煤制气
第二章 煤制气
1. 煤制气的气化原理：
（1） 概述：
煤气：可燃气体、煤或重油等液体燃料经干馏或气化而得到的气体产物是一种热燃料气。 煤气主要成分：H2、CO、CH4等。
煤气：焦炉煤气（H2、CO、CH4）煤在焦炉中干馏产生煤气。爆炸极限：5~36% 发生炉煤气（CO、N2）空气和少量水蒸气跟煤或焦炭在煤气发生炉内反应。爆炸极限：20 ~74% 水煤气（H2、CO）水蒸气和炽热的无烟煤或焦炭作用产生。爆炸极限：6 ~72%
煤炭水分
（2）气化机理：煤气是在特定的装置发生炉内，控制气化条件，块煤或焦炭在空气（氧气）和蒸汽混合组成的气化剂下发生一系列复杂物理化学变化产生。
注：爆炸极限：H2 4~74.2%;CO12.5~74.2;CH45~15.4%
干馏：隔绝空气加热分解。
2. 化学反应：
氧化燃烧：
还原反应：
蒸汽转化：
甲烷化：
仅部分为气相均相反应，大多数为气固相反应。
反应进行程度影响因素：发生炉的操作条件。即：
气体温度、压力、气化剂组成和流速，气化剂与燃料接触时间，燃料反应性、表面性质。
3.生产方式：
发生炉在生产过程中，气化剂从炉底进入炉内煤层，气化生成的粗煤气从顶部输出。
（1） 灰渣层：厚度约为100~200mm，气化剂在灰渣层中不发生化学反应，只
与灰渣进行热交换，气化剂吸收热量升温预热，灰渣释放热量被冷却，同时对炉箅起保护作用。
（2） 氧化层：既有O2存在的燃料层，煤中固定碳与气化剂中的氧气发生强烈
氧化反应，放出大量的热，使炉内保持足够的温度。
（3） 还原层：从氧化层中来的高温CO2和水蒸气与炙热的碳发生还原反应，
吸收热量，生成CO和H2。
（4） 干馏层：煤炭受热干馏，释放挥发分，得到CH4、焦油蒸汽等气态烃类
物质及其他气体成分。
（5） 干燥层：入炉煤炭在该层内脱除水分。
4.工艺流程：
热煤气燃烧系统由煤气发生炉、除尘器、隔离水封、热煤气管道、燃烧器（用户）等组成，其关键设备是煤气发生炉。
二、煤制气生产危险分析及安全技术
（1）煤的主要危险：自燃、煤尘爆炸
温度升高，接近临界温度（70℃左右），进一步引起自燃。
（2）油：渣油、直馏重油
主要危险：①黏度大，易凝固，装卸输送时必加热（加热方式：不可直接明火烤；
②易挥发；
③自燃点低。
（3）煤气爆炸
形成爆炸混合物，在系统内煤气爆炸。
煤气泄漏在外部空间形成爆炸性混合物。
常见事故类型：
①开炉时的爆炸；
②停炉时的爆炸；
③闷炉时的爆炸；
④煤在炉中悬挂下坠时爆炸；
⑤断电时爆炸；
⑥断水时爆炸；
⑦检修时爆炸；
⑧煤气泄漏。
三、煤气净化过程危险性分析及安全技术
1. 煤气冷凝、冷却。
底部液封必须有效，防止吸入空气。
2. 排送机（鼓风机）：保持煤气净化系统平衡设备。
故障时，系统压力上升，煤气外泄。
旁通阀开闭灵活，设连锁装置，紧急备用电源。
3. 电集捕油：高压直流电（70KV）在气体中局部放电收集油雾。 严格控制煤气中氧气浓度小于1%，有良好接地。
4. 脱氨 水 浓氨水
稀硫酸 (NH4)2SO4
氨的爆炸极限：16%~27%
5. 脱苯：洗油吸收法
6. 脱硫（H2S）
湿法：碱液逆流接触，设置空气夹带吸入脱离塔设施
干法：氧化铁脱硫剂
7. 脱萘：萘结晶堵塞煤气输配管网（轻柴油脱萘）
8. 消除变换气中CO
①铜氨溶液吸收：
②甲烷化
③液氮洗涤：最危险
危险性：
①空气分离生成氮气，氧气可能与煤气形成爆炸性混合物；
②液氮在20℃时，气化，可与空气从设备中逸出； ③液氮与烃类生成易燃易爆硝基化合物。 控制措施：
①控制设备种N2O3气体积聚；
②CO含量超标应停车，进行加温洗涤；
③连续自动控制检测N2O3含量；
④金属外罩充入惰气排出氧气。
一、煤制气生产过程危险分析及安全技术
煤气生产过程中发生煤气爆炸的主要原因在于：煤气中含氧量高，或煤气系统内侵入空气形成了爆炸性混合物；煤气发生泄漏，在外部空间形成爆炸性混合物。常见的事故有以下八种类型：
1、开炉时的爆炸：开炉升火时，引火物油蒸气挥发进入煤气发生炉系统，形成爆炸性混合气。制气质量不好，含氧量过高的烟气进入除尘器、洗涤塔等装置内，形成爆炸性混合气。
2、停炉时的爆炸：停炉降温、空气进入煤气系统，形成爆炸性混合气。
3、闷炉时的爆炸：闷炉时，没有隔断出口管道和赶走煤气，炉体变冷、空气进入，形成爆炸性混合气。
4、煤在炉中悬挂下坠时爆炸。
5、断电时爆炸：断电时，鼓风机突然停止运行，发生炉灰盘下的空气压力下降，煤气从炉膛中流入灰斗、流进风管，继而流入鼓风机，形成爆炸性混合物。
6、断水时爆炸：断水时，洗气箱失去水封作用，停炉时煤气倒回空气总管和鼓风机会导致爆炸。
7、检修时爆炸：煤气未切断或未进行彻底清洗，动火作业导致爆炸。 8、煤气泄漏：外部空间形成爆炸性混合物。 二、煤气净化过程危险分析和安全技术
煤气净化包括冷却、排送、脱焦油雾、脱氨、脱苯、脱硫、脱萘等过程。
1、焦炉和炭化炉一般采用间接式在负压下冷凝冷却粗煤气，冷凝冷却器底部液封必须有效，防止吸入空气。
2、排送机（鼓风机）是保持煤气净化系统平衡的关键设备。如果排送机发生故障，制气炉产生的煤气系统压力上升，煤气外泄；炭化炉会因为煤气送不出去扩散在炉面上引起爆炸；水煤气因排送不出去，将使是中间气柜冒气；发生炉在继续鼓风的情况下，炉内压力升高，煤气从炉顶外窜。因此，排送机的旁通阀或总旁通阀应保持开闭灵活。排送机与有关生产过程的设备应有连锁装置并设置紧急备用电源。
3、电捕集油：对于正压操作的电捕集器，保持煤气中含氧量不超过1%。负压操作的电捕集器更需要严格控制含氧量，应设置含氧量不超限（1%）的自动停车处理连锁装置。液封筒在负压条件下运行操作，必须保持一定的深度，以防空气倒入系统。要有良好的设备接地，事故状态时应首先切断电源。
4、脱氨：煤气中含有少量的氨，水用或稀硫酸吸收除去。高温情况下遇有火源能引起燃烧或爆炸。
5、脱苯：苯是一种易燃液体，易产生火灾爆炸。
6、脱硫：湿法脱硫液位调节器应有防止空气夹带吸入脱硫塔的设施，以防止在脱硫塔内形成爆炸性气体。干法脱硫排放硫磺时，周围必须严禁明火。
7、脱萘：保证煤气管网内不发生萘结晶堵塞现象，采用轻柴油脱萘，有火灾爆炸的危险。
三、甲烷转化一氧化碳
1、应严格调节气流的混合比例：破坏可燃气与氧气、空气和富氧空气混合气流的比例，设备中可能产生易爆的混合气。在大型合成氨装置中，加入易爆气体中的空气量应当用比例调节器调节到最终气体组成中的氢和氮的比例为3：1。
2、加入可燃气中的氧气、空气的自动计量必须可靠。 3、在输送这种混合气的管线上应装有带溢流槽的单向水封。 4、为防止可燃气由二段转化炉逆流返回空气管线，应不断地往空气管线中供蒸汽，送汽量为空气量的10.5%。压缩机停车时，蒸汽供应量自动增加到空气用量的（体积分数）的50%。
5、为防止形成易爆浓度的混合气，供给转化炉空气的管线上需安装单向阀和用于紧急切断的管件。当停车联锁装置动作时，应该仍然继续向管式炉前的天然气管线中供蒸汽。
6、甲烷管式转化炉常见的事故有：支集气管破裂、下部支集气管接管破裂、猪尾管腐蚀、反应管破裂、热电偶套管法兰泄漏、甲烷二段转化的废热锅炉炉体发生破裂等。
四、净化
清除变换气中的一氧化碳，一般采用铜氨溶液吸收、液氮洗涤和甲烷化等方法。
液氮洗涤法是三种方法中最危险的：（1）当空气分离系统操作不正常时，随氮气带出的氧气与可燃气体混合，或当加入变换气的空气量不准确时，可燃气体与变换气混合，会在设备内形成爆炸性的混合气体。
（2）在低温设备中会积聚易爆的液体或固体物质，主要是有机物和氧化氮气体，这些物质在常温时呈气态，可和空气一起从设备中逸出。
（3）当处理不饱和烃类和氧化氮气体等杂质的变换气体或焦炉气时，有机物和氧化氮与不
饱和烃类会生成复杂的硝基化合物，硝基化合物分解会引起爆炸，存在的危险更大，因为这些杂质在低温条件下凝结，以焦油状态积聚在设备中，有自行爆炸的危险。预防发生此类爆炸事故的根本措施是控制低温设备中的氧化氮气体的积聚。
（4）为提高变换气和焦炉气净化过程的安全程度，必须连续自动控制氧化氮气体的含量，测量结果用图表记录。
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