PAGE1論文題目：水煤漿氣化中煤漿制備和輸送工藝研究與設計目錄第一章概述 11.1生產(chǎn)原理 11.1.1氣化原理概述 11.1.2水煤漿氣化的化學和熱力學 11.2國內外開發(fā)概況 21.2.1國外概況 21.2.2國內概況 21.2.3加壓水煤漿氣化的優(yōu)點 2第二章水煤漿氣化對煤質要求 42.1煤種的選擇 42.1.1水煤漿氣化對煤質適應性較廣 42.1.2煤中灰含量對消耗指標的影響 42.1.3煤的灰熔點 42.1.4煤中灰的成分對耐火材料的影響 42.1.5煤灰渣的粘溫特性 42.1.6煤的可磨性 42.1.7煤的可成漿性 4第三章水煤漿氣化工藝條件選擇 53.1水煤漿氣化工藝條件的分析 53.2加壓水煤漿氣化壓力的選擇 53.3操作溫度的選擇 53.4漿氣化爐氣體停留時間 63.5漿的濃度，粒度分布和粘度 63.5.1水煤漿粒度要求 63.5.2水煤漿粘度和添加劑的使用 6第四章加壓水煤漿氣化工藝流程 74.1水煤漿氣化有三種不同流程 74.2水煤漿氣化工藝流程說明 74.2.1漿制備 74.2.2氣體冷卻洗滌 74.2.3渣水處理 8第五章水煤漿氣化物料衡算 95.1稱重皮帶給料機 95.2磨機 95.3氣化爐 95.4煤氣洗滌塔 19第六章主要設備選擇 216.1稱重皮帶給料機 216.2磨機 216.3氣化爐 216.4文丘里 216.5煤氣洗滌塔 216.6高壓煤漿泵 226.7選型 22參考文獻 23致謝 24PAGE4第一章概述1.1生產(chǎn)原理1.1.1氣化原理概述煤在加熱條件下，經(jīng)受一系列復雜的物理和化學變化，這些變化是受溫度，加熱量，加熱周期，壓力和氣相環(huán)境所限制。氣化方應器類型，煤顆粒大小和動力學條件也會影響這些變化。徐了在特別迅速加熱和高溫外，熱分解第一步是通過煤粒子經(jīng)受一些主要物理和化學變化，在煤熱解期間質量減少，因為揮發(fā)分解，其質量和組成是取決于煤的種類，粒度大小和氣化爐的操作條件，在熱分解后產(chǎn)生一系列連續(xù)和并行的方應，包括殘余固體碳和分解后的氣體產(chǎn)物，一般在煤氣化或燃燒中有下列一些方應：固-氣方應氣-氣方應烴類+1.1.2水煤漿氣化的化學和熱力學水煤漿氣化過程是一個氣流床疏相并流方應，氣化劑氧氣經(jīng)氣化爐燒嘴使水煤漿霧化，水煤漿霧滴在氣化爐內預熱水蒸發(fā)，脫揮發(fā)分的，讓后發(fā)生自熱式火焰型方應，所有組分均須經(jīng)初步方應區(qū)的高熔渣溫度，因此只有產(chǎn)品合成氣產(chǎn)生，而較甲烷重的烴類是極微量的，故也就沒有焦油和酚產(chǎn)生，為保持合理的碳轉化率要加入一定量氧以保持燃燒溫度，溫度的抑制劑是水和水蒸氣。煤的部分氧化氣化的化學和熱力學是十分復雜的，在高溫和氧存在下，煤分子裂成許多小粒，這些小粒在高溫下裂解方應，同時發(fā)生化學方應，這些快速火焰方應產(chǎn)生氣體產(chǎn)物有氫，一氧化碳，二氧化碳，甲烷，硫化氫，這些主要方應如下：氧化蒸汽裂解氫化裂解蒸汽轉化變化方應碳生成方應1.2國內外開發(fā)概況1.2.1國外概況位于洛杉磯德士古公司蒙特培羅研究室，與1957年一氧為氣化劑對煤焦進行氣化研究，1973年建立了一套投煤量15t/d的試驗裝置進行加壓水煤漿氣化試驗，氣化爐內徑1.22米，氣化爐設計壓力8.3M帕。1975年西德魯爾化化學公司決定于德士古公司合作建立示范裝置，氣化爐操作壓力4M帕，投煤量150t/d，1978年1月投入運行，該裝置累計運行22000h。1980年TVA在美國阿拉巴馬州建立了一套投煤量170t/d，氣化爐操作壓力3.6M帕示范裝置。生產(chǎn)出煤氣送到現(xiàn)有工廠利用，生產(chǎn)合成氨。這些示范裝置都取得了一定成果，為建立工業(yè)化裝置提供了依據(jù)。1.2.2國內概況我國在1969~1971年開始對水煤漿氣化進行研究，建立了一套投煤量0.7t/d,操作壓力1.2M帕小裝置。取得一些成果后，在1978年又在西安臨潼原化工部化肥研究所建立了投煤量為20kg/h模式裝置，于1979年開始試車進行試驗，取得預期成果后有建立了一套投煤量為1.5t/d，氣化壓力2.6~3.4M帕中試裝置。曾試燒國內許多煤種，提出了試燒報告，為采用加壓水煤漿氣化技術提供了選煤依據(jù)。1997年在魯南化肥廠建立了一套氣化壓力8.3M帕試驗裝置，至此中國已有兩個煤種試燒基地。1.2.3加壓水煤漿氣化的優(yōu)點（1）煤種適應性廣年輕煙煤，粉煤皆可作原料，灰熔點要求不超過1350度，煤可磨性和成漿性好，制得煤漿濃度要高于60%為宜。（2）氣化壓力范圍大從2,5~6.5M帕皆有工業(yè)化裝置，以4.0M帕較為普遍，氣化壓力高可節(jié)省合成氣壓縮功。（3）爐熱量利用有激冷工藝制得含蒸汽量高的合成氣如用于生產(chǎn)合成氨，在交換工序不需要在外加蒸汽，也可采用廢鍋流程回收熱量副產(chǎn)高壓蒸汽，但廢鍋設備價格較高，可擇優(yōu)選用。（4）氣化爐內無傳動裝置結構比較簡單.（5）單位體積產(chǎn)氣量大一臺直徑2800mm，4.0M帕氣化爐產(chǎn)生氣體可供日產(chǎn)氨400噸。（6）碳轉化率高最高可達99%。

第二章水煤漿氣化對煤質要求2.1煤種的選擇2.1.1水煤漿氣化對煤質適應性較廣徐褐煤，泥煤及熱力值低于22940kJ/kg,灰熔點高于1350度的煤不太適用外，其它粘結性煤，石油焦粉，煙煤均可作為原料。2.1.2煤中灰含量對消耗指標的影響煤中的灰含量增加會增加氧氣的消耗。一般煤中灰含量從20%降到6%，可節(jié)省5%無灰干基煤消耗，節(jié)省氧氣消耗10%左右。2.1.3煤的灰熔點由于氣化爐內操作溫度一般在煤的灰熔點以上通常要高50~100度，鑒于爐內耐火材料承受耐高溫的限制，要求煤的灰熔點不要高于1350度，若煤的性質較好，而灰熔點較高一些，可采用加助溶劑把灰熔點降下來，以保護爐內耐火材料使用壽命。2.1.4煤中灰的成分對耐火材料的影響煤渣中的酸堿比一般因煤的種類不同而有所不同，當煤渣中的酸堿比呈酸性對堿性耐火材料會有溶解腐蝕作用，反之當煤渣中的酸堿比呈堿性對酸性耐火材料會有溶解腐蝕作用，應根據(jù)煤渣的酸堿性來選用耐火材料。2.1.5煤灰渣的粘溫特性由于水煤漿氣化爐是氣流床方應，煤粒在氣化爐中膨脹軟化燒盡形成熔渣，在高溫下灰分以熔渣狀態(tài)排出，因此熔渣在不同溫度下粘度變化粘溫特性有所不同，應針對性通過試驗得出不同溫度下熔渣的流動性。可有利氣化爐開停車時升降溫速度和溫度高低的操作控制。2.1.6煤的可磨性煤的可磨性是指煤可磨碎的難易程度，通常用哈氏指數(shù)來表示。2.1.7煤的可成漿性水煤漿氣化爐是將煤制成煤漿送入氣化爐，故對煤的成漿性很重要，例如褐煤成漿性很差就不宜選作原料，在選用原料煤時正常工業(yè)分析，一定要進行成漿試驗，制成煤漿濃度最好在60%以上。濃度越高，耗氧量越少，煤漿濃度在65%左右為宜。第三章水煤漿氣化工藝條件選擇3.1水煤漿氣化工藝條件的分析煤的元素成分，熱值，煤漿中的水煤比，煤中含灰量，氣化方應溫度，氣化劑，氣化壓力等參數(shù)均有一個變化的限度，有不同的影響，分述如下。（1）隨著水煤比的增加，CO減少，增加，增加，同時隨著供氧量減少，100kg可生產(chǎn)更多的CO，而量會減少。（2）CO/的摩爾比是隨著水煤比增加而減少。（3）以作為輔助氣化劑在煤為原料氣化過程中，會生成，在合成氣的進一步加工中也會產(chǎn)生，如果將加入氣化劑中必然會減少的生成同時產(chǎn)生更多的CO，減少了的產(chǎn)生。這對制造烴基合成原料氣較為適用。（4）氣化條件對甲烷生成的影響煤氣化產(chǎn)品如用作燃料，希望產(chǎn)品氣含甲烷越高越好，而產(chǎn)品氣如用作合成氣，希望產(chǎn)品氣含甲烷越低越好。當氣化爐壓力，氣化介質，氣化劑與煤比值一定時，氣體甲烷含量就受到溫度的控制，一般氣化溫度高，甲烷含量就少，溫度低甲烷含量就高。3.2加壓水煤漿氣化壓力的選擇已工業(yè)化水煤漿氣化爐氣化壓力有3.0,4.0,6.5M帕幾種，氣化爐一般都采用直徑2800mm標準氣化爐，氣化爐能力與壓力成正比，氣化壓力高，能增加方應的速度及增加方應物在氣化爐內的停留時間，增加碳的轉化率，增加單臺氣化爐生產(chǎn)能力，氣化壓力高，可節(jié)省后工序氣體壓縮功，但壓力過高對工程設計和設備制造難度也就更大。3.3操作溫度的選擇水煤漿氣化爐操作溫度，略高于煤灰熔點溫度50~100度，通常為1300~1350度，不宜超過1400度。當煤灰熔點溫度大于1300度，就需要在煤中加助溶劑，如石灰石等以降低煤的灰熔點溫度，石灰石添加量因煤質不同而不同，需要進行試驗取得數(shù)據(jù)，一般約為煤中灰的質量的15%~25%左右。在煤中加入石灰石后，會增加氧耗，降低氣化效率及降低耐火磚的壽命，影響經(jīng)濟性。3.4漿氣化爐氣體停留時間由于水煤漿氣化是固體方應，其方應速率小于渣油的氣化方應，因此在氣化爐中的停留時間要較渣油氣化長一些，一般是油氣化停留時間的1.5~2倍，就目前氣化爐設計，還是根據(jù)一定實踐的經(jīng)驗數(shù)據(jù)來決定的。3.5漿的濃度，粒度分布和粘度3.5.1水煤漿粒度要求水煤漿粒度分布一般是根據(jù)煤的活性，煤的成漿性能通過試驗取得的。通常要求水煤漿的粒度分布70%以上大于200目。3.5.2水煤漿粘度和添加劑的使用1.水煤漿的粘度水煤漿粘度是煤漿中固體含量的函數(shù)，水煤漿濃度增加水煤漿的粘度也增加，這樣也就增加了水煤漿在管路流動中的阻力，因此一般水煤漿粘度應該小于3000cP，實際在正常使用時均設法調整到1500~3000cP左右。2.添加劑為調整水煤漿粘度便于泵送，采取加添加劑辦法，不同煤種所加添加劑也不同，一般要經(jīng)過配漿試驗篩選添加劑和使用量。通常有紙漿廢液，木質素硫磺酸鈉等作為添加劑，添加量為每噸煤漿大約數(shù)千克。3.水煤漿粒度分布與煤漿濃度，水煤漿粘度級碳轉化率的關系。（1）隨著細粒子的增加，水煤漿濃度增加，而含固量增加水煤漿粘度也增加，而加入添加劑可降低水煤漿的粘度。（2）水煤漿濃度，水煤漿濃度與碳轉化率的關系，粒子較細因此碳轉化率高，同時也可看出由于燒嘴的結構不同，霧化效果不同，碳轉化率也不同。第四章加壓水煤漿氣化工藝流程4.1水煤漿氣化有三種不同流程根據(jù)氣化后工序加工不同產(chǎn)品的要求三種工藝流程加壓水煤漿氣化，激冷流程，廢鍋流程和廢鍋激冷聯(lián)合流程。用于合成氨生產(chǎn)多采用激冷流程，這樣氣化爐出來的粗煤氣，直接用水激冷，被激冷后的粗煤氣含有較多水蒸氣，可直接送入變化系統(tǒng)而不需再補加蒸汽，因無廢鍋投資較少。如對產(chǎn)品氣用作燃氣透平循環(huán)聯(lián)合發(fā)電工程則多采用廢鍋流程，副產(chǎn)高壓蒸汽用作蒸汽透平發(fā)電機組。對產(chǎn)品氣用作烴基合成氣并生產(chǎn)甲醇僅需要對粗煤氣經(jīng)輻射廢鍋冷卻到700度左右，然后用水激冷到所需要的溫度，使粗煤氣顯熱產(chǎn)生的蒸汽能滿足后工序部分變化的要求。4.2水煤漿氣化工藝流程說明4.2.1漿制備備煤與水煤漿制備部分是為制得可以用泵輸送的水煤漿。1.煤是的貯存和破碎，貯存系統(tǒng)原料煤經(jīng)火車運到廠里在貯煤場貯存，也可以采用圓筒倉貯存，存量15-20天生產(chǎn)用量。煤從貯倉用皮帶機送到破碎機將煤粒破碎到小于10mm，然后用皮帶輸送到煤緩沖槽，煤緩沖槽出口接皮帶稱重給料機，經(jīng)計量送到磨煤機。2.磨煤系統(tǒng)及水煤漿輸送有稱重給料機將煤加入磨煤機，按比例加入水和添加劑以滿足水煤漿粒度分布要求和水煤漿濃度，粘度要求，制得水煤漿濃度一般為58%~65%干煤基，水煤漿粒度分布一般為100%通過14目篩，通過325目篩的細粒子約為30%~45%。從磨煤機出來水煤漿先經(jīng)一圓筒篩，篩出大顆粒，水煤漿落到有攪拌器的水煤漿槽，停留時間大約為15~20min，經(jīng)低壓隔膜式煤漿泵送到水煤漿貯槽，供隔膜式高壓煤漿泵將煤漿送至氣化爐。4.2.2氣體冷卻洗滌由空分裝置送來氧氣較氣化爐壓力高出1.4Mp和煤漿泵送來水煤漿，經(jīng)氣化爐燒嘴送入氣化爐進行方應，爐內溫度大約1350~1499度，產(chǎn)生多種氣體，氣體經(jīng)氣化爐下部激冷室冷卻后再激冷室上部出來先經(jīng)文丘里洗滌器進入煤氣洗滌塔冷卻除塵，出塔后為粗煤氣產(chǎn)品。在氣化爐內煤中的灰被高溫熔融，經(jīng)激冷室變?yōu)楣虘B(tài)渣，在氣化爐底部排入鎖灰斗，鎖斗系統(tǒng)和激冷室的水有循環(huán)以助從激冷室水池排渣，鎖斗系統(tǒng)的操作一個循環(huán)約為20~30min，其中85%時間定在氣化爐壓力下收集熔渣，為卸壓的各循環(huán)平衡，排渣一般在30s內完成，是靠鎖斗上下自動閥門完成，排渣時用沖洗水協(xié)助將渣從鎖斗中排至渣池，用撈渣機將渣撈出用車運至廠外。渣池中的灰渣水用泵送渣回到回收系統(tǒng)。4.2.3渣水處理出灰水先經(jīng)三級閃蒸槽回收熱量后送入沉降槽，澄清水用泵送氣化部分作為鎖斗補充水，頭渣池泵送來灰水進入第三極閃蒸槽一并加入沉降池，沉降池澄清水一部分經(jīng)脫氧槽再用泵經(jīng)閃蒸冷卻器送入氣化部分的文丘里和洗滌塔。沉降槽沉淀物從槽底排出用泵送入過濾機，濾餅廢棄。濾液可用作制水煤漿。第五章水煤漿氣化物料衡算各個流程在實際的工作中有2%的損耗，在設計中需要考慮進去。5.1稱重皮帶給料機因設計需要分為四組，即每組投煤量為720t/d，在運輸過程中損失2%，則還有705.6t/d。5.2磨機在磨機工作中有損耗2%，考慮這個因素，每臺磨機工作后的到煤粉691.5t/d5.3氣化爐（一）計算依據(jù)1.原料煤的性質2.根據(jù)煤的試燒報告確定操作條件（二）計算過程1.計算依據(jù)（1）原料煤的性質工業(yè)分析/%1.928.5132.8856.69元素分析/%76.364.695.961.231.33灰熔點/123013301350（2）操作條件操作溫度1400操作壓力2.6MPa水煤漿的煤水比65:35，溫度：常溫氧氣純度99.6%溫度120（縮機后不冷卻溫度）氣化爐碳轉化率99%出口粗煤氣含0.02%()煤中硫全部轉化為，少量COS捕渣率60%，粗煤氣中帶出灰含碳量20%渣中含碳量2%~10%（計算按2%）2.計算步驟以100kg無水無灰基煤為基準（daf）（1）將煤元素分析轉換成無水無灰基根據(jù)式可得/%85.255.246.651.371.4910036.71（2）煤的發(fā)熱量==35176.91kJ/kgdaf煤（3）實際投煤量的計算==9.50kg/100kgdaf煤==2.14kg/100kgdaf煤故實際投煤量100++=100+9.50+2.14=111.64kg/100kgdaf煤水煤漿制備加入水量=60.11kg/100kgdaf煤氣化爐排渣量Ab==5.82kg/100kgdaf煤氣化爐氣體帶出灰量Ar==4.75kg/100kgdaf煤（4）物料衡算設氣化爐需要氧氣量為kmol/100kgdaf煤出口粗煤氣含量CO=kmol/100kgdaf煤=kmol/100kgdaf煤=kmol/100kgdaf煤=kmol/100kgdaf煤千克=Vkmol/100kgdaf煤A.碳平衡入氣化爐總碳==7.1042kmol/100kgdaf煤出氣化爐碳粗煤氣含C=kmol/100kgdaf煤粗煤氣飛灰含C=kmol/100kgdaf煤渣中含C=kmol/100kgdaf煤=+0.0889=7.1042=+0.0889故得=7.1053B.氫平衡煤中含H=kmol/100kgdaf煤煤中水含H=kmol/100kgdaf煤煤漿水含H=kmol/100kgdaf煤H入=6.0783kmol/100kgdaf煤出氣化爐H出煤氣中=kmol/100kgdaf煤（無水無灰煤）氣中H=0.0004Vkmol/100kgdaf煤中含H=kmol/100kgdaf煤H出=故得=6.0317C.氧平衡入氣化爐氧煤中含=kmol/100kgdaf煤煤中水含=kmol/100kgdaf煤煤漿水含=kmol/100kgdaf煤外供=入=出氣化爐氧CO氣中O=0.5kmol/100kgdaf煤氣中=kmol/100kgdaf煤蒸汽中O=0.5kmol/100kgdaf煤O出=kmol/100kgdaf煤入=O出=故得=3.8738D.出口干氣平衡CO=kmol/100kgdaf煤=kmol/100kgdaf煤=kmol/100kgdaf煤=0.0002Vkmol/100kgdaf煤=0.046kmol/100kgdaf煤+Ar=kmol/100kgdaf煤故得V==E.水煤氣方應取平衡溫距為374則水煤氣平衡方應溫度為1400=1026查的平衡常數(shù)K=0.53709故得K=得=（5）熱量平衡計算以0為基準輸入熱Q入A.煤的熱值：=8401.46kcal/kgdaf煤煤帶入熱量=kcal/kgdaf煤=8401.46kcal/100kgdaf煤=35176.94kJ/100kgdaf煤B.煤帶入顯熱（25）煤=0.265kcal/(kgdaf煤)煤kcal/100kgdaf煤kJ/100kgdaf煤灰渣顯熱：=0.23kcal/(kgdaf煤中灰)灰kcal/100kgdaf煤kJ/100kgdaf煤中灰煤中內水帶入顯熱水=1kcal/kgQ水kcal/100kgdaf煤kJ/100kgdaf煤C.水煤漿水的顯熱 Q煤漿水===1502.75kcal/100kgdaf煤=6291.71kJ/100kgdaf煤D.氧氣的顯熱氧氣120時kcal/(mol)kcal/100kgdaf煤kJ/100kgdaf煤Q入=Q煤+煤+灰+Q水+Q煤漿水+=3527041.4+3562.129kJ/100kgdaf煤輸出熱A.干煤氣帶出熱查表得干煤氣中各組分高熱值如下：組分COkcal/(標)3034305261009527Q煤氣=22.4=B.煤氣的顯熱查1400時煤氣中各組分比熱容如下所示：組分COkcal/kmol7.7812.4116.237.259.707.69Q煤氣顯===C.水蒸氣的潛熱 查表的01ata=597.3kcal/(kg)kcal/100kgdaf煤D.水蒸氣的顯熱顯===13580kcal/100kgdaf煤E.灰渣帶出顯熱灰=0.262kcal/(kg)Q灰=9.501灰==3484.97kcal/100kgdaf煤F.灰渣和飛灰中未燒盡碳的熱量灰渣中碳的熱量取碳1400=0.404kcal/(kg)碳=8525kcal/kgQ渣碳=（碳1400+碳）=1057.59kcal/100kgdaf煤飛灰中碳之熱量Q飛灰碳==8636.98kcal/100kgdaf煤Q灰炭=Q渣碳+Q飛灰碳=9694.57kcal/100kgdaf煤G.熱損失取總入爐煤發(fā)熱量的1%Q損=0.01Q煤=0.01840300=8403kcal/100kgdaf煤Q出=顯++Q損+Q灰炭+Q灰+Q煤氣顯+Q煤顯=Q出=Q入故得由上述可得即每100kgdaf煤氧耗為3.3116kmol=74.1798（標）所以組分CO%50.1136.2112.700.020.410.53每1000（標）粗煤氣（干基）消耗煤=f煤=440.76kg原煤水=氧=（標）則在氣化爐工作后獲得粗煤氣6275524.1每1000（標）（CO+）（干基）消耗煤==510.45kg水==274.84kg氧==346.11（標）5.4煤氣洗滌塔一臺氣化爐共用二個洗滌塔，V=65370/h，處理氣量取不均于系數(shù)為1.2，煤氣如塔溫度120,出塔溫度40，冷卻水入塔溫度32，出塔溫度55。空塔氣速為1,35ms。噴淋密度：，對數(shù)平均溫度：。氣體含水汽量V=。現(xiàn)已水洗塔塔徑為1600mm的容積傳熱系數(shù)K=2716塔的熱負荷值：氣體在工作狀態(tài)下的體積流量：1，塔徑的計算考慮到兩個塔并聯(lián)，入氣量減半，則在空塔氣速為1,35ms的塔徑計算為：對洗滌塔直徑取：2，塔高的計算噴淋密度：因噴淋密度變化的修正K值對數(shù)平均溫度:塔高的計算：第六章主要設備選擇6.1稱重皮帶給料機為向磨機加料重要設備，選擇皮帶給料機能力應為正常設計流量的150%，計算要求準確，磨煤機的進水量就是根據(jù)稱重皮帶給料機的進煤量進行自動比例控制，制得水煤漿達到一定濃度。6.2磨機磨機有兩種型式可供選擇，一種是球磨機，一種是棒磨機，國內采用加壓水煤漿氣化工程，有兩家選用球磨機，有兩家選用棒磨機。關于磨機尺寸，進料速度，磨體配比，磨機轉速和功率最初都是經(jīng)過試驗后進行確定。待有了運轉經(jīng)驗，就比較容易確定了。日投煤量360t，球磨機外型尺寸，功率800kW。日投煤量900t，