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1、K-T 气化工艺联邦德国克虏伯-柯柏斯公司和工程师F.托策克1952年开发了常压煤粉气流床气化炉，简称K-T 炉，它是第一代干法粉煤气化技术的核心，最早得到商业应用的气流床气化炉。 自 1950年在芬兰建成第一座商业化工厂生产合成氨以来，该工艺得到了广泛的商业应用。有一段时间，在国外的煤基合成氨生产中，90%以上气化工艺采用了 K-T炉技术，世界上计有18个国家的20家工厂先后使用了 77 台 K-T 气化炉，主要用于工业合成氨、甲醇、制氢或做燃料气。 K-T 炉的数据表 明其气化效率较高，CO+H2产率高达90%,但因常压操作，其经济性和操作方面 尚存在一些不足。由于存在冷煤气效率低、能耗高
2、和环保方面的问题，进人20世纪 80年代后，除南非和印度等国仍有部分装置在运行外，K-T 炉已基本停止发展。自20世纪90年代中期以来，未见有关Koppers-Totzek气化炉新装置建设的报 道。K-T 炉是一种高温气流床熔融排渣煤气化设备。 采用气-固相并流接触，煤和气化剂在炉内停留时间仅几秒钟， 压力为常压， 温度大于1300。 20世纪 70年代开始Koppers-TotzekShell公司合作开发加压的K-T气化工艺，因此从技术发展 的源流来看，Shell加压粉煤气化工艺是在K-T气化工艺上演变出来的。可见，目 前大多数粉煤气化的气流床气化炉都是在K-T 气化炉的基础上开发的。1 K
3、-T 加压气化反应原理粉煤 （85通过200目 ）与氧气、水蒸气混合后，从相对炉头并流进入，瞬间着火， 进行气化反应， 炉头内火焰的温度高达2000 ， 煤料在炉头内的停留时间约0 1s,在气化炉中部,炉温度约在15001600c的范围内，一般要比煤的灰熔 点高100150C,煤气在炉内的停留时间约11.5so2 K-T 加压气化工艺流程和气化炉结构简图K-T煤气化炉结构如图1所示，为卧式橄榄形。K-T炉炉身内衬有耐火材料的圆筒体， 两端各安装着圆锥形气化炉头为两个炉头， 也有四个炉头。 炉身用锅炉钢板焊成双壁外壳， 在内外壳的环隙间产生的低压蒸汽， 同时把内壁冷到灰熔点以下， 使内壁挂渣而起
4、到一定的保护作用。 两个稍向下倾斜的喷嘴相对设置， 一方面可以使反应区内的反应物形成高度湍流， 加速反应， 同时火焰对喷而不直接冲刷炉墙， 对炉墙有一定的保护作用。 另一方面， 在一个反应区未燃尽的喷出颗粒将在对面的火焰中被进一步气化，如果出现一个烧嘴临时堵塞时保证连续安全 生产。喷嘴出口气流速度要避免回火而发生爆炸，通常要大于l00m/s。K-T煤气化炉最关键的问题是炉衬耐火材料与煤的灰熔点和灰组成必须相 适应，尽量减少熔渣对耐火材料的侵蚀作用。 具耐火衬里原采用硅砖砌筑，经常 发生故障，后改用捣实的含铭耐火混凝土，近年改用加压喷涂含铭耐火喷涂材料，涂层厚70mm,使用寿命可达35年;采用以
5、氧化铝为主体的塑性捣实材料， 其效果也较好。目前，世界上最大的K-T炉在印度，容积为56m3,有四个炉头，采用喷涂耐 火衬里，以渣抗渣的冷壁结构，可副产高压蒸汽。煤气图1 K-T气化炉结构简图工艺流程：K-T气化工艺流程包括：煤粉制备、煤粉和气化剂的输送、制气、废热回收和洗涤冷却等部分。见图2。煤粉制备小于25mm的原料煤送至球磨机中进行粉碎， 从燃烧炉来的热风与循环风、冷 风混合成200c左右（视煤种而定）的温风亦进入球磨机。原煤在球磨机内磨细、 干燥，煤粉随70c左右的气流进入粗粉分离器，进行分选。粗煤粒返回球磨机，合格的煤粉加入充氮的粉煤储仓。煤粉粒度 7080%通过200目筛（0.1m
6、m）,并 干燥到：烟煤水分控制在1%;褐煤水分控制在810%。1-煤斗；2-螺旋给料器；3-氧煤混合器；4-煤粉喷嘴；5-气化炉；6-辐射锅炉；7-废热锅炉；8-除渣机；9-运渣机；10-冷却洗涤塔；11-泰生洗涤机；12-最终冷却塔；13-水封槽；14-急冷器图2 K-T气化工艺流程煤粉和气化剂的输入煤仓中粉煤通过气动输送输入气化炉上部的粉煤料斗1。全系统均以氮气充压。螺旋加料器2将煤粉送入氧煤混合器3;空分工业氧进入氧煤混合器3。均匀 混合的氧气和煤粉，进入烧嘴4,喷入气化炉内5;过热蒸汽同时经烧嘴4送入气 化炉5。关键：煤粉喷射速度必须大于火焰的扩散速度，防止回火。制气与排渣由烧嘴进入的
7、煤、氧和水蒸汽在气化炉内迅速反应，产生温度约为14001500c的粗煤气。粗煤气在炉出口处用饱和蒸汽急冷， 气体温度降至900c 以下，气体中夹带的液态灰渣快速固化。 以免粘在炉壁上，堵塞气体通道而影响 正常生产。在高温炉膛内生成的液态渣，经排渣口排入水封槽淬冷，灰渣用捞渣 机排出。废热回收生成气的显热用辐射锅炉或对流火管锅炉加以回收，并副产高压蒸汽。废热 锅炉出口煤气温度在300c以下。辐射式废热锅炉约可回收热量的 70%,由于炉 内空腔大，故结渣、结灰等问题均不严重；对流式废热锅炉存在飞灰对炉管较严 重磨损问题。洗涤冷却该流程中，气化炉逸出的粗煤气经废热锅炉回收显热后，进入冷却洗涤塔， 直
8、接用水洗涤冷却，再由机械除尘器（泰生洗涤机）和最终冷却塔除尘和冷却，用 鼓风机将煤气送入气柜。3操作条件与气化指标原料煤：可应用各种煤，特别是褐煤和年青烟煤更为适用。要求煤的粒度小于0.1mm,即要求70%80%1过200目筛。温度：火焰中心温度为2000C,粗煤气炉出口处未经淬冷前温度约为14001500C ；压力：微正压 氧煤比：烟煤0.850.9k/kg煤； 蒸 气煤比：0.30.34kgJ kg煤；气化效率：69% 75% （冷煤气效率）； 碳转化率：30% 98%;生成气性质：见下表项目烟煤褐煤燃料煤原料组成W/%1.08.00.05A/%16.218.4-w(C)/%68.849.
9、585.0w(H)/%4.23.311.4w(O)/%8.616.10.40w(N)/%1.11.80.15w(S)/%0.12.93.0)成气组成(H2)33.327.247.0(CO)53.057.146.6(CH4)0.20.20.1(CO2)12.011.84.4(O2)痕迹痕迹痕迹(N2+Ar)1.52.21.2(H2S)0.11.50.7生成气热值/(MJ/m3)10.3610.2210.99产气率/(m3/kg)1.871.272.894 K-T加压气化技术的优点K-T气化法的技术成熟，有多年运行经验；气化炉结构简单，维护方便，单炉生产能力大；煤种适应性广，更换烧嘴还可气化液体燃
10、料和气体燃料；煤气中不含焦油利烟尘，甲烷含量很少(约0.2%),有效成份(CO+H2)可达85%90%;蒸汽用量低；不产生含酚废水，大大简化了煤气冷化工艺；生产灵活性大，开、停车容易，负荷调节方便；碳转化率高于流化床。5 K-T加压气化技术存在的问题庞大的制粉设备，耗电量高；在制煤粉过程中，为防止粉尘污染环境，也需设置高效除尘装置，故操作能耗大，建厂投资高。采用煤粉气力输送能耗大，且管路和设备的磨损比较严重；制得粗煤气中飞灰含量较高，补渣率和负荷调节幅度较低。气化过程中耗氧量较大，需设空分装置和大量电力；为将煤气中含尘量降至0.1mg/m3以下，需有高效除尘设备。为进一步提高气化强度和生产能力
11、， 在K-T护的基础上，现发展了谢尔-考伯 斯(Shell-Koppers)炉，即由原来的常压操作改进为加压下气化，使生产能力大为6 K-T 煤气化的技术关键炉衬耐火材料与煤的灰熔点和灰组成必须相适应，尽量减少熔渣对耐火材料的侵蚀作用。7 技术经济指标1)日处理煤：2000吨2) 小时产气量：1200000 Nm3/h3) 比氧耗：354Nm3O2/1000Nm3(CO+H2)4) 比煤耗：618kg/1000Nm3(CO+H2)5) 有效气成分CO+H2： 91.4%;6) 碳转化率：90%；7) 冷煤气效率：70%8) 气化炉操作温度：15001600C ；9) 气化炉操作压力；0.14MPa；10) 原料煤适应性：可以用任何煤种，但褐煤和年轻烟煤更为适用8 K-T 煤气化的工业业绩至今世界上已先后建成47台炉子，其中39台为气化粉煤炉，八十年代以后，该气化炉就已经停产。9 K-T 煤气化的投资情况无。10 安全环保特点无焦油、酚等，污染小11 工业应用领域合成氨(甲醇)、还原气和燃料气等。