潔凈煤技術--第九章 煤的氣化技術

1、煤的氣化技術煤的氣化技術第九章 問題 1. 依照入爐煤在氣化爐內(nèi)的動態(tài)過程，煤氣化的分類為哪幾類？ 2.簡述衡量煤氣化效果的指標 3.簡述氣流床氣化法的特點 4.寫出煤地下氣化法的氣化區(qū)域發(fā)生的主要反應式。煤氣化方法2煤炭氣化的基本原理1第九章 煤的氣化技術煤氣的凈化和加工3第一節(jié) 煤炭氣化的基本原理12煤氣化的基本原理煤氣化的基本原理煤氣化的分類煤氣化的分類34影響煤氣化的主要因素影響煤氣化的主要因素煤氣的種類煤氣的種類一、煤氣化的基本原理煤的氣化過程：煤的氣化過程：煤的氣化過程是以煤或煤焦為原料，以氧氣（空氣、富氧或純氧）、蒸汽或氫氣為氣化劑，在高溫條件下，通過一系列反應將原料煤從固體燃料

2、轉化為氣體燃料的過程。這個過程包括：煤的熱解、燃燒和氣化反應。一、煤氣化的基本原理煤氣化的一般歷程：煤氣化的一般歷程：原料原料煤顆煤顆粒粒干燥干燥顆粒顆粒殘余炭殘余炭/ /半焦半焦揮發(fā)分揮發(fā)分氣化煤氣氣化煤氣干燥脫水熱解氣化反應氣化劑干燥過程：干燥過程：200以前完成，在此階段失去大部分水分，并以水蒸氣形式逸出。熱解反應：熱解反應：一部分干餾氣相產(chǎn)物，轉化成一氧化碳、二氧化碳、氫氣、甲烷；一部分半焦氣化反應：氣化反應：在缺氧狀態(tài)下進行，主要產(chǎn)物一氧化碳、氫氣、甲烷和少量二氧化碳、水。一、煤氣化的基本原理氣化反應：氣化反應：碳完全燃燒 C+O2CO2 +393.8kJ/mol （1）碳不完全燃燒

3、 2C+O22CO +115.7kJ/mol （2）CO2在半焦上的還原C+CO22CO -164.2kJ/mol （3）水煤氣變換反應C+H2OCO+H2 -131.5kJ/mol （4） CO+H2OCO2+H2 +41.0kJ/mol （5）甲烷化反應 CO+3H24CH4+H2O +250.3kJ/mol （6） C+2H2CH4+71.9kJ/mol （7）一、煤氣化的基本原理S+O2SO2 SO2+3H2H2S+2 H2O2CO+SO2S+2CO22H2S+SO23S+2H2OC+2SCS2S+COCOS N2+3H22NH3 N2+H2O +CO22HCN+1.5O2 N2+xO

4、22NOx氣化反應中氣化反應中的副反應的副反應（主要產(chǎn)物）（主要產(chǎn)物）（主要產(chǎn)物）（主要產(chǎn)物）一、煤氣化的基本原理一次反應：一次反應：在氣化過程的主要反應中，有原料煤和輸入氣化劑O2，H2O之間直接發(fā)生的反應二次反應：二次反應：氣化初級產(chǎn)物與初始物質(zhì)之間的反應一、煤氣化的基本原理氣化反應一般經(jīng)歷七個相繼發(fā)生的步驟：反應氣體從氣相擴散到固體碳表面（外擴散）；反映其體再通過顆粒的孔道進入小孔的內(nèi)表面（內(nèi)擴散）；反應氣體分子吸附在固體表面上，形成中間絡合物；形成的中間絡合物之間，或中間絡合物和氣相分子之間發(fā)生反應，屬于表面反應步驟；吸附態(tài)的產(chǎn)物從固體表面脫附；一、煤氣化的基本原理氣化反應一般經(jīng)歷七個

5、相繼發(fā)生的步驟：產(chǎn)物分子通過固體的內(nèi)部孔道擴散出來（內(nèi)擴散）；產(chǎn)物分子從顆粒表面擴散到氣相中（外擴散）。、為擴散過程，包括內(nèi)擴散和外擴散；、為吸附、表面反應和脫附，合稱表面反應過程二、煤氣化的分類分類方法分類方法二、煤氣化分類二、煤氣化分類以入煤爐的粒度大小以入煤爐的粒度大小塊煤氣化（塊煤氣化（6-50mm）、細粒煤氣化（）、細粒煤氣化（0.1-9mm）、粉煤氣化）、粉煤氣化（小于（小于0.1mm）以氣化介質(zhì)為主以氣化介質(zhì)為主空氣鼓風氣化、空氣空氣鼓風氣化、空氣-水蒸氣氣化、氧水蒸氣氣化、氧-水蒸氣氣化、加氫氣化水蒸氣氣化、加氫氣化以氣化過程供熱方式以氣化過程供熱方式內(nèi)熱式氣化、外熱式氣化、熱

6、載體氣化內(nèi)熱式氣化、外熱式氣化、熱載體氣化以氣化過程的操作壓力以氣化過程的操作壓力為主為主常壓或低壓氣化（常壓或低壓氣化（0-0.35MPa）、中壓氣化（）、中壓氣化（0.7-3.5MPa）、高）、高壓氣化壓氣化(7MPa）以排渣方式為主以排渣方式為主干式或濕式排渣氣化、固態(tài)或液態(tài)排渣氣化、連續(xù)或間歇排渣氣干式或濕式排渣氣化、固態(tài)或液態(tài)排渣氣化、連續(xù)或間歇排渣氣化化以入爐煤在爐內(nèi)的過程以入爐煤在爐內(nèi)的過程動態(tài)動態(tài)移動床（固定床）氣化、流化床氣化、氣流床氣化、熔融床氣化移動床（固定床）氣化、流化床氣化、氣流床氣化、熔融床氣化以固體煤和氣體氣體介以固體煤和氣體氣體介質(zhì)的相對運動方向質(zhì)的相對運動方向

7、同向氣化（或稱并流氣化）、逆流氣化同向氣化（或稱并流氣化）、逆流氣化以過程的階段性為主以過程的階段性為主單段氣化、兩段（單簡雙簡）氣化、多段氣化單段氣化、兩段（單簡雙簡）氣化、多段氣化以過程的操作方式為主以過程的操作方式為主連續(xù)間歇式氣化、循環(huán)式氣化連續(xù)間歇式氣化、循環(huán)式氣化以反應的類型為主以反應的類型為主熱力學過程、催化氣化過程熱力學過程、催化氣化過程以地下煤層氣化與采出以地下煤層氣化與采出煤的氣化方式煤的氣化方式地面氣化站氣化、地下氣化工藝地面氣化站氣化、地下氣化工藝二、煤氣化的分類三種典型氣化方法比較（典型氣化爐形式）三種典型氣化方法比較（典型氣化爐形式）項目項目移動床氣化法移動床氣化法

8、流化床氣化法流化床氣化法氣流床氣化法氣流床氣化法原料煤粒度原料煤粒度/mm3-301-595)高（高（99）生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力低低中中高高代表技術代表技術UGI間歇式水煤氣爐間歇式水煤氣爐ATC/Wellman兩段爐等兩段爐等Winkler爐爐HTW爐等爐等Texaco/E-GasSell/Prenflo三、影響煤氣化的主要因素衡量煤氣化效果的指標：衡量煤氣化效果的指標：氣化強度、碳的轉化率、冷煤氣效率、熱煤氣效率。氣化強度：氣化爐單位面積每小時所能氣化的原料煤質(zhì)量，單位是t/(m2h)，它反映氣化過程的生產(chǎn)能力。碳的轉化率：反映原料煤中碳的轉化程度，一般轉化率越高，灰渣中未轉化碳的量越少。冷煤

9、氣效率（%）=粗煤氣熱值（標準溫度下）/原料煤熱值熱煤氣效率（%）=（粗煤氣熱值+粗煤氣顯熱）/原料煤熱值三、影響煤氣化的主要因素1.1.原料煤的氣化性質(zhì)：原料煤的氣化性質(zhì)：主要包括反應活性、黏結性、結渣性熱穩(wěn)定性、機械強度及粒度等。（1）反應活性：在一定條件下，煤炭與不同氣體介質(zhì)如二氧化碳、氧氣、水蒸氣、氫氣相互作用的反應能力。反應活性的指標以被還原為CO的CO2量占通入CO2總量的體積百分數(shù)（CO2的還原率）反應活性的強弱直接影響到產(chǎn)氣率、耗氧量、煤氣成分、灰渣或飛灰的含碳量及熱效率等。三、影響煤氣化的主要因素（2）黏結性：指煤被加熱到一定溫度是，煤受熱分解并產(chǎn)生膠質(zhì)體，最后黏結成塊狀焦炭

10、的能力。煤的黏結性不利于氣化過程的進行。（3）結渣性與灰熔融性：煤中的礦物質(zhì)，在高溫和活性氣體介質(zhì)的作用下，轉變?yōu)槔喂痰酿そY性物或熔融爐渣的能力稱為結渣性。在生產(chǎn)中，往往以灰熔點作為判斷結渣性的主要指標。三、影響煤氣化的主要因素（4）熱穩(wěn)定性：指煤在高溫下燃燒或氣化過程中對溫度劇烈變化的穩(wěn)定程度，也就是塊煤在溫度急劇變化時保持原來粒度的性能。熱穩(wěn)定性好的，在燃燒或氣化過程中，能以原來的粒度燒掉或氣化，而不是碎成小塊；而熱穩(wěn)定差的煤，則迅速碎裂成小塊或粉煤。（5）機械強度：指塊煤的抗碎強度、耐磨強度和抗壓強度等綜合性物理和機械性能。一般來說，無煙煤的機械強度較大。三、影響煤氣化的主要因素（6）粒

11、度分布：不同的氣化方式對原料煤的粒度要求不同。具體要求見表2（7）水分與灰分：水分過高，會增加氣化過程中的熱能消耗，降低氣化反應的溫度；灰分過高，會增加熱量損失和碳的不完全反應等。（8）揮發(fā)分：指煤在與空氣隔絕的容器中加熱一定時間后，從煤中分解出來的液體（蒸汽狀態(tài)）和氣體產(chǎn)物焦油、酚及甲烷等。三、影響煤氣化的主要因素（9）固定碳：煤中固定碳含量的高低，對煤完全氣化后得到氣化指標的好壞有直接關系。氣化用煤的固定碳含量高，則煤氣的產(chǎn)率高，氣化效率和熱效率都高。三、影響煤氣化的主要因素2.2.操作條件操作條件：主要指氣化溫度和壓力，二者有時相互作用，共同對煤的一些行之產(chǎn)生影響（1）氣化溫度：通常氣化

12、溫度的選擇需考慮以下幾個方面對于固態(tài)排渣的氣化方法，為了防止結渣，應將溫度控制在煤灰軟化溫度以下，但同時溫度增高有利于提高煤的反應活性和碳的轉化率，而不同的操作溫度還會影響到產(chǎn)物的生成，如低溫條件有利于甲烷的生成。三、影響煤氣化的主要因素（2）壓力：加壓氣化是強化煤氣化的一種方法，但它對煤氣組成、煤的部分氣化性也會帶來影響。不僅能直接影響化學反應的進行，還會對煤的性質(zhì)產(chǎn)生影響從而間接影響氣化效果。四、煤氣的種類煤氣：煤氣化生成的氣體產(chǎn)物粗煤氣：氣化爐出口處的未經(jīng)凈化的煤氣低熱值煤氣低熱值煤氣33.5MJ/m3按照煤氣在標準狀態(tài)下的熱值分類按照煤氣在標準狀態(tài)下的熱值分類四、煤氣的種類第二節(jié) 煤氣

13、化方法12移動床氣化法移動床氣化法流化床氣化法流化床氣化法34氣流床氣化法氣流床氣化法其它氣化方法其它氣化方法一、移動床氣化法煤炭氣化法：煤炭在移動床氣化爐中的氣化，也稱為塊煤氣化，是最早出現(xiàn)的煤炭氣化法。從爐型上可從爐型上可分為分為常壓氣化爐加壓氣化爐從運行方式從運行方式上可分為上可分為連續(xù)式間歇式移移動動床床氣氣化化法法分分類類一、移動床氣化法1.常壓移動床氣化法在常壓條件下運行，采用自供熱和干法排灰的方式進行移動床氣化。(1)移動床氣化法的原理：在氣化爐內(nèi)，固體原料煤從爐頂加入，在向下移動的過程中與從爐底通入的氣化劑逆流接觸，進行充分的熱交換并發(fā)生氣化反應，使得沿床層高度方向上有一明顯變

14、化的溫度分布，一般自上至下可分為預熱干燥層、干餾層、氣化層（還原層）、燃燒層（氧化層）以及灰渣層。一、移動床氣化法(2)移動床氣化法的過程（氣化劑自下而上）灰渣層：氣化劑與灰渣層進行熱交換，被預熱，灰渣層基本不發(fā)生化學反應。氧化層：氣化劑與焦炭發(fā)生劇烈的氧化反應，放出大量的熱，氧化層是爐內(nèi)溫度最高的區(qū)域C+O2CO2 +394.55kJ/mol C+0.5O2CO +115.7kJ/mol 一、移動床氣化法還原層（氣化層）：二氧化碳和水蒸氣分別與焦炭發(fā)生還原反應，還原層是煤氣中可燃氣體（CO和H2)的主要生成區(qū)域。主要反應為吸熱反應。CO2+C2CO-173.1kJ/mol C+H2OCO +

15、H2 -131.0kJ/mol 一、移動床氣化法干餾層：還原層的可燃氣體產(chǎn)物與未反應盡的氣體在上不區(qū)域與剛進入爐內(nèi)原料煤相遇，進行熱交換，原料煤在溫度超過350時，發(fā)生熱解并析出揮發(fā)分（可燃氣體或焦油），并生成焦炭。煤煤CH4+H2+CO2+H2O+CmHn+焦油焦油+半焦半焦干燥層：干餾層生成的煤氣中含有許多氣體雜質(zhì)，這些氣體雜質(zhì)隨還原層生成的煤氣混合即為發(fā)生爐煤氣。經(jīng)干燥層后離開發(fā)生爐。一、移動床氣化法(3)移動床氣化法的典型例子煤氣發(fā)生爐氣化法煤氣發(fā)生爐氣化法以空氣和水蒸氣為氣化劑與原料煤或焦炭反應制得的煤氣稱為混合煤氣（發(fā)生爐煤氣），煤氣組成中無效氣體占60%，熱值約為5.02-5.8

16、6MJ/m3，由于熱值低，主要用于工業(yè)燃料氣。這類氣化爐稱之為混合煤氣發(fā)生爐，簡稱發(fā)生爐。一、移動床氣化法水煤氣氣化法水煤氣氣化法由蒸汽和赤熱的無煙煤或焦炭接觸作用而得到煤氣，從而減少煤氣中N2和CO2的含量的方法來提高煤氣熱值，即水煤氣爐化法，所得煤氣稱為水煤氣，其主要可燃成分是H2和CO。熱值10000-11000kJ/m3。一、移動床氣化法常壓移動床兩段爐氣化法常壓移動床兩段爐氣化法解決了普通煤氣發(fā)生爐和水煤氣爐生成的煤氣干餾產(chǎn)物過多的問題。氣化爐被分成了干餾段和氣化段。干餾煤氣：煤在低溫干餾過程中，以揮發(fā)分析出為主生成的煤氣。熱值較高6700kJ/m3，溫度較低120左右，并含大量焦油

17、。一、移動床氣化法上段煤氣（爐頂煤氣）：干餾煤氣（40%）+氣化段生成的煤氣的一部分下段煤氣（氣化煤氣）：氣化段生成的煤氣的一部分沿環(huán)狀通道與干餾段換熱后，從兩段爐下段煤氣出口經(jīng)旋風除塵器出爐。一、移動床氣化法2.加壓移動床氣化法以及典型的氣化爐（1）什么是加壓移動床氣化法？加壓移動床氣化法是一種在高于大氣壓力（1.0-2.0Mpa或更高壓力）的條件下進行煤的氣化操作，通常以氧氣和水蒸氣作為氣化介質(zhì)，以褐煤、長焰煤或不黏煤為原料的氣化技術。一、移動床氣化法（2）加壓移動床氣化法優(yōu)點：煤氣熱值高，煤種適應性強，耗氧量較低，氣化強度高，生產(chǎn)能力增大，粉塵帶出量少等。（3）加壓移動床氣化法缺點：粗煤

18、氣中含較多酚類、焦油和輕油蒸氣，煤氣化處理工藝較復雜，易造成二次污染，投資高，設備的維護和運行費用較高等。一、移動床氣化法（4）加壓移動床氣化法基本原理：除了一般常壓氣化法發(fā)生的 煤燃燒、二氧化碳還原、水煤氣反應和水煤氣平衡反應外，主要發(fā)生了一系列甲烷生成的反應，而這些反應在常壓下是需要催化劑參與才能發(fā)生的。C+H2CH4 +QCO+3H2 CH4 +H2O+Q2C+H2O CH4 +CO2+Q CO2+4H2 CH4 +2H2O+Q一、移動床氣化法（5）加壓氣化爐內(nèi)的反應區(qū)域：從上往下可分為干燥層、干餾層、甲烷層、氣化層、燃燒層和灰渣層。甲烷層較厚，占整個料層的1/3。主要的氧化反應主要的氧

19、化反應C+O2CO2 水煤氣平衡反應水煤氣平衡反應CO+H2OCO2 +H2水煤氣生成反應水煤氣生成反應C+H2OCO +H2 二氧化碳還原反應二氧化碳還原反應C+CO22CO壓力加快了壓力加快了反應速度反應速度壓力使化學平壓力使化學平衡向左移動衡向左移動典型的加壓移動床氣化爐加壓魯奇爐（干法排灰）氣化劑（氧化和水蒸汽）自下而上通過床層，在灰床進行預熱；在燃燒層進行燃燒反應，提供氣化反應所需的熱量；在氣化層進行水蒸汽與C的氣化反應等；在甲烷層有較多的甲烷生成；在干餾層，主要是煤中的揮發(fā)份釋放出來；在干燥層，煤中的水份被蒸發(fā)出來，煤被進一步加熱。煤氣離開氣化爐后首先在洗滌冷卻器中進行激冷，達到飽

20、和狀態(tài)。煤從爐頂部加入爐內(nèi)，靠轉動的煤分布器進行布煤，自上而下經(jīng)過床層而排出。夾套鍋爐產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)汽液分離器分離，分離出的液體返回覆夾套，蒸汽送到汽化劑管線用作氣化劑。一、移動床氣化法（6）加壓移動床氣化法與常壓移動床氣化法的比較：相同之處：煤從爐的頂部加入，氣化劑從爐子的下部供入，氣化劑與煤逆流接觸，氣化過程進行的比較安全，灰渣中殘?zhí)苛可?，氣化效率高。不同之處：常壓常?以空氣或水蒸氣為氣化劑，制得的煤氣熱值較低。加壓-以氧氣及水蒸氣為氣化劑，擴大了對煤種的適應性。二、流化床氣化法1.流化床氣化法：（1）流化床煤氣化技術是氣化碎煤的主要方法。（2）流化床氣化法的原理：與流化床燃燒具有相同之處

21、，都是利用煤的流態(tài)化這一特殊的流動狀態(tài)來實現(xiàn)煤的化學反應。只是，氣化所用的氣化劑代替了燃燒用的空氣，使煤和氣化劑在流態(tài)化狀態(tài)下發(fā)生氣化。二、流化床氣化法（2）流化床氣化法的優(yōu)點：床層溫度均勻，熱傳質(zhì)效率較高，氣化強度大，使用粉煤，原料價格便宜，且煤種適應范圍寬，產(chǎn)品煤氣中基本不含焦油和酚類物質(zhì)，（3）流化床氣化法的缺點：氣體中帶出細粉過多而影響了碳轉化率。解決方法解決方法采用細粉煤循環(huán)技術此缺點可得到一定程度的克服。二、流化床反應器二、流化床氣化法（4）溫克勒氣化爐： 原理過程：煤料經(jīng)過破碎處理后，通過螺旋給料機或氣流輸送系統(tǒng)進入氣化爐，具有一定壓力的氣化劑從床層下部經(jīng)過布風板吹入，將床上的碎

22、煤托起，當氣流速度上升到某一定值時，煤?；ハ喾珠_上下翻滾，同時床層膨脹且具有了流體的許多特征，即形成了流化床。煤料粒徑煤料粒徑0-0.6mm氣化溫度氣化溫度900-1000溫克勒爐是立式圓筒形結構。爐體用鋼板制成。煤用螺旋加料器從氣化爐沸騰層中部送入，氣化劑從下部通過固定爐柵吹入，在沸騰床上部二次吹入氣化劑，干灰從爐底排出。整個床層溫度均勻，但灰中未轉化的碳含量較高。改進的溫克勒爐將爐底改為無爐柵錐形結構，氣化劑由多個噴嘴射流噴入沸騰床內(nèi)，改善了流態(tài)化的排灰工作狀況。二、流化床氣化法2.灰團聚流化床煤氣化技術（1）什么是灰團聚流化床煤氣化技術？在流化床層形成局部高溫區(qū)，使煤中灰分在軟化而未熔融

23、的狀態(tài)下，相互團聚而黏結成含碳量較低的灰渣，結球長大到一定程度時靠其重量與煤粒分離下落到爐底灰渣斗。二、流化床氣化法（2）灰團聚流化床煤氣化技術的優(yōu)點：有選擇性的將灰球排出爐外，降低了灰渣的含碳量（5%-10%）。在一定程度上既克服了固態(tài)排渣碳損失高，又避免了液態(tài)排渣高顯熱損失對床層的影響，提高了氣化過程中碳轉化率，是煤氣化排渣技術的重要突破。二、流化床氣化法（3）灰團聚流化床煤氣化典型工藝：U-gas流灰團聚化床煤氣化技術流灰團聚化床煤氣化技術ICC灰團聚流化床煤氣化技術灰團聚流化床煤氣化技術美國煤氣工藝研究院美國煤氣工藝研究院IGT中科院山西煤炭化學研究所中科院山西煤炭化學研究所單段流化床

24、粉煤氣化工藝單段流化床粉煤氣化工藝雙段（濃相段和稀相段）雙段（濃相段和稀相段）蒸汽蒸汽/（氧氣或空氣）（氧氣或空氣）空氣或氧氣和蒸汽空氣或氧氣和蒸汽氣化劑分兩處進入反應器氣化劑分兩處進入反應器氣化劑從底部進入氣化劑從底部進入U-gas氣化爐爐子為直立圓筒形結構。爐體用鋼板制成，下部設有水夾套以回收熱量、副產(chǎn)蒸汽，上部內(nèi)襯耐火材料，爐底設轉動爐篦排灰。氣化劑可以從底部或頂部進入爐內(nèi)，生成氣相應地從頂部或底部引出。因采用固定床反應，要求氣化原料具有一定塊度，以免堵塞煤層或氣流分布不勻而影響操作。UGI 爐用空氣生產(chǎn)空氣煤氣或以富氧空氣生產(chǎn)半水煤氣時，可采用連續(xù)式操作方法，即氣化劑從底部連續(xù)進入氣化

25、爐，生成氣從頂部引出。以空氣、蒸汽為氣化劑制取半水煤氣或水煤氣時，都采用間歇式操作方法。在中國，除少數(shù)用連續(xù)式操作生產(chǎn)發(fā)生爐煤氣（即空氣煤氣）外，絕大部分用間歇式操作生產(chǎn)半水煤氣或水煤氣。UGI爐的優(yōu)點是設備結構簡單，易于操作，一般不需用氧氣作氣化劑，熱效率較高。缺點是生產(chǎn)強度低，每平方米爐膛面積的半水煤氣發(fā)生量約1000m3/h，對煤種要求比較嚴格，采用間歇操作時工藝管道比較復雜。U-gas氣化爐吊裝ICC灰團聚流化床粉煤氣化爐氣化爐該 工藝根據(jù)射流原理，在流化床底部設計了灰團 聚分離裝置，形成爐床內(nèi)局部高溫區(qū)，使灰渣團聚成小球，借助重量的差異達到灰團與半焦的分離，提高了碳的利用率，降低了灰

26、渣的含量，這是灰團聚流化床氣化不同于一般流化床氣化的技術關鍵。二、流化床氣化法3.循環(huán)流化床(CFB)煤氣化技術（1）優(yōu)點：循環(huán)流化床燃煤過程可克服鼓泡流化床中存在大量氣泡造成氣固接觸不良的缺點，同時避免氣流床所需過高的氣化溫度，克服大量煤轉化為熱能而不是化學能的缺點，綜合了鼓泡床和氣流床的優(yōu)點。二、流化床氣化法（2）魯奇(CFB)）氣化爐 ：CFB可在高溫下操作，使整個床層都具有很高的反應能力。除外循環(huán)還存在內(nèi)部循環(huán)，床中心區(qū)顆粒向上運動，而靠近爐壁的無聊向下運動，形成內(nèi)循環(huán)。新加入的物料和氣化劑能與高溫循環(huán)顆粒迅速而完全混合，加上良好的傳熱傳質(zhì)，可使新加入的低溫物料迅速升溫，并在反應器底部

27、就開始氣化反應，使整個反應器生產(chǎn)強度增加。由于外循環(huán)比率高達幾十倍，使顆粒在床內(nèi)停留時間增加，碳轉化率也得到提高。三、氣流化床氣化法1.什么是氣流床氣化法？20世紀50年代初發(fā)展起來的新一代煤氣技術。用極細的粉煤為原料，被氧氣和水蒸氣組成的氣化劑高速氣流攜帶進入并在氣化爐內(nèi)進行充分的混合、燃燒和氣化反應。2.氣流床氣化法的特點：（1）氣固并流，氣體與固體在爐內(nèi)的停留時間幾乎相同，都比較短，一般在1-10s。（2）煤粉氣化的目的是通過增大煤的比表面積來提高氣三、氣流化床氣化法化反應速度，從而提高氣化爐的生產(chǎn)能力和碳的轉化率。（3）一般很少用空氣做氣化劑，基本都用氧氣和過熱水蒸氣作為氣化劑，爐內(nèi)氣

28、化反應區(qū)溫度高達2000。（4）由于煤被磨的很細，具有很大比表面積，又處于加壓條件下，氣化反應速度很快。（5）對煤種適應性強。（6）煤氣中夾帶大量未反應的碳，不利于甲烷生成，CO含量高，熱值低。（7）粗煤氣中不含焦油，酚及烴類液體等污染物。三、氣流化床氣化法幾種典型氣流床氣化爐的性能及煤氣組成比較項目項目Shell氣化爐氣化爐Texaco氣化爐氣化爐E-gas氣化爐氣化爐供料方式供料方式干煤粉干煤粉水煤漿水煤漿水煤漿水煤漿氣化壓力氣化壓力/MPa4.52.14氣化溫度氣化溫度1600-220014001320-1420氣化劑氣化劑純氧純氧氧氣氧氣水蒸汽水蒸汽/氧氣或空氣氧氣或空氣煤氣主要成分煤

29、氣主要成分CO、H2CO、H2、CO2CO、H2、CO2熱值熱值/kJm-31111.2410.21煤氣產(chǎn)率煤氣產(chǎn)率/m3kg-1煤煤-1.52.35碳轉化率碳轉化率/%-95-單爐最大規(guī)模單爐最大規(guī)模2000t/d1100t/d2200t/d四、其他氣化方法1.熔融床氣化法（1）熔融床氣化法：在溫度較高（1600-1700）且高度穩(wěn)定的熔融金屬或金屬鹽熔池內(nèi)，完成氣化反應的全部過程，生成CO和H2為主的煤氣，煤的轉化率高達99%。氣、液、固三相反應，熔融介質(zhì)也直接參與反應過程。 （2）熔融床氣化法優(yōu)缺點：能夠改善氣固接觸狀況，并具有一定的催化作用，使煤種適應性較廣。但是，熔融物對于爐膛的腐蝕

30、以及熔融物再生等問題阻礙了這一類氣化爐的進一步發(fā)展。四、其他氣化方法（3）熔融物的作用：作為煤和氣化劑的分散劑、蓄熱和提供氣化反應熱。（4）分類：依據(jù)熔融介質(zhì)的種類不同可分為熔渣氣化法、熔鹽氣化法和熔鐵氣化法。四、其他氣化方法熔渣床、熔鐵床及熔鹽床氣化法的特點比較熔融物質(zhì)熔融物質(zhì)熔渣床熔渣床/灰渣灰渣熔鐵床熔鐵床/鐵鐵熔鹽床熔鹽床/碳酸碳酸鈉等鈉等操作溫度操作溫度1600-17001350-1430930-980操作壓力操作壓力-0.14-0.3MPa1-1.97MPa主要特點主要特點生成的灰渣直接與熔生成的灰渣直接與熔渣混合，省去了排渣渣混合，省去了排渣要求要求對硫有很強的親對硫有很強的親和

31、力，有脫硫介和力，有脫硫介質(zhì)的作用質(zhì)的作用腐蝕性比較小，腐蝕性比較小，熔點也較低熔點也較低主要問題主要問題渣池析鐵，即灰渣中渣池析鐵，即灰渣中的氧化鐵被還原成金的氧化鐵被還原成金屬鐵，沉在池底屬鐵，沉在池底-碳酸鈉的生成、碳酸鈉的生成、回收和循環(huán)系統(tǒng)回收和循環(huán)系統(tǒng)復雜復雜四、其他氣化方法2.煤的地下氣化法（Underground coal Gasification, UGG):將處于地下的煤炭進行有控制的燃燒，通過對煤的熱化學作用產(chǎn)生可燃氣體的過程。變物理采煤為化學采煤變物理采煤為化學采煤(1)煤地下氣化法的優(yōu)點被譽為第二代采煤方法被譽為第二代采煤方法安全性好；投資少；效率高；污染少。(2)煤

32、地下氣化法的缺點：很難控制氣化過程中在地下產(chǎn)生的種種反應，合成氣成分波動過大；受煤層和地質(zhì)影響大，容易造成井井之間相互漏水、通氣等情況；氣化出來的氣體成分不穩(wěn)定，有待改善氣化劑種類與含量；地下燃燒、氣化情況不好控制，應加大地下氣化過程的監(jiān)控力度；在該技術方面，大部分研究只注重化學工藝，很少關注行業(yè)發(fā)展動態(tài)。(3)煤地下氣化法的基本原理兩個豎直通道與底部一條水平巷道，三條巷道所包圍的整體煤層是氣化區(qū)域三個區(qū)：氧化區(qū)、還原區(qū)和干餾干燥區(qū)煤炭地下氣化煤炭地下氣化四、其他氣化方法(4)煤地下氣化法的發(fā)展：最早由俄國著名化學家門捷列夫于1888年提出，他認為，“采煤的目的應當說是提取煤中含能的成分，而不是采煤本身”，并指出了實現(xiàn)煤炭氣化工業(yè)化的基本途徑。 自上世紀30年代以來，美國、德國、原蘇聯(lián)等主要產(chǎn)煤國均大力投入這一領域的技術研究，取得了大量的