煤化工工艺简介和分析控制点.doc

1、气化工段 1.1 德士古水煤浆加压气化原理 德士古水煤浆加压气化属气流床，氧气和水煤浆通过德士古烧嘴混合后喷射进入气化炉，在0.1秒内煤浆中水被汽化，煤粒子被气体隔开，各煤粒独立的在煤灰熔点以上温度发生反应，固体在气化炉内停留3～5秒钟，反应生成的粗合成气甲烷含量很少，一般仅为0.1%以下，碳转化率高达98%，由于反应温度高，不生成渣油、酚及高级烃等可凝聚的副产物。 1.1.1气化过程的化学反应 气化炉内发生的化学反应是很多的，在火焰中可能同时进行以下化学反应： CmHn+(m+n/4)O2=mCO2+n/2H2O ① 2C+O2=2CO +246.6KJ ② C+O2=CO2 +409.1KJ ③ 2CO+O2=2CO2 +573.2KJ ④ H2+1/2O2=H2O ⑤ C+H2O=CO+H2 －122.7KJ ⑥ CO2+H2=CO+H2O －42.3KJ ⑦ CH4+H2O=CO+3H2 －412.8KJ ⑧ C+CO2=2CO －165.0KJ ⑨ CH4=C+2H2 ⑩ 此时还可能发生如下付反应： COS+H2O=H2S+CO2C+O2+H2=HCOOH ② N2+3H2=2NH3 ③ N2+H2+2C=2HCN ④ 1.1.2炉内流动过程 德士古水煤浆气化过程从流动特征上讲属受限对流反应过程，按流动过程可将炉内分为三个流动区域，即对流区、回流区和管流区，每个区域的流动特征各异。 一、对流区反应及特征 进入对流区的介质有水煤浆和来自回流区的高温烟气，发生的过程是：雾化后的水煤浆接受炉膛辐射热并与来自回流区的高温烟气迅速混合升温，水份蒸发，挥发份大量释放出来，释放出的挥发份和来自回流区CO、H2等，与O2相遇达到着火条件即发生燃烧，温度持续升高，煤中难以挥发的碳氢化合物也开始裂解，脱除挥发份的过程结束后，形成的残碳呈多孔的疏松状，若此时氧未消耗完，则残碳将进行燃烧反应。在对流区中氧气消耗完之前的区域，以生成CO2的完全燃烧反应为主（C+O2=CO2），定义为一次反应区，在氧气消耗完之后的区域，碳的各种转化反应速率相当，即过程进入到气化反应阶段，此区域与管流区一并称为二次反应区。（气化反应区） 二、管流区反应及特征 进入管流区的介质为来自一次反应区的燃烧产物及CH4、残碳、水蒸气及惰性气体等，此区中进行的反应主要是碳的非均相气化反应、甲烷和水蒸气转化反应、逆变换反应等，对比二次反应区的反应进行方向研究结果在1350℃下，有下列特点： 反应⑥和反应⑨反应尚未到达平衡，反应将沿着生成CO和H2的方向进行。 反应⑺沿着生成CO的方向进行，即逆变换反应，生成CO和H2O。 CH4转化反应⑧沿着生成CO+H2的方向进行。说明气化产品气中CH4存在是由于其与水蒸气转化反应进行的不够完全的原因，而不是进行了甲烷化反应。不难发现，随着温度的升高，甲烷转化反应平衡常数升高，所以提高气化温度，出口气体中CH4含量降低。 三、回流区反应及特征 回流区中的介质为在对流卷吸作用下来自对流区的燃烧产物残碳、水蒸汽和少量氧气等，因而其反应包括一次反应和二次反应，此区为一、二次反应共存区。 1.2德士古水煤浆气化工艺流程 1.2.2气化炉系统 来自煤浆槽浓度为59~62%的煤浆，由煤浆给料泵加压，送至德士古烧嘴。空分装置送来的纯度为99.6%的氧气经氧气缓冲罐，控制氧气压力为6.0~6.2MPa，由氧气调节阀控制氧气送入德士古烧嘴。 水煤浆和氧气在德士古烧嘴中充分混合雾化后进入气化炉的燃烧室中，在约4.0MPa、1300℃条件下进行气化反应。生成以CO和H2为有效成份的粗合成气。粗合成气和熔融态灰渣一起向下，经过均匀分布激冷水的激冷环沿下降管进入激冷室的水浴中。大部分的熔渣经冷却固化后，落入激冷室底部。粗合成气从下降管和导气管的环隙上升，出激冷室去洗涤塔。在激冷室合成气出口处设有工艺冷凝液冲洗水，以防止灰渣在出口管累积堵塞，并增湿粗合成气。激冷室底