鲁奇碎煤加压气化技术探索

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摘 要：本文从鲁奇加压气化特点入手，阐述了鲁奇加压气化原理，分析了鲁奇加压气化操作工艺条件。

关键词：鲁奇加压气化技术；原理；工艺

常压固定（移动）床气化炉生产的煤气热值低，煤气中二氧化碳含量高，气化强度低，生产能力小，不能满足合成气的质量要求。为解决上述问题，人们研究发展加压固定（移动）床气化技术。在加压固定（移动）床气化技术中，最著名的为鲁奇加压气化技术。

一、鲁奇加压气化概述

鲁奇加压气化采用的原料粒度为5～50mm，气化剂采用水蒸汽与纯氧，加压连续气化。随着气化压力的提高，气化强度大幅提高，单炉制气能力可达75000～100000m2/h以上，而且煤气的热值增加。鲁奇加压气化在制取合成气和城市煤气生产方面受到广泛重视。

1、鲁奇加压气化特点

鲁奇加压气化有以下优点。

（1）原料适应性

①原料适应范围广。除粘结性较强的烟煤外，从褐煤到无烟煤均可气化。

②由于气化压力较高。气流速度低，可气化较小粒度的碎煤。

③可气化水分、灰分较高的劣质煤。

（2）生产过程

①单炉生产能力大，最高可达100000m2/h（干基）。

②气化过程是连续进行的，有利于实现自动控制。

③气化压力高，可缩小设备和管道尺寸，大幅度提高气化炉的生产能力，并能改善煤气的质量；利用气化后的余压可以节省合成气加压能耗和进行长距离输送。

④气化较年轻的煤时，可以得到各种有价值的焦油、轻质油及粗酚等多种副产品；

⑤通过改变压力和后续工艺流程，可以制得H2/CO各种不同比例的化工合成原料气，拓宽了加压气化的应用范围。

2、鲁奇加压气化的缺点如下。

①蒸汽分解率低。对于固态排渣气化炉，一般蒸汽分解率约为40%，蒸汽消耗较大，未分解的蒸汽在后序工段冷却，造成气化废水较多，废水处理工序流程长，投资高。

②需要配套相应的制氧装置，一次性投资较大。

二、鲁奇加压气化原理

1、化学反应

在气化炉内，在高温、高压下，煤受氧、水蒸汽、二氧化碳的作用，发生如下各种反应。

2、加压气化的实际过程

（1）气化过程热工特性

在实际的加压气化过程中，原料煤从气化炉的上部加入，在炉内从上至下依次经过干燥、干馏、半焦气化、残焦燃烧、灰渣排出等物理化学过程。

加压气化炉是一种自热式反应炉，通过在燃烧层中的C+O2CO2这个主要反应，产生大量热量，这些热量提供给：

①气化层生成煤气的各还原反应所需的热量；

②煤的干馏与干燥所需热量；

③生成煤气与排出灰渣带出的显热；

④煤气带出物显热及气化炉设备散失的热量。

这种自热式过程热的利用效果好，热量损失小。

（2）燃料床层的分层及特性

在加压气化炉中，一般将床层反应特性由下至上划分为以下几层：灰渣层；燃烧层（氧化层）；气化层（还原层）；干馏层；干燥层。

灰渣层的主要功能是燃烧完毕的灰渣将气化剂加热。以回收灰渣的热量，降低灰渣温度；燃烧层主要是焦渣与氧气的反应即C+O2CO2，它为其他各层的反应提供了热量；气化层（也称还原层）是煤气产生的主要来源；干馏层及干燥层是燃料的准备阶段，煤中的吸附气体及有机物在干馏层析出。不少研究工作者曾在加压气化的半工业试验中，研究燃料床中各层的分布状况和温度间的关系。

三、鲁奇加压气化操作工艺条件

1、压力

（1）压力对煤气组成的影响煤气的组成随压力的不同而变化。随着气化压力的提高，煤气中的甲烷和二氧化碳含量增加，而氢气和一氧化碳含量减少，煤气的热值提高。提高气化压力，可以提高煤气的热值.对生产城市煤气有利，但对生产合成原料气不利，故而气化压力的选择要综合考虑。

（2）压力对煤气产率的影响。随着压力的升高，煤气产率下降。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。提高气化压力，气化反应向分子数减少的方向称动，即不利于氢气和一氧化碳的生成.也引起煤气产率的下降。而加压使二氧化碳的含量增加，经过脱除二氧化碳后的净煤气产率又会相应下降。

（3）压力对氧气消耗量的影响。气化过程中，甲烷生成反应为放热反应，这些反应热可为水蒸汽分解、二氧化碳还原等吸热反应提供热源。因此，甲烷生成反应放出的热量即为气化炉内除碳燃烧反应以外的第二热源，从而减少了碳燃烧反应中氧的消耗。故随气化压力的提高，氧气的消耗量减少。

（4）压力对气化炉生产能力的影响。气化炉的生产能力取决于气化反应的化学反应速率和气固相的扩散速率。在加压情况下。反应速率和扩散速率均加快，对提高气化炉的生产能力有利。

2、气化层温度与气化剂温度

气化温度对煤气组成影响很大，随气化温度的升高，H2和CO含量升高，CO2和CH4含量降低。气化温度的选择还与煤种和气化压力密切相关。变质程度深的煤应有较高的反应温度。对于固态排渣气化方式，气化温度的选择往往取决于煤灰熔化温度，气化温度必须低于煤灰熔化温度。影响气化层温度最主要的因素是通入气化炉中气化剂的组成，即汽氧比，汽氧比下降，温度上升。所以我们在不引起气化炉产生结渣和气质变坏的情况下，尽可能采用较低的汽氧比以保持较高的气化温度。

通常，生产城市煤气时，气化层温度一般控制在950～1050℃，生产合成原料气时可以提高到1200～1300℃。

气化剂温度是指气化剂入炉前的温度，提高气化剂温度可以减少用于预热气化剂的热量消耗.从而减少氧气消耗量，较高的气化剂温度还有利于碳的燃烧反应的进行，使氧的利用率提高。由于我公司采用汽提处理废水工艺，为节约能耗，设计汽提汽进气化炉做为气化剂。汽化剂温度控制在285℃-295℃之间，保证气提汽入炉量。

3、汽氧比的选择

汽氧比是指气化剂中水蒸汽与氧气的比值。汽氧比是调整、控制气化过程温度，改变煤气组成，影响副产品产量及质量的重要因素。在一定的气化温度和煤气组成变化条件下，同一煤种汽氧比有一个变动的范围。不同煤种的变动范围也不同。随着煤的碳化度加深，反应活性变差，为提高生产能力，汽氧比应适当降低。在加压气化生产中，各种煤种的汽氧比变动范围一般为：褐煤6～8，烟煤5～7，无烟煤4.5～6。

改变汽氧比，实际上是调整与控制气化过程的温度，在固态排渣炉中，首先应保证在燃烧过程中灰不熔融，在此基础上维持足够高的温度以保证煤完全气化。在加压气化生产中.采用不同汽氧比，对煤气生产的影响主要有以下几个方面。

①在一定热负荷条件下，水蒸汽的消耗量随汽氧比的提高而增加，氧气的消耗量随汽氧比提高而相对减少。水蒸汽量的变化幅度远远大于氧气量的变化幅度。因此在实际生产中，要兼顾气化过程和消耗指标来考虑，在不引起气化炉产生结渣和气质变坏的情况下.尽可能采用较低的汽氧比。

②汽氧比的提高，使水蒸汽的分解率显著下降，这将加大煤气废水量。不但浪费了水蒸汽，同时还加大了煤气冷却系统的热负荷，会使煤气废水处理系统的负荷增加。

③汽氧比的改变对煤气组成影响较大。随着汽氧比的增加，气化炉内反应温度降低，煤气组成中一氧化碳含量减少，二氧化碳还原减少使煤气中二氧化碳与氢含量升高。

④汽氧比改变和炉内温度的变化对副产品焦油的性质也有所影响。提高汽氧比以后，焦油中碱性组分下降，芳烃组分则显著增加。

参考文献

1、贺永德编，现代煤化工技术手册，北京：化工工业出版社，2005

2、许世森，张东亮，任永强编，大规模煤气化技术，北京：化学工业出版社，2006