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1、煤的氣化技術(shù)及其應(yīng)用圖1各種煤氣化爐模式圖目前，運(yùn)轉(zhuǎn)中的固定床氣化爐主要有魯奇氣化爐和BGC-魯奇爐。固定床中魯奇氣化爐（結(jié)構(gòu)如圖2所示）實(shí)績(jī)最好，目前，商業(yè)爐還在運(yùn)轉(zhuǎn)中。一定大小的煤塊通過(guò)閘斗進(jìn)入爐的頂部，沿反應(yīng)床向下移動(dòng)，經(jīng)旋轉(zhuǎn)分配器分散后，依次經(jīng)干燥區(qū)、干餾區(qū)、氣化區(qū)和燃燒區(qū)。爐內(nèi)的煤被旋轉(zhuǎn)爐篦支撐，由其下向爐內(nèi)吹入氣化劑（氧、水蒸氣）。通過(guò)氣化區(qū)的粉焦在燃燒區(qū)燃燒產(chǎn)生的爐灰，經(jīng)旋轉(zhuǎn)爐篦落入灰閘排出。爐內(nèi)燃燒區(qū)的溫度最高，超過(guò)1000℃，為了避免爐灰熔融，溫度不能太高。生成氣的溫度500~600℃，合成氣組成為：H240%、CO2
2、0%、CO230%、CH410%。魯奇商業(yè)爐大多較小，除用于生產(chǎn)城市燃?xì)馔?，還用于生產(chǎn)合成氨、汽油和其他化學(xué)品的合成原料氣。南非Sasol公司的煤間接液化裝置采用數(shù)套魯奇氣化爐。魯奇氣化爐的缺點(diǎn)是不能用粉煤，副產(chǎn)品焦油和苯酚等液狀物較多，必須進(jìn)行后處理。9圖2魯奇氣化爐結(jié)構(gòu)為了提高溫度，對(duì)圖2中的魯奇氣化爐進(jìn)行改造，除去圖2的爐篦，形成像圖3所示的BGC-魯奇氣化爐結(jié)構(gòu)，安裝了氣化劑噴嘴，由這里噴入氧和水蒸氣，形成高溫區(qū)，熔融狀爐渣經(jīng)排料孔下降，使粉焦高溫氣化。該爐型為BGC-魯奇氣化爐（BGC：英國(guó)氣體公司），爐內(nèi)最高溫度1500℃以
3、上，合成氣組成為：H230%、CO60%左右，與氣流床氣化爐的合成氣組成大體相同。熔融狀爐渣也與氣流床氣化爐的情況一樣，落入爐底水槽，被造粒排出。德國(guó)SVZSchwarzePumpe公司已將這種爐型應(yīng)用于各種廢棄物氣化的商業(yè)化裝置。9圖3BGC-魯奇氣化爐結(jié)構(gòu)流化床氣化爐特點(diǎn)：粉煤供料，循環(huán)流化；單機(jī)規(guī)模60t/d；空氣氣化溫度950℃；合成氣組成：H212%、CO24%。KBR的Transport氣化爐如圖4所示。其運(yùn)轉(zhuǎn)溫度為815~1000℃，最大壓力為17大氣壓（1大氣壓≈98.07kPa，下同），煤投入量為1.13~2.25t/
4、h，提升管顆粒速度6~15m/s。Transport氣化爐由混合區(qū)、提升管、分離器、旋風(fēng)分離器、立管、“U”型液封、“J”型支管組成。爐的底部注入O2、水蒸氣，在混合區(qū)投入煤、石灰石（吸附劑）并追加O2、水蒸氣，與來(lái)自立管的煤、石灰石和固體顆粒混合?；旌蠀^(qū)直徑稍大于提升管。合成氣及固體顆粒經(jīng)提升管上升進(jìn)入分離器，除去大顆粒。固體顆粒大部分被捕獲流入立管。剩余顆粒進(jìn)入旋風(fēng)分離器，在此回收的顆粒經(jīng)“U”型液封、立管、“J”型支管回到混合區(qū)，再氣化。圖4Transport氣化爐模式圖實(shí)際應(yīng)用的氣流床氣化爐主要有以下幾種。3.3.1殼牌氣化爐上
5、世紀(jì)70年代殼牌公司開(kāi)發(fā)的干式供料氣化爐，荷蘭比赫訥姆單機(jī)規(guī)模2000t/d的IGCC用氣化爐已商業(yè)化運(yùn)行。殼牌氣化爐是目前世界煤氣化采用的最多的爐型之一。這種爐型不僅可用不同種類的煤，包括劣質(zhì)的次煙煤和褐煤，還可用于生物燃料和廢棄物等的氣化。殼牌氣化爐特點(diǎn)：采用粉煤供料，下流式；單機(jī)規(guī)模1000~4000t/d；O2氣化溫度1600℃；冷氣效率80%~83%；生成氣組成：H227%、CO63%。殼牌氣化爐的模式圖如圖5所示。煤粉碎干燥至水分含量為2%后，在閘斗中加壓，再與氣化劑（O2、水蒸氣）一起從噴嘴吹入爐內(nèi)。氣化壓力約為20~30
6、個(gè)大氣壓，溫度1400~1700℃，煤在數(shù)秒內(nèi)氣化。因溫度高，所以要采用耐火材料保護(hù)的水冷爐壁?；曳秩廴诤笙铝鞯綘t底，再在水槽內(nèi)水冷固化、碎裂，排出爐外。用循環(huán)氣將生成氣冷卻至900℃，伴隨的熔融灰固化后，經(jīng)廢熱熱水器熱交換至3209℃。然后用旋風(fēng)分離器除塵，再經(jīng)洗滌器洗凈得到粗合成氣。加壓可提高氣化爐效率，廢熱鍋爐的熱效率也提高，合成氣精制段的負(fù)擔(dān)減輕。合成氣中含有原煤中約80%的能量，另外15%的有效能量以水蒸氣的形式獲得。整個(gè)氣化過(guò)程中只有5%的能量流失。殼牌公司已在我國(guó)湖南省岳陽(yáng)建立了一個(gè)合資廠，其中殼牌與中石化各持有50％的股
7、份。該合資廠日處理煤2000t/d，為中國(guó)石化巴陵化肥廠提供合成氣原料。目前工廠建設(shè)正在順利進(jìn)行。殼牌已以授權(quán)方式向中國(guó)6家大型化肥廠提供煤氣化技術(shù)，用于生產(chǎn)合成氣。圖5殼牌氣化爐模式圖3.3.2GE氣化爐（德士古爐）GE氣化爐是為重油氣化生產(chǎn)合成氣工藝而開(kāi)發(fā)的。如圖6所示，在GE氣化爐的圓筒狀耐壓容器上部，將水煤漿（煤占60%~70%）與氣化劑（O2）一起經(jīng)噴嘴噴入爐內(nèi)并氣化。爐內(nèi)溫度1500℃，壓力約30~40個(gè)大氣壓。因在高溫下氣化，生成氣的組成主要以H2和CO為主，甲烷較少。氣化爐內(nèi)壁襯采用耐火材料。生成氣在下部用輻射冷卻器冷卻
8、至使混在其中的熔融渣固化，再經(jīng)對(duì)流冷卻器冷卻。合成氣中的粗粉塵在輻射冷卻器底部的水槽中被捕獲，再經(jīng)閘斗取出。因供料水煤漿中，作為氣化條件的水蒸氣過(guò)剩，所以生成氣中的CO2濃度比其他氣化工藝高。9圖6GE氣化
