者/来源：马德勉（山东博山化肥设备厂，山东淄博 255215）日期：2008-11-14 煤气化技术广泛用于化工、化肥、玻璃、建陶等行业，具有广阔的应用前景。煤气化可分为固定床、流化床、气流床技术。1958年Ф1980 mm土生土长的常压固定床间歇煤气发生炉在我国诞生，发展到现在，Ф2800 mm已广泛应用于化工、化肥等中小企业，各种炉型近9000台。可见，常压固定床间歇气化技术在国内化肥、化工企业中仍占主导地位，造就中国特色50年的历史。流化床、气流床适合规模大的装置，是发展的长远目标和远景规划。 １固定床间歇气化炉的发展 固定床间歇气化煤气发生炉从1958年的Ф1980 mm开始，逐步扩径到Ф2260mm、Ф2400 mm、Ф2600 mm、Ф2800 mm五个规格。它们的基本结构一样，即半水夹套锅炉，原设计高度为1845㎜，扩径改造过程中，在原水夹套设计基础上加高300～900㎜不等。直筒型上炉体为内砌耐火材料，采用人工手动加焦（煤），后改为半自动到全自动加焦（煤）。Ф1980～Ф2400 mm这几种炉持续使用近35年，现在仍然有一些小企业在用。Ф2600 mm系列炉20世纪90年中期已开始改造，近10年使用后改为Ф2800 mm，已达到极限。这种半水夹套锅炉煤气发生炉称为第一代煤气炉（下简称Ι炉）。 21世纪初，化肥、化工迅猛发展，各企业不断扩大规模，本着投资少，见效快，减少占地的原则，在直筒炉的基础上，改为外直内锥的锥形煤气发生炉。称为第二代煤气炉（下简称Ⅱ代炉）。 2003年，国家对煤矿规范管理，关闭一部分小煤矿，从此煤价逐年攀升。使以煤为原料的企业利润空间越来越小，不少企业不得不改变原料路线，用本地煤、劣质煤或用无烟沫制各种型煤。然而这些劣质煤气化带来的问题多，如炉况易恶化，不稳定。为适应这些煤种的气化需求，第三代煤气发生炉孕育而生，即全水夹套炉或复合煤气炉（下简称Ⅲ代炉）。 ２三种炉型近年来经典改造过程 2.1 Ⅰ代炉 这是我国建国初期移置了部分UGI工艺技术、结合国家的状况而设计的炉型。刚开初对原料的要求比较苛刻，要求是高温冶金焦，且粒度为25～75㎜。中期改为优质山西晋城无烟块煤。煤气炉运行较稳定，气量和气质都很好（负荷轻）。后期随着各企业规模扩大，煤炭紧张，改烧劣质煤，一些设备改造不匹配，没有系统性改造，暴露的问题就多了。炉况不稳定，易恶化，“二差”、“三高”、“一短”随时出现，即发气量差，气质差，煤耗高，蒸汽消耗高，煤气温度高，设备寿命短。为烧好劣质煤，广大造气专业人员和科技人员多年来共同努力，对煤气炉不断进行系统改造，使中国特色的小型炉又有新的生机。经典的改造情况（系统性全方位改造）如下。 （1）煤气系统流程四炉—站—机—锅（组合）—塔，即四台炉共用一台油压泵站，一台空气鼓风机，一台废锅炉（上废锅下过热器），一台洗气塔。 （2）蒸气流程水夹套及废热锅炉自产蒸汽，去过热器过热，回蒸汽缓冲罐（罐容积不小于35～40 m3），放在四炉中间，尽量靠近炉子，蒸汽总管Ф377 mm或Ф426 mm，单炉支管Ф273 mm或Ф325 mm，四台炉以上可将缓冲罐连通使用。这样便于蒸汽压力的稳定，有利于造气炉工况的稳定。 （3）吹风气回收流程无论上第二代（中燃式）还是第三代（下燃式）吹风回收系统，采用微负压的工艺（有数种流程）。根据企业自身状况，选择适合工艺需求的流程。 （4）空气流程四台炉共用一台空气鼓风机，总管Ф1000㎜、支管Ф700 mm、上吹加氮Ф273 mm。 （5）油压流程油路总管Ф76mm、支管Ф38 mm，泵站设连锁装置，设置低限为 3.8MPa，若到低限另一台自动开启，保持油压系统正常，减少阀门因油压系统波动大，导致开关慢或开关不到位，影响造气炉的稳定运行的情况。 （6）高径比煤气炉逐步扩径改造，但每次扩径都未重视高径比，导致高径比严重失调，即扩径后截面积大了，也不多产气，反而出现炉况不稳定，一些企业扩径改造运行一段时间又改回来，走回头路。其实他们没有把扩径后运行不正常的真正原因找出来，盲目行动，草率行事，使企业蒙受较大的经济损失。煤气炉改造不光要考虑整体合理高径比，还应考虑水夹
鲁奇加压固定床气化技术的开发及应用
鲁奇加压固定床气化技术的开发及应用 煤炭气化是重要的洁净煤技术之一，广泛应用于生产化工合成气、工业燃料气、城市煤气等。随着对提高煤炭利用效率的重视和环保要求日趋严格，目前正积极开发煤炭液化技术、整体煤气化联合循环发电技术及燃料电池、氢能等新技术，这些技术的应用同样离不开煤炭气化，因此煤炭气化技术将起到越来越重要的作用。 固定床气化是目前应用最多的煤炭气化技术，从世界范围看，常压固定床气化技术基本上不再发展，而鲁奇加压气化技术则不仅得到广泛应用，而且发展势头良好，本文将简要介绍鲁奇加压气化技术的开发和应用情况。 1.鲁奇加压固定床气化技术的发展 1936年，在德国Hirschfelde建立直径为1.1m的试验装置，做了许多试验工作，在此基础上设计了第一代鲁奇加压固定床气化炉，1939年投人生产。第一代气化炉只能气化非粘结性煤，而且气化强度低，炉径Φ2600mm，生产能力为5000-8000m3／h。1954-1969年，为了气化弱粘结性烟煤和提高单炉的生产能力，德国鲁尔煤气公司和鲁奇公司合作，在试验炉上进行了各种不同变质程度的煤种试验，并在此基础上建设了一大批工厂，所用气化炉内径Φ2600／3700mm，设搅拌装置，后者生产能力达32000-45000m3／h。1969年以后，为了生产合成天然气的需要，在英国西田和南非萨索尔进行了美国东部和西部煤的试验获得成功，并对鲁奇炉的搅拌装置作了进一步的改进，使之可气化一般粘结性的烟煤，扩大了煤种使用范围。此种第三代鲁奇炉，内径为Φ3800mm(MarkIV型)，生产能力达35000-50000m3／h。从1980年起，在南非萨索尔一厂又建立了Φ5000mm的MarkV型原型气化炉，其煤气产量达到100000m3／h。 在鲁奇炉的基础上，又开发了二种新技术：1)鲁尔-100气化炉。开发的目的主要是通过提高操作压力，提高气化强度，同时扩大煤种范围，以更经济地生产天然气等。2)液态排渣鲁奇炉(BG／L)，固态排渣鲁奇炉气化时，必须考虑煤的灰熔点和反应性。为了克服这些缺点同时减少蒸汽耗量和提高生产能力，开发了液态排渣鲁奇炉气化技术。 2．鲁奇加压固定床气化技术的应用 伴随着鲁奇加压气化技术的发展，它在国内外得到了广泛使用。1974年，我国云南解放军化肥厂采用第一代鲁奇气化炉制气生产合成氨工艺投入运行，它使用小龙潭褐煤为气化原料，氧气-蒸汽为气化剂，在2.2MPa压力下操作。随后在一些化肥厂和城市煤气生产中也采用鲁奇炉气化工艺。表1和表2分别给出了鲁奇加压气化技术在世界其它国家和我国的开发及应用情况。 从目前鲁奇气化工艺应用情况看，主要集中于生产城市煤气、化肥合成、液体燃料油合成及联合循环发电等方面。 表1 国外安装鲁奇气化炉情况
固定床反应炉
前言 煤炭气化是煤炭转化中实现煤的清洁高效利用的重要过程之一，用于煤炭气化的反应炉有多种类型，按照气固接触的方式，有固定床、流化床、夹带床及融盐床等。其中，固定床煤气化反应炉因其高热效率和操作系统简单方便而得到广泛应用。目前世界上煤的气化约89%为固定床气化，10%为夹带床，仅有1%为流化床气化。
目录 一、固定床常压反应器的类型 (3) 1.1、绝热式固定床反应器（3M-21型混合煤气发生炉） (3) 1.1.1、结构及特点 (3) 1.1.2、各部件的作用 (3) 1.2、换热式固定床反应器（UGI型水煤气发生炉） (4) 1.2.1、结构及特点 (4) 1.2.2、各部件的作用 (4) 二、固定床加压发生炉 (5) 2.1、加压鲁奇炉的结构特点 (5) 2.2、加压鲁奇炉的操作步骤 (5) 2.3、工艺参数控制 (6) 三、影响固定床反应器的基本调节 (6) 3.1、常压、加压时温度调节 (6) 3.2、常压、加压时压力调节 (6) 3.3、常压、加压时流量调节 (6) 四、固定床反应器的防护与维护（常压、加压） (6) 五、参考文献 (7)
一、固定床常压反应器的类型 根据煤和气体的流动方式，常压固定床煤气化反应炉有逆流式，共流式和错流式，其中以逆流式过程最为普遍。常压固定床是最早使用的气化工艺，在气化炉内，煤是分阶段进入，随着反应时间的延长，燃料逐渐下降，经过前述的干燥、干馏、还原和氧化等各个阶段，最后以煤渣的形式不断排出，而后补加新的燃料，其操作方法有间歇式，连续式气化法。 1.1、绝热式固定床反应器（3M-21型混合煤气发生炉） 3M-21型煤气发生炉不带搅拌破粘性装置，适合与气化贫煤、无烟煤和焦煤等比黏结性燃料，气化剂用空气和水蒸汽，湿式排渣，炉膛内径为3000mm，产气量为4500m3/h，多用于治金、玻璃等行业作为燃料气的生产装置。 1.1.1、结构及特点 3M-2l型气化炉的主体结构由四部分组成：炉上部有加煤机构、中部为炉身、炉底部有除灰装置、气化剂的入炉装置。 加煤机构：组成，3M一21型的加煤机构主要是由一个滚筒、两个钟罩和传动装置组成。 炉身—探火孔：喷气环的作用是在打开探火孔时，为避免煤气外泄着火，从喷气环喷出的低压水蒸气斜向进入炉内空间上部，在探火孔处形成一层隔离水蒸气气幕，防止煤气外泄和空气进入炉内。 炉身—水夹套、耐火衬里：（1）保护炉身钢制外壳，防止因高温变形烧（2）耐火衬里也可以防止热量散失太大，炉体外部温度太高，操作条件恶化。要求：夹套水必须用软化水。特殊情况可暂时用自来水代替，但时间不宜太长以防在夹套壁上形成水垢．影响传热。 除灰装置—湿法排灰：组成，它四或五层炉箅和炉箅座重叠后用一长杆螺栓固定成一整体，然后固定在灰盘上。每两层炉算之间及最后一层炉箅和炉箅座之间开有布气孔，每层的布气量通过实验来确定。 3M-13型和3M-21型的结构及操作指标基本相同，不同的是加煤机构和破黏装置。设搅拌装置的目的是当气化弱粘结性烟煤时可用以搅动煤层，破坏煤的粘结性，并扒平煤层。上部加煤机构为双滚筒加料装置。搅动装置是由电动机通过蜗轮、蜗杆带动在煤层内转动，搅拌耙可根据需要在煤层内上下移动一定距离，搅拌杆内通循环水冷却，防止搅拌耙烧坏。 1.1.2、各部件的作用 加煤机构：作用，将料仓中一定粒度的煤经相应部件传进，能基本保持煤的粒度不变，安全定量地送入气化炉内。要求：加煤机构必须具有好的密封性，适当的传送距离，不挤压煤料而引起颗粒的破碎。 炉身—探火孔：作用：是在煤料的扒平、捅渣时通过它来进行，也通过探火孔用钎子测炉内气化层的温度、厚度等。要求：密封性要好，不能使煤气外泄。组成：孔塞、孔座及喷气环等主要部分构成。 炉身—水夹套、耐火衬里：作用，加设水夹套的作用一是回收热量，产生一定压力的水蒸气供气化或探火孔汽封使用；另一方面．可以防止气化炉局部过热而损坏。[2]
天然气合成甲醇合成段的工艺设计
甲醇的工艺流程 目前工业上几乎都是采用一氧化碳、二氧化碳加压催化氢化法合成甲醇.典型的流程包括原料气制造、原料气净化、甲醇合成、粗甲醇精馏等工序. 天然气、石脑油、重油、煤及其加工产品(焦炭、焦炉煤气)、乙炔尾气等均可作为生产甲醇合成气的原料.天然气与石脑油的蒸气转化需在结构复杂造价很高的转化炉中进行.转化炉设置有辐射室与对流室,在高温,催化剂存在下进行烃类蒸气转化反应.重油部分氧化需在高温气化炉中进行.以固体燃料为原料时,可用间歇气化或连续气化制水煤气.间歇气化法以空气、蒸汽为气化剂,将吹风、制气阶段分开进行,连续气化以氧气、蒸汽为气化剂,过程连续进行. 甲醇生产中所使用的多种催化剂,如天然气与石脑油蒸气转化催化剂、甲醇合成催化剂都易受硫化物毒害而失去活性,必须将硫化物除净.气体脱硫方法可分为两类,一类是干法脱硫,一类是湿法脱硫.干法脱硫设备简单,但由于反应速率较慢,设备比较庞大.湿法脱硫可分为物理吸收法、化学吸收法与直接氧化法三类. 甲醇的合成是在高温、高压、催化剂存在下进行的,是典型的复合气-固相催化反应过程.随着甲醇合成催化剂技术的不断发展,目前总的趋势是由高压向低、中压发展. 粗甲醇中存在水分、高级醇、醚、酮等杂质,需要精制.精制过程包括精馏与化学处理.化学处理主要用碱破坏在精馏过程中难以分离
的杂质,并调节PH.精馏主要是除去易挥发组分,如二甲醚、以及难以挥发的组分,如乙醇高级醇、水等. 甲醇生产的总流程长,工艺复杂,根据不同原料与不同的净化方法可以演变为多种生产流程. 下面简述高压法、中压法、低压法三种方法及区别 高压法 高压工艺流程一般指的是使用锌铬催化剂,在 300—400℃,30MPa高温高压下合成甲醇的过程.自从1923年第一次用这种方法合成甲醇成功后,差不多有50年的时间,世界上合成甲醇生产都沿用这种方法,仅在设计上有某些细节不同,例如甲醇合成塔内移热的方法有冷管型连续换热式和冷激型多段换热式两大类,反应气体流动的方式有轴向和径向或者二者兼有的混合型式,有副产蒸汽和不副产蒸汽的流程等.近几年来,我国开发了25-27MPa压力下在铜基催化剂上合成甲醇的技术,出口气体中甲醇含量4%左右,反应温度230-290℃. 中压法 中压法是在低压法研究基础上进一步发展起来的,由于低压法操作压力低,导致设备体积相当庞大,不利于甲醇生产的大型化.因此发展了压力为10MPa左右的甲醇合成中压法.它能更有效地降低建厂费用和甲醇生产成本.例如ICI公司研究成功了51-2型铜基催化剂,