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1、项目二项目二项目二项目二 煤气化过程煤气化过程煤气化过程煤气化过程煤气化工艺及设备煤气化工艺及设备2023/1/91化学工业出版社化学工业出版社项目二项目二煤气化过程煤气化过程任务任务任务任务11熟知煤气化原理熟知煤气化原理熟知煤气化原理熟知煤气化原理任务任务任务任务22煤气化工艺条件煤气化工艺条件煤气化工艺条件煤气化工艺条件任务任务任务任务33 煤气化工艺路线选择煤气化工艺路线选择煤气化工艺路线选择煤气化工艺路线选择2023/1/92化学工业出版社1.能查找相关资料，了解煤气化的过程、主要反应以及化学平衡。能查找相关资料，了解煤气化的过程、主要反应以及化学平衡。2.会描述煤的性质对气化的影响
2、，了解煤气化过程的主要评价指会描述煤的性质对气化的影响，了解煤气化过程的主要评价指标。标。3.会描述移动床、流化床以及气化床气化工艺。会描述移动床、流化床以及气化床气化工艺。4.能与他人合作，进行有效沟通交流。能与他人合作，进行有效沟通交流。5.能主动获取有效信息，展示工作成果，对学习工作进行总结和反思。能主动获取有效信息，展示工作成果，对学习工作进行总结和反思。6.能运用网络、教材、参考书等渠道，查找煤气化的知识。能运用网络、教材、参考书等渠道，查找煤气化的知识。2023/1/93化学工业出版社学习目标学习目标任务任务1 1 熟知煤气化原理熟知煤气化原理 分任务1 描述煤气化的过程2023/
3、1/94化学工业出版社 你知道煤的分子结构吗？你知道煤的分子结构吗？2023/1/95化学工业出版社情境引入情境引入图图2-1煤的结构示意图煤的结构示意图 图图2.22.2简要说明了煤的用途，你能再举例说明吗？简要说明了煤的用途，你能再举例说明吗？2023/1/96化学工业出版社情境引入情境引入图图2-2煤的加工方式简图煤的加工方式简图煤的气化是最有应用前景的技术之一煤的气化是最有应用前景的技术之一分任务分任务1 1 描述煤气化的过程描述煤气化的过程概念：煤炭气化是煤炭在特定的设备内、一定温度及压力概念：煤炭气化是煤炭在特定的设备内、一定温度及压力下，有机质与气化剂发生一系列化学反应，将固体煤
4、转化下，有机质与气化剂发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有为含有CO、H2、CH4等可燃气体和等可燃气体和CO2、N2等非可燃气等非可燃气体的过程。体的过程。气化条件：气化炉、气化剂、供给热量气化条件：气化炉、气化剂、供给热量（三者缺一不可）（三者缺一不可）气化产品：气化产品：CO、H2、CH4图图2-3煤气化过程示意图煤气化过程示意图O2、H2O、H2，根据产热，根据产热方式和煤气用途选择性供方式和煤气用途选择性供入（入（H2很少用）很少用）一、煤的干燥一、煤的干燥煤的干燥是水分从微孔中蒸发的过程。煤的干燥是水分从微孔中蒸发的过程。增加干燥速率方法：增加干燥速率方法：增加气体流速，提高气体
5、温度。增加气体流速，提高气体温度。干燥除去：水蒸气、吸附的少量的干燥除去：水蒸气、吸附的少量的CO2和和CO等。等。我国干燥煤炭用的干燥机主要：回转滚筒式干燥机、洒落我国干燥煤炭用的干燥机主要：回转滚筒式干燥机、洒落式干燥机、沸腾床层干燥机。回转滚筒式干燥机是应用最式干燥机、沸腾床层干燥机。回转滚筒式干燥机是应用最多的一种干燥机多的一种干燥机二、煤的热解二、煤的热解就固定床（移动床）来说，基本接近于低温干馏（就固定床（移动床）来说，基本接近于低温干馏（500600)。从还原层上来的气体基本不含。从还原层上来的气体基本不含O2，而且温度较高，而且温度较高，可以视为隔绝空气加热即干馏。可以视为隔绝
6、空气加热即干馏。而对于流化床（沸腾床）和气流床气化工艺，由于不存在而对于流化床（沸腾床）和气流床气化工艺，由于不存在移动床的分层问题，因而情况稍微复杂，尤其对气流床来移动床的分层问题，因而情况稍微复杂，尤其对气流床来讲，煤的几个主要变化过程几乎是瞬间同时进行。讲，煤的几个主要变化过程几乎是瞬间同时进行。煤的加热分解不仅与煤的品位有关系，还与煤的颗粒粒径、煤的加热分解不仅与煤的品位有关系，还与煤的颗粒粒径、加热速率、分解温度、压力和周围气体介质有关系。加热速率、分解温度、压力和周围气体介质有关系。三、煤的反应三、煤的反应主要反应：燃烧和还原反应（包括碳和主要反应：燃烧和还原反应（包括碳和CO2的
7、反应，以及的反应，以及水蒸气和碳之间的反应是制气的主要反应）。水蒸气和碳之间的反应是制气的主要反应）。煤的燃烧反应，通过燃烧一部分来维持气化工艺煤的燃烧反应，通过燃烧一部分来维持气化工艺过程中的过程中的热量平衡。热量平衡。不论采用哪一种具体的气化工艺，产生的热量基本上都消不论采用哪一种具体的气化工艺，产生的热量基本上都消耗在如下几个方面：耗在如下几个方面：（1）灰渣带出的热量；）灰渣带出的热量；（2）水蒸气和炭的反应需要的热量；）水蒸气和炭的反应需要的热量；（3）煤气带走的热量；）煤气带走的热量；（4）传给水夹套和周围环境的热量。）传给水夹套和周围环境的热量。能力训练能力训练请运用网络、教材、
8、参考书等渠道查阅请运用网络、教材、参考书等渠道查阅：1、了解气化与燃烧的区别、了解气化与干馏的区别。了解气化与燃烧的区别、了解气化与干馏的区别。2、简述煤炭气化应用的主要领域有哪些？、简述煤炭气化应用的主要领域有哪些？2023/1/912化学工业出版社任务任务1 1 熟知煤气化原理熟知煤气化原理 分任务2 煤气化的主要反应2023/1/913化学工业出版社 煤气化的过程中主要发生哪些反应？煤气化的过程中主要发生哪些反应？2023/1/914化学工业出版社情境引入情境引入一、基本化学反应一、基本化学反应煤气化总反应式煤气化总反应式CnHm+(n/2)O2nCO+(m/2)H2（2-1）（CnHm
9、表示煤的简化分子式）表示煤的简化分子式）1.碳和氧间的反应（碳和氧间的反应（以空气为气化剂）以空气为气化剂）其中碳与其中碳与CO2的反应式称为的反应式称为CO2还原反应，是较强的还原反应，是较强的吸热反应，需在高温条件下才能进行反应。吸热反应，需在高温条件下才能进行反应。一、基本化学反应一、基本化学反应2.碳与水蒸气的反应碳与水蒸气的反应水煤气反应水煤气反应反应生成的反应生成的CO可进一步和水蒸气发生如下反应可进一步和水蒸气发生如下反应CO变换反应变换反应也称为均相水煤气反应或水煤气平衡反应。也称为均相水煤气反应或水煤气平衡反应。现代大型合成氨厂和煤气厂制氢装置均设有变换工序，现代大型合成氨厂
10、和煤气厂制氢装置均设有变换工序，普遍采用宽温耐硫催化剂（钴钼催化剂），使用专有技术普遍采用宽温耐硫催化剂（钴钼催化剂），使用专有技术名词名词“变换反应变换反应”。一、基本化学反应一、基本化学反应3.甲烷（甲烷（CH4）的生成）的生成煤气中的煤气中的CH4，一部分来自煤中挥发物的热分解，另一部，一部分来自煤中挥发物的热分解，另一部分则是气化炉内的碳与分则是气化炉内的碳与H2反应以及气体产物之间反应的结反应以及气体产物之间反应的结果。果。上述生成上述生成CH4的反应均为放热反应。的反应均为放热反应。二、煤中少量元素的反应二、煤中少量元素的反应煤气化时发生的硫（煤气化时发生的硫（S）基本反应）基本反
11、应：煤气化时发生的氮（煤气化时发生的氮（N）基本反应）基本反应：三、自热式煤的水蒸气气化三、自热式煤的水蒸气气化气化剂：空气或气化剂：空气或O2、水蒸气、水蒸气主要反应：主要反应：C+O2CO2+Q（2-2）煤气主要可燃成分：煤气主要可燃成分：CO、H2特点：无外界供热（煤与水蒸气反应进行吸热反应所耗热特点：无外界供热（煤与水蒸气反应进行吸热反应所耗热量是由煤与量是由煤与O2进行的放热反应所提供的），所需工业氧价进行的放热反应所提供的），所需工业氧价格较贵，煤气中格较贵，煤气中CO2含量高，如图含量高，如图2-5所示。所示。图图2-5 2-5 自热式煤的水蒸气气化自热式煤的水蒸气气化四、外热式
12、煤的水蒸气气化四、外热式煤的水蒸气气化气化剂：水蒸气气化剂：水蒸气主要反应：主要反应：C+H2O（g）CO+H2Q（2-6）煤气主要可燃成分：煤气主要可燃成分：CO、H2特点：气化炉外部供热（煤仅与水蒸气反应），气化炉传特点：气化炉外部供热（煤仅与水蒸气反应），气化炉传热差，不经济。外热式煤的水蒸气过程如图热差，不经济。外热式煤的水蒸气过程如图2-6所示。所示。图图2-6外热式煤的水蒸气气化外热式煤的水蒸气气化五、煤的加氢气化五、煤的加氢气化气化剂：气化剂：H2主要反应：主要反应：C+2H2CH4+Q（2-9）煤气主要可燃成分：煤气主要可燃成分：CH4特点：煤气主要由特点：煤气主要由CH4组成
13、（代用天然气），产生残焦，组成（代用天然气），产生残焦，煤与煤与H2加压生成加压生成CH4的反应性比煤与水蒸气的反应性小，的反应性比煤与水蒸气的反应性小，煤的加氢气化过程如图煤的加氢气化过程如图2-7所示。所示。图图2-7煤的加氢气化煤的加氢气化六、煤的水蒸气气化和加氢气化相结合制造代用天然气六、煤的水蒸气气化和加氢气化相结合制造代用天然气气化剂：气化剂：O2；水蒸气；水蒸气主要反应：主要反应：加氢阶段加氢阶段水蒸气气化阶段水蒸气气化阶段煤气主要可燃成分：煤气主要可燃成分：CH4特点：特点：进行加氢气化，产生残焦再与水蒸气反应，产生加氢进行加氢气化，产生残焦再与水蒸气反应，产生加氢阶段用阶段用
14、H2。煤的水蒸气气化和加氢气化相结合的气化过程。煤的水蒸气气化和加氢气化相结合的气化过程如图如图2-8所示所示图图2-8煤的水蒸气气化和加氢气化相结合煤的水蒸气气化和加氢气化相结合七、煤的水蒸气气化和甲烷化相结合制造代用天然气七、煤的水蒸气气化和甲烷化相结合制造代用天然气气化剂：气化剂：O2；水蒸气；水蒸气主要反应：主要反应：水蒸气气化阶段水蒸气气化阶段甲烷化反应甲烷化反应煤气主要可燃成分：煤气主要可燃成分：CH4七、煤的水蒸气气化和甲烷化相结合制造代用天然气七、煤的水蒸气气化和甲烷化相结合制造代用天然气图图2-9煤的水蒸气气化和甲烷化相结合制造代用天然气煤的水蒸气气化和甲烷化相结合制造代用天
15、然气特点：特点：首先由气化反应产生以首先由气化反应产生以CO和和H2为主的合成气，然为主的合成气，然后合成气在催化剂的作用下后合成气在催化剂的作用下“甲烷化甲烷化”生成生成CH4。其气化。其气化过程如图过程如图2-9所示。所示。能力训练能力训练请运用网络、教材、参考书等渠道查阅请运用网络、教材、参考书等渠道查阅：1、煤气化过程中主要放热反应，主要吸热反应有哪些？、煤气化过程中主要放热反应，主要吸热反应有哪些？2023/1/926化学工业出版社任务任务1 1 熟知煤气化原理熟知煤气化原理 分任务3 煤炭气化的化学平衡2023/1/927化学工业出版社 煤气化反应属于哪类反应类型，存在哪些化学平衡
16、？煤气化反应属于哪类反应类型，存在哪些化学平衡？2023/1/928化学工业出版社情境引入情境引入一、气固相反应概述一、气固相反应概述1、基本概念：、基本概念：在气化炉内，物质以两种相态存在：在气化炉内，物质以两种相态存在：一是气相即空气、一是气相即空气、O2、水蒸气和气化时形成的煤气；、水蒸气和气化时形成的煤气；二是固相即燃料和燃料气化后形成的固体如灰渣等。二是固相即燃料和燃料气化后形成的固体如灰渣等。工业上把这种反应称工业上把这种反应称气固相反应气固相反应，包括均相反应与非均相，包括均相反应与非均相反应。反应。均相反应指气相中的反应，如均相反应指气相中的反应，如CO与水蒸气的反应等。与水蒸
17、气的反应等。非均相反应指气固相的反应，如碳的燃烧反应、水蒸气与非均相反应指气固相的反应，如碳的燃烧反应、水蒸气与炽热的碳之间的反应等。炽热的碳之间的反应等。一、气固相反应概述一、气固相反应概述图图2-10气固相反应示意图气固相反应示意图2、气固相反应的反应步、气固相反应的反应步骤如图骤如图2-10所示。所示。（1）气化剂向燃料颗粒）气化剂向燃料颗粒表面的外扩散过程；表面的外扩散过程；（2）气化剂被燃料颗粒）气化剂被燃料颗粒的表面吸附；的表面吸附；（3）吸附的气化剂和燃）吸附的气化剂和燃料颗粒表面上的碳进行表料颗粒表面上的碳进行表面化学反应；面化学反应；（4）生成的产物分子从）生成的产物分子从颗
18、粒表面脱附下来；颗粒表面脱附下来；（5）产物分子从颗粒的）产物分子从颗粒的表面通过气膜扩散到气流表面通过气膜扩散到气流主体。主体。二、煤气化的化学平衡二、煤气化的化学平衡1.气化平衡状态气化平衡状态在工业气化操作条件下，除水煤气变换反应外，其他的气在工业气化操作条件下，除水煤气变换反应外，其他的气化反应很难达到平衡状态，有的甚至离平衡状态还相当远。化反应很难达到平衡状态，有的甚至离平衡状态还相当远。通过对反应条件的控制，使反应朝着需要的方向进行。通过对反应条件的控制，使反应朝着需要的方向进行。2.一般化学平衡关系一般化学平衡关系反应的化学平衡常数反应的化学平衡常数（简称平衡常数（简称平衡常数K
19、）概念：在一定温）概念：在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡时，生成物浓度幂之积与度下，当一个可逆反应达到平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数。这个常数就是反应物浓度幂之积的比值是一个常数。这个常数就是。平衡常数平衡常数K是描述化学反应处于平衡状态时的一个特性数是描述化学反应处于平衡状态时的一个特性数据。据。K的数值越大，表示体系达到平衡之后，反应完成的的数值越大，表示体系达到平衡之后，反应完成的程度越大。程度越大。二、煤气化的化学平衡二、煤气化的化学平衡对于可逆反应：对于可逆反应：mAnBpCqD平衡常数的数学表达平衡常数的数学表达式：式：（其中（其中c为各组分的平衡浓
20、度，温度一定为各组分的平衡浓度，温度一定K为定值）为定值）在气体反应的场合，因为其浓度与其分压成比例，因此，在气体反应的场合，因为其浓度与其分压成比例，因此，可以用分压表示其平衡常数计算式：可以用分压表示其平衡常数计算式：aA（g）+bB（g）cC（g）+dD（g）二、煤气化的化学平衡二、煤气化的化学平衡3.平衡常数平衡常数K的意义的意义uK105时，该反应进行得基本完全时，该反应进行得基本完全uK10-5时则认为该反应很难进行（逆反应较完全）。时则认为该反应很难进行（逆反应较完全）。注意注意：（：（1）K的常数性质仅适用于理想气体的化学反应。的常数性质仅适用于理想气体的化学反应。（2）K的大
21、小决定于反应的本性和温度，与总压以及的大小决定于反应的本性和温度，与总压以及各物质的平衡分压无关。各物质的平衡分压无关。（3）K的值与反应方程式的写法有关，某些情况下的值与反应方程式的写法有关，某些情况下K值还与所用压强的单位有关。值还与所用压强的单位有关。二、煤气化的化学平衡二、煤气化的化学平衡图图2-11C+CO22CO反应平衡常数曲线反应平衡常数曲线以以C+CO22CO173.3kJ/mol为例表示反应平衡，为例表示反应平衡，如图如图2-11所示。所示。二、煤气化的化学平衡二、煤气化的化学平衡4.温度对化学平衡的影响温度对化学平衡的影响（1）对于气化反应式）对于气化反应式两反应过程均为吸
22、热反应，升高温度对制气的主反应有利。两反应过程均为吸热反应，升高温度对制气的主反应有利。温度温度/450650700750800850900950CO2/%97.8 60.2 41.3 24.1 12.45.92.91.2CO/%2.239.8 58.7 75.9 87.6 94.1 97.7 98.8表表2-1C和和CO2反应的平衡表反应的平衡表二、煤气化的化学平衡二、煤气化的化学平衡从表从表2-1与图与图2-12可以看到，随着可以看到，随着温度变化，其还温度变化，其还原产物原产物CO的组的组成随着温度升高成随着温度升高而增加；温度越而增加；温度越高，高，CO平衡浓度平衡浓度越高。当温度升越
23、高。当温度升高到高到1000时，时，CO的平衡组成的平衡组成为为99.1%。图图2-12CO2与与CO反应平衡组成与温度的关系反应平衡组成与温度的关系二、煤气化的化学平衡二、煤气化的化学平衡（2）前面提到的可逆反应中，有很多是放热反应，温度过）前面提到的可逆反应中，有很多是放热反应，温度过高对反应不利。高对反应不利。5.压力对化学平衡的影响压力对化学平衡的影响（1）体积）体积增大增大的反应，增加压力，不利于反应进行。的反应，增加压力，不利于反应进行。（2）反应）反应应减压下进行应减压下进行上述反应是缩小体积的反应，加压有利于上述反应是缩小体积的反应，加压有利于CH4生成，而生成，而CH4生成反
24、应为放热反应，其反应热可作为吸热反应热源，生成反应为放热反应，其反应热可作为吸热反应热源，从而减少碳燃烧中氧的消耗。从而减少碳燃烧中氧的消耗。二、煤气化的化学平衡二、煤气化的化学平衡（3）物料组成与气化压力的关系）物料组成与气化压力的关系压力增大时，平衡总向体积减小的方向移动，如图压力增大时，平衡总向体积减小的方向移动，如图2-13所示。所示。当反应式（当反应式（2-5）进行时，在相同温度下，随着压力的提高，）进行时，在相同温度下，随着压力的提高，平衡混合物中平衡混合物中CO迅速下降。即总压升高，不利于迅速下降。即总压升高，不利于CO2还原为还原为CO的反应。实际生产中以空气为气化剂时有的反应
25、。实际生产中以空气为气化剂时有N2和氩气的存在，和氩气的存在，降低了降低了CO和和CO2的分压，使平衡向生成的分压，使平衡向生成CO的方向移动。的方向移动。图图2-13CO与与CO2平衡混合平衡混合物组成与压力的关系物组成与压力的关系能力训练能力训练请运用网络、教材、参考书等渠道查阅请运用网络、教材、参考书等渠道查阅：1.简述煤气化的操作条件对气化的影响。简述煤气化的操作条件对气化的影响。2.简述几种工业煤气的组成，其用途主要有哪简述几种工业煤气的组成，其用途主要有哪?3.煤的气化过程发生的主要化学反应有哪些？写出其反应方煤的气化过程发生的主要化学反应有哪些？写出其反应方程式。程式。4.在气化
26、反应中，影响化学平衡的因素有哪些？在气化反应中，影响化学平衡的因素有哪些？2023/1/939化学工业出版社任务任务2 2 煤气化工艺条件煤气化工艺条件 分任务1 煤的性质对气化的影响 2023/1/940化学工业出版社 煤是由植物遗体经过漫长的生物化学作用和物理化学作用演煤是由植物遗体经过漫长的生物化学作用和物理化学作用演变而成的沉积有机岩，有的成煤物质是高等植物，有的是菌类、变而成的沉积有机岩，有的成煤物质是高等植物，有的是菌类、藻类等低等植物，而且成煤的年代和环境也不同，所以不同地区，藻类等低等植物，而且成煤的年代和环境也不同，所以不同地区，不同煤化程度的煤种对气化过程的影响也不同，在选
27、择气化用煤不同煤化程度的煤种对气化过程的影响也不同，在选择气化用煤的时候，主要考虑煤炭的哪些性质呢？对气化过程的影响又是怎的时候，主要考虑煤炭的哪些性质呢？对气化过程的影响又是怎样的呢？样的呢？2023/1/941化学工业出版社情境引入情境引入一、水分含量对气化的影响一、水分含量对气化的影响对于常压气化，气化用煤中水分含量过高，煤料未经充分对于常压气化，气化用煤中水分含量过高，煤料未经充分干燥就进入气化炉，会降低气化段的温度，使得干燥就进入气化炉，会降低气化段的温度，使得CH4的生的生成反应和成反应和CO2、水蒸气的还原反应显著减小，降低了煤气、水蒸气的还原反应显著减小，降低了煤气的产率和气化
28、效率。的产率和气化效率。加压气化对炉温的要求比常压气化炉低，允许进炉煤的水加压气化对炉温的要求比常压气化炉低，允许进炉煤的水分含量高些。分含量高些。u常压气化：若煤中水分高，煤化干燥，干馏不充分，到进常压气化：若煤中水分高，煤化干燥，干馏不充分，到进入气化阶段时，气化程度低，导致煤气产率低，气化效率入气化阶段时，气化程度低，导致煤气产率低，气化效率低。低。u低压气化：气化炉身高，干燥较充分，可用含水量高的煤，低压气化：气化炉身高，干燥较充分，可用含水量高的煤，往往此种煤挥发分较高，煤的活性好，气化速率快，煤气往往此种煤挥发分较高，煤的活性好，气化速率快，煤气质量好。质量好。二、灰分含量对气化的
29、影响二、灰分含量对气化的影响概念概念：灰分是煤在：灰分是煤在800的条件下完全燃烧后的残余物，的条件下完全燃烧后的残余物，即煤中矿物质含量。即煤中矿物质含量。灰分组成为硅、铝、铁、镁、钾、钙、硫、磷等元素和以灰分组成为硅、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。碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐和硫化物等形式的盐类。灰分的存在，对气化的影响主要有。灰分的存在，对气化的影响主要有。（1）增加运输的费用；）增加运输的费用；（2）降低气化效率；）降低气化效率；（3）增加炉渣的排出量；）增加炉渣的排出量；（4）增加随炉渣排出的碳损耗量；）增加随炉渣排出的碳损耗量；（5）增加
30、气化的各项消耗指标（如氧气、水蒸气和煤的消）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。耗指标），而净煤气的产率下降。能力训练能力训练请运用网络、教材、参考书等渠道查阅请运用网络、教材、参考书等渠道查阅：灰分是煤炭气化后的残渣，主要成分是多种金属和非金属灰分是煤炭气化后的残渣，主要成分是多种金属和非金属氧化物，通常以氧化物，通常以SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等形式存在，如果灰分的组成发生改变，灰熔等形式存在，如果灰分的组成发生改变，灰熔点也会发生改变。通过查阅资料的形式，查一查哪些组分点也会发生改变。通过查阅资料的形式，查一
31、查哪些组分含量增加，灰熔点升高？哪些组分含量升高，灰熔点降低含量增加，灰熔点升高？哪些组分含量升高，灰熔点降低？三、挥发分含量对气化的影响三、挥发分含量对气化的影响煤在加热时有机质部分裂解、聚合、缩聚，低分子部分呈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，矿物质中的碳酸盐分解，逸气态逸出，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，煤的挥发分逐渐降低。质程度的增高，煤的挥发分逐渐降低。当煤气用做燃料时，要求甲烷含量高、热值大，选用挥发当煤气用做燃料时，
32、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，要分较高的煤做原料。当煤气用做工业生产的合成气时，要求使用低挥发分、低硫的无烟煤、半焦或焦炭。求使用低挥发分、低硫的无烟煤、半焦或焦炭。四、硫分含量对气化的影响四、硫分含量对气化的影响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、粒度对气化的影响五、粒度对气化的影响（1）粒度大小与比表面间的关系：煤的粒径越小比表面）粒度大小与比表面间的关系：煤的粒径越小比表面积越大。积越大。（2）粒度大小与传热的关系：粒度越大传热越慢。）粒度大小与传热的关系：粒度越大传热越慢。（3）粒度与生产能力的关系：煤的
33、粒度太小，炉子的气）粒度与生产能力的关系：煤的粒度太小，炉子的气化效率下降。化效率下降。（4）粒度的大小对各项气化指标的影响：煤的粒度减小，）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。相应的氧气和水蒸气消耗将增大。六、燃料的灰熔点和结渣性对气化的影响六、燃料的灰熔点和结渣性对气化的影响灰熔点的含义，一是气化炉正常操作时，不致使灰熔融而灰熔点的含义，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，另外采用液态排渣的气化炉所影响正常生产的最高温度，另外采用液态排渣的气化炉所必须超过的最低温度。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
34、越低，灰分灰熔点越高，灰分越难结渣；相反，则灰熔点越低，灰分越易结渣。越易结渣。在气化炉的氧化层，由于温度较高，灰分可能熔融成黏稠在气化炉的氧化层，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：性物质并结成大块，这就是结渣性，其危害性有：（1）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；（2）为防止结渣采用较低的操作温度，从而影响了煤气的）为防止结渣采用较低的操作温度，从而影响了煤气的质量和产量；质量和产量；（3）气化炉的内壁由于结渣寿命缩短。）气化炉的内壁由于结渣寿命缩短。七、其他性质对气化的影响七、其他性质对气化的影响1.煤的
35、黏结性煤的黏结性2.煤的反应性煤的反应性3.煤的机械强度和热稳定性煤的机械强度和热稳定性4.煤的热稳定性煤的热稳定性能力训练能力训练通过学习你能达到如下目标吗？通过网络、查找相关资料总通过学习你能达到如下目标吗？通过网络、查找相关资料总结如下问题：结如下问题：1.了解我国煤炭分布情况及煤质情况。了解我国煤炭分布情况及煤质情况。2.熟悉气化用煤的分类、煤的性质。熟悉气化用煤的分类、煤的性质。3.掌握煤质、煤种对气化的影响。掌握煤质、煤种对气化的影响。2023/1/949化学工业出版社任务任务2 2 煤气化工艺条件煤气化工艺条件 分任务2 煤气化过程的主要评价指标 2023/1/950化学工业出版
36、社 煤气化过程中的主要评价指标有哪些？煤气化过程中的主要评价指标有哪些？2023/1/951化学工业出版社情境引入情境引入一、气化强度一、气化强度气化强度气化强度，即单位时间、单位气化炉截面积上处理的原料，即单位时间、单位气化炉截面积上处理的原料煤质量或产生的煤气量。煤质量或产生的煤气量。气化强度是指气化炉内单位横截面积上的气化速率，表达气化强度是指气化炉内单位横截面积上的气化速率，表达方式有三种：方式有三种：（1）以消耗的原料煤量表示，单位为）以消耗的原料煤量表示，单位为kg/（m2h）；）；（2）以生产的煤气量表示，单位为）以生产的煤气量表示，单位为Nm3/（m2h）；）；（3）以生产煤气
37、的热值表示，单位为）以生产煤气的热值表示，单位为MJ/（m2h）。）。气化强度越大，炉子的生产能力越大。气化强度越大，炉子的生产能力越大。气化强度与煤的性质、气化剂供给量、气化炉炉型结构及气化强度与煤的性质、气化剂供给量、气化炉炉型结构及气化操作条件有关。气化操作条件有关。二、气化炉单台生产能力二、气化炉单台生产能力气化炉单台生产能力指单位时间内，一台炉子能生产的煤气化炉单台生产能力指单位时间内，一台炉子能生产的煤气量，计算公式如下：气量，计算公式如下：式中式中V单炉生产能力，单炉生产能力，m3h；D气化炉内径，气化炉内径，m；Vg煤气产率，煤气产率，m3(kg煤煤)；q1气化强度，气化强度，
38、kg(m2h)。煤气产率：指每千克煤在气化后转化为煤气的体积，以煤气产率：指每千克煤在气化后转化为煤气的体积，以m3(kg煤煤)计算。计算。煤气单耗：为每生产单位体积的煤气需要消耗的燃料质量，煤气单耗：为每生产单位体积的煤气需要消耗的燃料质量，以以kgm3计。计。三、气化效率三、气化效率气化效率气化效率指所制得的煤气热值和所使用的燃料热值之比。指所制得的煤气热值和所使用的燃料热值之比。煤炭气化过程实质是燃料形态的转变过程，即从固态的煤煤炭气化过程实质是燃料形态的转变过程，即从固态的煤通过一定的工艺方法转化为气态的煤气，同时伴随着能量通过一定的工艺方法转化为气态的煤气，同时伴随着能量的转化和转移
39、。计算公式如下：的转化和转移。计算公式如下：式中式中气化效率，气化效率，Q1kg煤所制得煤气的热值，煤所制得煤气的热值，kJ/kgQ1kg煤所提供的热值煤所提供的热值kJ/kg四、热效率四、热效率热效率是评价整个煤炭气化过程常用的经济技术指标。热效率是评价整个煤炭气化过程常用的经济技术指标。气化效率偏重于评价能量的转移程度，即煤中的能量有多气化效率偏重于评价能量的转移程度，即煤中的能量有多少转移到煤气中，而热效率则侧重于反映能量的利用程度。少转移到煤气中，而热效率则侧重于反映能量的利用程度。热效率计算公式如下：热效率计算公式如下：式中式中热效率，；热效率，；Q煤气煤气煤气的热值，煤气的热值，M
40、J；Q入入进入气化炉的总热量，进入气化炉的总热量，MJ；Q热损失热损失气化过程的各项热损失之和，气化过程的各项热损失之和，MJ。五、水蒸气的消耗量与蒸气分解率五、水蒸气的消耗量与蒸气分解率1.水蒸气的消耗量：指气化水蒸气的消耗量：指气化1kg煤所消耗蒸气的量。煤所消耗蒸气的量。水蒸气消耗量和水蒸气分解率是煤炭气化过程经济性的水蒸气消耗量和水蒸气分解率是煤炭气化过程经济性的重要指标，它关系到气化炉是否能正常运行，是否能够将煤重要指标，它关系到气化炉是否能正常运行，是否能够将煤最大限度地转化为煤气。最大限度地转化为煤气。2.蒸气分解率：指被分解掉的蒸气与入炉水蒸气总量之比。蒸气分解率：指被分解掉的
41、蒸气与入炉水蒸气总量之比。蒸气分解率高，得到的煤气质量好，粗煤气中水蒸气含蒸气分解率高，得到的煤气质量好，粗煤气中水蒸气含量低；反之，煤气质量差，粗煤气中水蒸气含量高。量低；反之，煤气质量差，粗煤气中水蒸气含量高。能力训练能力训练通过网络、查找相关资料总结如下问题：通过网络、查找相关资料总结如下问题：1.什么是气化强度、气化效率、水蒸气分解率什么是气化强度、气化效率、水蒸气分解率?2.煤中的水分有哪几种形态？水分含量过高，对气化有何影煤中的水分有哪几种形态？水分含量过高，对气化有何影响？响？3.什么是煤的灰熔点，灰熔点的高低对气化有何影响？什么是煤的灰熔点，灰熔点的高低对气化有何影响？4.煤的
42、粒度对气化过程有何影响？。煤的粒度对气化过程有何影响？。2023/1/957化学工业出版社任务任务3 3 煤气化工艺路线选择煤气化工艺路线选择 分任务1 认知移动床（固定床）气化工艺 2023/1/958化学工业出版社煤气化技术分类方法有哪些？目前常用的煤气化技术有哪些？煤气化技术分类方法有哪些？目前常用的煤气化技术有哪些？2023/1/959化学工业出版社情境引入情境引入一、移动床（固定床）气化概述一、移动床（固定床）气化概述常压固定床（图右图所示）常压固定床（图右图所示）一般以块状无烟煤或烟煤一般以块状无烟煤或烟煤等为原料，从气化炉顶部等为原料，从气化炉顶部加入，用蒸汽或蒸汽与空加入，用蒸
43、汽或蒸汽与空气的混合气体作气化剂，气的混合气体作气化剂，从气化炉的底部交替进入，从气化炉的底部交替进入，生产以一氧化碳和氢气为生产以一氧化碳和氢气为主要可燃成分的气化。主要可燃成分的气化。一、移动床（固定床）气化概述一、移动床（固定床）气化概述固体燃料的气化反应，按煤气固体燃料的气化反应，按煤气发生炉内生产过程进行的特发生炉内生产过程进行的特性分为五层，如图性分为五层，如图2-16所示。所示。（1）干燥层）干燥层在燃料层顶部，燃在燃料层顶部，燃料与热的煤接触，燃料中的料与热的煤接触，燃料中的水分得以蒸发；干馏层水分得以蒸发；干馏层在干燥层下面，由于温度条在干燥层下面，由于温度条件与干馏炉相似，
44、燃料发生件与干馏炉相似，燃料发生热分解，放出挥发分及其他热分解，放出挥发分及其他干馏产物变成焦炭，焦炭由干馏产物变成焦炭，焦炭由干馏层转入气化层进行热化干馏层转入气化层进行热化学反应；学反应；一、移动床（固定床）气化概述一、移动床（固定床）气化概述（2）气化层）气化层：气化层还可以：气化层还可以分为氧化层和还原层。分为氧化层和还原层。氧化层氧化层：碳被气化剂中的氧：碳被气化剂中的氧氧化成二氧化碳和一氧化碳，氧化成二氧化碳和一氧化碳，并放出大量的热量。并放出大量的热量。还原层还原层：还原层是生成主要：还原层是生成主要可燃气体的区域，二氧化碳可燃气体的区域，二氧化碳与灼热碳起作用，进行吸热与灼热碳
45、起作用，进行吸热化学反应，生产可燃的一氧化学反应，生产可燃的一氧化碳；水蒸气与灼热碳进行化碳；水蒸气与灼热碳进行吸热化学反应，生成可燃的吸热化学反应，生成可燃的一氧化碳和氢气，同时吸收一氧化碳和氢气，同时吸收大量的热。大量的热。一、移动床（固定床）气化概述一、移动床（固定床）气化概述（3）灰渣层）灰渣层气化后炉渣所形成的灰层，气化后炉渣所形成的灰层，它能预热和均匀分布自炉底进入的气化它能预热和均匀分布自炉底进入的气化剂，并起着保护炉条和灰盘的作用。剂，并起着保护炉条和灰盘的作用。常压固定床煤气化技术的缺点是原料常压固定床煤气化技术的缺点是原料煤要求较高，且煤气热值较低，气化煤要求较高，且煤气热
46、值较低，气化强度和生产能力有限、渣中残碳较高、强度和生产能力有限、渣中残碳较高、气化为常压煤气的压缩功耗高。气化为常压煤气的压缩功耗高。加压固定床气化随着煤气化技术的不加压固定床气化随着煤气化技术的不断发展，成为比较成熟的气化模式。断发展，成为比较成熟的气化模式。鲁奇（鲁奇（Lurgi）加压气化技术是加压固）加压气化技术是加压固定床气化技术的代表。定床气化技术的代表。二、移动床（固定床）气化工艺及设备二、移动床（固定床）气化工艺及设备1.移动床（固定床）气化工艺移动床（固定床）气化工艺二、移动床（固定床）气化工艺及设备二、移动床（固定床）气化工艺及设备2.移动床（固定床）气化常见设备移动床（固
47、定床）气化常见设备（1）UGI煤气化炉煤气化炉二、移动床（固定床）气化工艺及设备二、移动床（固定床）气化工艺及设备（2）鲁奇）鲁奇Lurgi煤气化煤气化炉炉二、移动床（固定床）气化工艺及设备二、移动床（固定床）气化工艺及设备3.移动床（固定床）气化特点移动床（固定床）气化特点（1）主要优点）主要优点操作安全、稳定、可靠。操作安全、稳定、可靠。能耗低。加压气化降低了压能耗低。加压气化降低了压缩煤气的动力消耗；充分利用了合成缩煤气的动力消耗；充分利用了合成CH4放出的热量，减放出的热量，减少了热耗。少了热耗。性能较差、灰熔点较高，不宜用液渣法和加性能较差、灰熔点较高，不宜用液渣法和加压法煤气流化床
48、气化的煤种，可得到较高的气化效率。压法煤气流化床气化的煤种，可得到较高的气化效率。煤气用途广，采用不同组成的气化剂，可制得各种用途的煤气用途广，采用不同组成的气化剂，可制得各种用途的煤气。煤气。生产能力大，设备结构紧凑，占地面积小。生产能力大，设备结构紧凑，占地面积小。（2）主要缺点）主要缺点水蒸气分解率较低，约为水蒸气分解率较低，约为40%左右，故蒸气耗量高。左右，故蒸气耗量高。粗煤气含有一定数量的焦油和酚，对粗煤气含有一定数量的焦油和酚，对”三废三废”的处理和排的处理和排放造成了一定困难。放造成了一定困难。需耗用工业纯氧气，炉子的机械制需耗用工业纯氧气，炉子的机械制造要求较高，需用块煤作原
49、料等造成加压气化厂建设投资造要求较高，需用块煤作原料等造成加压气化厂建设投资较大，煤气成本较高。较大，煤气成本较高。能力训练能力训练通过查阅资料、网络了解煤制天然气的发展前景，了解煤制通过查阅资料、网络了解煤制天然气的发展前景，了解煤制天然气主要采用的气化工艺。天然气主要采用的气化工艺。任务任务3 3 煤气化工艺路线选择煤气化工艺路线选择 分任务2 认知流化床气化工艺 2023/1/969化学工业出版社 你了解流化床气化吗？流化床气化的典型气化炉有哪些？你了解流化床气化吗？流化床气化的典型气化炉有哪些？2023/1/970化学工业出版社情境引入情境引入一、流化床的概述一、流化床的概述1.流化床
50、气化流化床气化如图如图2-20所示，细颗粒燃料（所示，细颗粒燃料（08mm的煤粉）在气化炉内受到的煤粉）在气化炉内受到自下而上鼓入气化剂的吹动，燃料呈密项流化状态，当气流速自下而上鼓入气化剂的吹动，燃料呈密项流化状态，当气流速度继续增大，颗粒之间的空隙开始增大，床层膨胀，高度增加，度继续增大，颗粒之间的空隙开始增大，床层膨胀，高度增加，床层上部的颗粒被气流托起，流体流速增加到一定限度时，颗床层上部的颗粒被气流托起，流体流速增加到一定限度时，颗粒被全部托起，颗粒运动剧烈，但仍然逗留在床层内而不被流粒被全部托起，颗粒运动剧烈，但仍然逗留在床层内而不被流体带出，床层的这种状态叫固体流态化，即固体颗粒