流化床煤气化技术进展.pdf

2012年第5期 -论文部分 流化床煤气化技术进展 流化床煤气化技术进展 王笃政 ”、孙永杰 ”、孙彬峰 ”、余 越 ”、张宇峰 、游义巧 ’ 山西省 ·中北大学 1、化工与环境学院，2、材料科学与工程学院 摘 要：本文结合煤气化过程原理和循环流化床反应器开发应用状况，分析了该技术用于煤炭气化过程 所具有的优势及存在的问题，探讨了循环流化床技术在洁净煤气化方面的应用前景。 关键词：流化床；煤气化；碳转化率 煤炭是我国的主要能源，传统利用方式主要是直接燃烧，这种利用方式不仅效率低下，且产生大量 的 S0z、N0和粉尘等污染物，严重污染了环境。为了解决这些问题，我们必须发展洁净煤技术，而煤炭 气化是高效、洁净利用的最主要途径之一，煤气化是煤炭能源转化的基础技术，也是煤化工发展中最重 要的工艺过程。国内外对煤气化技术的研究主要应用于发电、制备燃料气与代用天然气，以合成气为原 料合成 甲醇与氨，以及用于燃料 电池发电等。煤炭气化不仅其本身属于洁净煤技术之一，且它也是其它 JL~I洁净煤技术的龙头。因此，研究和开发新的煤气化工艺有着重要意义。 煤气化技术有多种分类法，按照煤的进料状态划分，可分为干块进料、干粉进料和煤浆进料；按照 煤层中燃料运动状态划分，可分为固定床 (或移动床)、流化床、气流床和熔融床；按照床层压力等级划 分，可分为低压 (0．3MPa)、中压 (0．3～4．5 a)和高压 (4．5MPa)；按J鼹排渣状态划分，可分为干 法 (固态)、熔聚和熔渣 (液态)。 以煤炭为原料，采用空气和蒸汽为气化剂的流化床煤气化技术，具有燃烧、气化温度低，碳转化率 高，炉内固硫和生成氮化物少等优点。该技术作为煤清洁利用技术的重要组成部分具有重要的研究意义。 本文将对流化床煤气化技术进行阐述。 1 流化床煤气化的基本原理 煤的流化床气化是指气化反应是在以气化剂与煤形成的流化床内进行的。煤的气化是用气化剂与煤 中的可燃物 (其中主要是炭)在高温下起反应，生成可燃气体的过程。气化剂通常是空气、氧气、蒸汽 和二氧化碳。煤的粒度不能过大，大粒度煤不易流化，粒度过小又常易被气流带出。流化床气化用煤的 粒度是 O~6mm或 O～lOmm。 煤进入炉内首先进行热解过程，其中包括裂解和缩聚两大类。热解前期主要发生裂解反应，包含煤 分子结构中桥键断裂生成 自由基、脂肪侧链断裂生成气态烃、含氧功能团裂解生成 IIz0、CO等、低分子 化合物裂解生成较多挥发性产物。热解后期以缩聚反应为主，当温度为560~600℃时，胶质体发生固化 生成半焦，温度更高时芳香结构脱氢，半焦变成焦炭。 煤热解总的反应式为：煤=CH+气体烃+焦油+CO+COz十Hz+H0+焦炭 (1)，在后续的高温气化反应中，气 体烃和焦油还会发生二次热解反应生成 C、C 、 、CO、HzO等简单物质 。 煤气化是一个强吸热反应过程 ，从气化热力学角度分析，高温有助于煤气化的进行。从动力学角度 分析，提高温度、压力，减小颗粒粒径都有利于加快气化反应速度。煤气化流化床是一种高碳转化效率、 高生产能力、低能耗及低污染的有效气化工艺。 B-I2 2012年第5期 ·论文部分 流化床煤气化技术进展 裂解后的煤气化过程分为非均相气固反应和均相气相反应，其反应方程式如下： 1．1非均相气固反应 碳不完全燃烧反应：C+i／202=CO+QlkJ／mol(2) 碳完全燃烧反应：C+O=CO+QkJ／mol(3) 蒸汽分解反应：C+H2O=CO+H2一Q。kJ／mol(4)、C+2H2O=CO+2H。一QkJ／mol(5) 二氧化碳还原反应 ：C+CO2=2C0一QkJ／mol(6) 加氢反应：C+2H2=CH1+Q6kJ／mol(7) 1．2均相气相反应 气相燃烧反应 ：H2+1／20z：I{zO+QkJ／mol(8)、C0+1／20z=CO。+~kJ／mol(9) 变换反应：CO+~O=CO+H2+QqkJ／mol(10) 甲烷化反应 ：CO+3H2=CHd+H2O+Ql0kJ／mol(11)、2C0+2~=CH4+CO2+QllkJ／mol(12)、CO2+4H2