Shell炉煤气化工艺介绍

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1、Shell 炉煤气化工艺介绍目录1. 概述1.1. 发展历史1.2. Shell炉煤气化工艺主要特点2. 工艺流程2.1. Shell炉气化工艺流程简图2.2.Shell炉气化工艺流程简述3. 气化原理3.1 粉煤的干燥及裂解与挥发物的燃烧气化3.2. 固体颗粒与气化剂（氧气、水蒸气）间的反应3.3. 生成的气体与固体颗粒间的反应3.4. 反应生成气体彼此间进行的反应4. 操作条件下对粉煤气化性能的影响4.1 气化压力对粉煤气化性能的影响4.2 氧煤比对粉煤气化性能的影响4.3 蒸汽煤比对粉煤气化性能的影响4.4. 影响加压粉煤气化操作的主要因素4.5 煤组分变化的影响4.6 除煤以外进料“质

2、量”变化的影响5. 工艺指标6.Shell 炉气化工艺消耗定额及投资估算7. 环境评价1.概述1.1.发展历史Shell煤气化工艺(Shell Coal Gasfication Process)简称SCGP，是由荷兰Shell国际石油 公司(Shell International Oil Products B. V.)开发的一种加压气流床粉煤气化技术。Shell煤气 化工艺的发展主要经历了如下几个阶段。概念阶段20世纪70年代初期的石油危机引发了 Shell公司对煤气化的兴趣，1972年 Shell公司决定开发煤气化工艺时，对所开发的工艺制定了如下标准： 对煤种有广泛的适应性，基本可气化世界上

3、任何煤种； 环保问题少，有利于环境保护； 高温气化，防止焦油和酚等有机副产品的生成，并促进碳的转化 气化装置工艺及设备具有高度的安全性和可靠性; 气化效率高，单炉生产能力大。根据上述原则，通过固定床、流化床和气流床三种不同连续气化工艺的对比，对今后 煤气化工艺的开发形成了如下基本概念： 采用加压气化，设备结构紧凑，气化强度大； 选用气流床气化工艺，生产能力大，气化炉结构简单； 采用纯氧气化，气化温度高，气化效率高，合成气中有效气CO十H2含量高; 熔渣气化、冷壁式气化炉，熔渣可以保护炉壁，并确保产生的废渣无害， 对原料煤的粒度无特殊要求，干煤粉进料，有利于碳的转化。(2)小试试验1976年Sh

4、ell在荷兰阿姆斯特丹建成了规模为6t/d煤的小试装置，该装置的主 要任务是进行煤种试验，验证 Shell 煤气化理论，为工艺模型的开发提供基础数据，并进 行材料试验和煤气净化方法试验，收集基本的环保数据。在其主要试验期间(1978-1983年)， 先后对 21 个煤种进行了气化试验。目前该装置仍可根据需要进行特定煤种评价及试验。(3) 中试装置在小试试验的基础上，于1978年Shell在原联邦德国的汉堡一哈尔堡(Ham- burg-Harburg)壳牌炼油厂内建设了一套日处理150t煤中试装置。其主要任务是进行不同煤种的气 化试验，与小试试验结果关联并验证煤气化数据和工艺模型，进行相关的设备

5、试 验，确定煤气化的关键设备(如：气化炉、煤气冷却器、烧嘴、加料及排渣设备及阀门等)的 设计原则，为工业化装置的设计提供数据，同时为生产装置积累操作经验、开发安全操作 程序。中试装置累计进行了 6000h(包括1000h的连续运转)的气化试验，于1983年结束运 转。(4) 工业示范装置在汉堡中试的基础上，对气化和煤气冷却系统的设计进行了大幅度的改 进，并在美国休斯顿郊区壳牌的Deer Park总厂建设了一套命名为SCGP-1的粉煤气化工业 示范装置，该装置于1983年开始设计，1986年开始运转，气化规模为250 - 400t/d煤，气 化压力2人-4MPa,约日产32. 5 X 104 m

6、”中热值煤气和16t/h蒸汽。SCGP-1示范装置的主 要任务是验证 Shell 煤气化工艺技术，包括工艺特性及设备可靠性，进一步开发商业化生 产的操作技能和经验。SC(aP-1气化装置的示范试验装置累计运行15000h，最长连续运行 1500h，气化了大约18种煤(其中包括褐煤和石油焦)，获得了比期望值更好的工艺效果。 该示范装置于 1991 年关闭。(5) 工业化应用1993年采用Shell煤气化工艺的第一套大型工业化生产装置在荷兰布根 伦(Buggenum)市的Demkolec建成，用于整体煤气化燃气一蒸汽联合循环发电，发电量为 250MWo 设计采用单台气化炉和单台废热锅炉，气化规模为

7、 2000t/d 煤。煤电转化总(净) 效率430o(低位发热量)。1994年4月首次用煤气化发电，到1998年初联合循环发电已经 累计运行时间超过lOOOOh，烧嘴寿命超过7500h，成功地气化了 14种煤(其中部分混烧)， 在 1997 年下半年装置总运转率超过 8500。运转初期曾发生过一些问题，主要发电燃气轮 机的间题占95%，于1996年9月最终得到解决。在1998年1月1日该装置已经转交给当 地公用事业部门，进人商业化运行(比原计划晚一年)。1.2. Shell 炉煤气化工艺主要特点(1)粉煤进料煤的气化反应是非均相反应，又是剧烈的热交换反应，影响煤气化反应的主要因 素除气化温度外

8、，气固间的热量传递、固体内部的热传导速率及气化剂向固体内部的扩散 速率是控制气化反应的主要因素。气流床气化是气固并流，气体与固体在炉内的停留时间 几乎相同，都比较短，一般在1 - l Os 。煤粉气化的目的是想通过增大煤的比表面积来提 高气化反应速度，从而提高气化炉的生产能力和碳的转化率。在固定床气化过程中，气体 和固体是逆向流动，对人炉原料粒度及原料中粉煤的含量要严格控制，如Lurgi炉规定人 炉原料中小于6. 4mm的粉煤必须少于10%人-1500,否则会恶化炉况，影响气化炉的正常运 行。在流化床气化过程中，气体和固体的流动是并流和逆流共存，要保证气化炉的正常操 作，对人炉原料中粉煤的含量

9、也要求控制在一定的比例。而气流床气化人炉原料的粒度越 细对气化反应越有利。煤的颗粒直径从10cm降到。.Olmm (10m),煤的比表面积约扩大 10倍，这样可以有效地提高气化反应速率，从而提高气化炉的生产能力和碳的转化率。 因此，粉煤气化通过降低入炉原料粒度来提高固体原料的比表面对气化反应就更有其特殊 意义。随着采煤技术自动化程度的提高，商品煤中粉煤含量就越多，因此采用粉煤气化就 显得日趋重要。(2)高温气化气流床煤气化反应温度比较高，气化炉内火焰中心温度一般可高达20000C以上，出 气化炉气固夹带流的温度也高达1400人17000C，参加反应的各种物质的高温化学活性充分 显示出来，因而碳

10、转化率特别高。高温下煤中的挥发分如焦油、氮、硫化物、氰化物也可 得到充分的转化。其他组分也通过彻底的“内部燃烧”得到钝化。因此，得到的产品煤气 比较纯净，煤气洗涤污水比较容易处理。对非燃料用气如合成氨或甲醇的原料气来说，甲 烷是不受欢迎的，随着气化温度的升高其所产生的气体中甲烷含量显著降低，因此气流床 煤气化特别适合于生产高CO+ H:含量的合成气。高温气化生产合成气的显热可通过废热锅 炉回收，生产蒸汽。在某些情况下，所生产的蒸汽除自身生产应用外，还可以和其他的化 工企业或发电企业联合一起利用。由于是高温气化，因此气流床气化氧气消耗量比较高。(3) 液态排渣在气流床气化过程中，夹带大量灰分的气

11、流，通过熔融灰分颗粒间的相互碰撞，逐渐 结团、长大，从气流中得到分离或勃结在气化炉壁上，并沿炉壁向下流动，以熔融状态排 出气化炉。经过高温的炉渣，大多为惰性物质，无毒、无害。由于是液态排渣，要保证气 化炉的稳定操作，气化炉的操作温度一般在灰的流动温度(FT)以上，原料煤的灰熔点越高， 要求气化操作温度也就越高，这样势必会造成气化氧气的消耗量增加，影响气化运行的经 济性，因此，使用低灰熔点煤是有利的。对于高灰熔点煤，可以通过添加助熔剂，降低灰 熔点和灰的翻度，从而提高气化的可操作性，气流床气化对煤的灰熔点要求不是十分严格。(4) 煤种适应广 由于采用干法粉煤进料及气流床气化，因而对煤种适应广，可

12、使任何煤种完全转化。它能成功地处理高灰分、高水分和高硫煤种，能气化无烟煤、石油焦、烟煤及褐煤等各种 煤。对煤的性质诸如活性、结焦性、水、硫、氧及灰分并不敏感。（5）能源利用率高 由于采用高温加压气化，因此其热效率很高，在典型的操作条件下，Shell气化工艺的碳转化率高达9900。合成气对原料煤的能源转化率为80 %人-830。此外 尚有16%人-17%的能量可以利用而转化为过热蒸汽。这主要由于在高温下（1400 - 22001C）, 燃料各组分活性大，有利于完全气化。在加压下（3 MPa以上），气化装置单位容积处理的 煤量大，产生的气量多。采用了加压制气，大大降低了后续工序的压缩能耗。此外，还

13、由 于采用干法供料，也避免了湿法进料消耗在水气化加热方面的能量损失。因此能源利用率 也相对提高。（6）设备单位产气能力高。由于是加压操作，所以设备单位容积产气能力提高。在同样生产能力下，设备尺寸较小， 结构紧凑，占地面积小，相对的建设投资也比较低。（7）环境效益好 因为气化在高温下进行，且原料粒度很小，气化反应进行得极其充分，影响环境的副产 物很少，因此干法粉煤加压气流床工艺属于“洁净煤”工艺o Shell煤气化工艺脱硫率可达 95%以上，并生产出纯净的硫黄副产品，产品气的含尘量低于2mg/m3（标）。气化产生的熔 渣和飞灰是非活性的，不会对环境造成危害。工艺废水易于净化处理和循环使用，通过简

14、 单处理可实现达标排放。生产的洁净煤气能更好地满足合成气、工业锅炉和燃气透平的要 求及环保要求。2. 工艺流程2.1. Shell 炉气化工艺流程简图AT1104APV- 1105As_.LP N2V- 1207低压氮气缓充罐209 t4.0绅a； 8502.4 M3/HK 1301S 1307碎煤58. 698 T用(总 117.396X- 1101 AS-1101A1201X 1205.EV1201T3U612. 04 T/HS- 1106X- 1103石灰石-1104 AX- 1108ALPN2X- 1107ALPN2X- 1109 AN2A- 1101Amkb0MX- 1102A石子煤

15、排出K- 1102循环风MX- 1102 Bi 丫也冷卜CX-1104 A去粉煤仓V 1201B去粉煤仓V 1201 AK- 1101 A80V 1204X 1301V 1205X 1311F- 1101 A1.08 (L)1.08 ( S )寸 T/HATM5.1 4HP N 2BFW*WrP 1304210A 1301B/C巾413 M3加V 1307E 1308t : 6.07 4& 616 T用A 13 01B/C/DV 1301E13 11E1301E 1320VHP N2225 t8.05Mpa47+4 M3用E1303E1303V 1302OHPSMGVAIOHPT 1301 柴

16、油槽水处理1L27T/iP1713X 1331X 1332X 133X1321B/C/D标方)E 1309604.3硫。收46.8 M300 t : 5.051a； 3.024 T/H212财P1712P1306S 1301P17050.836( L)1.18护(S) . T/H 0.35M T 1702396Kg/H396Kg/HP1709P1710/11FlocculantS1303B/C/D97T用0.2Mpa13.032( L )0.133( S)T/H点火烧嘴 A 1303开工烧嘴 A 1302|V140y火炬T3302X 1401V 1402- 76 t4.03 卵a50 t0.2

17、5a128 t0.171aC1701E,02100 to23760.19a701 k? d?-140.104(L)0.432( S)T/HP170290T用P33060.6P 1403.5.148T/H147 t0.3叫73.584T用(L) 0.45 冷a0.612T用(S )I I51沪V 1702.P 17031600 t 4.0a 27.396T/H.84(L)96( S )T/H4.42 血a17.316T/H 27.1V 140324T/H(L)(S-41T用50 tT 140150 t72 T/HV 1704129 t0.34Hpa4.05 Da.E仁P 1401S 1403CW

18、1227.6T/HP14022.916T/H26.352T/HV 17010.432(L17.568( S)T/H4.31Ma(L)(S)14 t0.3%P36 02加酸气：340 t3.96a22102M3/H灰：7.2T用X-22!808050Kg/H2.2.Shell 炉气化工艺流程简述2.2.1 U-1100 单元磨煤及干燥煤流程：原煤和石灰石用皮带送至本工段的V1101碎煤仓和石灰石仓V1102，再通过称重 给料机X1101和X1106计量后送至微负压的磨煤机A1101进行碾磨，并被热风炉F1101送 过来的190C的热风所干燥。在磨机上部的旋转分离器S1102的作用下，温度为105

19、C、粒 度为1090微米的煤粉和热气一起从磨机顶部出来，被送至粉煤袋式过滤器S1103 （大布 袋），在此，煤粉被收集下来，分别经旋转给料机X1105和螺旋输送机X1102、X1104送至 粉煤贮仓 V1201。热风流程：热气从大布袋S1103上部出来，经循环风机K1102输送至热风炉F1101，热风炉 用合成气（开车时用柴油）作燃料，燃烧气与循环气混合后温度控制在190C，送往磨煤机 A1101，然后和煤粉一起进入大布袋，如此循环。为避免整个热气循环回路中水分的聚集， 根据水分分析数据自动从11FV0110处加入污氮维持其露点为65C，如果回路压力上升，部 分循环气自动从 11PV0109A

20、 处放空。如果系统 O2 含量超标，污氮就会从 11FV0105 或 11FV0106处加入。2.2.2 U-1200 单元煤加压进料系统粉煤从粉煤贮仓V1201通过重力作用进入煤粉锁斗V1204，煤粉锁斗V1204充满后，将其 与所有的低压设备隔离，用高压氮气将其压力升至与煤进料罐 V1205 平衡，再打开煤锁斗 与煤进料罐之间平衡管线的连通阀，一旦煤进料罐 V1205 达到低料位，打开锁斗排料阀 12XV0131/0231/0132/0232卸料。卸料完毕后将锁斗与煤进料罐隔离，将压力分三次卸至接 近常压，然后打开锁斗上部的进料阀12XV0133/0233/0123/0223，接受粉仓的煤

21、粉，锁斗充 装完毕后，再次充压，等待下一次的卸料信号。煤进料罐内温度为80C、压力为4.2MPa的煤粉在煤循环/给料程序13KS0011/12/13/14的控 制下，经过计量和调节后分别进入烧咀。当煤粉循环时，通过减压管减压返回至粉仓。煤进 料管的压力通过 12PDICYA0128/0228 分程控制在与气化炉压力成比例，压力低时通过 12PV0128A/0228A补入氮气，压力高时通过12PV0128B/0228B放空至小布袋S1201。2.2.3 U-1300 单元气化系统煤进料罐出来的温度为80C、压力为4.2MPa的用N2输送的煤粉通过煤加速器加速， 13FV0101的调节送至气化炉煤

22、烧嘴煤粉通道；空分送过来的温度为50C、压力为4.0MPa 的氧气经过氧气预热器预热至180C，与温度为265C、压力为4.5MPa的自产过热蒸汽进 行混合后（压力变为3.59、温度为189C）进入气化炉嘴的氧-蒸汽通道；以上三种物料在 气化炉内3.5MPa压力、1500-1700C温度条件下进行部分氧化反应，气化反应中产生的渣以 液态的形式沿着气化炉壁到出渣口向下经喷水环喷水污水排放激冷后进入V-1401。生成的 以 CO+H2 为主的合成气从顶部出气化炉，在气化炉出口被激冷压缩机送过来的温度为 209C、压力为3.54MPa的合成气流激冷至900C以下，然后合成气分别经过锅炉系统的激 冷段

23、、输气管、返混室支管、返混室、合成气冷却器进行冷却。出合成气冷却器后温度为 330C、压力为3.46MPa的粗合成气被送往干法除尘系统。水汽流程：电厂送过来的温度为20C、压力为0.7MPa的二次脱盐水分别经过脱盐水预热器 E1402和酸性灰浆气提塔底部换热器E1701预热后进入除氧器U1301，脱氧水的温度为 130C，然后通过锅炉给水泵P1308加压到7.3MPa、130C，经13FV0046调节后送往汽包 V1304,用锅炉强制循环水泵P1301将水送至锅炉系统的各个部分。锅炉系统产生的温度为 270C、压力为5.4MPa的饱和蒸气汇入汽包V1304。蒸汽从汽包出来后分为两路，一路在 1

24、3PV0040A之前被送往蒸汽过热器E3402减压过热，变为265C、4.5MPa送往烧咀及其它 用户；另一路经13PV0040A调节后送往净化或管网。辅助装置：为防止飞灰的聚集，在激冷处和合成气冷却器第一段管束顶部用热超高压氮进行 间歇性的吹扫。为防止锅炉系统合成气通道的飞灰聚集，堵塞管道，在激冷管、返混室支管、 返混室、合成气冷却器共设置了32个敲击装置。2.2.4 U-1400 单元除渣系统高温渣流遇水后崩裂为固态颗粒，出渣池后再经破渣机 X1401 将其中的渣块碾碎后送往渣 收集器V1402，进入渣锁斗V1403。排渣辅助泵P1402使水在渣锁斗和渣收集器之间循环， 帮助收集器排堵，并

25、把悬浮的含碳较多的细渣打回渣收集器。渣收集器的水通过泵 P1401 循环到喷水环进入渣池，为渣水循环回路中细渣的聚集，降低排出渣的含碳量，用水力旋流 器S1403将一部分渣浆排走；为保证循环回路中渣水温度不超过90C，分别用脱盐水预热 器E1402和渣池水冷却器E1401将热量带走。当锁斗充装计时器走完后，关闭渣收集器到 渣锁斗的排料阀14XV0009、14XV0010，并将渣锁斗与渣收集器完全隔离。锁斗降压后将 渣排入渣脱水槽T1401，然后用捞渣机X1402将渣捞起，用皮带X1403送往渣场。渣锁斗 排完渣后，用低压循环水冲洗5分钟后将其充满水，并用高压氮气将其压力充至与渣收集器 平衡，然

26、后与渣收集器连通。为补充水力旋流器处排水造成的渣池水损失，用14FV0004控 制高压循环水补入渣池，在锁斗未与渣收集器连通时，用14XV0013补水到渣收集器，在锁 斗与渣收集器连通时，用14XV0014补水到锁斗。2.2.5 U-1500 单元除灰系统排灰流程：从合成气冷却器底部出来的温度为330C、压力为3.46MPa的粗合成气，通过高 温高压陶瓷过滤器S1501除去里面的飞灰。除灰后的含尘量小于1mg/Nm3的合成气从过滤 器顶部出来，分两路送出，一路送往湿洗系统进一步洗涤和冷却，另外少量的合成气送至激 冷压缩机。飞灰收集在过滤器底部的灰收集器V1501,排入灰锁斗V1502。当积灰计

27、时器走 完或锁斗料位高时，15KS0001程序将关闭灰收集器的连通阀15XV0002、15XV0003，将灰 收集器与灰锁斗完全隔离，分三次将锁斗压力降至接近常压。然后打开锁斗下料阀 15XV0006、15XV0007，将飞灰卸入气提塔冷却器V1504进行气提和冷却。灰锁斗卸完料 后，用高压氮气将其压力充至与灰收集器平衡，然后打开它们之间的压力平衡阀和灰锁斗进 料阀，开始再一次的接灰。气提流程：气提塔冷却器接灰后，用低压氮气将其置换和冷却至80250C，含CO和H2S 的气提气加入燃料气（合成气）后送火炬燃烧。如果中间飞灰贮仓 V1505 料位非高，程序 15KS0002则将打开气体塔下料阀1

28、5XV0015，将飞灰排至中间飞灰贮仓。循环/处理流程:一旦飞灰缓冲罐V1206料位低或飞灰筒仓V1507料位非高，程序15KS0003/4 则会打开中间飞灰贮仓下料阀15XV0022或15XV0023，将飞灰排至飞灰吹送包V1508。当 飞灰吹送包接完料后，关闭其进料阀，然后打开吹送包下面的排料阀15XV0028或15XV0029 及飞灰加速器X1501的氮气阀15XV0030或15XV0031，将飞灰排至飞灰缓冲罐或飞灰筒仓。2.2.6 U-1600 单元湿洗系统合成气流程：从干法除尘系统来的温度为325C、压力为3.38MPa的合成气，进入文丘里洗 涤器J1602，经16FV0012控制

29、的温度为158C、压力为3.7MPa洗涤水进行初步洗涤，然后 进入洗涤塔C1601，通过16FV0015控制的温度为158C、压力为3.7MPa洗涤水进行最终 洗涤。出洗涤塔后温度为150C、压力为3.15MPa的合成气分成三路，一路经控制阀 16PV0008A 和切断阀 16XV0002 送往净化车间；另外两路分别送往激冷压缩机和公用工程 的燃料合成气系统。循环洗涤水流程：洗涤水通过泵P1601在洗涤塔底部和上部之间打循环，通过16FV0015控 制进入洗涤塔。洗涤水补水由工艺水泵过来的高压工艺水或净化冷凝液提供，通过 16FV0014 控制，在16FIC0015前进入系统；在P1601的出

30、口处引一分支，通过16FV0012控制将洗涤 水送入文丘里洗涤器。为避免腐蚀性的物质、固体物质的积聚，从循环回路中连续排出部分 循环水，送往U1700的酸性灰浆气提塔进料罐V1701。为除去合成气中的HC1、HF等酸性 气体，在文丘里洗涤器洗涤水进口处加入适量的烧碱。2.2.7 U-1700 单元酸性灰浆气提及初步水处理系统酸性灰浆气提流程：来自煤气化各工序产生的工艺废水，包括来自渣系统水力旋流器S1403 的细渣水、来自湿洗的排水、来自倒淋收集器 V1702 的各种排水，收集在酸性灰浆气提塔 进料罐V1701，用泵P1701将其输送到酸性灰浆气提塔C1701，用0.5MPa、159C的低压蒸

31、 汽进行气提，将灰浆中的H2S、NH3、CO2和HCN等酸性气体脱除，酸性气体从气提塔顶 部出来，经过E1702降温后送往回流罐V1703，将气体里面的冷凝液收集起来，最后温度 为100C、压力为0.15MPa的酸性气体送往酸性气体火炬。回流罐中产生的冷凝液用泵P1706 输送至气提塔再次气提后送往初步水处理系统。脱除酸性气体后温度为 134C、压力为 0.2MPa的灰浆从气提塔底部用泵P1702抽出，分别经过E1701和E1703冷却至50C后送往 澄清槽S1701。为避免CaCO3沉淀堵塞管道，在酸性灰浆气提塔进料罐V1701和酸性灰浆 气提塔 C1701 中加入了适量的酸液。灰浆处理流程

32、：来自气提塔底部的废水、渣脱水槽 T1401 的细渣水、下水管的废水等在澄 清槽S1701中和添加的聚合物一起，经过搅拌器M1702和M1703的搅拌后，分离出来的水 从澄清槽上部进入溢流槽T1701，用泵P1705送往循环水槽T3302、酸性灰浆气提塔进料罐 V1701及其它用户；灰浆从澄清槽底部出来，用泵P1704送往煤泥贮罐T1702搅拌和沉淀 后，再用泵P1709将煤泥送至真空带式过滤机S1702，与添加的聚合物汇合在一起，用真空 泵 P1713 抽真空，将水分滤出，形成的煤泥滤饼用卡车送走，循环利用。过滤出来的水分 用泵P1712送往澄清槽S1701再次循环处理。3.气化原理气流床气

33、化过程实际上是煤炭在高温下的热化学反应过程。由于在气化炉内高温条件 下发生多相反应，反应过程极为复杂，可能进行的化学反应很多(见本篇第一章之第一节)。 在高温条件下，生成的水煤气中主要含CO, H2 , CO2 , H2 O, N:和少量的H2 S, COS及CH4 等。在气流床气化炉中进行的气化反应过程及反应方程可概括如下。3.1粉煤的干燥及裂解与挥发物的燃烧气化 由于气流床气化反应温度很高，煤粉受热速度极快，可以认为煤粉中的残余水分瞬间快速蒸发，同时发生快速的热分解脱除挥发分，生成半焦和气体产物(CO, H2 , CO2 , H2 S, N2 ,(.H;及其他碳氢化合物CmHn)o生成的气

34、体产物中的可燃成分(CO, H2 , CHa , C- H-)，在富含氧气的条件下，迅速与 O2发生燃烧反应，并放出大量的热，使粉煤夹带流温度急剧升高，并维持气化反应的进行。 Cm + ?7/4)O2=rnCO2 i (n/2)II2 0(4-5 1)爲讯 + (也伐)5rnCO +5/2)(4-5-2)? COOg 2C()e(4-5-3)32固体颗粒与气化剂(氧气、沐蒸气)间的反应CH4-2O2=2H,O - g(4 5 5)脱除挥发分的粉煤固体颗粒或半焦中的固定碳，在高温条件下，与气化剂进行气化反应。挥发分的燃烧反应。剩余的氧与碳发生燃烧和气化反应，使氧消耗怠尽。C 丄0严 CO?(4-

35、5-6)2CJ 02=2C0(4-5-7)炽热的半焦与水蒸气进行还原反应，生成CO和H2O(4 5 8)(4-5-9)h2 -coC-2H2O2H2 * C()2 3.3.生成的气体与固体颗粒间的反应高温的半焦颗粒,除与气化剂水蒸气和氧气进行气化反应外，与反应生成气也存在气化反应。 C 十() -2 CO(4-5-10)(4-5-11)煤中的硫，在高温还原性气体存在的条件下，与H:和CO反应生成HAS和COS.(4-5 12)C4-5-13)(1/2)S2 I H2HsS(i/2)s，+a)=cos3.4.反应生成气体彼此间进行的反应气化反应生成的气体，在高温条件下，活性很强。在它们自身被生成

36、的同时，其相互之间也 存在着可逆反应。CO - 112 0-H? + g(2-5-14)CO十3氏一(：II4 + H，045-15)CO2+4Hs-CH, + 2H2O(4-5-16)2CO+2H2CH - C6(4-5-17)H,S i CO-cos 一 h2(4-5-18)上述反应都伴随有热效应发生。热效应分两种形式:一是放热反应，包括C-O:反应、 C,0-0:反应、H2 -O:反应、水煤气变换反应和甲烷的生成反应;二是吸热反应，包括C- (:():反应及 C-H20 反应等。另外，根据相数又可分为均相反应和非均相反应。均相反应是指 在均一的同一气相混合物中各种气体之间进行的反应;非均

37、相反应是指在固定碳相的界面上 半焦与气体之间进行的反应。上述反应(4-5-1)一(4-5-5)和反应(4-5-14)一(4-5-18)为均相反应; 反应(4-5-6)一(4-5-13)为非均相反应。在粉煤气化过程中，尽管有很多反应都有可能发生，但它们并不都是相互独立的。根据 化学反应体系相律方程，由。个化学元素 m 个组分所构成的反应过程中，独立反应数为 f=m-no在粉煤气化反应体系中:主反应元素有四种(即C, H, O, S四种元素)，n=4;反应组分有 十种(即 CO, CO2 , H2 , O2 , CH4 , H2 O. H2 S, COS, C, S:共十种组分)，m=10;因此独

38、立 反应数应为10-4=6 个。所谓独立反应就是在复杂的反应过程中，不能由其他反应以线性组 合而导出的反应。这6 个独立反应是:C d(4-5-6)C IhO皿 一 CC)(4-5-8)C-CO22C0(4-5-10)ch4(4-5-11)H2Hg S(4-5-12).&十CO-(4-5-13)根据模型简化的设定方案，可以对粉煤气化反应过程进一步简化。(1)设定氧进入气化炉全部参加反应，所生成的产品煤气中不含游离氧，因此可以认为 反应式(4-5-6)完全反应，且不可逆。(2) 生成的水煤气中主要含有CO, H2 , CO:和蒸汽。在模型简化设定的条件下，最后的 气体成分取决于变换反应，在冷却过程中，水煤气的平衡组成移向H2 , CO。生成增加的一 方。平衡在变换反应平衡温度下冻结。变换反应(4-5-14)可以由下式导出:( 4-5-14 )=( 4-5一8)一(4一5一10)(3) 设定煤中的元素S全部转人气相，产品煤气中的S以H2S和COS的形式存在，最终 煤气中H2S和COS取决于其COS均相转化反应。反应(4-5-18)可以由下式导出：( 4-5-18 )=( 4-5一12)一(4-5-13) 根据上述简化，可得到如下四个粉煤气化基本反应方程。