（中職）煤氣化工藝及設(shè)備項目二：煤氣化過程教學(xué)課件

（中職）煤氣化工藝及設(shè)備項目二：煤氣化過程教學(xué)課件項目二煤氣化過程《煤氣化工藝及設(shè)備》2023/3/272

項目二煤氣化過程

任務(wù)1熟知煤氣化原理任務(wù)2煤氣化工藝條件任務(wù)3煤氣化工藝路線選擇2023/3/2731.能查找相關(guān)資料，了解煤氣化的過程、主要反應(yīng)以及化學(xué)平衡。2.會描述煤的性質(zhì)對氣化的影響，了解煤氣化過程的主要評價指標(biāo)。3.會描述移動床、流化床以及氣化床氣化工藝。4.能與他人合作，進行有效溝通交流。5.能主動獲取有效信息，展示工作成果，對學(xué)習(xí)工作進行總結(jié)和反思。6.能運用網(wǎng)絡(luò)、教材、參考書等渠道，查找煤氣化的知識。2023/3/274學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)1熟知煤氣化原理

分任務(wù)1描述煤氣化的過程2023/3/275

你知道煤的分子結(jié)構(gòu)嗎？2023/3/276情境引入圖2-1煤的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2.2簡要說明了煤的用途，你能再舉例說明嗎？2023/3/277情境引入圖2-2煤的加工方式簡圖煤的氣化是最有應(yīng)用前景的技術(shù)之一分任務(wù)1描述煤氣化的過程概念：煤炭氣化是煤炭在特定的設(shè)備內(nèi)、一定溫度及壓力下，有機質(zhì)與氣化劑發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，將固體煤轉(zhuǎn)化為含有CO、H2、CH4等可燃氣體和CO2、N2等非可燃氣體的過程。氣化條件：氣化爐、氣化劑、供給熱量（三者缺一不可）氣化產(chǎn)品：CO、H2、CH4圖2-3煤氣化過程示意圖O2、H2O、H2，根據(jù)產(chǎn)熱方式和煤氣用途選擇性供入（H2

很少用）一、煤的干燥煤的干燥是水分從微孔中蒸發(fā)的過程。增加干燥速率方法：增加氣體流速，提高氣體溫度。干燥除去：水蒸氣、吸附的少量的CO2和CO等。我國干燥煤炭用的干燥機主要：回轉(zhuǎn)滾筒式干燥機、灑落式干燥機、沸騰床層干燥機?；剞D(zhuǎn)滾筒式干燥機是應(yīng)用最多的一種干燥機二、煤的熱解就固定床（移動床）來說，基本接近于低溫干餾（500～600℃)。從還原層上來的氣體基本不含O2，而且溫度較高，可以視為隔絕空氣加熱即干餾。而對于流化床（沸騰床）和氣流床氣化工藝，由于不存在移動床的分層問題，因而情況稍微復(fù)雜，尤其對氣流床來講，煤的幾個主要變化過程幾乎是瞬間同時進行。煤的加熱分解不僅與煤的品位有關(guān)系，還與煤的顆粒粒徑、加熱速率、分解溫度、壓力和周圍氣體介質(zhì)有關(guān)系。三、煤的反應(yīng)主要反應(yīng)：燃燒和還原反應(yīng)（包括碳和CO2的反應(yīng)，以及水蒸氣和碳之間的反應(yīng)是制氣的主要反應(yīng)）。煤的燃燒反應(yīng)，通過燃燒一部分來維持氣化工藝過程中的熱量平衡。不論采用哪一種具體的氣化工藝，產(chǎn)生的熱量基本上都消耗在如下幾個方面：（1）灰渣帶出的熱量；（2）水蒸氣和炭的反應(yīng)需要的熱量；（3）煤氣帶走的熱量；（4）傳給水夾套和周圍環(huán)境的熱量。能力訓(xùn)練請運用網(wǎng)絡(luò)、教材、參考書等渠道查閱：1、了解氣化與燃燒的區(qū)別、了解氣化與干餾的區(qū)別。2、簡述煤炭氣化應(yīng)用的主要領(lǐng)域有哪些？2023/3/2713任務(wù)1熟知煤氣化原理

分任務(wù)2煤氣化的主要反應(yīng)2023/3/2714

煤氣化的過程中主要發(fā)生哪些反應(yīng)？2023/3/2715情境引入一、基本化學(xué)反應(yīng)煤氣化總反應(yīng)式CnHm+(n/2)O2→nCO+(m/2)H2（2-1）（CnHm表示煤的簡化分子式）1.碳和氧間的反應(yīng)（以空氣為氣化劑）其中碳與CO2的反應(yīng)式稱為CO2還原反應(yīng)，是較強的吸熱反應(yīng)，需在高溫條件下才能進行反應(yīng)。一、基本化學(xué)反應(yīng)2.碳與水蒸氣的反應(yīng)水煤氣反應(yīng)

反應(yīng)生成的CO可進一步和水蒸氣發(fā)生如下反應(yīng)CO變換反應(yīng)也稱為均相水煤氣反應(yīng)或水煤氣平衡反應(yīng)。現(xiàn)代大型合成氨廠和煤氣廠制氫裝置均設(shè)有變換工序，普遍采用寬溫耐硫催化劑（鈷鉬催化劑），使用專有技術(shù)名詞“變換反應(yīng)”。一、基本化學(xué)反應(yīng)3.甲烷（CH4）的生成

煤氣中的CH4，一部分來自煤中揮發(fā)物的熱分解，另一部分則是氣化爐內(nèi)的碳與H2反應(yīng)以及氣體產(chǎn)物之間反應(yīng)的結(jié)果。上述生成CH4的反應(yīng)均為放熱反應(yīng)。二、煤中少量元素的反應(yīng)煤氣化時發(fā)生的硫（S）基本反應(yīng)：煤氣化時發(fā)生的氮（N）基本反應(yīng)：三、自熱式煤的水蒸氣氣化氣化劑：空氣或O2、水蒸氣主要反應(yīng)：C+O2→CO2+Q（2-2）煤氣主要可燃成分：CO、H2特點：無外界供熱（煤與水蒸氣反應(yīng)進行吸熱反應(yīng)所耗熱量是由煤與O2進行的放熱反應(yīng)所提供的），所需工業(yè)氧價格較貴，煤氣中CO2含量高，如圖2-5所示。圖2-5自熱式煤的水蒸氣氣化四、外熱式煤的水蒸氣氣化氣化劑：水蒸氣主要反應(yīng)：C+H2O（g）→CO+H2–Q（2-6）煤氣主要可燃成分：CO、H2特點：氣化爐外部供熱（煤僅與水蒸氣反應(yīng)），氣化爐傳熱差，不經(jīng)濟。外熱式煤的水蒸氣過程如圖2-6所示。圖2-6外熱式煤的水蒸氣氣化五、煤的加氫氣化氣化劑：H2主要反應(yīng)：C+2H2→CH4

+Q（2-9）煤氣主要可燃成分：CH4特點：煤氣主要由CH4組成（代用天然氣），產(chǎn)生殘焦，煤與H2加壓生成CH4的反應(yīng)性比煤與水蒸氣的反應(yīng)性小，煤的加氫氣化過程如圖2-7所示。圖2-7煤的加氫氣化六、煤的水蒸氣氣化和加氫氣化相結(jié)合制造代用天然氣氣化劑：O2；水蒸氣主要反應(yīng)：加氫階段水蒸氣氣化階段煤氣主要可燃成分：CH4特點：進行加氫氣化，產(chǎn)生殘焦再與水蒸氣反應(yīng)，產(chǎn)生加氫階段用H2。煤的水蒸氣氣化和加氫氣化相結(jié)合的氣化過程如圖2-8所示圖2-8煤的水蒸氣氣化和加氫氣化相結(jié)合七、煤的水蒸氣氣化和甲烷化相結(jié)合制造代用天然氣氣化劑：O2；水蒸氣主要反應(yīng)：水蒸氣氣化階段

甲烷化反應(yīng)煤氣主要可燃成分：CH4七、煤的水蒸氣氣化和甲烷化相結(jié)合制造代用天然氣圖2-9煤的水蒸氣氣化和甲烷化相結(jié)合制造代用天然氣

特點：首先由氣化反應(yīng)產(chǎn)生以CO和H2

為主的合成氣，然后合成氣在催化劑的作用下“甲烷化”生成CH4。其氣化過程如圖2-9所示。能力訓(xùn)練請運用網(wǎng)絡(luò)、教材、參考書等渠道查閱：1、煤氣化過程中主要放熱反應(yīng)，主要吸熱反應(yīng)有哪些？2023/3/2727任務(wù)1熟知煤氣化原理

分任務(wù)3煤炭氣化的化學(xué)平衡2023/3/2728

煤氣化反應(yīng)屬于哪類反應(yīng)類型，存在哪些化學(xué)平衡？2023/3/2729情境引入一、氣固相反應(yīng)概述1、基本概念：在氣化爐內(nèi)，物質(zhì)以兩種相態(tài)存在：一是氣相即空氣、O2、水蒸氣和氣化時形成的煤氣；二是固相即燃料和燃料氣化后形成的固體如灰渣等。工業(yè)上把這種反應(yīng)稱氣固相反應(yīng)，包括均相反應(yīng)與非均相反應(yīng)。均相反應(yīng)指氣相中的反應(yīng)，如CO與水蒸氣的反應(yīng)等。非均相反應(yīng)指氣固相的反應(yīng)，如碳的燃燒反應(yīng)、水蒸氣與熾熱的碳之間的反應(yīng)等。一、氣固相反應(yīng)概述圖2-10氣固相反應(yīng)示意圖2、氣固相反應(yīng)的反應(yīng)步驟如圖2-10所示。（1）氣化劑向燃料顆粒表面的外擴散過程；（2）氣化劑被燃料顆粒的表面吸附；（3）吸附的氣化劑和燃料顆粒表面上的碳進行表面化學(xué)反應(yīng)；（4）生成的產(chǎn)物分子從顆粒表面脫附下來；（5）產(chǎn)物分子從顆粒的表面通過氣膜擴散到氣流主體。二、煤氣化的化學(xué)平衡1.氣化平衡狀態(tài)在工業(yè)氣化操作條件下，除水煤氣變換反應(yīng)外，其他的氣化反應(yīng)很難達到平衡狀態(tài)，有的甚至離平衡狀態(tài)還相當(dāng)遠。通過對反應(yīng)條件的控制，使反應(yīng)朝著需要的方向進行。2.一般化學(xué)平衡關(guān)系反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)（簡稱平衡常數(shù)K）概念：在一定溫度下，當(dāng)一個可逆反應(yīng)達到平衡時，生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值是一個常數(shù)。這個常數(shù)就是~。平衡常數(shù)K是描述化學(xué)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)時的一個特性數(shù)據(jù)。K的數(shù)值越大，表示體系達到平衡之后，反應(yīng)完成的程度越大。二、煤氣化的化學(xué)平衡對于可逆反應(yīng)：mA＋nB≒pC＋qD平衡常數(shù)的數(shù)學(xué)表達式：（其中c為各組分的平衡濃度，溫度一定K為定值）在氣體反應(yīng)的場合，因為其濃度與其分壓成比例，因此，可以用分壓表示其平衡常數(shù)計算式：aA（g）+bB（g）≒cC（g）+dD（g）二、煤氣化的化學(xué)平衡3.平衡常數(shù)K的意義K>105時，該反應(yīng)進行得基本完全K<10-5時則認為該反應(yīng)很難進行（逆反應(yīng)較完全）。注意：（1）K的常數(shù)性質(zhì)僅適用于理想氣體的化學(xué)反應(yīng)。（2）K的大小決定于反應(yīng)的本性和溫度，與總壓以及各物質(zhì)的平衡分壓無關(guān)。（3）K的值與反應(yīng)方程式的寫法有關(guān)，某些情況下K值還與所用壓強的單位有關(guān)。二、煤氣化的化學(xué)平衡圖2-11C+CO2→2CO反應(yīng)平衡常數(shù)曲線以C+CO2→2CO–173.3kJ/mol為例表示反應(yīng)平衡，如圖2-11所示。二、煤氣化的化學(xué)平衡4.溫度對化學(xué)平衡的影響（1）對于氣化反應(yīng)式兩反應(yīng)過程均為吸熱反應(yīng)，升高溫度對制氣的主反應(yīng)有利。溫度/℃450650700750800850900950CO2/%97.860.241.324.112.45.92.91.2CO/%2.239.858.775.987.694.197.798.8表2-1C和CO2反應(yīng)的平衡表二、煤氣化的化學(xué)平衡從表2-1與圖2-12可以看到，隨著溫度變化，其還原產(chǎn)物CO的組成隨著溫度升高而增加；溫度越高，CO平衡濃度越高。當(dāng)溫度升高到1000℃時，CO的平衡組成為99.1%。圖2-12CO2

與CO反應(yīng)平衡組成與溫度的關(guān)系二、煤氣化的化學(xué)平衡（2）前面提到的可逆反應(yīng)中，有很多是放熱反應(yīng)，溫度過高對反應(yīng)不利。5.壓力對化學(xué)平衡的影響（1）體積增大的反應(yīng)，增加壓力，不利于反應(yīng)進行。（2）反應(yīng)應(yīng)減壓下進行上述反應(yīng)是縮小體積的反應(yīng)，加壓有利于CH4生成，而CH4生成反應(yīng)為放熱反應(yīng)，其反應(yīng)熱可作為吸熱反應(yīng)熱源，從而減少碳燃燒中氧的消耗。二、煤氣化的化學(xué)平衡（3）物料組成與氣化壓力的關(guān)系壓力增大時，平衡總向體積減小的方向移動，如圖2-13所示。當(dāng)反應(yīng)式（2-5）進行時，在相同溫度下，隨著壓力的提高，平衡混合物中CO迅速下降。即總壓升高，不利于CO2還原為CO的反應(yīng)。實際生產(chǎn)中以空氣為氣化劑時有N2和氬氣的存在，降低了CO和CO2的分壓，使平衡向生成CO的方向移動。

圖2-13CO與CO2平衡混合物組成與壓力的關(guān)系能力訓(xùn)練請運用網(wǎng)絡(luò)、教材、參考書等渠道查閱：1.簡述煤氣化的操作條件對氣化的影響。2.簡述幾種工業(yè)煤氣的組成，其用途主要有哪?3.煤的氣化過程發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)有哪些？寫出其反應(yīng)方程式。4.在氣化反應(yīng)中，影響化學(xué)平衡的因素有哪些？2023/3/2740任務(wù)2煤氣化工藝條件

分任務(wù)1煤的性質(zhì)對氣化的影響2023/3/2741

煤是由植物遺體經(jīng)過漫長的生物化學(xué)作用和物理化學(xué)作用演變而成的沉積有機巖，有的成煤物質(zhì)是高等植物，有的是菌類、藻類等低等植物，而且成煤的年代和環(huán)境也不同，所以不同地區(qū)，不同煤化程度的煤種對氣化過程的影響也不同，在選擇氣化用煤的時候，主要考慮煤炭的哪些性質(zhì)呢？對氣化過程的影響又是怎樣的呢？2023/3/2742情境引入一、水分含量對氣化的影響對于常壓氣化，氣化用煤中水分含量過高，煤料未經(jīng)充分干燥就進入氣化爐，會降低氣化段的溫度，使得CH4的生成反應(yīng)和CO2、水蒸氣的還原反應(yīng)顯著減小，降低了煤氣的產(chǎn)率和氣化效率。加壓氣化對爐溫的要求比常壓氣化爐低，允許進爐煤的水分含量高些。常壓氣化：若煤中水分高，煤化干燥，干餾不充分，到進入氣化階段時，氣化程度低，導(dǎo)致煤氣產(chǎn)率低，氣化效率低。低壓氣化：氣化爐身高，干燥較充分，可用含水量高的煤，往往此種煤揮發(fā)分較高，煤的活性好，氣化速率快，煤氣質(zhì)量好。二、灰分含量對氣化的影響概念：灰分是煤在800℃的條件下完全燃燒后的殘余物，即煤中礦物質(zhì)含量。灰分組成為硅、鋁、鐵、鎂、鉀、鈣、硫、磷等元素和以碳酸鹽、硅酸鹽、硫酸鹽和硫化物等形式的鹽類?；曳值拇嬖?，對氣化的影響主要有。（1）增加運輸?shù)馁M用；（2）降低氣化效率；（3）增加爐渣的排出量；（4）增加隨爐渣排出的碳損耗量；（5）增加氣化的各項消耗指標(biāo)（如氧氣、水蒸氣和煤的消耗指標(biāo)），而凈煤氣的產(chǎn)率下降。能力訓(xùn)練請運用網(wǎng)絡(luò)、教材、參考書等渠道查閱：

灰分是煤炭氣化后的殘渣，主要成分是多種金屬和非金屬氧化物，通常以SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等形式存在，如果灰分的組成發(fā)生改變，灰熔點也會發(fā)生改變。通過查閱資料的形式，查一查哪些組分含量增加，灰熔點升高？哪些組分含量升高，灰熔點降低？三、揮發(fā)分含量對氣化的影響煤在加熱時有機質(zhì)部分裂解、聚合、縮聚，低分子部分呈氣態(tài)逸出，水分也隨著蒸發(fā)，礦物質(zhì)中的碳酸鹽分解，逸出二氧化碳等。除去水分的部分即為揮發(fā)分產(chǎn)率。隨著變質(zhì)程度的增高，煤的揮發(fā)分逐漸降低。當(dāng)煤氣用做燃料時，要求甲烷含量高、熱值大，選用揮發(fā)分較高的煤做原料。當(dāng)煤氣用做工業(yè)生產(chǎn)的合成氣時，要求使用低揮發(fā)分、低硫的無煙煤、半焦或焦炭。四、硫分含量對氣化的影響氣化用燃料中硫含量應(yīng)是越低越好。五、粒度對氣化的影響（1）粒度大小與比表面間的關(guān)系：煤的粒徑越小比表面積越大。（2）粒度大小與傳熱的關(guān)系：粒度越大傳熱越慢。（3）粒度與生產(chǎn)能力的關(guān)系：煤的粒度太小，爐子的氣化效率下降。（4）粒度的大小對各項氣化指標(biāo)的影響：煤的粒度減小，相應(yīng)的氧氣和水蒸氣消耗將增大。六、燃料的灰熔點和結(jié)渣性對氣化的影響灰熔點的含義，一是氣化爐正常操作時，不致使灰熔融而影響正常生產(chǎn)的最高溫度，另外采用液態(tài)排渣的氣化爐所必須超過的最低溫度?；胰埸c越高，灰分越難結(jié)渣；相反，則灰熔點越低，灰分越易結(jié)渣。在氣化爐的氧化層，由于溫度較高，灰分可能熔融成黏稠性物質(zhì)并結(jié)成大塊，這就是結(jié)渣性，其危害性有：（1）影響氣化劑的均勻分布，增加排灰的困難；（2）為防止結(jié)渣采用較低的操作溫度，從而影響了煤氣的質(zhì)量和產(chǎn)量；（3）氣化爐的內(nèi)壁由于結(jié)渣壽命縮短。七、其他性質(zhì)對氣化的影響1.煤的黏結(jié)性2.煤的反應(yīng)性3.煤的機械強度和熱穩(wěn)定性4.煤的熱穩(wěn)定性能力訓(xùn)練通過學(xué)習(xí)你能達到如下目標(biāo)嗎？通過網(wǎng)絡(luò)、查找相關(guān)資料總結(jié)如下問題：1.了解我國煤炭分布情況及煤質(zhì)情況。2.熟悉氣化用煤的分類、煤的性質(zhì)。3.掌握煤質(zhì)、煤種對氣化的影響。2023/3/2750任務(wù)2煤氣化工藝條件

分任務(wù)2煤氣化過程的主要評價指標(biāo)2023/3/2751

煤氣化過程中的主要評價指標(biāo)有哪些？2023/3/2752情境引入一、氣化強度氣化強度，即單位時間、單位氣化爐截面積上處理的原料煤質(zhì)量或產(chǎn)生的煤氣量。氣化強度是指氣化爐內(nèi)單位橫截面積上的氣化速率，表達方式有三種：（1）以消耗的原料煤量表示，單位為kg/（m2．h）；（2）以生產(chǎn)的煤氣量表示，單位為Nm3/（m2．h）；（3）以生產(chǎn)煤氣的熱值表示，單位為MJ/（m2．h）。氣化強度越大，爐子的生產(chǎn)能力越大。氣化強度與煤的性質(zhì)、氣化劑供給量、氣化爐爐型結(jié)構(gòu)及氣化操作條件有關(guān)。二、氣化爐單臺生產(chǎn)能力氣化爐單臺生產(chǎn)能力指單位時間內(nèi)，一臺爐子能生產(chǎn)的煤氣量，計算公式如下：式中V——單爐生產(chǎn)能力，m3／h；D——氣化爐內(nèi)徑，m；Vg——煤氣產(chǎn)率，m3／(kg煤)；q1——氣化強度，kg／(m2·h)。煤氣產(chǎn)率：指每千克煤在氣化后轉(zhuǎn)化為煤氣的體積，以m3／(kg煤)計算。煤氣單耗：為每生產(chǎn)單位體積的煤氣需要消耗的燃料質(zhì)量，以kg／m3計。三、氣化效率氣化效率指所制得的煤氣熱值和所使用的燃料熱值之比。煤炭氣化過程實質(zhì)是燃料形態(tài)的轉(zhuǎn)變過程，即從固態(tài)的煤通過一定的工藝方法轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的煤氣，同時伴隨著能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。計算公式如下：式中η——氣化效率，％Q——1kg煤所制得煤氣的熱值，kJ/kgQ——1kg煤所提供的熱值．kJ/kg四、熱效率熱效率是評價整個煤炭氣化過程常用的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。氣化效率偏重于評價能量的轉(zhuǎn)移程度，即煤中的能量有多少轉(zhuǎn)移到煤氣中，而熱效率則側(cè)重于反映能量的利用程度。熱效率計算公式如下：式中η——熱效率，％；Q煤氣——煤氣的熱值，MJ；∑Q入——進入氣化爐的總熱量，MJ；∑Q熱損失——氣化過程的各項熱損失之和，MJ。五、水蒸氣的消耗量與蒸氣分解率1.水蒸氣的消耗量：指氣化1kg煤所消耗蒸氣的量。水蒸氣消耗量和水蒸氣分解率是煤炭氣化過程經(jīng)濟性的重要指標(biāo)，它關(guān)系到氣化爐是否能正常運行，是否能夠?qū)⒚鹤畲笙薅鹊剞D(zhuǎn)化為煤氣。2.蒸氣分解率：指被分解掉的蒸氣與入爐水蒸氣總量之比。蒸氣分解率高，得到的煤氣質(zhì)量好，粗煤氣中水蒸氣含量低；反之，煤氣質(zhì)量差，粗煤氣中水蒸氣含量高。能力訓(xùn)練通過網(wǎng)絡(luò)、查找相關(guān)資料總結(jié)如下問題：1.什么是氣化強度、氣化效率、水蒸氣分解率?2.煤中的水分有哪幾種形態(tài)？水分含量過高，對氣化有何影響？3.什么是煤的灰熔點，灰熔點的高低對氣化有何影響？4.煤的粒度對氣化過程有何影響？。2023/3/2758任務(wù)3煤氣化工藝路線選擇

分任務(wù)1認知移動床（固定床）氣化工藝2023/3/2759煤氣化技術(shù)分類方法有哪些？目前常用的煤氣化技術(shù)有哪些？2023/3/2760情境引入一、移動床（固定床）氣化概述常壓固定床（圖右圖所示）一般以塊狀無煙煤或煙煤等為原料，從氣化爐頂部加入，用蒸汽或蒸汽與空氣的混合氣體作氣化劑，從氣化爐的底部交替進入，生產(chǎn)以一氧化碳和氫氣為主要可燃成分的氣化。一、移動床（固定床）氣化概述固體燃料的氣化反應(yīng)，按煤氣發(fā)生爐內(nèi)生產(chǎn)過程進行的特性分為五層，如圖2-16所示。（1）干燥層在燃料層頂部，燃料與熱的煤接觸，燃料中的水分得以蒸發(fā)；干餾層——在干燥層下面，由于溫度條件與干餾爐相似，燃料發(fā)生熱分解，放出揮發(fā)分及其他干餾產(chǎn)物變成焦炭，焦炭由干餾層轉(zhuǎn)入氣化層進行熱化學(xué)反應(yīng)；一、移動床（固定床）氣化概述（2）氣化層：氣化層還可以分為氧化層和還原層。

氧化層：碳被氣化劑中的氧氧化成二氧化碳和一氧化碳，并放出大量的熱量。

還原層：還原層是生成主要可燃氣體的區(qū)域，二氧化碳與灼熱碳起作用，進行吸熱化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)可燃的一氧化碳；水蒸氣與灼熱碳進行吸熱化學(xué)反應(yīng)，生成可燃的一氧化碳和氫氣，同時吸收大量的熱。一、移動床（固定床）氣化概述（3）灰渣層氣化后爐渣所形成的灰層，它能預(yù)熱和均勻分布自爐底進入的氣化劑，并起著保護爐條和灰盤的作用。常壓固定床煤氣化技術(shù)的缺點是原料煤要求較高，且煤氣熱值較低，氣化強度和生產(chǎn)能力有限、渣中殘?zhí)驾^高、氣化為常壓煤氣的壓縮功耗高。加壓固定床氣化隨著煤氣化技術(shù)的不斷發(fā)展，成為比較成熟的氣化模式。魯奇（Lurgi）加壓氣化技術(shù)是加壓固定床氣化技術(shù)的代表。二、移動床（固定床）氣化工藝及設(shè)備1.移動床（固定床）氣化工藝二、移動床（固定床）氣化工藝及設(shè)備2.移動床（固定床）氣化常見設(shè)備（1）U·G·I煤氣化爐二、移動床（固定床）氣化工藝及設(shè)備（2）魯奇Lurgi煤氣化爐二、移動床（固定床）氣化工藝及設(shè)備3.移動床（固定床）氣化特點（1）主要優(yōu)點①操作安全、穩(wěn)定、可靠。②能耗低。加壓氣化降低了壓縮煤氣的動力消耗；充分利用了合成CH4放出的熱量，減少了熱耗。③性能較差、灰熔點較高，不宜用液渣法和加壓法煤氣流化床氣化的煤種，可得到較高的氣化效率。④煤氣用途廣，采用不同組成的氣化劑，可制得各種用途的煤氣。⑤生產(chǎn)能力大，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。（2）主要缺點①水蒸氣分解率較低，約為40%左右，故蒸氣耗量高。②粗煤氣含有一定數(shù)量的焦油和酚，對”三廢”的處理和排放造成了一定困難。③需耗用工業(yè)純氧氣，爐子的機械制造要求較高，需用塊煤作原料等造成加壓氣化廠建設(shè)投資較大，煤氣成本較高。能力訓(xùn)練通過查閱資料、網(wǎng)絡(luò)了解煤制天然氣的發(fā)展前景，了解煤制天然氣主要采用的氣化工藝。任務(wù)3煤氣化工藝路線選擇

分任務(wù)2認知流化床氣化工藝2023/3/2770

你了解流化床氣化嗎？流化床氣化的典型氣化爐有哪些？2023/3/2771情境引入一、流化床的概述1.流化床氣化如圖2-20所示，細顆粒燃料（0～8mm的煤粉）在氣化爐內(nèi)受到自下而上鼓入氣化劑的吹動，燃料呈密項流化狀態(tài)，當(dāng)氣流速度繼續(xù)增大，顆粒之間的空隙開始增大，床層膨脹，高度增加，床層上部的顆粒被氣流托起，流體流速增加到一定限度時，顆粒被全部托起，顆粒運動劇烈，但仍然逗留在床層內(nèi)而不被流體帶出，床層的這種狀態(tài)叫固體流態(tài)化，即固體顆粒具有了流體的特性，這樣的床層稱流化床。一、流化床的概述圖2-20沸騰床氣化爐以及爐內(nèi)溫度分布一、流化床的概述2.流化床反應(yīng)過程特點流化床反應(yīng)過程主要有以下特點:(1)氣化劑通過粉煤層，使燃料處于懸浮狀態(tài)，固體顆粒的運動如沸騰的液體一樣。(2)氣化用煤的粒度一般較小，比表面積大，氣固相運動劇烈。(3)整個床層溫度和組成一致，所產(chǎn)生的煤氣和灰渣都在爐溫下排出，因而，導(dǎo)出的煤氣中基本不含焦油類物質(zhì)。二、常見流化床氣化工藝1.溫克勒（Winkler）氣化工藝（1）溫克勒（Winkler）氣化爐溫克勒氣化是最早的以褐煤為氣化原料的常壓流化床氣化工藝（圖2-21），氣化爐為鋼制立式圓筒形結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯耐火材料。二、常見流化床氣化工藝2）溫克勒（Winkler）氣化工藝流程溫克勒氣化工藝流程包括煤的預(yù)處理、氣化、氣化產(chǎn)物顯熱的利用、煤氣的除塵和冷卻等，如圖2-22所示。二、常見流化床氣化工藝①原料的預(yù)處理②氣化③粗煤氣顯熱回收④煤氣的除塵和冷卻（3）溫克勒（Winkler）氣化操作條件①操作溫度流化床部分800～1000℃；氣流段部分1000～1200℃；產(chǎn)品氣化爐出口溫度800～1000℃。②操作壓力0.098MPa。③停留時間約15min。④原料煤粒度為0～10mm的褐煤，不粘煤，弱粘煤，長焰煤以及中等粘結(jié)性煙煤。⑤二次氣化劑的用量與組成必須精確地與被帶出的未反應(yīng)碳量成比例。（4）溫克勒氣化工藝的特點單爐生產(chǎn)能力大，氣化爐結(jié)構(gòu)簡單，造價低，其爐棚不轉(zhuǎn)動，操作維修費較低，每年該項目費用只占總投資的1～2%，爐子使用壽命長。二、常見流化床氣化工藝2.高溫溫克勒（HTW）氣化工藝（1）高溫溫克勒（HTW）氣化爐（圖2-22）采用較高的壓力和溫度的一項氣化技術(shù)。除了保持常壓溫克勒氣化爐的簡單可靠、運行靈活、氧耗量低和不產(chǎn)生液態(tài)烴等優(yōu)點外，主要采用帶出煤粒再循環(huán)回床層的做法，提高了碳的利用率。二、常見流化床氣化工藝（2）高溫溫克勒（HTW）氣化工藝流程如圖2.23所示，高溫溫克勒（HTW）氣化工藝的主要特點是出爐粗煤氣直接進入兩級旋風(fēng)除塵器，一級除塵器分離的含碳量較高的顆粒返回到床內(nèi)進一步氣化。二級除塵器流出的氣體入廢熱鍋爐回收熱量，再經(jīng)水洗塔冷卻除塵。三、流化床氣化工藝優(yōu)缺點1.流化床氣化工藝優(yōu)點沸