煤炭氣化工藝習題(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 燒時所放出熱量，如果燃燒產物中的水分以液態形式存在稱高發熱值，如果水以氣態形式存在稱低發熱值。 隨著變質程度的提高，煤的揮發分逐漸降低 吸收，爐內的碳和氧氣燃燒以后放出的熱量 外在水分，內在水分，結晶水 變質程度， 逐漸減少 制得的煤氣的熱值與所使用的燃料的熱 值之比 1 5％， 15％， 2％ 1有機硫，無機硫，低， l％ 1 變形溫度，軟化溫度，流動溫度，軟化溫度 1燃料煤與氣化劑中的氧氣、水蒸氣、二氧化碳的反應能力，二氧化碳 二、判斷題 √ 2 、 3 、 4 、 √ 5 、 √ 6 、 7 、 √ 8 、 9 、 √ 10 、 三、簡答題 根據氣化用煤的主要特征，將氣化用煤大致分為以下四類。 第一類，氣化時不黏結也不產生焦油，代表性原料有無煙煤、焦炭、半焦和貧煤。 第二類，氣化時黏結并產生焦油，代表性原料有弱黏結或不 黏結煙煤。 第三類，氣化時不黏結但產生焦油，代表性原料有褐煤。 第四類，以泥炭為代表性原料，氣化時不黏結，能產生大量的甲烷。 煤氣的發熱值是指標準狀態下 1m3煤氣在完全燃燒時所放出熱量，如果燃燒產物中的水分以液態形式存在稱高發熱值，如果水以氣態形式存在稱低發熱值。 煤氣的發熱值與煤種的關系如下：由于隨著變質程度的提高，煤的揮發分逐漸降低，煤氣發熱值逐漸降低，即煤氣發熱值由高到低的順序依次是褐煤、氣煤、無煙煤。 煤氣的發熱值與氣化壓力的關系如下：壓力增大，同一煤種制取的煤氣的發熱值越高。 不同煤種，其變質程度不同，隨著變質程度的加深，從泥炭、褐煤、煙煤到無煙煤，煤中碳的質量分數從 55％～ 62％增至 ％，在氣化時所消耗的水蒸氣，氧氣等氣化劑的數量也相應增大 . 固定碳含量低、揮發分低的煤種，氣化時進去氣化段的碳量多，則氧和水蒸汽消耗多 . 褐煤是變質程度較低的煤 , 無煙煤是變質程度高的煤，所以在氣化褐煤和無煙煤時，褐煤的氧耗比無煙煤的高 煤中的水分存在形式有三種，包括外在水分、內在水分和結晶水。 對常壓氣化來講，氣化用煤中水分含量過高，煤料未經充分干燥就進入干餾層，影響 了干餾的正常進行，而沒有徹底干餾的煤進人氣化段后，又會降低氣化段的溫度，使得甲烷的生成反應和二氧化碳、水蒸氣的還原反應速度顯著減小，降低了煤氣的產率和氣化效率。 加壓氣化對爐溫的要求比常壓氣化爐低，而爐身一般比常壓氣化爐高，能提供較高的干燥層，允許進爐煤的水分含量高。 對固定床來說，煤中水分含量太高而加熱的速度又太快時，煤中水分逸出太快，容易使煤塊碎裂而引起出爐堞氣的含塵量增高。同時由于煤氣中水含量增高時，在后續工段的煤氣冷卻過程中．會產生大量的廢液，增加廢水處理量。 采用流化床和氣流床氣化時，固體顆 粒粉碎的粒度很小，過高的含水量會降低顆粒的流動性．因而規定煤的含水量小于 5％。尤其對煙煤的氣流床氣化法，采用于法加料時，要求原料煤的水分含量應小于 2％。 煤 的灰分是指 將一定量的煤樣在 800oC 的條件下完全燃燒，殘余物即灰分，表明了煤中礦物質含量的太小。 （ 1）煤中灰分高，增加了運輸的費用， （ 2）煤中灰分高對氣化過程有許多不利的影響。 ，氣化劑和碳表面的接觸面積減少，降低了氣化效率 ，不可避免地增加了爐渣的排出量，隨爐渣排出的碳損耗量也 必然增加。 ，隨著煤中灰分的增加，氣化的各項消耗指標均增加，如氧氣的消耗指標、水蒸氣的消耗指標和煤的消耗指標都有所上升，而凈煤氣的產率下降。 煤的揮發分 揮發分是指煤在加熱時．有機質部分裂解、聚合、縮聚，低分子部分呈氣態逸出，水分也隨著蒸發，礦物質中的碳酸鹽分解，逸出二氧化碳等。除去水分的部分即為揮發分產率，揮發分中有干餾時放出的煤氣、焦油、油類。于餾煤氣中含有氫、一氧化碳、二氧化碳和輕質烴類。 不同煤種的揮發分產率 煤 種 揮發分產率 Vdaf／ ％ 煤 種 揮發分產率 Vdaf／％ 泥炭 褐煤 接近 70 ～ 煙煤 焦煤 瘦煤 貧煤 26～ 18 18～ 12 17 煙煤 長焰煤 氣煤 肥煤 42 44～ 35 35～ 26 無煙煤 10～ 2 簡單地說，灰熔點就是灰分熔融時的溫度．灰分在受熱情況下，一般經過三個過程。開始變形，習慣上稱開始變形溫度，用 T1 來表示；灰軟化，相應的溫度稱軟化溫度，用 T2 表示；灰分開始流動，相應的溫度稱流動溫度，用 T3 表示，對煤炭氣化而言，一般用 軟化溫度 T2作為原料灰熔融性的主要指標。 煤炭氣化時的灰熔點有兩方面的含義，一是氣化爐正常操作時，不致使灰熔融而影響正常生產的最高溫度，另一個是采用液態排渣的氣化爐所必須超過的最低溫度。 （ 1）一般用于固態排渣氣化爐的煤，在氣化時不能出現結渣，其灰熔點應大于1250176。C ，液態排渣卻相反，灰熔點越低越好，但要保證有一定的流動性，其黏度應小于 25Pas ，黏度太大，液渣的流動性變差，還有可能出現結渣。 （ 2）采用液態排渣的氣化爐，可以對入爐煤采用混配的方法，對一些高黏度灰渣的煤，可以混配一些低黏度灰渣的煤 ，達到液態排渣的要求。也可以通過添加一定的助溶劑提高液渣的流動性，煉鐵高爐和空氣煤氣發生爐即屬于這種情況。高爐生產過程使用的原料有礦石、焦炭和熔劑。礦石中的廢石和焦炭中的灰分在高溫下都熔融成液體，以液渣的形式排出爐外。采用碳酸鈣作助熔劑，在碳酸鈣高溫分解成堿性氧化鈣的作用下，礦石和灰分在 1150～ 1250C時就可以形成熔融的物質。 燃料的反應性就是燃料的化學活性，是指燃料煤與氣化劑中的氧氣、水蒸氣、二氧化碳的反應能力。一般以二氧化碳的還原系數來表示，如下式所示： 反應性主要影響氣化過程的起始反應溫度，反應性越高，則發生反應的起始溫度越低。主要煤起始溫度分別為：褐煤，大約 650C；焦炭， 843C。 煤的起始反應溫度低，氣化溫度就低，這有利于甲烷的生成反應，從而降低了氧氣的耗量。通常來講，高反應性的褐煤比反應性差的煙煤氧耗量低約 50%。當使用具有相同的灰熔點而活性較高的原煤時，由于氣化反應可在較低的溫度下進行，容易避免結渣現象。 四 、綜合題 1）粒度大小與比表面間的關系 煤的粒度越小，其比表面積越大。氣流通過床層的流通截面增大，氣流速度增大。 2）粒度大小與傳熱的關系 煤的粒度越大，傳熱越慢，煤粒內外溫差越大，粒內焦油蒸氣的擴散和停留時間增加，焦油的熱分解加劇，影響焦油的產率。 3）粒度大小與生產能力間的關系 煤的粒度太小，當氣化速度較大時，小顆粒的煤有可能被帶出氣化爐外，從而使其化爐的氣化效率下降。 4）粒度大小對各項氣化指標的影響 通常情況下，煤的粒度太小，煤耗高，水蒸氣和氧氣的消耗量增加， 氣化爐的生產能力下降。 在各種相同的操作條件下，不同的煤種所產煤氣的發熱值不同，組成也不同。同一操作壓力下，煤氣發熱值由高到低的順序依次是褐煤、氣煤、無煙煤。這是由于隨著變質程度的提高，煤的揮發分逐漸降低 . （ 2）對煤氣產率的影響 一般來說，煤中揮發分越高，轉變為焦油的有機物就越多，煤氣的產率下降。例如，在氣化泥煤時煤中有 20％的碳被消耗在生成焦油上；氣化無煙煤時這種消耗卻很少。此外，隨著煤中揮發分的增加，粗煤氣中的二氧化碳是增加的，這樣在脫除二氧化碳后的凈煤氣產率下降得更快， 第四章 氣化爐 一、填空題 進行煤炭氣化的設備叫 。 按 照燃料在氣 化爐內的 運動狀況來 分類是比 較通行的方 法，一般 分為 、 、 和 等 如果以空氣作為氣化劑，生產的煤氣稱 。 如果以空氣 (富氧空氣或純氧 )和水蒸氣的混合物作為氣化劑，生產的煤氣稱 。 5 、 氣 化 爐 在 生 產 操 作 過 程 中 根 據 使 用 的 壓 力 不 同 ， 可 分為 和 ； 根 據不同的排渣方式，可以分為 和 。 6 、 各 種 不 同 結 構 的 氣 化 爐 基 本 上 由 三 大 部 分 組 成 ，即 、 和 。 由 于煤炭氣化 過程是在 非常高的溫 度下進行 的，為了保 護爐體而 加設 或 是非常必要的。 不論采用何種類型的氣化爐，生產哪種煤氣，燃料以一定的粒度和氣化劑直接接觸進行 過程，將燃料中的可燃成分轉變為 ，同時產生的 從爐內排除出去，這一點是不變的。 9 、 在 氣 化 爐 內 ， 物 質 基 本 上 以 兩 種 相 態 存 在 ， 一 是 氣 相即 ， 另 外 是 固 相即 。 氣化劑以較小的速度通過床層時．氣體經過固體顆粒堆積時所形成的空隙，床內固體 顆 粒 靜 止 不 動 ， 這 時 的 床 層 一 般稱 。 1在流化床階段，如果流速進一步增大，將會有部分粒度較小的顆粒被帶出流化床，這時的床層相當于一個氣流輸送設備， 因而被稱為 。 1 通 常 把氣 固 相 反應 叫 ， 將氣 相 中 的反 應叫 。 1煤氣化的氣固相非均相反應是由五個過程組成的，即 、 、 、 、 。 1具體的氣化過程所采用的爐型不同，操作條件不 同，所使用的氣化劑及燃料組成不同 ， 但 基 本 都 包 括 幾 個 主 要 的 過 程 ，即 、 、 、 。 15 、 煤 干 燥 過 程 的 主 要 產 物 是 以及 。 1煤的熱解結果生成三類分子： 、 、 。 1煤炭氣化過程的兩類主要反應即 和 是密切相關的是煤炭氣化 過程的基本反應。 18 、 移 動 床 是 一 種 較 老 的 氣 化 裝 置 , 燃料由 加人，底部通入 ，燃料與氣化劑 逆向流動，反應后的灰渣由底部排出。 1移動床氣化爐當爐料裝好進行氣化時，以空氣作為氣化劑，或以空氣 (氧氣、富氧空氣 )與水蒸氣作為氣化劑時，爐內料層可分為六個層帶，自上而下分別為： 、 、 、 、 、 ，氣化劑不同，發生的化學反應不同。 沸騰床氣化爐是用 技術來生產煤氣的一種氣化裝置，也稱流化床氣化爐。 2所謂氣流床，就是氣化劑將煤粉夾帶進人氣化爐，進行 氣化。 22 、發生爐煤氣根據使用氣化劑和煤氣的熱值不同，一般可以分為 、 、 、 等。 2 3M2l型氣化爐的主體結構由四部分組成．即 、 和 、 、 。 24 、 3M2l 型氣化爐除灰結構的主要部件有 、 、 和 等。 25 、 3M13 型和 3M21 型 的 結 構 及 操 作 指 標 基 本 相 同 ， 不 同 的是 和 。 2 水煤氣發生爐和混合煤氣發生爐的構造基本相同，一般用于制造水煤氣或作為合成氨原料氣的加氮半水煤氣，代表性的爐型當推 。 2 水煤氣生產原料用 ，燃料從 加入，氣