第五章流化床气化工艺.ppt

已工业应用的主要气化炉类型简介 气化剂以较小的速度通过床层时，气体经过固体颗粒堆积时所形成的空隙，床内固体颗粒静止不动，这时的床层一般称为固定床。当气流速度继续增大，颗粒之间的空隙开始增大，床层膨胀，高度增加，床层上部的颗粒被气流托起，流体流速增加到一定限度时，颗粒被全部托起，颗粒运动剧烈，但仍然逗留在床层内而不被流体带出，床层的这种状态叫固体流态化，即团体颗粒具有了流体的特性，这时的床层称流化床。 流化床气化炉是用流态化技术来生产煤气的一种气化装置，也称沸腾床气化炉。气化剂通过粉煤层，使燃料处于悬浮状态，团体颗粒的运动如沸腾的液体一样。气化用煤的粒度一般较小，比表面积大，气固相运动剧烈，整个床层温度和组成一致，所产生的煤气和灰渣都在炉温下排出，因而，导出的煤气中基本不含焦油类物质。 第二节 流化床气化的基本原理 一 常压流化床的成气过程 流化床气化采用0.5-6mm的小颗粒煤作为气化原料。气化剂同时作为流化介质，通过流化床的气体分布板自下而上经过床层。根据所用原料的粒度分布和性质，控制气化剂的流速使床内的原料煤全部处于流化状态，在剧烈的搅动和回混中，煤粒和气化剂充分接触同时进行着化学反应和热量传递。利用碳燃烧放出的热量进行着煤粒的干燥、干馏和气化。生成的煤气在离开流化床床层时，夹带着大量细小颗粒（包括70％的灰粒和部分未完全气化的碳粒)由炉顶离开气化炉。部分密度增重后的渣粒由炉底排灰机构排出。 第二节 流化床气化的基本原理 一 常压流化床的成气过程 在流化床气化炉内，主要进行的反应有：碳的燃烧反应、二氧化碳还原反应、水蒸气分解反应以及水煤气变换反应等。 二 常压流化床气化的特点 1.气化强度高 流化床气化采用的原料颗粒较细，气化剂的流速很高，并在剧烈的搅动和反混状态下，气固接触好，传热强度大，有利于非均相反应速度的提高。所以，流化床的气化强度大大高于移动床。直径4m的常压流化床气化炉，操作温度为1000℃时，单炉产气量可达5万m3/h。 二 常压流化床气化的特点 2.气化温度低 流化床的气化温度一般低于移动床气化炉。约控制在850~950℃左右。其主要受限于原料的灰熔点。为了防止原料灰分在高温床层中软化、结渣，以致破坏气化剂在床层截面的均匀分布，产生沟流、气截等不良现象。这些条件限制了流化床的最高床层温度也限制了产量和碳的转化率。 由于流化床炉温较低，再加上流化床中碳的浓度相对较低，只有活性好的煤，才能在流化床中制得质量较好的煤气。否则，煤气中二氧化碳的含量上升，碳的转化率下降。 由于煤的干馏和气化在同一温度下进行，相对移动床干馏区来说，其干馏温度高得多。所以煤气中几乎不存在焦油。酚和甲烷的含量也很少，煤气的热值较低，但净化系统简单，环境污染较小。 二 常压流化床气化的特点 3.热损失大 在流化床内，整个床层的温度分布均匀，其波动范围不超过5℃，故不会产生局部过热现象。但煤气的炉出温度很高，热量损失较大，为此，需设置规模较大的废热回收系统。 二 常压流化床气化的特点 4.粘结煤需经预处理 原因：①流化床在使用具有膨胀或粘结性能的原料煤时，会遇到较大困难。因新鲜的煤料突然注入运行中的流化床气化炉时，煤粒几乎立即升温到床层的温度。此时，煤粒发生吸热反应(煤的热解及水蒸气分解反应等)的速度较慢，颗粒将由于剧烈升温而软化，生产胶质体，并与其它同类颗粒粘结成更大的颗粒。而且，很快发展成坚硬的半焦，致使床的流态化停滞或塌陷，而无法操作。 二 常压流化床气化的特点 4.粘结煤需经预处理 原因：②具有粘结性的煤粒，还容易发生爆裂。因为在新鲜煤粒进入床层以后，辐射热几乎立即传递到每一颗新的煤粒上，煤粒软化、熔融。与此同时，热解反应开始释放挥发分，首先从煤粒表面释放，继续吸热，内部挥发分析出。此时，坚固的半焦表层将对内部挥发分的析出造成阻力。有一些颗粒可逐渐形成足够大的内部压力而炸裂成许多小颗粒，产生煤粉，被气流带出而成为碳的损失。只有当原料颗粒足够小，或粘结性足够低时，可避免热炸裂的发生。 二 常压流化床气化的特点 4.粘结煤需经预处理 措施举例：① 用流化床预氧化，破坏煤的粘结性。据报道，可在725~750℃，0.098MPa下，用流化床预处理煤，氧耗为0.062~0.093m3／kg。处理后煤中挥发分相应降低，煤表面由于氧化而形成了反射率很高的表层，这类表层还存在于煤粒的裂隙中和一些小气孔内部。粘结煤经预氧化处理可破坏它们的粘结性，但约损失三分之一的挥发分，固体减轻约50％，在经济上带来不利的结果。 二 常压流化床气化的特点 4.粘结煤需经预处理 措施举例：②