德士古气化工艺流程五-企业生产实际教学案例库课件

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1、企业生产实际教学案例库应用化工生产技术专业（煤化工方向）典型气流床气化炉及其工艺典型气流床气化炉及其工艺(2)(2)德士古气化法德士古气化法(水煤浆加料气化工艺水煤浆加料气化工艺)二、德士古气化炉结构目 录一、德士古气化工艺简介三、煤浆的制备和输送四、德士古气化工艺流程五、德士古气化工艺条件和气化指标 德德士士古古(TEXACO)(TEXACO)气气化化工工艺艺最最早早开开发发于于2020世世纪纪4040年年代代后后期期。开开始始的的工工作作重重点点集集中中在在开开发发一一种种天天然然气气的的重重整整工工艺艺，以以便便为为转转换换成成液液态态烃烃化化合合物物制制造造合合成成气气。不不久久后后，

2、重点转向为氨的生产制造合成气。重点转向为氨的生产制造合成气。2020世世纪纪5050年年代代期期间间，研研究究扩扩大大该该工工艺艺以气化石油及少量的煤。以气化石油及少量的煤。目目前前，在在我我国国运运行行的的德德士士古古气气化化炉炉有有1212台台。兖兖矿矿鲁鲁南南化化肥肥厂厂的的德德士士古古气气化化装装置置，是是我我国国从从国国外外引引进进的的第第一一套套德德士士古古煤煤炭炭气气化化装装置置，采采用用水水煤煤浆浆进进辩辩在在加加压压下下来来生生产产台成氨的原料气体。台成氨的原料气体。一、一、德士古气化工艺简介德士古气化工艺简介德士古气化炉是一种以水煤浆进料的加压德士古气化炉是一种以水煤浆进料

3、的加压气流床气化装置，如气流床气化装置，如右右图所示。图所示。该炉有两种不同的炉型，根据粗煤气采用该炉有两种不同的炉型，根据粗煤气采用的冷却方法不同，可分为淬冷型，如的冷却方法不同，可分为淬冷型，如右右图图(a)，和全热回收型，如，和全热回收型，如右右图图(b)所示。所示。两两种种炉炉型型的的比比较较：两两种种炉炉型型下下部部合合成成气气的的冷冷却却方方式式不不同同，但但炉炉子子上上部部气气化化段段的的气气化化工工艺是相同的。艺是相同的。反应过程：德士古加压水煤浆气化过程是反应过程：德士古加压水煤浆气化过程是并流反应过程。合格的水煤浆原料同氧气从并流反应过程。合格的水煤浆原料同氧气从气化炉顶部

4、进入。煤浆由喷嘴导入，在高速气化炉顶部进入。煤浆由喷嘴导入，在高速氧气的作用下雾化。氧气和雾化后的水煤浆氧气的作用下雾化。氧气和雾化后的水煤浆在炉内受到高温衬里的辐射作用，迅速进行在炉内受到高温衬里的辐射作用，迅速进行着一系列的物理、化学变化：预热、水分蒸着一系列的物理、化学变化：预热、水分蒸发、煤的干馏、挥发物的裂解燃烧以及碳的发、煤的干馏、挥发物的裂解燃烧以及碳的气化等。气化后的煤气中主要是一氧化碳、气化等。气化后的煤气中主要是一氧化碳、氢气、二氧化碳和水蒸气。气体夹带灰分并氢气、二氧化碳和水蒸气。气体夹带灰分并流而下流而下，粗合成气在冷却后，从炉子的底部粗合成气在冷却后，从炉子的底部排出

5、。排出。分分离离回回收收：在在淬淬冷冷型型气气化化炉炉中中。粗粗合合成成气气体体经经过过淬淬冷冷管管离离开开气气化化段段底底部部，淬淬冷冷管管底底端端浸浸没没在在一一水水池池中中。粗粗气气体体经经过过急急冷冷到到水水的的饱饱和和温温度度，并并将将煤煤气气中中的的灰灰渣渣分分离离下下来来，灰灰熔熔渣渣被被淬淬冷冷后后截截留留在在水水中中，落落人人渣渣罐罐，经经过过排排渣渣系系统统定定时时排排放放。之之后后冷冷却却了了的的煤煤气气经经过过侧侧壁壁上上的的出出口口离离开开气气化化炉炉的的淬淬冷冷段段。然然后后按按照照用用途途和和所所用用原原料料，粗粗合合成成气气在在使使用用前前进进一一步步冷冷却却或

6、或净净化化。在在全全热热回回收收型型炉炉中中，粗粗合合成成气气离离开开气气化化段段后后，在在合合成成气气冷冷却却器器中中从从1400被被冷冷却却到到700，回回收收的的热热量量用用来来生生产产高高压压蒸蒸汽汽。熔熔渣渣向向下下流流到到冷冷却却器器被被淬淬冷冷，再再经经过过排排渣渣系系统统排排出出。合合成成气气由由淬淬冷冷段底部送下一工序。段底部送下一工序。对对于于这这两两种种工工艺艺过过程程，目目前前大大多多数数德德士士古古气气化化炉炉采采用用淬淬冷冷型型，优优势势在在于于它它更更廉廉价价，可可靠靠性性更高，劣势是热效率较全热回收型的低。更高，劣势是热效率较全热回收型的低。气气化化炉炉为为一一

7、直直立立圆圆筒筒形形钢钢制制耐耐压压容容器器，内内壁壁衬衬以以高高质质量量的的耐耐火火材材料料，可可以以防防止止热热渣渣和和粗粗煤煤气的侵蚀。气的侵蚀。二、二、德士古气化炉结构德士古气化炉结构基基本本部部分分包包括括煤煤浆浆的的制制备备和和输输送送、气气化化和和废废热热回回收收、煤气的冷却和净化等。煤气的冷却和净化等。煤浆的制备和输送煤浆的制备和输送合格煤浆的制备是德士古法合格煤浆的制备是德士古法应用的基本前提。煤浆的浓应用的基本前提。煤浆的浓度、黏度、稳定性等对气化度、黏度、稳定性等对气化过程和物料的输送均有重要过程和物料的输送均有重要的影响，而这些指标与煤的的影响，而这些指标与煤的研磨又有

8、着密切的关系。研磨又有着密切的关系。固体物料的研磨分为干法和固体物料的研磨分为干法和湿法两大类。制取水煤浆时湿法两大类。制取水煤浆时普遍采用的是湿法，这种方普遍采用的是湿法，这种方法又分为封闭式和非封闭式法又分为封闭式和非封闭式两种系统。两种系统。封闭式湿磨系统封闭式湿磨系统如如右右上上图图所所示示。煤煤经经过过研研磨磨后后送送到到分分级级机机中中进进行行分分选选，过过大大的的颗颗粒粒再再返返回回到到磨磨机机中中进进一一步步研研磨磨。这这种种方方法法的的优优点点是是得得到到的的煤煤浆浆粒粒度度范范围围较较窄窄，对对磨磨机机无无特特殊殊要要求求；缺缺点点是是需需要要分分级级设设备备。为为了了达达

9、到到适适当当的的分分级级，煤煤浆浆的的黏黏度度就就不不能能太太大大，这这就就意意味味着着煤煤浆浆中中的的固固体体物物含含量量不不能能太太大大，而而水水分分含含量量相相应应的的就就高高，后后系系统统需需要要增增设设稠稠化化的的专专用用设设备备，以以达达到到该该法法的的煤煤浆浆浓浓度度要求。要求。非封闭式湿磨系统非封闭式湿磨系统如如右下右下图所示。该法中，图所示。该法中，煤一次通过磨机，所制取煤一次通过磨机，所制取的煤浆同时能够满足粒度的煤浆同时能够满足粒度和浓度的要求。煤在磨机和浓度的要求。煤在磨机中的停留时问相对长一些，中的停留时问相对长一些，这样可以保证较大的颗粒这样可以保证较大的颗粒尽可能

10、不太多。要达到合尽可能不太多。要达到合格的研磨，选择适当的磨格的研磨，选择适当的磨机就变得很重要，最合适机就变得很重要，最合适的是用充填球或棒的滚筒的是用充填球或棒的滚筒磨机，妥善选择磨机长度、磨机，妥善选择磨机长度、球径及球数，使得煤通过球径及球数，使得煤通过磨机时一次即能达到高浓磨机时一次即能达到高浓度的煤浆，并具有所需要度的煤浆，并具有所需要的粒度。的粒度。需要指出的是不管是哪一种需要指出的是不管是哪一种制浆工艺，都是耗能大户。制浆工艺，都是耗能大户。为了减少磨矿功耗，磨矿前，为了减少磨矿功耗，磨矿前，除特殊情况除特殊情况(如用粉煤或煤如用粉煤或煤泥制浆泥制浆)外外，都必须经过破都必须经

11、过破碎，预先破碎到粒度小于碎，预先破碎到粒度小于30mm，然后经过带称送，然后经过带称送入入磨粉机。研磨好的煤浆首先磨粉机。研磨好的煤浆首先要进入一均化罐要进入一均化罐，然后用泵然后用泵送到气化炉。煤浆是否能够送到气化炉。煤浆是否能够顺利进入气化炉，在泵功率顺利进入气化炉，在泵功率确定的前提下，取决于煤浆确定的前提下，取决于煤浆的浓度和颗粒的粒度的浓度和颗粒的粒度，这又这又集中体现在煤浆的黏度上，集中体现在煤浆的黏度上，为降低黏度可采用加入添加为降低黏度可采用加入添加剂的方法以降低黏度。剂的方法以降低黏度。三、煤浆的制备和输送三、煤浆的制备和输送四、德士古气化工艺流程四、德士古气化工艺流程气气

12、化化炉炉是是气气化化过过程程的的核核心心，而而喷喷嘴嘴又又是是气气化化炉炉的的关关键设备。键设备。合合格格的的水水煤煤浆浆在在进进入入气气化化炉炉时时，首首先先要要被被喷喷嘴嘴雾雾化化，使使煤煤粒粒均均匀匀地地分分散散在在气气化化剂剂中中，从从而而保保证证高高的的气气化化效效率。良好的喷嘴设计可以保证煤浆和氧气的均匀混台。率。良好的喷嘴设计可以保证煤浆和氧气的均匀混台。满满足足实实际际生生产产要要求求的的喷喷嘴嘴，应应该该具具有有以以较较少少的的雾雾化化剂剂和和较较少少的的能能量量达达到到较较好好雾雾化化效效果果的的能能力力，而而且且结结构构要简单，加工要方便使用寿命长等性能。要简单，加工要方

13、便使用寿命长等性能。国国外外使使用用的的喷喷嘴嘴结结构构多多用用三三套套管管式式，中中心心管管导导入入15的的氧氧气气，内内环环隙隙导导入入煤煤浆浆，外外环环隙隙导导人人85%的的氧氧气气，并并根根据据煤煤浆浆的的性性质质可可调调节节两两股股氧氧气气的的比比例例，以以促促使使氧氧气和碳的反应。气和碳的反应。气化炉内进行的反应主要有：气化炉内进行的反应主要有：C+OC+O2 2 COCO2 2-394.1 kJ-394.1 kJmolmolC+COC+CO2 2 2CO+173 2CO+1733kJ3kJmotmotC+2HC+2H2 2 CH CH4 4-84.3kJ-84.3kJmolmol

14、CO+HCO+H2 20 H0 H2 2+C0+C02 2-38.4kJ-38.4kJmolmolCO+3HCO+3H2 2 CH CH4 4+H+H2 20-2190-2193kJ3kJmolmol还进行以下反应；还进行以下反应；C Cm mH Hn n(m-1)C+CH(m-1)C+CH4 4+0.5(n+0.5(n一一4)H4)H2 2C Cm mH Hn n+(m+0.25n)0+(m+0.25n)02 2 mCO mCO2 2+0.5nH+0.5nH2 2O O当煤浆进入气化炉被雾化后，部分煤燃烧而使气化炉温度当煤浆进入气化炉被雾化后，部分煤燃烧而使气化炉温度很快达到很快达到1300

15、1300以上的高温，由于高温气化在很高的速度以上的高温，由于高温气化在很高的速度下进行下进行，平均停留时间仅几秒钟平均停留时间仅几秒钟，高级烃完全分解，甲烷高级烃完全分解，甲烷的含量也很低，不会产生焦油类物质。由于温度在灰熔点的含量也很低，不会产生焦油类物质。由于温度在灰熔点以上，灰分熔融并呈微细熔滴被气流夹带出，离开气化炉以上，灰分熔融并呈微细熔滴被气流夹带出，离开气化炉的粗煤气可用各种方法处理的粗煤气可用各种方法处理。水煤浆水煤浆浓度浓度 粉煤的粉煤的粒度粒度 氧煤比氧煤比气化气化压力压力 煤种煤种五、德士古气化工艺条件和气化指标五、德士古气化工艺条件和气化指标所所谓谓水水煤煤浆浆的的浓浓

16、度度是是指指煤煤浆浆中中煤煤的的质质量量分分数数，该该浓浓度度与与煤煤炭炭的的质质量量、制浆的技术密切相关。制浆的技术密切相关。需需要要说说明明的的是是，水水煤煤浆浆中中的的水水分分含含量量是是指指全全水水分分，包包括括煤煤的的内内在在水水分分。通通常常使使用用的的煤煤也也并并不不是是完完全全干干的的，一一般般含含有有5%8%甚甚至至更更多多的的水分在内。水分在内。水水煤煤浆浆浓浓度度对对气气化化过过程程的的影影响响基基本本表表现现在在几几个个方方面面。一一般般地地，随随着着水水煤煤浆浆浓浓度度的的提提高高，煤煤气气中中的的有有效效成成分分增增加加，气气化化效效率率提提高高，氧氧气气的的消耗量

17、下降，如图所示。消耗量下降，如图所示。水煤浆水煤浆浓度浓度 粉粉煤煤的的粒粒度度对对炭炭的的转转化化率率有有很很大大影影响响。较较大大的的颗颗粒粒离离开开喷喷嘴嘴后后，在在反反应应区区的的停停留留时时间间比比小小颗颗粒粒的的停停留留时时间间短短，而而且且，颗颗粒粒越越大大气气固固相相的的接接触触面面积积减减小小。这这双双重重的的影影响响结结果果是是，使使大大颗颗粒粒煤的转化率降低，导致灰渣中的含碳量增大。煤的转化率降低，导致灰渣中的含碳量增大。结结合合上上面面关关于于水水煤煤浆浆浓浓度度和和煤煤粉粉粒粒度度的的讨讨论论，就就单单纯纯的的气气化化过过程程而而言言，似似乎乎水水煤煤浆浆的的浓浓度度

18、越越高高、煤煤粉粉的的粒粒度度越越小小，越越有有利利于气化。于气化。但但实实际际生生产产过过程程中中，不不得得不不考考虑虑煤煤浆浆的的泵泵送送和和煤煤浆浆在在气气化化炉炉中中的的雾雾化化，而而这这两两个个生生产产环环节节又又极极大大地地受受水水煤煤浆浆黏黏度度的的限限制制。煤煤的的粒粒度度越越小小，煤煤浆浆浓浓度度越越大大，则则煤煤浆浆的的黏黏度度越越大大。为为了了便便于于使使用用，水水煤煤浆浆应应具具有有较较好好的的流流动动性性，黏黏度度不不能能太太大大，以以利利于于泵泵送和雾化。送和雾化。粉煤的粉煤的粒度粒度 德士古法的收益明显受到煤浆浓度的影响。德士古法的收益明显受到煤浆浓度的影响。在工

19、业规模的条件下，煤浆黏度是一限制因素。为在工业规模的条件下，煤浆黏度是一限制因素。为使煤使煤浆浆易于泵送和提高其浓度，工业上采用添加表面易于泵送和提高其浓度，工业上采用添加表面活性剂来降低其黏度。活性剂来降低其黏度。表面活性剂是一种两亲分子，由疏水基和亲水基两表面活性剂是一种两亲分子，由疏水基和亲水基两部分组成。在水煤浆中部分组成。在水煤浆中，表面活性剂的亲水基伸入水表面活性剂的亲水基伸入水中，而疏水端却被煤粒的表面吸引，对煤粒起到很好中，而疏水端却被煤粒的表面吸引，对煤粒起到很好的分散作用。水煤浆用的表面活性剂多选择芳烃类中的分散作用。水煤浆用的表面活性剂多选择芳烃类中与煤结构相近的物质，这

20、样可以在煤的表面更好地吸与煤结构相近的物质，这样可以在煤的表面更好地吸附。附。粉煤的粉煤的粒度粒度 氧煤比是德士古气化法的重要指标。在其他条件不变时，氧煤比决定了气化炉的操作温氧煤比是德士古气化法的重要指标。在其他条件不变时，氧煤比决定了气化炉的操作温度，如度，如左左图所示。同时氧煤比增大，碳的转化率也增大，如图所示。同时氧煤比增大，碳的转化率也增大，如右右图所示。图所示。虽然，氧气比例增大可以提高气化温度虽然，氧气比例增大可以提高气化温度，有利于碳的转化，降低灰渣含碳量。但氧气过有利于碳的转化，降低灰渣含碳量。但氧气过量会使二氧化碳的含量增加，从而造成煤气中的有效成分降低量会使二氧化碳的含量

21、增加，从而造成煤气中的有效成分降低，气化效率下降。适当提高气化效率下降。适当提高氧气的消耗量，可以相应提高炉温，氧气的消耗量，可以相应提高炉温，降低生产成本，但提高炉温还要考虑降低生产成本，但提高炉温还要考虑耐火砖和喷嘴等的寿命。耐火砖和喷嘴等的寿命。氧煤比氧煤比德士古工艺的气化压力最高可达德士古工艺的气化压力最高可达8.0MPa，通常根据煤气的最终用途，经过经济核算，通常根据煤气的最终用途，经过经济核算，选择合适的气化压力。选择合适的气化压力。提高气化压力，可以增加反应物的浓度，加提高气化压力，可以增加反应物的浓度，加快反应速度；同时由于煤粒在炉内的停留时快反应速度；同时由于煤粒在炉内的停留

22、时间延长，碳的转化率提高。其结果是气化炉间延长，碳的转化率提高。其结果是气化炉的气化强度提高，后续工段压缩煤气的动力的气化强度提高，后续工段压缩煤气的动力消耗相应减少。消耗相应减少。气化压力气化压力 德德士士古古气气化化的的煤煤种种范范围围较较宽宽，一一般般情情况况下下不不适适宜宜气气化化褐褐煤煤，由由于于褐褐煤煤的的内内在在水水分分含含量量高高，内内孔孔表表面面大大，吸吸水水能能力力强强，在在成成浆浆时时，煤煤粒粒上上吸吸附附的的水水量量多多。因因此此，相相同同的浓度下自由流动的水相对减少，煤浆的黏度大，成浆困难。的浓度下自由流动的水相对减少，煤浆的黏度大，成浆困难。灰灰分分含含量量是是影影

23、响响气气化化的的一一个个重重要要因因素素。德德士士古古法法是是在在煤煤的的灰灰熔熔点点以以上上的的温温度度操操作作，炉炉内内灰灰分分的的熔熔融融所所需需要要的的热热量量需需燃燃烧烧部部分分煤煤来来提提供供，因因而而煤煤灰灰分分含含量量增增大大，氧氧消消耗耗量会增大，同理煤的消耗量亦增大，如量会增大，同理煤的消耗量亦增大，如上上图所示。图所示。在在选选择择煤煤种种时时，应应选选择择活活性性好好，灰灰熔熔点点低低(小小于于1300)的的煤煤。对对于于灰灰分分含含量量，一一般般应应低低于于1015，否否则则需需加加入入助助熔熔剂剂(CaO或或Fe203)，这这又又会会增增加加运运行行成成本本，这这一点特别不利于中国煤种的使用。一点特别不利于中国煤种的使用。煤煤种种 煤炭气化工艺感谢收看感谢收看再见！再见！