煤气化技术的基本原理范例6篇

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煤气化技术的基本原理范文1

【关键词】甲醇　气化　合成　空分

1.煤气化制甲醇的重要意义

作为一种传统的化工原料，甲醇在化工行业中一直扮演着极其重要的角色。随着油价的日益上涨和甲醇应用领域的不断拓展，甲醇及其衍生品的应用也越来越受到人们的重视。在市场需求的推动下，甲醇及其衍生物的生产迎来了发展的黄金时期。甲醇作为极其重要的一种化工原料，其下游衍生品也很丰富，这也是煤基甲醇化工可以代替部分石油化工的原因。传统工艺上甲醇可以用来生产甲醛、合成橡胶、甲基叔丁基醚、对苯二甲酸二甲脂、氯甲烷、甲基丙烯酸甲脂、醋酸、甲胺等一系列有机化工产品。除了传统应用，甲醇化工应用技术近期还取得了不少新的突破。

此外，甲醇制汽油（MTG）也是甲醇燃料应用的重要领域之一。除了埃克森美孚公司的二步法MTG技术，中科院山西煤化所与化学工业第二设计院共同开发的一步法甲醇转化制备汽油技术，已在其能源化工中试基地完成中试。与埃克森美孚公司的技术相比，国产技术具有汽油选择性高，工艺流程短，单程寿命长和催化剂稳定性等优势。

2.煤制甲醇基本的工艺及设备介绍

2.1　煤炭的气化

煤气化技术是煤制甲醇工艺中的关键性。目前，国内外先进的煤气化技术主要包括：荷兰Shell公司的SCGP粉煤加压气化工艺、德国未来能源公司的GSP粉煤加压气化技术、美国Texaco公司德士古气化工艺、德国Lurgi公司的Lurgi块煤加压气化工艺等，本文以德士古气化工艺为例进行气化工艺的介绍。

2.2　煤浆制备

由输送系统送来的原料煤干基（

2.3　气化

在本工段，水煤浆与氧进行部分氧化反应制得粗合成气。

煤浆由煤浆槽经煤浆加压泵加压后连同空分送来的高压氧通过烧嘴进入气化炉，在气化炉中煤浆与氧气发生主要反应如下：

CmHnSr+m/2O2mCO+（n/2-r）H2+rH2S

CO+H2OH2+CO2

气化反应在气化炉反应段瞬间完成，生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等气体。离开气化炉反应段的热气体和熔渣进入激冷室水浴，被水淬冷后温度降低并被水蒸汽饱和后出气化炉；气体经文丘里洗涤器、碳洗塔洗涤除尘冷却后送至变换工段。

气化炉反应中生成的熔渣进入激冷室水浴后被分离出来，排入锁斗，定时排入渣池，由扒渣机捞出后装车外运。

2.4　合成气的净化

本工段采用低温甲醇洗工艺脱除变换气中CO2、全部硫化物、其它杂质和H2O。低温甲醇洗工艺是使用物理吸收法的酸性气体净化技术，使用冷甲醇作为酸性气体的吸收液，利用甲醇在零下60℃左右的低温下对酸性气体溶解度特别大的性质，分段选择性地吸收原料气中的CO2、H2S及各种有机硫等杂质，低温甲醇洗工艺一般有林德和鲁奇两种，二者基本原理相同，并且技术都很成熟，只是在工程实施、工艺流程设计和设备设计上各有特点。

2.5　甲醇的合成

国内外使用的甲醇合成塔主要有冷管式、冷激式、固定管板列管式水管式和多床内换热式合成塔。冷激式合成塔碳转化率太低，能耗高，已基本淘汰：冷管式合成塔碳转化率较高但副产的蒸汽仅为0.4MPa，大型装置中很少采用；水管式合成塔传热系数较高，能更好地移走反应热，缩小传热面积，并能多装催化剂，同时可副产中压蒸汽，是大型化较理想的塔型，在60万t以上大型装置应用较为广泛；固定管板由于列管需用特种的不锈钢，因而造价最高；多床内换热式合成塔由大型氨合成塔发展而来，目前氨合成塔均采用三床（四床）内换热式合成塔。

2.6　甲醇的精馏

甲醇的精馏工艺，主要有ICI的两塔流程和Lurgi三塔流程两种。ICI两塔工艺虽然工艺流程简单、装置投资省，但是能耗相对较高；而Lurgi三塔精馏工艺流程虽然相对较长，但操作能耗较ICI两塔工艺流程低。从投资和能耗等方面来综合考虑，对大、中型甲醇精馏装置，三塔精馏工艺优点更加明显。主要原因在于三塔型工艺流程设置有一个加压操作（压力为0.6～0.7 MPa）的主精馏塔，加压塔塔顶甲醇蒸汽冷凝热可以用作常压精馏塔塔底再沸器热源，减少了水蒸汽和冷却水消耗，从而使得精馏过程总的能耗可比二塔流程低20%～30%。从清洁环保角度来讲，也应该采取三塔精馏工艺。

3.甲醇生产工艺的选择

甲醇的生产现已大规模连续化，生产过程中要求合成气中（H2+CO）含量高，要求煤气化工艺更成熟可靠，效率更高。结合产品的质量要求、环境友好以及不同工艺设备的技术特点，煤制甲醇工艺的选择应依据以下原则：

3.1　适用性

不同的煤气化技术适用于不同的煤种，硬根据所用煤的质量、性质、品种等选择合适的煤气化工艺及后续工艺。

3.2　可靠性

技术必须成熟可靠，在保证产品质量和生产能力的前提下，设备装置应能连续稳定运转。

3.3　先进性

先进性体现在产品质量性能、设备水平和工艺水平等方面，先进性决定项目的市场竞争力，应全面研究工艺技术的现状和发展趋势，深入探讨是否可以采用更为先进的工艺技术。安全环保性，煤化工生产过程容易产生大量煤粉、"三废"等污染物，应选用安全环保的工艺进行安全、清洁生产。

甲醇用作燃料，排放气中的一氧化碳，氮氧化物等含量降低，是一种环境友好的燃料，尤为重要的是，对于我国来说，能够降低对石油的依赖程度，优化能源结构。但是在甲醇生产工艺选择上，一定要根据实际情况，遵循适用、安全可靠、经济环保、技术先进的原则。

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参考文献

煤气化技术的基本原理范文2

关键词 撞击流反应器 吸收剂 石灰乳法 脱硫

0引言

我国是世界上最大的煤炭生产和消费国家之一，煤炭在中能源结构中的比例高达76.2%，且高硫煤较多，所产生的含硫化合物气体一般都是具有毒性的物质，不仅会引起仪器设备、管路腐蚀、催化剂中毒和产品质量下降等问题，还会对人的健康产生严重的威胁，会引发呼吸道等疾病，因此就对人体的健康、大气环境的保护、延长仪器等设备与催化剂的有效寿命而言，对含硫废气的污染采取相应技术进行脱硫是势在必行的，同时如何实现燃料燃烧后含硫废气的处理也是广大工程研究人员所面临的共同问题。燃煤产生的SO2污染空气是全球性重大环保问题，受到普遍关注，因此对SO2污染的控制已经成为目前我国大气污染控制领域最紧迫的任务。

我国目前应用的有燃烧前、燃烧过程中和燃烧烟气脱硫等几种不同的处理方案，其中因技术和经济上比较合理而最具有实用价值的是烟气脱硫（flue gas desulfurization-FGD）。已研发的FGD技术有干法、半干法和湿法，其中以湿法（碱法、氨法、钙法）脱硫最为切实可行，操作费用较低、运行稳定可靠，目前工业应用的程度也最高。

1撞击流技术

1.1撞击流技术简介

撞击流的概念由Elperin首先提出，但其应用可追溯到20世纪50年代初开发的 Koppers-Totzek 粉煤气化炉。撞击流（Impinging streams，IS）是一种较新颖的技术方法。以气-固两相体系为例，撞击流的基本原理如图 1所示。两股两相流相向高速流动撞击，结果在两加速管之间造成一个高度湍动的撞击区。气流在撞击面上轴向速度趋于0并转为径向流动。颗粒可藉惯性渗入反向流并在开始渗入的瞬间相间相对速度达到极大值；随后在摩擦阻力作用下减速直到轴向速度衰减为0，随后又被反向加速向撞击面运动，并可能再次渗入原来气流，在轴线附近的颗粒在两股相向流体间往复渗透可多达6次。于是，撞击区高度湍动和很大的相间相对速度提供了极佳的传递条件。已经证明，撞击流是强化相间传递尤其是外扩散控制的传递过程最有效的方法之一，传递系数可比一般方法提高数倍到十几倍其基本原理是：两股等量两相流沿同轴相向流动，并在中点处撞击，如图1所示。其结果是在两根加速管之间造成一个高度湍动的撞击区，大大地强化了传递过程。

1.2撞击流脱硫技术的优势

20 世纪90 年代中期以前的30 多年间，撞击流领域有关传递过程的研究最为集中。强化相间传递是撞击流极具吸引力的重要性质。Tamir 等对多种物系和多种单元过程实验研究的结果表明，撞击流中相间传递系数，特别是两相密度差很大和外扩散控制过程的传质系数，可以比传统过程提高数倍到十几倍。黄凯等所作循环撞击流干燥研究，根据测定容积蒸发系数推算传递系数，也得到相同的结论。Matthias 等较近测定了撞击流反应器中的容积传质系数，得出：在输入功率≤0.6 kW/m3 范围内反应器各部分对传质的贡献相似，但在≥0.7 kW/m3范围内传质系数主要受撞击区及其下面传质过程的影响。唐山三友集团兴达化纤公司采用撞击流气液反应器，脱除化纤生产尾气中的H2S，结果表明以NaOH为脱硫剂，经二级撞击流气液反应器吸收脱硫后，尾气中H2S含量达到了国家排放标准。

在应用中其主要优势为：（1）降低设备投资成本。撞击流气液反应器充分利用了本身具有良好的微观混合、可大大强化传递过程的特点，因而使其结构简单，设备尺寸小，可节省设备投资。如武汉钢铁公司焦化厂，焦化尾气量140万m3/h，SO2的含量为1500～2000 mg/m3，采用中钢设备有限公司的塔式氨法脱硫技术，其设备投资达1.2亿元，若采用撞击流脱硫技术，估计设备投资可降至7000万元。（2）降低运行成本。撞击流气液反应器，由于在导气管内装有压力漩涡喷嘴，可将脱硫液分散成几十微米的液滴，可大大增加气液接触面积，再加上其良好的微观混合，强化传质和脱硫反应过程，因而可大大降低液气比；其次，由于塔式法的脱硫液循环量大，使得整个物料输送的电耗都会不同程度的增大。（3）气相阻力小。相对塔式湿法脱硫装置而言，撞击流气液反应器的气相阻力要低，一般塔式设备阻力约为1500～2000 Pa。（4）安全性高、占地面积小、操作弹性大。目前很多环保工程公司，除了脱硫塔主体设备外，其余如乳化槽、再生槽、沉降池均为地槽，既不卫生，更不安全，且将上述土建投资留给业主。而采用本撞击流脱硫技术，所有设备均为地上结构，无地槽，操作方便，环境卫生，安全性高，并可为业主节省大量的土建资金。

2石灰乳法脱硫工作原理

石灰乳法使用氢氧化钙溶液吸收尾气中的SO2，生成SO32-与SO42-，反应方程式如下：

（1）脱硫过程

（2） 氧化过程

石灰乳法脱硫工艺以石灰粉作为主脱硫剂，氢氧化钙不断循环利用。因在吸收过程中以氢氧化钙作吸收液，系统不会出现结垢堵塞现象，故运行安全可靠，可达到较高的二氧化硫脱除率。

3撞击流脱硫工艺流程

3.1 气体流程

尾气通过进气总管进入反应器，然后通过分气管在撞击流反应器中与雾化后的氢氧化钙液充分接触混合，除去尾气中的二氧化硫气体，由吸收塔顶部引入烟囱排放。反应过程为：

（1） 脱硫过程

（2） 氧化过程

3.2液体流程

将浓度约5%的氢氧化钙送至吸收剂储槽，由高压泵送至反应器内，从导流筒中的旋涡压力喷嘴喷出，在吸收区内吸收尾气中的SO2后，送入再生槽，部分清液回流，再生槽中与新加入的吸收剂一起进入沉降池出去固体颗粒，避免堵塞管道，沉降后的清液由泵输入混合槽与回流的清液进行混合，然后一起送至反应器内，从导流筒中的旋涡压力喷嘴喷出，在吸收区内吸收尾气中的气溶胶颗粒后，回流至循环储槽，如此循环，当吸收液循环吸收。

石灰乳法脱硫工艺以氢氧化钙为脱硫剂，不断循环利用。由于氢氧化钙吸收液与二氧化硫反应的速率快，加之撞击流气液反应器良好的微观混合，强化了传递过程，故能在较小的液气比条件下，可实现脱硫工艺。

4小结

撞击流反应器石灰乳法脱除工业废气中SO2主要依据撞击流反应器的主要特性，以及其能够极大地增强气液之间传质的优点，以氢氧化钙为吸收液吸收工业废气中二氧化硫，将石灰乳法与撞击流反应器相结合，能在较小的液气比条件下，可达到较高的二氧化硫脱除率。

参考文献

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