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3 操作原理 3.1 概述 制造燃气的原料种类很多，广义地说，凡是有机物质都可做为制气的原料。在工业生产中，煤是一种广为采用的制气原料，我公司采用呼伦贝尔当地的褐煤做原料生产粗煤气。煤是蕴藏在地层中的有机生物岩，由不同地质时代的植物经历不同的成煤过程而形成不同性质的煤。通常可将煤分成三大类：1、腐植煤；2、残植煤；3、腐泥煤类。其中由高等植物经泥炭化作用和变质作用形成的腐植煤层煤中储量最大最重要的煤。根据煤化程度不同，腐植煤可区分为泥炭煤、褐煤、烟煤和无烟煤四大类。 煤的组成以有机质为主体，煤的用途主要是由煤中有机质的性质决定。煤质的基本分析有工业分析和元素分析。煤的工业分析包括煤的水分、灰分、挥发分、固定碳、全硫、和热值等项目。元素分析包括碳、氢、氧、硫、磷、氯等项。 煤的气化过程是一个复杂多相物理化学反应过程。主要是煤中的碳与气化剂，气化剂与生成物，生成物与生成物，及碳与生成物之间的反应。煤气组成决定于原料种类，气化剂种类及制气过程的条件。 制气过程的条件主要决定于气化炉的构造和原料煤的物理化学性质。其中煤的灰熔点和粘结性是气化用煤的重要指标。 提高气化压力的加压气化方法可以大幅度提高气化炉的生产能力，并能改善煤气的质量。 我公司采用的是BGL碎煤熔渣气化技术为加压、逆流接触、连续气化、液态排渣工艺过程，选用的煤种是呼伦贝尔本地褐煤经干燥成型后的型煤。煤在气化炉中的气化过程，从下往上可分为五个区：熔渣层、燃烧层、气化区、干馏层、干燥层。 3.2 BGL气化原理 在BGL气化炉内煤BGL气化炉原理简见图3.1。 混合后的蒸汽和氧气通过喷嘴喷入气化炉底部燃烧氧气迅速与炉反应，产生大量的热量、CO和CO2，该区域在煤层下5.5~7.2m的区域内发生，燃烧中心的温度达1500~2000℃，保持烧然段处于高温状态，以便煤灰融化并与助溶剂混合形成自由流动液体灰渣，保留在气化炉炉膛中。燃烧区主要是通过碳和氧反应为气化反应提供所需的热量。燃烧段的主要反应方程式如下： C+O2=CO2 +4/mol 2C+O2=2CO +246.4 MJkg/mol 3.2.2 气化燃烧段过来的气体，主要含CO2和蒸汽，在与上部形成的煤焦炭进行反应，通过一系列平衡吸热反应并消耗热量后，冷却产品气，最后温度降低，气体与煤焦炭反应减少。气化的主要反应方程式如下： C+H2O＝CO+H2 -/mol C+2H2O＝CO2+2H2 -/mol CO+H2O＝CO2+H2 +/mol C+CO2＝2CO -246.4 MJ/mol C+2H2＝CH4 +/mol CO+3H2＝CH4+H2 -206.2 MJ/mol 气化区的控制反应是a，甲烷化反应e和反应d对离开气化区的煤气组成影响较小。反应b，c，f，对煤气组成的影响更小，对活性差的煤其影响可忽略不计。 3.2.3 干馏和干燥区 气化炉下部产生的高温煤气与原料煤逆流接触，煤层下约0.5m以内的区域为干燥区，温度小于500℃，在此区域原料煤被加热干燥；干燥之后的煤层继续下移进入到500原煤受热分解释放出挥发，如焦油、中油、石脑油、酚、氨和脂肪酸，进入中。水份在燃料床的最顶部区域脱除。实际上鼓风口进来的所有工艺蒸汽在气化炉底部反应过程中全部消耗，原煤中脱出的水份几乎都是原料气从气化炉带来的蒸汽。 操作条件对气化过程的主要影响因素为气化压力、气化温度及汽氧比等。 3.3.1 气化压力 压力对煤气组成的影响： 提高气化炉操作压力，有助于下列各反应的进行： C＋2 H 2 ＝C H 4 CO＋3 H 2 ＝C H 4 ＋H 2O 2CO＋2 H 2 ＝C H 4 ＋CO 2 CO 2＋4 H 2 ＝C H 4 ＋2 H 2O 提高气化压力，不利于下列反应的进行： 2 H 2O ＝ 2 H 2 ＋O 2 C ＋H 2O ＝ H 2 ＋CO C ＋2 H 2O ＝ 2 H 2 ＋CO 2 随着气化压力的提高，有利于体积缩小的反应进行，煤气中的C H 4 和C O 2 含量增加，煤气的热量提高。 压力对煤气产率的影响：随着压力升高，煤气产率下降。褐煤气化时煤气产率与气化压力的关系，煤气产率随压力升高而下降是由于生成气中甲烷量增多，从而使煤气总体积减少。 压力对气化炉生产能力的影响：在相同温度下的加压气化对提高气化炉生产能力有利。气化炉的生产能力取决于气化反应的化学反应速度和气固相的扩散速度。在加压情况下，同样的温度条件，可以获得较大的生成甲烷的反应速度。因而在相同温度下加压气化的化学反应速度比常压快，对提高气化炉的生产能力有利。炉内气流速度的提高，对提高生产能力亦是重要的措施。 压力对氧和蒸汽消耗量的影响：