煤炭气化工艺概述资料讲解学习.ppt

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1、 2022/11/202022/11/20 1 1 煤炭气化工艺煤炭气化工艺煤炭气化工艺概述资料 2022/11/202022/11/20 2 2 煤炭气化工艺煤炭气化工艺空间速度空间速度空间时间空间时间单位时间内，单位体积的催化剂所通过气体体积数。单位：单位时间内，单位体积的催化剂所通过气体体积数。单位：m m3 3(m(m3 3催化剂催化剂h)h)。空间速度越高，单位体积催化剂处理。空间速度越高，单位体积催化剂处理能力越大，生产能力就越大。能力越大，生产能力就越大。A A 在等密度反应过程中，气体与催化剂的接触时间。在等密度反应过程中，气体与催化剂的接触时间。空间时间越小，反应器的生产能力

2、越大。空间时间越小，反应器的生产能力越大。转转 化化 率率参加反应的原料量与通入反应器原料量比值百分率。它说参加反应的原料量与通入反应器原料量比值百分率。它说朋原料的转化程度。转化率越大，参加反应的原料越多。朋原料的转化程度。转化率越大，参加反应的原料越多。选选 择择 性性实际目标产物量与反应原料计算应得产物理论量之比。实际目标产物量与反应原料计算应得产物理论量之比。=实际所得目标产物量计算应得产物理论量实际所得目标产物量计算应得产物理论量100%100%=转化为目标产物原料量反应掉原料量转化为目标产物原料量反应掉原料量100%100%A A A 收收 率率转化为目标产物的原料量与通入反应器原

3、料量之比。转化为目标产物的原料量与通入反应器原料量之比。有循环物料时产物总收率有循环物料时产物总收率 =转化为目标产物的原料量新鲜原料量转化为目标产物的原料量新鲜原料量100%100%煤煤炭炭气气化化原原理理一、基本概念一、基本概念 2022/11/202022/11/20 3 3 煤炭气化工艺煤炭气化工艺煤煤炭炭气气化化原原理理1.1.煤化工包括煤化工包括 、及其他煤加工制品工业。及其他煤加工制品工业。2.2.煤的气化是将煤与煤的气化是将煤与 在高温下发生化学反应，将煤中有机物在高温下发生化学反应，将煤中有机物转变为煤气的过程，常用的气化剂有空气、转变为煤气的过程，常用的气化剂有空气、等。等

4、。3.3.煤气的有效成分为煤气的有效成分为 、等。等。4.4.煤气的发热值指标准状态下煤气的发热值指标准状态下1m31m3煤气完全燃烧时放出的热量。煤气完全燃烧时放出的热量。如果燃烧产物中的水分以液态形式存在称如果燃烧产物中的水分以液态形式存在称 ，如果水以气态，如果水以气态形式存在称形式存在称 。5.5.空气煤气中不含有的成分是（空气煤气中不含有的成分是（）A CO B CO A CO B CO2 2 C C C C2 2H H5 5 D N D N2 2练习题练习题 2022/11/202022/11/20 4 4 煤炭气化工艺煤炭气化工艺煤煤炭炭气气化化原原理理1.1.煤化工包括煤化工包

5、括 炼焦工业、煤炭气化工业、煤炭液化工业炼焦工业、煤炭气化工业、煤炭液化工业及其他煤制化学及其他煤制化学品工业。品工业。2.2.煤的气化是将煤与煤的气化是将煤与气化剂气化剂在高温下发生化学反应，将煤中有机物转变为在高温下发生化学反应，将煤中有机物转变为煤气的过程，常用的气化剂有煤气的过程，常用的气化剂有空气、氧气空气、氧气 、水蒸气、水蒸气 等。等。3.3.煤气的有效成分为煤气的有效成分为COCO、H H2 2、CHCH4 4等。等。4.4.煤气的发热值指标准状态下煤气的发热值指标准状态下1m1m3 3煤气完全燃烧时放出的热量。如果燃烧煤气完全燃烧时放出的热量。如果燃烧产物中的水分以液态形式存

6、在称产物中的水分以液态形式存在称高发热值高发热值，如果水以气态形式存在称，如果水以气态形式存在称低发低发热值热值 。5.5.空气煤气中不含有的成分是（空气煤气中不含有的成分是（C C ）A CO B CO A CO B CO2 2 C C C C2 2H H5 5 D N D N2 2练习题答案练习题答案 2022/11/202022/11/20 5 5 煤炭气化工艺煤炭气化工艺煤煤炭炭气气化化原原理理二、煤炭气化方法二、煤炭气化方法 一、一、按气化技术分类按气化技术分类A 地面气化地面气化将煤从地下挖掘出来后再经过各种气化技术获得煤将煤从地下挖掘出来后再经过各种气化技术获得煤气的方法气的方法

7、 A A 将未开采的煤炭有控制的燃烧，通过对煤的热化将未开采的煤炭有控制的燃烧，通过对煤的热化学作用生产煤气的过程。学作用生产煤气的过程。地下气化地下气化 2022/11/202022/11/20 6 6 煤炭气化工艺煤炭气化工艺二、二、地面气化技术分类地面气化技术分类煤煤炭炭气气化化原原理理二、煤炭气化方法二、煤炭气化方法 内热式气化内热式气化利用煤与氧反应放出热量来达到反应所需温度，即利用煤与氧反应放出热量来达到反应所需温度，即燃烧一部分气化所用燃料，将热量累积到燃料层里，燃烧一部分气化所用燃料，将热量累积到燃料层里，再通入水蒸气发生化学反应制取煤气。因此内热式再通入水蒸气发生化学反应制取

8、煤气。因此内热式气化也称为自热式气化。气化也称为自热式气化。A A 利用外部给气化炉提供热量。利用外部给气化炉提供热量。热源：外部炉壁加热燃料（炉壁需选用耐火度高且热源：外部炉壁加热燃料（炉壁需选用耐火度高且导热性好的材料）；高度过热水蒸气（导热性好的材料）；高度过热水蒸气（11001100）；）；加热水蒸气和粉末燃料的混合物到加热水蒸气和粉末燃料的混合物到11001100，达到水，达到水煤气反应温度。煤气反应温度。外热式气化外热式气化给给热热方方式式 2022/11/202022/11/20 7 7 煤炭气化工艺煤炭气化工艺二、二、地面气化技术分类地面气化技术分类煤煤炭炭气气化化原原理理二、

9、煤炭气化方法二、煤炭气化方法 富氧气化富氧气化 气化剂是富氧空气。气化剂是富氧空气。A 纯氧气化纯氧气化 A 气化剂是氧气。气化剂是氧气。加氢气化加氢气化 气化剂是氢气。气化剂是氢气。即煤与氢气反应生成甲烷的过程。即煤与氢气反应生成甲烷的过程。A 水蒸气气化水蒸气气化 气化剂是水蒸气。气化剂是水蒸气。A 气气化化介介质质 2022/11/202022/11/20 8 8 煤炭气化工艺煤炭气化工艺二、二、地面气化技术分类地面气化技术分类煤煤炭炭气气化化原原理理二、煤炭气化方法二、煤炭气化方法 入炉的煤块粒度入炉的煤块粒度粉煤炭气化粉煤炭气化块煤炭气化块煤炭气化A A 移动床气化移动床气化沸腾床气

10、化沸腾床气化气流床气化气流床气化熔融床气化熔融床气化 燃料在炉内状况燃料在炉内状况其其他他分分类类 2022/11/202022/11/20 9 9 煤炭气化工艺煤炭气化工艺三、三、工业煤气分类工业煤气分类煤煤炭炭气气化化原原理理二、煤炭气化方法二、煤炭气化方法 定义：以空气为气化剂生成的煤气。定义：以空气为气化剂生成的煤气。主要成分：主要成分：N N2 2，COCO，COCO2 2，H H2 2。特点：热值低，主要作为化学工业原料，煤气发动机燃料等。特点：热值低，主要作为化学工业原料，煤气发动机燃料等。空气煤气空气煤气 A 混合煤气混合煤气 A 半水煤气半水煤气 A 水煤气水煤气 A 工工业

11、业煤煤气气 定义：以空气和适量水蒸气为气化剂生成的煤气。定义：以空气和适量水蒸气为气化剂生成的煤气。主要成分：主要成分：N N2 2，COCO，H H2 2，COCO2 2。特点：工业上一般用作燃料。特点：工业上一般用作燃料。定义：以水蒸气为气化剂生成的煤气。定义：以水蒸气为气化剂生成的煤气。主要成分：主要成分：H H2 2，COCO，COCO2 2，N N2 2。特点：特点：H H2 2和和COCO含量达含量达8585以上，一般用作化工原料以上，一般用作化工原料定义：以水蒸气加适量的空气或富氧空气为气化剂生成的煤气定义：以水蒸气加适量的空气或富氧空气为气化剂生成的煤气主要成分：主要成分：H

12、H2 2，COCO，N N2 2，COCO2 2。特点：（特点：（H H2 2+CO+CO）=3N=3N2 2（质量），一般用来合成氨（质量），一般用来合成氨 2022/11/202022/11/20 1010 煤炭气化工艺煤炭气化工艺煤煤炭炭气气化化原原理理1.1.地面气化技术以燃料在炉内的状况可分为四类，分别为地面气化技术以燃料在炉内的状况可分为四类，分别为 气化、气化、气化、气化、气化和熔融床气化。气化和熔融床气化。2.2.发生炉煤气根据使用气化剂和煤气的热值不同，一般可分为空气煤气、发生炉煤气根据使用气化剂和煤气的热值不同，一般可分为空气煤气、混合煤气、混合煤气、等。等。3.3.什么是

13、水煤气、半水煤气？两者有何区别什么是水煤气、半水煤气？两者有何区别.练习题练习题 2022/11/202022/11/20 1111 煤炭气化工艺煤炭气化工艺煤煤炭炭气气化化原原理理1.1.地面气化技术以燃料在炉内的状况可分为四类，分别为沸腾床气化、移地面气化技术以燃料在炉内的状况可分为四类，分别为沸腾床气化、移动床气化、气流床气化和熔融床气化。动床气化、气流床气化和熔融床气化。2.2.发生炉煤气根据使用气化剂和煤气的热值不同，一般可分为空气煤气、发生炉煤气根据使用气化剂和煤气的热值不同，一般可分为空气煤气、混合煤气、混合煤气、水煤气水煤气 、半水煤气半水煤气 等。等。3.3.什么是水煤气、半

14、水煤气？两者有何区别。什么是水煤气、半水煤气？两者有何区别。水煤气是以水蒸气为气化剂生成的煤气。水煤气是以水蒸气为气化剂生成的煤气。主要成分：主要成分：H H2 2，COCO，COCO2 2，N N2 2。特点：特点：H H2 2和和COCO含量达含量达8585以上，一般用作化工原料以上，一般用作化工原料 半水煤气是以水蒸气加适量的空气或富氧空气为气化剂生成的煤气半水煤气是以水蒸气加适量的空气或富氧空气为气化剂生成的煤气 主要成分：主要成分：H H2 2，COCO，N N2 2，COCO2 2。特点：（特点：（H H2 2+CO+CO）=3N=3N2 2（质量），一般用来合成氨（质量），一般用

15、来合成氨练习题答案练习题答案 2022/11/202022/11/20 1212 煤炭气化工艺煤炭气化工艺三、煤炭气化原理三、煤炭气化原理一、一、气化过程的主要化学反应气化过程的主要化学反应 一一次次反反应应C+OC+O2 2COCO2 2 -394.1kJ/mol -394.1kJ/molC+HC+H2 2OCOOCOH H2 2 +135.0kJ/mol +135.0kJ/molC+1/2OC+1/2O2 2CO -110.4kJ/molCO -110.4kJ/molC+2HC+2H2 2OCOOCO2 2+2H+2H2 2 +96.6kJ/mol +96.6kJ/molC+2HC+2H2

16、 2CHCH4 4 -84.3kJ/mol -84.3kJ/molH H2 2+1/2O+1/2O2 2HH2 2O -245.31kJ/molO -245.31kJ/molA A 二二次次反反应应C+COC+CO2 22CO +173.3kJ/mol2CO +173.3kJ/mol2CO+O2CO+O2 22CO2CO2 2 -566.6kJ/mol -566.6kJ/molCO+HCO+H2 2OHOH2 2+CO+CO2 2 -38.4kJ/mol -38.4kJ/molCO+3HCO+3H2 2CHCH4 4+H+H2 2O -219.3kJ/molO -219.3kJ/mol3C+2

17、H3C+2H2 2OCHOCH4 4+2CO +185.6kJ/mol+2CO +185.6kJ/mol2C+2H2C+2H2 2OCH4+COOCH4+CO2 2 +12.2kJ/mol +12.2kJ/mol气气化化主主反反应应煤煤炭炭气气化化原原理理 2022/11/202022/11/20 1313 煤炭气化工艺煤炭气化工艺三、三、煤炭气化原理煤炭气化原理二、二、气化过程的物理化学基础气化过程的物理化学基础煤煤炭炭气气化化原原理理反反应应历历程程气体反应物向固体气体反应物向固体(碳碳)表面转移或扩散。表面转移或扩散。A 第一步第一步气体反应物被吸附在固体气体反应物被吸附在固体(碳碳)表

18、面。表面。A 第二步第二步被吸附的气体反应物在固体被吸附的气体反应物在固体(碳碳)表面起反应表面起反应而形成中间配合物。而形成中间配合物。A 第三步第三步中间配合物的分解或与气相中到达固体中间配合物的分解或与气相中到达固体(碳碳)表表面的气体分子发生反应。面的气体分子发生反应。A 第四步第四步反应物从固体反应物从固体(碳碳)表面解吸并扩散到气相表面解吸并扩散到气相A 第五步第五步 2022/11/202022/11/20 1414 煤炭气化工艺煤炭气化工艺煤煤炭炭气气化化原原理理一、一、气化用煤种的主要特征气化用煤种的主要特征气化时不黏结，不产生焦油，所生产的煤气中只含有少量气化时不黏结，不产

19、生焦油，所生产的煤气中只含有少量的甲烷，不饱和碳氢化合物极少，但煤气热值较低。的甲烷，不饱和碳氢化合物极少，但煤气热值较低。无烟煤无烟煤贫煤贫煤焦炭焦炭半焦半焦 A 烟煤烟煤 A 泥炭泥炭 A 褐煤褐煤 A 气气化化煤煤种种 气化时黏结，并且产生焦油，煤气中的不饱和烃、碳氢化气化时黏结，并且产生焦油，煤气中的不饱和烃、碳氢化合物较多，煤气的净化系统较复杂，煤气的热值较高。合物较多，煤气的净化系统较复杂，煤气的热值较高。气化时不黏结但产生焦油，加热时不产生胶质体，含有较气化时不黏结但产生焦油，加热时不产生胶质体，含有较高的内在水分和数量不等的腐殖酸，挥发分高，加热时不高的内在水分和数量不等的腐殖

20、酸，挥发分高，加热时不软化，不熔融。软化，不熔融。泥炭煤中含有大量的腐殖酸，挥发分产率近泥炭煤中含有大量的腐殖酸，挥发分产率近70%70%左右。气左右。气化时不黏结，但产生焦油和脂肪酸，所生产的煤气中含有化时不黏结，但产生焦油和脂肪酸，所生产的煤气中含有大量的甲烷和不饱和碳氢化合物。大量的甲烷和不饱和碳氢化合物。煤煤 炭炭性性质质的的影影响响四、气化用煤四、气化用煤 2022/11/202022/11/20 1515 煤炭气化工艺煤炭气化工艺一、一、水分含量对气化的影响水分含量对气化的影响煤煤炭炭气气化化原原理理煤煤 炭炭性性质质的的影影响响煤中的水分存在形式：煤中的水分存在形式：外在水分：煤

21、的开采、运输、储存和洗选过程中润湿在煤外在水分：煤的开采、运输、储存和洗选过程中润湿在煤的外表面以及大毛细孔而形成的。的外表面以及大毛细孔而形成的。含有外在水分的煤为应用煤，失去外在水分的煤为风干煤。含有外在水分的煤为应用煤，失去外在水分的煤为风干煤。内在水分：吸附或凝聚在煤内部较小的毛细孔中的水分，内在水分：吸附或凝聚在煤内部较小的毛细孔中的水分，失去内在水分的煤为绝对干燥煤。失去内在水分的煤为绝对干燥煤。结晶水：在煤中以硫酸钙结晶水：在煤中以硫酸钙(CaSO(CaSO4 42 H2 H2 2O)O)、高岭土、高岭土(Al(Al2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O)O)等

22、形式存在的，通常大于等形式存在的，通常大于200200以上才以上才能析出。能析出。四、气化用煤四、气化用煤-煤质对气化的影响煤质对气化的影响 2022/11/202022/11/20 1616 煤炭气化工艺煤炭气化工艺煤煤炭炭气气化化原原理理二、二、灰分含量对气化的影响灰分含量对气化的影响煤煤 炭炭性性质质的的影影响响 灰分：煤在灰分：煤在800800的条件下完全燃烧后的残余物。即煤中矿物质含量。的条件下完全燃烧后的残余物。即煤中矿物质含量。组成：硅、铝、铁、镁、钾、钙、硫、磷等元素和以碳酸盐、硅酸盐、组成：硅、铝、铁、镁、钾、钙、硫、磷等元素和以碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐和硫化物等形式的盐类。硫

23、酸盐和硫化物等形式的盐类。影响：增加运输的费用，降低气化效率，增加炉渣的排出量，增加随影响：增加运输的费用，降低气化效率，增加炉渣的排出量，增加随炉渣排出的碳损耗量，增加气化的各项消耗指标（如氧气、水蒸气和煤的炉渣排出的碳损耗量，增加气化的各项消耗指标（如氧气、水蒸气和煤的消耗指标），而净煤气的产率下降。消耗指标），而净煤气的产率下降。对于加压气化，用煤灰分可高达对于加压气化，用煤灰分可高达55%55%左右而不至于影响生产的正常进行。左右而不至于影响生产的正常进行。这是由于加压操作时，气化剂的浓度高，扩散能力强，能够透过煤灰表面这是由于加压操作时，气化剂的浓度高，扩散能力强，能够透过煤灰表面与

24、碳进行较为完全的反应。同时，进入炉中的气化剂的速度也比常压气化与碳进行较为完全的反应。同时，进入炉中的气化剂的速度也比常压气化小，在炉内停留时间长，有较长的时间和煤反应小，在炉内停留时间长，有较长的时间和煤反应。四、气化用煤四、气化用煤-煤质对气化的影响煤质对气化的影响 2022/11/202022/11/20 1717 煤炭气化工艺煤炭气化工艺煤煤炭炭气气化化原原理理三、三、挥发分含量对气化的影响挥发分含量对气化的影响煤煤 炭炭性性质质的的影影响响 煤在加热时有机质部分裂解、聚合、缩聚，低分子部分呈气态煤在加热时有机质部分裂解、聚合、缩聚，低分子部分呈气态逸出，水分也随着蒸发，矿物质中的碳酸

25、盐分解，逸出二氧化碳等。逸出，水分也随着蒸发，矿物质中的碳酸盐分解，逸出二氧化碳等。除去水分的部分即为挥发分产率。随着变质程度的增高，煤的挥发分除去水分的部分即为挥发分产率。随着变质程度的增高，煤的挥发分逐渐降低。此外，年轻煤的挥发分产率高，年老煤的低。逐渐降低。此外，年轻煤的挥发分产率高，年老煤的低。当煤气用做燃料时，要求甲烷含量高、热值大，选用挥发分较当煤气用做燃料时，要求甲烷含量高、热值大，选用挥发分较高的煤做原料；当煤气用做工业生产的合成气时，一般要求使用低挥高的煤做原料；当煤气用做工业生产的合成气时，一般要求使用低挥发分、低硫的无烟煤、半焦或焦炭，因为变质程度浅发分、低硫的无烟煤、半

26、焦或焦炭，因为变质程度浅(年轻年轻)的煤种，的煤种，生产的煤气中焦油产率高，容易堵塞管道和阀门，给焦油分离带来一生产的煤气中焦油产率高，容易堵塞管道和阀门，给焦油分离带来一定的困难，同时也增加含氰废水的处理量。定的困难，同时也增加含氰废水的处理量。四、气化用煤四、气化用煤-煤质对气化的影响煤质对气化的影响 2022/11/202022/11/20 1818 煤炭气化工艺煤炭气化工艺煤煤炭炭气气化化原原理理四、四、硫分含量对气化的影响硫分含量对气化的影响煤煤 炭炭性性质质的的影影响响 煤中的硫以有机硫和无机硫的形式存在。煤在气化时，其中煤中的硫以有机硫和无机硫的形式存在。煤在气化时，其中8080

27、85%85%的硫以的硫以H H2 2S S和和CSCS2 2的形式进入煤气当中，不仅污染环境，而且会影的形式进入煤气当中，不仅污染环境，而且会影响后段工序的运行，如造成催化剂中毒，加重脱硫的负担等。所以，响后段工序的运行，如造成催化剂中毒，加重脱硫的负担等。所以，气化用燃料中硫含量应是越低越好气化用燃料中硫含量应是越低越好。五、五、粒度对气化的影响粒度对气化的影响 煤的粒度不同，将直接影响到气化炉的运行负荷、煤气和焦油的煤的粒度不同，将直接影响到气化炉的运行负荷、煤气和焦油的产率以及气化时的各项消耗指标。产率以及气化时的各项消耗指标。1.1.粒度大小与比表面间的关系：煤的粒径越小，比表面积越大

28、。粒度大小与比表面间的关系：煤的粒径越小，比表面积越大。四、气化用煤四、气化用煤-煤质对气化的影响煤质对气化的影响 2022/11/202022/11/20 1919 煤炭气化工艺煤炭气化工艺煤煤炭炭气气化化原原理理五、五、粒度对气化的影响粒度对气化的影响煤煤 炭炭性性质质的的影影响响 2.2.粒度大小与传热的关系：粒度越大，传热越慢，煤粒内外粒度大小与传热的关系：粒度越大，传热越慢，煤粒内外温差越大，粒内焦油蒸气的扩散和停留时间增加，焦油的热分解加剧。温差越大，粒内焦油蒸气的扩散和停留时间增加，焦油的热分解加剧。3.3.粒度与生产能力的关系：煤的粒度太小，当气化速度较大粒度与生产能力的关系：

29、煤的粒度太小，当气化速度较大时，小颗粒的煤有可能被带出气化炉外，从而使炉子的气化效率下降。时，小颗粒的煤有可能被带出气化炉外，从而使炉子的气化效率下降。气化炉内某一粒径的颗粒被带出气化炉的条件是气化炉内某一粒径的颗粒被带出气化炉的条件是:气化炉内上部空间气化炉内上部空间气体的实际气流速度大于颗粒的沉降速度。气体的实际气流速度大于颗粒的沉降速度。4.4.粒度的大小对各项气化指标的影响：煤的粒度减小，相应粒度的大小对各项气化指标的影响：煤的粒度减小，相应的氧气和水蒸气消耗将增大。的氧气和水蒸气消耗将增大。四、气化用煤四、气化用煤-煤质对气化的影响煤质对气化的影响 2022/11/202022/11

30、/20 2020 煤炭气化工艺煤炭气化工艺煤煤炭炭气气化化原原理理六、六、燃料的灰熔点和结渣性对气化的影响燃料的灰熔点和结渣性对气化的影响煤煤 炭炭性性质质的的影影响响 煤炭气化时的灰熔点有两方面的含义，一是气化炉正常操作时，煤炭气化时的灰熔点有两方面的含义，一是气化炉正常操作时，不致使灰熔融而影响正常生产的最高温度，另一个是采用液态排渣的气不致使灰熔融而影响正常生产的最高温度，另一个是采用液态排渣的气化炉所必须超过的最低温度。灰熔点越高，灰分越难结渣，相反，则灰化炉所必须超过的最低温度。灰熔点越高，灰分越难结渣，相反，则灰熔点越低，灰分越易结渣。熔点越低，灰分越易结渣。在气化炉的氧化层，由于

31、温度较高，灰分可能熔融成黏稠性物质在气化炉的氧化层，由于温度较高，灰分可能熔融成黏稠性物质并结成大块，这就是结渣性。其危害性有下面几点：并结成大块，这就是结渣性。其危害性有下面几点：影响气化剂的均匀分布，增加排灰的困难。影响气化剂的均匀分布，增加排灰的困难。为防止结渣采用较低的操作温度而影响了煤气的质量和产量。为防止结渣采用较低的操作温度而影响了煤气的质量和产量。气化炉的内壁由于结渣而缩短了寿命。气化炉的内壁由于结渣而缩短了寿命。四、气化用煤四、气化用煤-煤质对气化的影响煤质对气化的影响 2022/11/202022/11/20 2121 煤炭气化工艺煤炭气化工艺煤煤炭炭气气化化原原理理七、七

32、、其他性质对气化的影响其他性质对气化的影响煤煤 炭炭性性质质的的影影响响 1 1、煤的黏结性对气化的影响、煤的黏结性对气化的影响 黏结性煤在气化时，使料层的透气性变差，阻碍气体流动，出现黏结性煤在气化时，使料层的透气性变差，阻碍气体流动，出现炉内崩料或架桥现象，使煤料不易往下移动，导致操作恶化。炉内崩料或架桥现象，使煤料不易往下移动，导致操作恶化。2.2.煤的反应性对气化的影响煤的反应性对气化的影响 燃料的反应性主要影响气化过程的起始反应温度，反应性越高，燃料的反应性主要影响气化过程的起始反应温度，反应性越高，则发生反应的起始温度越低，则气化温度就低，这有利于甲烷的生成反则发生反应的起始温度越

33、低，则气化温度就低，这有利于甲烷的生成反应，从而降低了氧气的耗量。当使用具有相同的灰熔点而活性较高的原应，从而降低了氧气的耗量。当使用具有相同的灰熔点而活性较高的原料时，由于气化反应可在较低的温度下进行，容易避免结渣现象。料时，由于气化反应可在较低的温度下进行，容易避免结渣现象。3.3.煤的机械强度和热稳定性对气化的影响煤的机械强度和热稳定性对气化的影响 燃料的机械强度是指抗碎、抗磨和抗压等性能的综合体现。机械燃料的机械强度是指抗碎、抗磨和抗压等性能的综合体现。机械强度差的煤在进入气化炉后，粉状燃料的颗粒容易堵塞气道，造成炉内强度差的煤在进入气化炉后，粉状燃料的颗粒容易堵塞气道，造成炉内气流分

34、布不均，严重影响气化效率。气流分布不均，严重影响气化效率。煤的热稳定性是指煤在加热时，是否容易碎裂的性质。热稳定性煤的热稳定性是指煤在加热时，是否容易碎裂的性质。热稳定性差的煤在气化时，伴随气化温度的升高，煤易碎裂成煤末和细粒，对移差的煤在气化时，伴随气化温度的升高，煤易碎裂成煤末和细粒，对移动床内的气流均匀分布和正常流动造成严重的影响。动床内的气流均匀分布和正常流动造成严重的影响。四、气化用煤四、气化用煤-煤质对气化的影响煤质对气化的影响 2022/11/202022/11/20 2222 煤炭气化工艺煤炭气化工艺煤煤炭炭气气化化原原理理1.1.煤中的水分存在形式有煤中的水分存在形式有 、和

35、和 ，从泥炭、褐煤、烟煤到，从泥炭、褐煤、烟煤到年轻无烟煤，水分逐渐年轻无烟煤，水分逐渐 。2.2.根据气化用煤的主要特征，气化用煤大致可分为哪几类？根据气化用煤的主要特征，气化用煤大致可分为哪几类？3.3.煤炭气化过程结渣的危害有哪些？煤炭气化过程结渣的危害有哪些？4.4.煤炭气化时的灰熔点的两方面的含义？煤炭气化时的灰熔点的两方面的含义？练习题练习题 2022/11/202022/11/20 2323 煤炭气化工艺煤炭气化工艺煤煤炭炭气气化化原原理理1.1.煤中的水分存在形式有煤中的水分存在形式有内在水分内在水分、外在水分外在水分和和结晶水结晶水，从泥，从泥炭、褐煤、烟煤到年轻无烟煤，水分

36、逐渐炭、褐煤、烟煤到年轻无烟煤，水分逐渐 减少减少 。2.2.根据气化用煤的主要特征，气化用煤大致可分为哪几类？根据气化用煤的主要特征，气化用煤大致可分为哪几类？根据气化用煤的主要特征，将气化用煤大致分为以下四类：根据气化用煤的主要特征，将气化用煤大致分为以下四类：第一类，气化时不黏结也不产生焦油，代表性原料有无烟煤、焦炭、半第一类，气化时不黏结也不产生焦油，代表性原料有无烟煤、焦炭、半 焦和贫煤。焦和贫煤。第二类，气化时黏结并产生焦油，代表性原料有弱黏结或不黏结烟煤。第二类，气化时黏结并产生焦油，代表性原料有弱黏结或不黏结烟煤。第三类，气化时不黏结但产生焦油，代表性原料有褐煤。第三类，气化时

37、不黏结但产生焦油，代表性原料有褐煤。第四类，以泥炭为代表性原料，气化时不黏结，能产生大量的甲烷。第四类，以泥炭为代表性原料，气化时不黏结，能产生大量的甲烷。练习题答案练习题答案 2022/11/202022/11/20 2424 煤炭气化工艺煤炭气化工艺煤煤炭炭气气化化原原理理3.3.煤炭气化过程结渣的危害有哪些？煤炭气化过程结渣的危害有哪些？在气化炉的氧化层，由于温度较高，灰分可能熔融成黏稠性物质并结在气化炉的氧化层，由于温度较高，灰分可能熔融成黏稠性物质并结成大块，这就是结渣性。其危害性有下面几点：成大块，这就是结渣性。其危害性有下面几点：影响气化剂的均匀分布，增加排灰的困难。影响气化剂的

38、均匀分布，增加排灰的困难。为防止结渣采用较低的操作温度而影响了煤气的质量和产量。为防止结渣采用较低的操作温度而影响了煤气的质量和产量。气化炉的内壁由于结渣而缩短了寿命。气化炉的内壁由于结渣而缩短了寿命。4.4.煤炭气化时的灰熔点的两方面的含义？煤炭气化时的灰熔点的两方面的含义？煤炭气化时的灰熔点有两方面的含义，一是气化炉正常操作时，不致煤炭气化时的灰熔点有两方面的含义，一是气化炉正常操作时，不致使灰熔融而影响正常生产的最高温度，另一个是采用液态排渣的气化炉所使灰熔融而影响正常生产的最高温度，另一个是采用液态排渣的气化炉所必须超过的最低温度。灰熔点越高，灰分越难结渣，相反，则灰熔点越低，必须超过

39、的最低温度。灰熔点越高，灰分越难结渣，相反，则灰熔点越低，灰分越易结渣。灰分越易结渣。练习题答案练习题答案 2022/11/202022/11/20 2525 煤炭气化工艺煤炭气化工艺五、气化工艺及气化炉五、气化工艺及气化炉 原原 料：料：固体燃料（无烟煤、焦炭等）固体燃料（无烟煤、焦炭等）气化剂：气化剂：空气、水蒸气空气、水蒸气 设设 备：备：气化炉气化炉 压压 力：力：常压常压 温温 度：度：高温高温 任任 务：务：制合格的水煤气制合格的水煤气 生生产产特特点点：气气化化剂剂和和水水蒸蒸气气交交替替与与碳碳反反应应，燃燃料料层层的的温温度度随随着着空空气气的的加加入入而而逐逐渐渐升升高高，

40、随随着着水水蒸蒸气气的的加加入入而而逐逐渐渐减减低低，呈呈周周期性变化。生成煤气的组成和数量也呈周期性变化。期性变化。生成煤气的组成和数量也呈周期性变化。一、一、固定床间歇制气工艺固定床间歇制气工艺 2022/11/202022/11/20 2626 煤炭气化工艺煤炭气化工艺（一）化学反应（一）化学反应 以空气为气化剂，碳与氧之间发生的独立化学反应以空气为气化剂，碳与氧之间发生的独立化学反应：以水蒸气为气化剂，碳与水蒸气之间发生的化学反应：以水蒸气为气化剂，碳与水蒸气之间发生的化学反应：五、气化工艺及气化炉五、气化工艺及气化炉 2022/11/202022/11/20 2727 煤炭气化工艺煤

41、炭气化工艺三、固定床间歇法制水煤气方法三、固定床间歇法制水煤气方法 固定床间歇气化法是国内合成甲醇装置广泛采用的方法，大多固定床间歇气化法是国内合成甲醇装置广泛采用的方法，大多数合成氨联产甲醇的原料气也用固定床间歇气化法生产。数合成氨联产甲醇的原料气也用固定床间歇气化法生产。1、煤气炉内燃料层的分区、煤气炉内燃料层的分区 干燥区、干馏区、气化层（还原层，氧化层）灰渣层。见图干燥区、干馏区、气化层（还原层，氧化层）灰渣层。见图 2、水煤气生产的工作循环、水煤气生产的工作循环 一一个个工工作作循循环环：从从上上一一次次送送入入空空气气开开始始，到到下下一一次次再再送送入入空空气气止。止。循环周期：

42、一个工作循环所用的时间。循环周期：一个工作循环所用的时间。五、气化工艺及气化炉五、气化工艺及气化炉 2022/11/202022/11/20 2828 煤炭气化工艺煤炭气化工艺图图2-2 固定床煤气发生炉简图固定床煤气发生炉简图 2022/11/202022/11/20 2929 煤炭气化工艺煤炭气化工艺图图2-3 煤气炉内燃料层分区煤气炉内燃料层分区 2022/11/202022/11/20 3030 煤炭气化工艺煤炭气化工艺 每个工作循环分为六个阶段：每个工作循环分为六个阶段：吹风吹风、蒸汽吹净蒸汽吹净、一次蒸汽上一次蒸汽上吹吹、蒸汽下吹蒸汽下吹、二次蒸汽上吹二次蒸汽上吹与与蒸汽吹净蒸汽吹

43、净。吹风阶段：吹风阶段：提高炉温，蓄积热量，为气化反应提供条件提高炉温，蓄积热量，为气化反应提供条件。（。（25%30%）蒸汽吹净阶段：蒸汽吹净阶段：将上阶段末期炉上残余的含氮高的吹风气赶出系统，降低水煤将上阶段末期炉上残余的含氮高的吹风气赶出系统，降低水煤 气中氮气含量，提高有效气体质量气中氮气含量，提高有效气体质量。（1%）蒸汽一次上吹制气阶段：蒸汽一次上吹制气阶段：制取高质量的水煤气制取高质量的水煤气。（25%）蒸汽下吹制气阶段：蒸汽下吹制气阶段：制取水煤气，稳定气化层，减少热损失制取水煤气，稳定气化层，减少热损失。（。（40%）蒸汽二次上吹制气阶段：蒸汽二次上吹制气阶段：置换炉底水煤气

44、，避免空气与煤气在炉内接触而爆置换炉底水煤气，避免空气与煤气在炉内接触而爆 炸，为下一步吹风做准备，同时生产一定的水煤气炸，为下一步吹风做准备，同时生产一定的水煤气。（。（7 10%）空气吹净阶段：空气吹净阶段：回收炉顶残余的水煤气，提高炉温回收炉顶残余的水煤气，提高炉温。（。（1%2%）2022/11/202022/11/20 3131 煤炭气化工艺煤炭气化工艺图24 固定床煤气发生炉的工艺流程 2022/11/202022/11/20 3232 煤炭气化工艺煤炭气化工艺 氧气氧气水蒸气连续气化法水蒸气连续气化法 氧氧气气-水水蒸蒸气气连连续续气气化化法法可可很很有有效效的的降降低低氮氮气气

45、含含量量，大大大大提提高高有有效效气气体体成成分分，从从而而提提高高经经济济效效益益。另另外外，若若气气化化剂剂用用氧氧气气生生产产水水煤煤气气，则则可可减少吹风气放空造成的环境污染，符合环保的政策要求。减少吹风气放空造成的环境污染，符合环保的政策要求。1 1、固定床加压气化法（鲁奇加压煤气化）、固定床加压气化法（鲁奇加压煤气化）气化的原理及生产工艺气化的原理及生产工艺 鲁鲁奇奇加加压压煤煤气气化化工工艺艺采采用用德德国国鲁鲁奇奇公公司司的的MARK-IVMARK-IV型型移移动动床床加加压压气气化炉。有供开、停车用的公用的冷、热火炬系统和煤锁、气柜系统。化炉。有供开、停车用的公用的冷、热火炬

46、系统和煤锁、气柜系统。2022/11/202022/11/20 3333 煤炭气化工艺煤炭气化工艺 鲁鲁奇奇气气化化炉炉为为立立式式圆圆筒筒形形构构造造，是是加加压压气气化化炉炉，主主要要壳壳体体部部分分为为双双层层水水夹夹套套。将将锅锅炉炉给给水水注注入入水水夹夹套套来来回回收收，从从气气化化炉炉散散发发的的热热量量产产生生中中压压蒸蒸汽汽，作作为为气化剂的一部分返回气化炉系统。气化剂的一部分返回气化炉系统。炉炉顶顶装装有有供供加加煤煤用用的的煤煤锁锁，以以便便向向炉炉中中加加入入筛筛分分后后的的煤煤，由由动动力力装装置置驱驱动动布布煤器把加入的煤均匀分布在煤床上。煤器把加入的煤均匀分布在煤

47、床上。气气化化炉炉的的底底部部装装有有由由动动力力装装置置驱驱动动的的炉炉箅箅及及灰灰刮刮刀刀，用用来来排排出出产产生生的的灰灰渣渣。灰灰渣渣落落入入灰灰锁锁内内，灰灰锁锁是是气气化化炉炉的的组组成成部分。部分。从从气气化化炉炉底底部部引引入入蒸蒸汽汽和和氧氧气气，与与煤煤进进行行气气化化反反应应，通通过过旋旋转转的的炉炉箅箅把把蒸蒸汽汽和和氧氧气气分分布布到到煤煤床床内内。炉炉箅箅支支撑撑着着煤煤床床，并并连连续续旋旋转转以以保保证证均均匀匀不不断断地地排排出出产产生生的灰渣。的灰渣。Lurgi式加压气化炉式加压气化炉 2022/11/202022/11/20 3434 煤炭气化工艺煤炭气化

48、工艺 随着蒸汽和氧气的向上流动，煤床内可以表征为五个不同的区段，从随着蒸汽和氧气的向上流动，煤床内可以表征为五个不同的区段，从底部向上到顶部，分别是灰渣层、第一反应层底部向上到顶部，分别是灰渣层、第一反应层(碳的燃烧层，供应气化碳的燃烧层，供应气化所需的热量所需的热量)、第二反应层、干馏层、第二反应层、干馏层(脱除挥发分脱除挥发分)和干燥层。当煤通过和干燥层。当煤通过床层下降时，煤中的一些挥发分首先被脱除，然后剩余的碳被气化并烧床层下降时，煤中的一些挥发分首先被脱除，然后剩余的碳被气化并烧掉。从气化炉底部把灰渣排至灰锁内，接着外送处置。掉。从气化炉底部把灰渣排至灰锁内，接着外送处置。气化炉生成

49、的粗煤气从炉顶离去。气化炉生成的粗煤气从炉顶离去。（1 1）灰层：最底部。）灰层：最底部。（2 2）第一反应层）第一反应层(燃烧层燃烧层)第一反应层由底层正在燃烧着的炭组成。这一层为紧接着上面的第二第一反应层由底层正在燃烧着的炭组成。这一层为紧接着上面的第二反应层提供热量和二氧化碳。其中的主要反应是碳和氧气的放热反应：反应层提供热量和二氧化碳。其中的主要反应是碳和氧气的放热反应：C+OC+O2 2=CO=CO2 2 2C+O 2C+O2 2=2CO=2CO 2022/11/202022/11/20 3535 煤炭气化工艺煤炭气化工艺（3 3）第二反应层（气化层）第二反应层（气化层）炭炭(刚脱除

50、挥发分的煤刚脱除挥发分的煤)同蒸汽和热的燃烧产物相接触。主反应物是炭同蒸汽和热的燃烧产物相接触。主反应物是炭同水蒸气、同水蒸气、COCO2 2相结合而生成的相结合而生成的COCO和和H H2 2的吸热反应。高温有利于生成的吸热反应。高温有利于生成COCO和和H H2 2，而较低温度则有利于生成，而较低温度则有利于生成COCO2 2和和CHCH4 4。（4 4）干馏层（脱挥发分区）干馏层（脱挥发分区）当煤进一步被加热时，在低于当煤进一步被加热时，在低于200200的温度下，煤中吸附的的温度下，煤中吸附的COCO2 2和和CHCH4 4被驱出。在被驱出。在200200以上时才开始煤本身的热分解，同