8.2.8　煤气加工

图8.3　煤的三种主要气化方法过程原理示意图
a—固定床;b—沸腾床;c—气流床;A—气化剂;B—未分解的气化剂

8.2.3.1　固定床气化炉

对块状原料煤一般采用固定床气化法,炉子上部加料,料层缓慢下移,同时气化剂由下向上逆流通过。此法的优点是操作费用低,炉子总效率高;缺点是反应完了的热煤气流经煤层时加热煤,使煤发生干馏,产生的焦油和酚等随煤气一同由气化炉出来,从而导致煤气净化和酚水处理装置复杂化。对于有粘结性的原料煤,气化炉还需设置破粘装置。为了导出固态灰渣,气化炉需设转动炉箅。因此气化炉操作周期短,维修费用大。

8.2.3.2　沸腾床气化炉

粒径在0.5～3mm间的细煤粒一般采用沸腾床气化法,其优点是:可连续生产,温度分布均匀,温度调节快,炉子构造简单,投资低。缺点是:反应过程有返混现象,反应温度受原料灰熔点的限制。因此,该法只用于褐煤及反应性好的年轻烟煤气化。粘结性煤在加热中要形成难以控制的团块下落,因此也不能使用此种炉子。

8.2.3.3　气流床气化炉

很细的粉尘煤用气流床式气化炉,煤与气化剂并流地进入气化炉。与固定床气化炉相比,气流床气化炉有以下优点:

①利用粉煤为原料,比块煤价格低廉。

②可以用各种煤,也不受煤粘结性限制。

③无焦油、酚、脂肪酸等副产物,因此不需要进行处理,废水少。

④可以用流态或气态烃代替煤为原料。

由于煤气生产能力与压力成正比,因此提高压力能降低能耗,提高气化效率。粉煤加压气化生产能力高,强化了传热,使炉壁热损失降低,其降低值与p－0.25成正比。

细粉煤高压气化的缺点是:对灰熔点高的原料煤,为了液态排渣,气化温度较高,难以选用炉内衬材料;气化效率与固定床相比下降较大;粉状原料煤的加入以及排渣技术都比较复杂。

在旋流气化炉中,燃料与氧并流绕炉旋转向上,一开始就相互作用,达到较高的燃烧温度。燃料氧化和热解之后开始气化吸热反应,主要是CO2和水蒸气与碳反应生成CO和H2。

燃料表面发生的气化反应降低了温度,同时也降低了燃料反应能力。燃料温度应保持最高,以便在几秒钟内达到强化燃烧,对于多数煤,特别是年老煤,必需的气化温度要高于灰熔点温度。气流燃料粒子与气相之间的相对速度应当尽可能大。

新开发的气化方法具有沸腾床和气流床气化法两者的优点,有些多步气化法包含了沸腾床和气流床过程。

8.2.4　固定床气化法

8.2.4.1　常压气化法

固定床常压气化法是一种很老的煤气生产方法,目前仍在使用。气化剂是空气和水蒸气,生产低热值的发生炉煤气作为工业用煤气。原料是块状燃料,灰渣固态排出。气化炉通常呈圆筒形,下有转动炉箅,燃料由上部加入,气化剂由下向上逆流导入。煤首先干燥,温度升高到350℃后开始热解,有干馏产物析出,最终在1000℃以上进行气化反应。

UGI煤气化炉是一种常压固定床煤气化设备,以美国联合气体改进公司命名。在原料上主要选用无烟煤和焦炭,可以制取空气煤气、半水煤气或水煤气,其特点是可以采用不同的操作方式（连续或间歇)和气化剂来制气。