固定床气化（固定床气化）

工艺简介

以块煤（10～50mm）为原料，先进的固定床气化工艺以鲁奇移动床加压气化为代表，其主要优点包括：可以使用劣质煤气化；加压气化生产能力高；氧耗量低，是目 前三类气化方法中氧耗量最低的方法；鲁奇炉是逆向气化，煤在炉内停留时间长达1h，反应炉的操作温度和炉出口煤气温度低，碳效率高、气化效率高。虽然鲁苛 气化工艺优点很多，但由于固定床气化只能以不粘块煤为原料，不仅原料昂贵，气化强度低，而且气－固逆流换热，粗煤气中含酚类、焦油等较多，使净化流程加 长，增加了投资和成本。

技术发展

常压固定床煤气化技术是 以空气、蒸气、氧为气化剂，将固体燃料转化成煤气的过程。自1882年第一台常压固定床煤气发生炉在德国投产以来，该项技术不断得到完善。由于技术成熟可 靠，投资少，建设期短，在国内外仍广泛使用。在冶金、建材、机械等行业用于制取燃气。在中小型合成氨厂用于制取合成气。但可以预计，由于生产技术不断更 新，企业生产规模的不断扩大，装置大型化，这种气化技术由于对原料要求严格，生产能力小，能耗高等缺点随着时间的推移终将被淘汰。

常压固定床气化生成煤气的有效成分主要有H2、CO和少量CH4,用于合成氨生产的半水煤气中的氮也是有效成分。用作燃料的煤气以单位发热量来衡量，而用作合成气则以CO和H2的体积百分含量来表示。工业煤气一般分为空气煤气、混合煤气（发生炉煤气）、水煤气、半水煤气和中热值煤气。

工艺分类

常压发生炉煤气生产工艺

常压移动床气化工艺是比较古老的，应用非常普遍的气化方法。其特点是：整个气化过程是在常压下进行的；在气化炉内，煤是分阶段装人的，随着反应时间的延长，燃料逐渐下移，经过前述的干燥、干馏、还原和氧化等各个阶段，最后以灰渣的形式不断排出，而后补加新的燃料；操作方法有间歇法和连续气化法；气化剂一般为空气或富氧空气，用来和碳反应提供热量，水蒸气则利用该热量和碳反应，自身分解为氢气、一氧化碳、二氧化碳和甲烷等气体。

（一）发生炉煤气种类发生炉煤气根据使用气化剂和煤气的热值不同，一般可以分为空气煤气、混合煤气、水煤气、半水煤气等。

（二）制气原理

1 ．空气煤气空气煤气是发生炉煤气最简单的生产工艺。它以空气作为气化燃料，主要的化学反应如下：

C + 02 = CO2 — 394 . IkJ / mol

C + CO2= 2CO + 173 . 3kJ / mol

从发生炉底部通人的空气气化剂中的氧在炉内氧化层与炽热的炭作用，理想情况下只生成二氧化碳，并放出大量的热。二氧化碳热气体上升到还原层，继续与碳作用发生还原作用，生成一氧化碳，并吸收一定的热量。一氧化碳是空气煤气的主要可燃成分。

从化学反应的平衡角度来看，随着温度的升高，有利于促进1吸热反应式的进行，因而生成气体中一氧化碳含量增加；而温度升高，对2 放热反应式是不利的，因此，气体中二氧化碳的含量降低，当温度超过 900 ℃ 时，气体中的二氧化碳含量甚少。

从化学反应的速度来看，在超过 900 ℃ 后，碳的燃烧反应式1的速度极快，属于扩散控制，即氧气向固体颗粒表面的扩散决定了燃烧反应的总速度，因而，增加气体流速与减小固体颗粒的粒径有助于提高 燃烧速度，其中以提高气流速度最为有效。对碳与二氧化碳的反应式2而言，其速度要远远低于碳的燃烧反应，在 2000 ℃ 以下属于化学反应控制，随着温度的提高，达到相同一氧化碳含量所需要的时间缩短，即反应速度提高。将上述两个反应相加可以得到气化区总反应方程如下：

C + 0 . 502 = CO - 110 . 4kJ / mol

由上述总反应方程可见，空气煤气的主要有效成分为一氧化碳。在第二章对空气煤气进行计算的结果知道，即使在理想气化条件下，制取空气煤气的气化效率也只有 69 . 3 % , 煤气的热值 44ogkJ / m " ，而理想空气煤气中的有效成分一氧化碳只有 34 . 7 % ，其余的 65 . 3 %为氮气。

上述分析结果是在理想条件下得出的，气化的是纯碳，反应完全，即使在理想条件下，转人煤气中的热能也不会超过碳所提供总热能的69 , 3 %。实际生产中，由于有煤料的夹带损耗，实际气化效率达不到上述计算指标，但它可以反映实际气化过程和理想过程之间的差距。

空气气化过程中放出大量的热量，而吸收热量的反应主要 是二氧化碳的还原反应，此外还有气化过程的散热损耗，这会使得炉内热量积聚，料层和煤气温度升得较高，存在易结渣而适宜采用液态排渣的气化炉、煤气热值 低、出口温度高、气化效率低等问题，这就大大限制了其在工业上的应用。目前使用不很普遍，但是它是研究其他气化工艺的基础。

移动床又叫固定床。移动床是一种较老的气化装置。燃料主要有褐煤、长焰煤、烟煤、无烟煤、焦炭等，气化剂有空气、空气-水蒸气、氧气-水蒸气等，燃料由移动床上部的加煤装置加入，底部通入气化剂，燃料与气化剂逆向流动，反应后的灰渣由底部排出。

当炉料装好进行气化时，以空气作为气化剂，或以空气（氧气、富氧空气）与水蒸气作为气化剂时，炉内料层可分为六个层带，自上而下分别为：空层、干燥层、干馏层、还原层、氧化层、灰渣层，气化剂不同，发生的化学反应不同。由于各层带的气体组成不同，温度不同，固体物质的组成和结构不同，因此反应的生成物均有一定的区别。各层带在炉内的主要反应和作用都不同。