고정층 가스화는 간단하고 믿을 수 있는 것이 특징이다. 동시에 기화제가 석탄과 역류하여 기화 과정이 비교적 완전하고 열이 합리적으로 이용되어 열효율이 높다.
고정층 기화로는 간헐적 기화 (UGI) 와 연속 기화 (루치) 의 두 가지가 있다. 현자는 합성가스를 생산하는 데 사용할 때 반드시 백탄 (무연탄) 이나 코크스를 원료로 사용하여 합성가스의 CH4 함량을 줄여야 한다. 중국에는 수천 대의 이런 기화로가 있어서 결점이 많다. 후자는 중국에 20 여 개의 부뚜막이 있는데, 대부분 도시 가스를 생산하는 데 쓰인다. 이 기술에 포함된 예비 가스 정화 시스템은 매우 복잡하며 선호 기술로 간주되지 않습니다.
(1), 고정층 간헐 가스화 기 (UGI)
덩어리 모양의 무연탄이나 코크스를 원료로, 공기와 수증기를 기화제로 하여 상압에서 합성 원료가스나 연료가스를 생산한다. 이 기술은 1930 년대에 성공적으로 개발되어 투자가 적고 조작이 간단하다. 현재 낙후기술에 속하며 기화율이 낮고 원료가 단일하며 에너지 소비량이 높다. 간헐적으로 가스를 만드는 과정에서 대량의 풍기를 배출하는데, 톤당 암모니아 드라이어 풍기는 5,000m3 로, 여기에는 CO, CO2, H2, H2S, SO2, 질소산소화합물, 연탄가루가 함유되어 있다. 가스 냉각 세정기에서 배출되는 하수에는 타르, 페놀, 시안화물이 함유되어 있어 환경오염을 일으킨다. 중국에는 900 여 개의 중소형 비료 공장이 있는데, 그 중 대다수는 여전히 이 기술을 이용하여 합성 원료 가스를 생산하고 있다. 에너지 정책과 환경이 발전함에 따라 가까운 장래에 신형 석탄 가스화 기술로 점차 대체될 것이다.
(2) 루치 가스화 기
1930 년대 독일 루치는 고정층 연속 덩어리 석탄 가스화 기술을 성공적으로 개발했는데, 그 원료의 적응성이 좋아서 단로 생산 능력이 뛰어나 국내외에서 광범위하게 응용되었다. 기화로의 압력은 (2.5 ~ 4.8m) MPa 이고, 기화반응 온도는 (800 ~ 900) ℃이고, 고체 찌꺼기는 배출되고, 기화로는 이미 정형화되었다 (MK ~ 1 ~ MK-5). 여기서 MK 가스에는 일산화탄소와 H2 외에도 최대 10% ~ 12% 의 메탄이 함유되어 있어 도시가스, 인공가스, 합성가스로 사용할 수 있다. 단점은 가스화로의 구조가 복잡하고, 가스화로의 분탄기, 화격자 등 회전 설비가 있어 제조 및 유지 관리 비용이 높다는 점이다. 난로에 들어가는 석탄은 반드시 덩어리 석탄이어야 한다. 원료의 출처가 제한되어 있다. 배출되는 기체에는 타르 페놀 등이 함유되어 있다. 오수 처리와 가스 정화 공정이 복잡하고, 과정이 길고, 설비가 많으며, 난로 찌꺼기에는 탄소 5% 정도가 함유되어 있다. 앞서 언급한 문제를 해결하기 위해 루치는 영국 가스회사와 공동으로 1984 에서 액류가스화로 (BGL) 를 개발했는데, 이는 기화 온도가 높고, 녹은 재 배출, 탄소 전환율이 높고, 합성가스 품질이 좋고, 가스화로 인한 폐수가 적고, 처리 난이도가 낮고, 단일 가스화로의 생산능력이 지난해 같은 기간보다 3 배 높아진 것이 특징이다. 이것은 유망한 가스화로이다. 유동층 가스화는 끓는 베드 가스화라고도합니다. 작은 알갱이 석탄은 기화 원료로 쓰인다. 상향식 가스화제의 작용으로 이 미세한 입자들은 무질서한 비등과 공중부양운동을 지속하고 신속하게 열을 혼합하여 침대 전체의 온도와 구성을 고르게 한다. 스트리밍 침대 기화 에너지의 빠른 발전의 주요 원인은 (1) 생산 강도가 고정층보다 높기 때문이다. (2) 깨진 석탄의 작은 알갱이를 직접 원료로 이용하여 채탄 기술의 발전에 적응하여 덩어리 석탄의 공급과 수요의 모순을 피했다. (3) 석탄 품질에 대한 적응성이 강하여 갈색 석탄과 같은 고회색 저질 석탄을 원료로 사용할 수 있다.
스트리밍 침대 기화기에는 일반적으로 Winkler, U-Gas, 순환 스트리밍 침대 (CFB) 및 가압 스트리밍 침대 (PFB 는 PFBC 의 기화 부분) 가 포함됩니다.
(1), 순환 유동층 가스화로의 CFB
루치사가 개발한 순환 스트리밍 침대 기화기 (CFB) 는 각종 석탄을 기화할 수 있고, 나무 부스러기, 나무껍질, 도시 가연쓰레기를 기화 원료로 수증기와 산소를 기화제로 사용할 수 있다. 기화 강도는 이동침대의 두 배이며 탄소 전환률이 높다 (97%). 난로 밑에서 배출되는 재에는 탄소 2% ~ 3% 가 함유되어 있으며, 기화 원료가 순환될 때 가스화로의 순환자재는 신원료의 40% 이다. 기화 압력은 0. 15MPa 입니다. 기화 온도는 원료에 따라 통제된다. 일반적으로 순환 회전기의 온도는 (800 ~1050) ℃로 제어됩니다. 루치의 CFB 기화 기술은 이미 전 세계 60 여 개 공장에서 채택되었으며, 30 여 개 공장이 설계 및 건설 중이며 세계 시장에서 선두를 달리고 있다.
CFB 가스화 기는 기본적으로 대기압에서 작동합니다. 석탄을 원료로 합성가스를 생산하면 기화제 증기는 1.2kg 이고 산소는 킬로그램당 0.4kg 로 가스 (L.9 ~ 2.0) m3 를 생산할 수 있다. 가스 성분 CO+H2 & gt；; 75%, CH4 함량은 약 2.5%, CO2 함량은 2 15% 로 독일고로와 루치MK 난로보다 낮아 암모니아 생산에 유리하다.
(2), 재 용융 유동층 미분탄 가스화 기술
회융가스화 기술은 입자 크기가 6mm 미만인 건탄가루를 원료로 하고, 공기나 풍부한 산소수 증기를 가스화제로 한다. 미분탄과 기화제는 기화로의 바닥에서 계속 첨가되어 난로 내 (1050 ~1100 원유 가스는 타르 페놀 등 유해 물질을 거의 함유하지 않아 정화하기 쉽다. 이런 선진적인 석탄 가스화 기술은 이미 중국에서 성공적으로 개발되었다. 이 기술은 연료가스, 합성가스, 연합순환발전, 특히 중소형 질소 비료 공장이 간헐적인 고정층 가스화로와 연탄 대신 무연탄 대신 암모니아 원료가스를 생산하는 데 사용할 수 있어 암모니아 비용 15% ~ 20% 를 낮출 수 있어 발전 전망이 넓다.
상하이 코크스 공장 (120 톤 석탄/일) 1994 1 1 KLOC-0 중과원 산시석탄화공연구소에서 개발한 ICC 회용융가스화로는 200 1 산시 성화주식유한회사 100 톤/일제 합성기공업 시범장치에서 실험을 진행했다. CFB 와 PFB 는 연료가스를 생산할 수 있지만, 세계에는 합성가스를 생산하는 선례가 없다. Winkler 는 합성가스 생산에 사용되었지만 입도와 석탄종에 대한 요구가 엄격하고 메탄 함량이 높고 (0.7% ~ 2.5%) 설비 생산 강도가 낮아 더 이상 발전 방향을 나타내지 않는다. 기류 베드 기화는 평행류 기화의 일종이다. 원료는 두 가지가 있다: 수연과 건탄가루. 특허 방면에서 데스고와 셸이 가장 대표적이다. 전자는 먼저 석탄가루를 석탄으로 만들고, 가스화로 펌프하고, 기화 온도는1350 ~1500 C 입니다. 후자는 가스화제로 석탄가루를 실어 가스화로에 들어가1500 ~1900 C 의 고온에서 기화하고 찌꺼기는 난로 찌꺼기 형태로 배출된다. 가스화로에서 작은 석탄알이 특수한 노즐을 통해 반응실로 들어가면 순식간에 불이 나서 화염반응이 직접 발생하며 산화조건이 불충분한 상태에 있다. 따라서 그것의 열분해, 연소, 흡열 기화 반응은 거의 동시에 발생한다. 기류의 움직임에 따라 반응하지 않는 기화제, 열해휘발분, 연소산물은 연탄 입자로 둘러싸여 고속으로 움직이고, 연탄 입자의 기화 반응은 운동 중에 진행된다. 이런 운동 상태는 유동화 기술 분야에서 고체 입자의' 기류 수송' 에 해당하며, 습관적으로 기류 침대 기화라고 불린다.
기류 베드 가스화는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다: (1) 체류 시간이 짧습니다 (일반적으로1S). (2) 높은 반응 온도 (보통1300-1500℃); (3) 연료 입자 크기가 작다 (고체와 액체, 보통 0.1MM 미만); ); (4) 액체 슬래그 배출. 또한 기류 침대 기화는 보통 압력 (보통 20-50 바) 과 순산소에서 작동한다.
기류 베드 가스화에는 주로 다음과 같은 분류 방법이 있습니다.
(1) 원료의 수송 성능에 따라 건식 공급재와 습식 공급재로 나눌 수 있습니다.
(2) 기화 압력에 따라 상압 기화와 가압 기화로 나눌 수 있다.
(3) 가스화 제에 따라 공기 가스화 및 산소 가스화로 나눌 수있다.
(4) 찌꺼기의 특성에 따라 찌꺼기 기류 침대와 무찌꺼기 기류 침대로 나눌 수 있다.
난로 찌꺼기 기류층 가스화로에서 연료재가 가스화로에서 녹았다. 용융재는 비교적 차가운 벽면에 응결되어 결국 보호층을 형성하고, 액체 찌꺼기는 보호층을 따라 가스화로의 하부에서 흘러나온다. 찌꺼기의 양은 연속적인 찌꺼기 흐름을 보장해야 한다. 일반적으로 난로 찌꺼기 질량 유량은 전체 연료 유량의 최소 6% 를 차지해야 한다. 주어진 온도에서 적절한 점도를 가진 액체 찌꺼기를 형성하기 위해 보통 연료에 용제라는 물질을 넣는다. 이 용제는 보통 석회석과 기타 칼슘이 풍부한 물질이다. 부스러기가 없는 기류기화로에서 난로 찌꺼기가 형성되지 않는다는 것은 연료에 아주 적은 양의 미네랄과 회분이 함유되어 있어야 한다는 것을 의미하며, 최대 회분 함량은 보통 65438 0% 이다. 원료의 제한으로 인해, 부스러기 없는 기류층 가스화로는 공업에 응용이 적다.
기류 침대는 석탄 (역청탄과 갈탄), 입도, 황량, 회분과 매우 잘 호환된다. 전 세계적으로 수많은 단일 시리즈, 대용량 및 압력 장치가 운영되고 있으며, 청결하고 효율적인 것은 현재의 기술 발전 추세를 나타냅니다.
건조 분말은 주로 K-T(Koppres-Totzek) 로, 셸-Koppres 로, Prenflo 로, 셸로, GSP 로, a b-CE 로 공급되며, 습탄제는 주로 덕사고 가스화로와 Destec 로 공급된다.
(1), 데스고 가스화로
데스고 (2002 년 초 Chevron Corporation 의 일부가 되어 2004 년 5 월 GE 에 인수됨) 가 개발한 수연가스화공예는 석탄을 60 ~ 65% 의 농도로 갈아서 순산소를 기화제로 하고 고온고압에서 기화반응을 하며 기화압력은 3.0 ~ 8.5mpa 이고 기화온도는 가스 성분 약 80% CO+H2, 타르, 페놀 등 유기물 제외, 환경 오염 없음, 탄소전환율 96 ~ 99%, 기화 강도 높음, 난로형 구조가 간단하고 에너지 소비량이 낮으며 가동률이 높고 석탄의 적용 범위가 넓다. 현재 데스고에서 가장 큰 상업설비는 탬파 발전소로, DOE 에 속한 CCT-3 로 1989, 7 월 가동 시작, 1996, 2 월 검증 가동 발표. 이 장치는 단로로 하루 석탄 2000 ~ 2400 톤, 기화 압력 2.8MPa, 산소 순도 95%, 석탄 농도 68%, 냉가스 효율 76%, 순전력 250MW 를 처리한다.
데스고 기화로는 노즐, 기화실, 소냉실 (또는 여열 보일러) 으로 구성되어 있다. 그 중 노즐에는 세 개의 통로가 있는데, 공예 산소는 1 ~ 3 개의 통로를 걷고, 물풀은 두 개의 통로를 걷고, 두 개의 산소 제트 사이에 있다. 수탄기화의 노즐은 종종 노즐 마모에 직면해 있는데, 이는 주로 수액이 높은 선속도 (약 30m/s) 에서 금속 재료의 침식과 부식으로 인한 것이다. 노즐, 기화로, 격냉고리는 데스고 수연화의 핵심 기술이다.
1980 년대 말부터 중국은 여러 세트의 데스고 수연기화 장치를 도입하여 합성가스를 생산했고, 중국은 수연기화 분야의 설계, 설치, 운전, 신기술 연구 개발에 풍부한 경험과 지식을 축적했다.
이미 생산에 투입된 석탄 가압 기화 장치의 운행 상황을 보면, 주요 장점은 석탄 슬러리의 제비, 수송, 계량통제가 간단하고 안전하다는 것이다. 설비 국산화율이 높고 투자가 낮다. 엔지니어링 설계 및 운영 경험이 불완전하기 때문에 장기, 고부하, 안정적인 운영을 위한 최적의 상태에 이르지 못했기 때문에 여전히 많은 문제가 있습니다. 주요 단점은 노즐의 수명이 짧고, 냉랭한 고리의 수명이 겨우 1 년이며, 갈탄 펄프 농도가 약 59% ~ 61%라는 점이다. 역청탄 펄프 농도는 65% 였다. 기화 석탄 펄프의 물 소비탄은 8% 로 원료인 건탄탄탄보다 산소 소비량이 높고 12% ~ 20% 로 효율성이 상대적으로 낮다.
(2) Destec (세계 전자 가스) 가스화 기
데스텍 기화로는 두 세트의 상업설비를 건설했는데, 모두 미국에 있다: LGT 1 (기화로의 생산능력 2200 톤/일, 2.8MPa, 1987 생산) 과 Wabsh Rive (두 개의 난로, 하나 첫 번째 세그먼트 (수평 세그먼트) 와 두 번째 세그먼트 (수직 세그먼트) 로 나뉩니다. 첫 번째 두 노즐 180 도 상대, 충돌류 강화 혼합은 독일 고로의 속도 종형 (정상) 분포의 결함을 극복하고 최대 반응 온도는 약1400 C 입니다. 냉기 효율을 높이기 위해 2 단계에서는 10% ~ 20% 의 총 연탄이 냉랭한 데 사용된다. 여기서 반응 온도는 약1040 C 이고, 수출가스는 화관 보일러로 들어가 열을 회수한다. 용융 찌꺼기는 기화로의 제 1 단 중부에서 흘러내려 수냉응고를 통해 찌꺼기를 형성하고 배출한다. 전기 가스 가스화로는 압력 나선형 연속 찌꺼기 배출 시스템을 채택하고 있다.
전 세계 E-Gas 기화 기술의 단점은 2 차 석탄 슬러리의 체류 시간이 짧고 탄소 전환률이 낮다는 것이다. 거대한 분리기가 한 번의 가스 중의 재재와 2 차 연탄 속의 재와 숯을 분리한다. 이런 난로는 연료가스 생산에 적합하지만 합성가스 생산에는 적합하지 않다.
(3) shell gasifier
K-T 기화로는 가장 먼저 산업화된 말린 가루 가스화로로, 다른 기화로는 모두 이 기초 위에서 발전했다. 쉘은 1950 년대 초 잔류 기화를 성공적으로 개발했으며 이를 바탕으로 3 단계: 1976 을 거쳐 30 여 종의 석탄을 실험했다. 1978 독일 크루프 코퍼스 (Krup-Uhd 의 전임자) 와 협력하여 하버에 150t 석탄 공장을 건설합니다. 두 회사가 헤어진 후 1978, 미국 휴스턴 사슴원은 매일 250t 고황연탄 또는 400t 고회고수분 갈탄을 처리한다. * * * 지속 16 년, 1988 년부터 셸 석탄 기술은 네덜란드 부하네임 IGCC 발전소에 적용되었습니다. 장치 설계 작업은 1.6 년, 1990, 10 월, 1993 년,/kloc-0 입니다 난로는 하루에 2000 톤의 석탄을 처리할 수 있다.
셸 가스화로의 쉘 지름은 약 4.5m 이고, 네 개의 노즐은 난로 아래 같은 수평면에 위치하여 원주를 따라 고르게 분포되어 있다. 충격 흐름에 힘입어 열전도 과정을 강화하여 난로 단면 내의 기체 속도가 상대적으로 균일해지도록 했다. 난로의 안감은 수벽이며, 총 무게는 500 톤이다. 난로 케이스와 수냉관 행 사이에는 0.5m 정도의 간격이 남아 있어 설치와 수리가 용이합니다.
가스는 석탄재 총량의 20 ~ 30% 를 가스화로의 축을 따라 위로 올리고, 순환가스는 가스화로의 상단 부근에 급냉을 도입하고, 냉기량은 가스 생성의 약 60 ~ 70% 를 차지한다. 900 C 로 식힌 후 난로 찌꺼기가 굳어 기화로를 떠나 경사진 파이프를 따라 관형 폐열 보일러로 올라갔다. 석탄회 총량의 70% ~ 80% 가 용융 상태로 가스화로의 바닥으로 흘러 들어가 굳어지고 바닥에서 배출된다.
석탄가루는 N2 에 의해 운반되어 농축상 형식으로 노즐로 운반된다. 공정산소 (순도 95%) 와 증기도 노즐을 통해 들어와 압력이 3.3 ~ 3.5 MPa 입니다. 기화 온도1500 ~1700 C, 기화 압력 3.0MPa, 냉가스 효율 79% ~ 81%; 원탄 발열량의 13% 는 보일러를 통해 증기로 전환된다. 설비와 냉각기에서 나오는 기체의 6% 의 현열 손실이 대기와 냉각수에 이른다.
Shell 석탄 가스화 기술은 다음과 같은 장점을 가지고 있습니다: 석탄 슬러리보다 산소 소비가 낮습니다15%; 탄소 전환율은 99% 로 높고 석탄 소비는 석탄 슬러리보다 8% 낮습니다. 부하를 조절하기 쉽고, 노즐 한 쌍을 끄고, 부하를 50% 낮춥니다. 난로 안감은 수벽이며, 사용수명이 20 년, 노즐 수명 1 년이라고 합니다. 주요 단점: 장비 투자는 석탄 슬러리 가스화 기술보다 큽니다. 가스화로와 폐솥 구조가 너무 복잡해서 가공난이도가 높아졌다.
우리 회사의 직접 액화 프로젝트는 바로 이런 기술로 수소를 생산하는 것이다.
(4) GSP 가스화 기
GSP(GAS Schwarze Pumpe) 는' 흑펌프 기화 기술' 이라고 불리며 원동독의 독일 연료연구소 (DBI) 가 1956 에서 성공적으로 개발했다. 현재 이 기술은 2002 년에 설립된 future energy gmbh (sustec holding ag 의 자회사) 에 속한다. GSP 기화로는 압력 기류를 분사하기 위해 액체 찌꺼기 가스화로를 분사하고, 석탄을 넣는 방식은 쉘과 비슷하며, 난로 구조는 데스고 기화로와 비슷하다. 1983 1983 흑펌프 연합기업이 첫 번째 공업설비를 건설하고, 단일 기화로의 석탄량은 720 톤/일, 1985 년 생산에 들어갔다. 현재 GSP 기화로는 거의 사용되지 않고, 5 개 공장만 사용했으며, 국내에는 아직 1 개가 정식으로 사용되지 않았다. 닝미그룹 (본사가 통제함) 은 석탄화공 프로젝트에 이 기술을 도입할 것이다.
결론적으로, 기류 베드 가스화 기술은 증압, 대용량, 석탄 적응성 등에서 기화 기술의 발전 방향을 대표한다. 수연과 건탄가루의 공급 상태는 각각 우열이 있어 경계가 분명하지 않다. 국내 기술계에서도 의견이 분분하다.