煤炭气化工艺习题

煤炭气化工艺习题内容摘要：

烧时所放出热量，如果燃烧产物中的水分以液态形式存在称高发热值，如果水以气态形式存在称低发热值。 随着变质程度的提高，煤的挥发分逐渐降低 吸收，炉内的碳和氧气燃烧以后放出的热量 外在水分，内在水分，结晶水 变质程度， 逐渐减少 制得的煤气的热值与所使用的燃料的热 值之比 1 5％， 15％， 2％ 1有机硫，无机硫，低， l％ 1 变形温度，软化温度，流动温度，软化温度 1燃料煤与气化剂中的氧气、水蒸气、二氧化碳的反应能力，二氧化碳 二、判断题 √ 2 、 3 、 4 、 √ 5 、 √ 6 、 7 、 √ 8 、 9 、 √ 10 、 三、简答题 根据气化用煤的主要特征，将气化用煤大致分为以下四类。 第一类，气化时不黏结也不产生焦油，代表性原料有无烟煤、焦炭、半焦和贫煤。 第二类，气化时黏结并产生焦油，代表性原料有弱黏结或不 黏结烟煤。 第三类，气化时不黏结但产生焦油，代表性原料有褐煤。 第四类，以泥炭为代表性原料，气化时不黏结，能产生大量的甲烷。 煤气的发热值是指标准状态下 1m3煤气在完全燃烧时所放出热量，如果燃烧产物中的水分以液态形式存在称高发热值，如果水以气态形式存在称低发热值。 煤气的发热值与煤种的关系如下：由于随着变质程度的提高，煤的挥发分逐渐降低，煤气发热值逐渐降低，即煤气发热值由高到低的顺序依次是褐煤、气煤、无烟煤。 煤气的发热值与气化压力的关系如下：压力增大，同一煤种制取的煤气的发热值越高。 不同煤种，其变质程度不同，随着变质程度的加深，从泥炭、褐煤、烟煤到无烟煤，煤中碳的质量分数从 55％～ 62％增至 ％，在气化时所消耗的水蒸气，氧气等气化剂的数量也相应增大 . 固定碳含量低、挥发分低的煤种，气化时进去气化段的碳量多，则氧和水蒸汽消耗多 . 褐煤是变质程度较低的煤 , 无烟煤是变质程度高的煤，所以在气化褐煤和无烟煤时，褐煤的氧耗比无烟煤的高 煤中的水分存在形式有三种，包括外在水分、内在水分和结晶水。 对常压气化来讲，气化用煤中水分含量过高，煤料未经充分干燥就进入干馏层，影响 了干馏的正常进行，而没有彻底干馏的煤进人气化段后，又会降低气化段的温度，使得甲烷的生成反应和二氧化碳、水蒸气的还原反应速度显著减小，降低了煤气的产率和气化效率。 加压气化对炉温的要求比常压气化炉低，而炉身一般比常压气化炉高，能提供较高的干燥层，允许进炉煤的水分含量高。 对固定床来说，煤中水分含量太高而加热的速度又太快时，煤中水分逸出太快，容易使煤块碎裂而引起出炉堞气的含尘量增高。 同时由于煤气中水含量增高时，在后续工段的煤气冷却过程中．会产生大量的废液，增加废水处理量。 采用流化床和气流床气化时，固体颗 粒粉碎的粒度很小，过高的含水量会降低颗粒的流动性．因而规定煤的含水量小于 5％。 尤其对烟煤的气流床气化法，采用于法加料时，要求原料煤的水分含量应小于 2％。 煤 的灰分是指 将一定量的煤样在 800oC 的条件下完全燃烧，残余物即灰分，表明了煤中矿物质含量的太小。 （ 1）煤中灰分高，增加了运输的费用， （ 2）煤中灰分高对气化过程有许多不利的影响。 ，气化剂和碳表面的接触面积减少，降低了气化效率 ，不可避免地增加了炉渣的排出量，随炉渣排出的碳损耗量也 必然增加。 ，随着煤中灰分的增加，气化的各项消耗指标均增加，如氧气的消耗指标、水蒸气的消耗指标和煤的消耗指标都有所上升，而净煤气的产率下降。 煤的挥发分 挥发分是指煤在加热时．有机质部分裂解、聚合、缩聚，低分子部分呈气态逸出，水分也随着蒸发，矿物质中的碳酸盐分解，逸出二氧化碳等。 除去水分的部分即为挥发分产率，挥发分中有干馏时放出的煤气、焦油、油类。 于馏煤气中含有氢、一氧化碳、二氧化碳和轻质烃类。 不同煤种的挥发分产率 煤 种 挥发分产率 Vdaf／ ％ 煤 种 挥发分产率 Vdaf／％ 泥炭 褐煤 接近 70 ～ 烟煤 焦煤 瘦煤 贫煤 26～ 18 18～ 12 17 烟煤 长焰煤 气煤 肥煤 42 44～ 35 35～ 26 无烟煤 10～ 2 简单地说，灰熔点就是灰分熔融时的温度．灰分在受热情况下，一般经过三个过程。 开始变形，习惯上称开始变形温度，用 T1 来表示；灰软化，相应的温度称软化温度，用 T2 表示；灰分开始流动，相应的温度称流动温度，用 T3 表示，对煤炭气化而言，一般用 软化温度 T2作为原料灰熔融性的主要指标。 煤炭气化时的灰熔点有两方面的含义，一是气化炉正常操作时，不致使灰熔融而影响正常生产的最高温度，另一个是采用液态排渣的气化炉所必须超过的最低温度。 （ 1）一般用于固态排渣气化炉的煤，在气化时不能出现结渣，其灰熔点应大于1250176。 C ，液态排渣却相反，灰熔点越低越好，但要保证有一定的流动性，其黏度应小于 25Pas ，黏度太大，液渣的流动性变差，还有可能出现结渣。 （ 2）采用液态排渣的气化炉，可以对入炉煤采用混配的方法，对一些高黏度灰渣的煤，可以混配一些低黏度灰渣的煤 ，达到液态排渣的要求。 也可以通过添加一定的助溶剂提高液渣的流动性，炼铁高炉和空气煤气发生炉即属于这种情况。 高炉生产过程使用的原料有矿石、焦炭和熔剂。 矿石中的废石和焦炭中的灰分在高温下都熔融成液体，以液渣的形式排出炉外。 采用碳酸钙作助熔剂，在碳酸钙高温分解成碱性氧化钙的作用下，矿石和灰分在 1150～ 1250C时就可以形成熔融的物质。 燃料的反应性就是燃料的化学活性，是指燃料煤与气化剂中的氧气、水蒸气、二氧化碳的反应能力。 一般以二氧化碳的还原系数来表示，如下式所示： 反应性主要影响气化过程的起始反应温度，反应性越高，则发生反应的起始温度越低。 主要煤起始温度分别为：褐煤，大约 650C；焦炭， 843C。 煤的起始反应温度低，气化温度就低，这有利于甲烷的生成反应，从而降低了氧气的耗量。 通常来讲，高反应性的褐煤比反应性差的烟煤氧耗量低约 50%。 当使用具有相同的灰熔点而活性较高的原煤时，由于气化反应可在较低的温度下进行，容易避免结渣现象。 四 、综合题 1）粒度大小与比表面间的关系 煤的粒度越小，其比表面积越大。 气流通过床层的流通截面增大，气流速度增大。 2）粒度大小与传热的关系 煤的粒度越大，传热越慢，煤粒内外温差越大，粒内焦油蒸气的扩散和停留时间增加，焦油的热分解加剧，影响焦油的产率。 3）粒度大小与生产能力间的关系 煤的粒度太小，当气化速度较大时，小颗粒的煤有可能被带出气化炉外，从而使其化炉的气化效率下降。 4）粒度大小对各项气化指标的影响 通常情况下，煤的粒度太小，煤耗高，水蒸气和氧气的消耗量增加， 气化炉的生产能力下降。 在各种相同的操作条件下，不同的煤种所产煤气的发热值不同，组成也不同。 同一操作压力下，煤气发热值由高到低的顺序依次是褐煤、气煤、无烟煤。 这是由于随着变质程度的提高，煤的挥发分逐渐降低 . （ 2）对煤气产率的影响 一般来说，煤中挥发分越高，转变为焦油的有机物就越多，煤气的产率下降。 例如，在气化泥煤时煤中有 20％的碳被消耗在生成焦油上；气化无烟煤时这种消耗却很少。 此外，随着煤中挥发分的增加，粗煤气中的二氧化碳是增加的，这样在脱除二氧化碳后的净煤气产率下降得更快， 第四章 气化炉 一、填空题 进行煤炭气化的设备叫。 按 照燃料在气 化炉内的 运动状况来 分类是比 较通行的方 法，一般 分为 、 、 和 等 如果以空气作为气化剂，生产的煤气称。 如果以空气 (富氧空气或纯氧 )和水蒸气的混合物作为气化剂，生产的煤气称。 5 、 气 化 炉 在 生 产 操 作 过 程 中 根 据 使 用 的 压 力 不 同 ， 可 分为 和 ； 根 据不同的排渣方式，可以分为 和。 6 、 各 种 不 同 结 构 的 气 化 炉 基 本 上 由 三 大 部 分 组 成 ，即 、 和。 由 于煤炭气化 过程是在 非常高的温 度下进行 的，为了保 护炉体而 加设 或 是非常必要的。 不论采用何种类型的气化炉，生产哪种煤气，燃料以一定的粒度和气化剂直接接触进行 过程，将燃料中的可燃成分转变为 ，同时产生的 从炉内排除出去，这一点是不变的。 9 、 在 气 化 炉 内 ， 物 质 基 本 上 以 两 种 相 态 存 在 ， 一 是 气 相即 ， 另 外 是 固 相即。 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。 1在流化床阶段，如果流速进一步增大，将会有部分粒度较小的颗粒被带出流化床，这时的床层相当于一个气流输送设备， 因而被称为。 1 通 常 把气 固 相 反应 叫 ， 将气 相 中 的反 应叫。 1煤气化的气固相非均相反应是由五个过程组成的，即 、 、 、 、。 1具体的气化过程所采用的炉型不同，操作条件不 同，所使用的气化剂及燃料组成不同 ， 但 基 本 都 包 括 几 个 主 要 的 过 程 ，即 、 、 、。 15 、 煤 干 燥 过 程 的 主 要 产 物 是 以及。 1煤的热解结果生成三类分子： 、 、。 1煤炭气化过程的两类主要反应即 和 是密切相关的是煤炭气化 过程的基本反应。 18 、 移 动 床 是 一 种 较 老 的 气 化 装 置 , 燃料由 加人，底部通入 ，燃料与气化剂 逆向流动，反应后的灰渣由底部排出。 1移动床气化炉当炉料装好进行气化时，以空气作为气化剂，或以空气 (氧气、富氧空气 )与水蒸气作为气化剂时，炉内料层可分为六个层带，自上而下分别为： 、 、 、 、 、 ，气化剂不同，发生的化学反应不同。 沸腾床气化炉是用 技术来生产煤气的一种气化装置，也称流化床气化炉。 2所谓气流床，就是气化剂将煤粉夹带进人气化炉，进行 气化。 22 、发生炉煤气根据使用气化剂和煤气的热值不同，一般可以分为 、 、 、 等。 2 3M2l型气化炉的主体结构由四部分组成．即 、 和 、 、。 24 、 3M2l 型气化炉除灰结构的主要部件有 、 、 和 等。 25 、 3M13 型和 3M21 型 的 结 构 及 操 作 指 标 基 本 相 同 ， 不 同 的是 和。 2 水煤气发生炉和混合煤气发生炉的构造基本相同，一般用于制造水煤气或作为合成氨原料气的加氮半水煤气，代表性的炉型当推。 2 水煤气生产原料用 ，燃料从 加入，气。