煤炭的综合利用化工专业

1、2021/3/141 第一节第一节 煤的气化煤的气化 定义定义: 煤的气化是指气化原料（煤或焦炭）与气化煤的气化是指气化原料（煤或焦炭）与气化 剂（空气、水蒸汽、氧气等）接触剂（空气、水蒸汽、氧气等）接触,在一定温在一定温 度压力下度压力下,发生一系列复杂的热化学反应发生一系列复杂的热化学反应,使原使原 料最大限度地转变为气态可燃物（煤气）的料最大限度地转变为气态可燃物（煤气）的 工艺过程。煤气的有效成分主要是工艺过程。煤气的有效成分主要是H2、CO、 和和CH4等。等。 2021/3/142 煤气化是煤与气化剂作用生成气体混合煤气化是煤与气化剂作用生成气体混合 物的反应过程。目的是将煤转化成

2、可燃物的反应过程。目的是将煤转化成可燃 气体。煤气化过程包含煤的热解、半焦气体。煤气化过程包含煤的热解、半焦 的气化等过程。煤气的主要组成为的气化等过程。煤气的主要组成为 CO,CO2,H2,CH4,H2O. 2021/3/143 一、煤炭气化的意义一、煤炭气化的意义 1.煤气是洁净的燃料煤气是洁净的燃料: 发电、工业锅炉、窑炉、城市民用。发电、工业锅炉、窑炉、城市民用。 2.煤气是化学合成工业的原料煤气是化学合成工业的原料: 合成氨、甲醇、二甲醚、醋酸酐。合成氨、甲醇、二甲醚、醋酸酐。 2021/3/144 二、煤的气化方法与煤气的种类二、煤的气化方法与煤气的种类 （一）煤的气化方法（一）煤

3、的气化方法 1.按原料在气化炉中的运动状态可分为按原料在气化炉中的运动状态可分为:移动床（固移动床（固 定床）气化、流化床（沸腾床）气化、气流床（悬定床）气化、流化床（沸腾床）气化、气流床（悬 浮床）气化、熔融床气化等浮床）气化、熔融床气化等; 2.按气化过程的操作方式可分为按气化过程的操作方式可分为:连续式气化、间歇连续式气化、间歇 式气化、循环式气化等式气化、循环式气化等; 3.按压力大小不同可分为按压力大小不同可分为:常压气化、加压气化（中常压气化、加压气化（中 压压0.73 .5MPa,高压高压7.0MPa）。）。 2021/3/145 1、气化炉:进行煤炭气化的设备叫气化炉。 2、气

4、化炉分类 按照燃料在气化炉 内的运动状况 移动床(又叫固定床) 沸腾床(又叫流化床) 气流床 熔融床 生产操作压力 常压气化炉 加压气化炉 排渣方式 固态排渣气化炉 液态排渣气化炉 2021/3/146 1.空气煤气 2.混合煤气 3.水煤气 4.半水煤气 2021/3/147 空气煤气 混合煤气 水煤气 半水煤气 以空气作为气化剂生产的煤气 以空气(富氧空气或纯氧)和水蒸气的混合物 作为气化剂,生产的煤气 将空气(富氧空气或纯氧)和水蒸气分别交替 送入气化炉内间歇进行生产的煤气 气体成分经过适当调整(主要是调整含氮气 的量)后,生产的符合合成氨原料气的要求的 煤气 4、煤气的种类 (二)煤气

5、的种类 2021/3/148 根据煤气组成不同可分为: 发生炉煤气和水煤气、 合成气和还原气、 城市煤气和焦炉煤气、 富气和合成天然气。 2021/3/149 (1) 水煤气和发生炉煤气 交替吹空气和水蒸气到发生炉内产生的煤气称水煤气。 同时吹空气和水蒸气到发生炉内产生的煤气称发生炉 煤气。 典型组成%: CO2 H2 CO N2 CH4 高热值 MJ/m3 水煤气 5.0 50.0 40.0 5.0 0 10.512.2 发生炉煤气 5.5 10.5 29.0 55.0 0 4.45.1 2021/3/1410 (2)合成气与还原气 合成气是根据不同用途控制煤气化过程产生的,主要 用作不同化

6、工产品的加工。如合成氨的合成气对H2 N2要求很高,合成甲醇用气CO含量较高等等。 还原气是指炼铁过程中产生的可燃性气体,要求其中 水蒸气和二氧化碳含量较少,较多时应将其除去。 2021/3/1411 (3)城市煤气 城市煤气要求含氢气和甲烷较多,硫含量少,以提高 热值和减少城市空气污染。 2021/3/1412 三、煤气化的化学反应三、煤气化的化学反应 1.燃烧反应燃烧反应 CO2CO2395.4kJ/mol 2.发生炉煤气反应发生炉煤气反应 CCO22CO167.9KJ/mol 3.碳碳水蒸汽反应水蒸汽反应 CH2OCOH2135.7KJ/mol 4.变换反应变换反应 COH2OCO2H2

7、32.2kJ/mol 2021/3/1413 5.碳加氢反应 C+2H2CH439.4kJ/mol 6.热解或脱挥发分反应 CmHnn/4CH4+（mn）/4 C 或CmHn（4mn）/2H2mCH4 2021/3/1414 3 3 气化过程热平衡气化过程热平衡 由进出物由进出物 料的相互料的相互 转化可建转化可建 立物料平立物料平 衡衡, ,通过通过 物料平衡物料平衡 以及进出以及进出 物料温度物料温度 即可进行即可进行 热平衡计热平衡计 算。算。 2021/3/1415 煤气化炉原理和分类煤气化炉原理和分类 煤气化方法有多种煤气化方法有多种,气化炉也有多种。可分为固定床、沸腾床、气流气化炉

8、也有多种。可分为固定床、沸腾床、气流 床三种形式。几种气化法和气化炉简图如图床三种形式。几种气化法和气化炉简图如图 2021/3/1416 块状原料煤一般用固定床气化炉。在上部加料块状原料煤一般用固定床气化炉。在上部加料,随随 气化过程进行料层慢慢下降气化过程进行料层慢慢下降,同时气化剂由下向上同时气化剂由下向上 逆流通过。逆流通过。 优点优点:操作费用低、炉总效率高。操作费用低、炉总效率高。 缺点缺点:热煤气流经煤层时容易将煤加热使其干燥热煤气流经煤层时容易将煤加热使其干燥,产产 生焦油和酚混在煤气中生焦油和酚混在煤气中,使净化困难使净化困难;对于有粘性的对于有粘性的 煤煤,还需设置破粘装置

9、还需设置破粘装置;需设置转动炉箅需设置转动炉箅;操作周期短、操作周期短、 维修费用大。维修费用大。 1. 固定床气化炉固定床气化炉 2021/3/1417 固定床气化法固定床气化法 1. 常压气化常压气化 用空气和水蒸气作气化剂用空气和水蒸气作气化剂,生产低热值的发生炉煤生产低热值的发生炉煤 气作工业用煤气。用块状煤气作工业用煤气。用块状煤,固态排渣。气化炉常固态排渣。气化炉常 为圆形为圆形,下有转动炉箅下有转动炉箅,燃料从上部加入燃料从上部加入,气化剂由气化剂由 下向上逆流导出。炉内从上到下分为煤干燥、干下向上逆流导出。炉内从上到下分为煤干燥、干 馏、气化、燃烧层。馏、气化、燃烧层。 2.

10、鲁奇加压气化鲁奇加压气化 加压气化与常压气化的不同只是操作压力不同加压气化与常压气化的不同只是操作压力不同,煤煤 的适应范围不同的适应范围不同,操作过程和炉结构都大同小异。操作过程和炉结构都大同小异。 2021/3/1418 加压气化优点加压气化优点:能耗低、煤气热值高。能耗低、煤气热值高。 过程过程:粒度粒度530mm的煤间歇加入炉内的煤间歇加入炉内,但炉内布料但炉内布料 器上存煤多器上存煤多,煤进入炉膛燃烧区是连续的。炉内设煤进入炉膛燃烧区是连续的。炉内设 有破粘装置。有破粘装置。 煤气化压力约煤气化压力约3MPa,水蒸气和氧气由转动炉箅进水蒸气和氧气由转动炉箅进 入气化炉入气化炉,生成的

11、煤气由上部引出生成的煤气由上部引出,灰渣经下部灰箱灰渣经下部灰箱 排出。煤粒在炉内从上到下移动经过干燥层、热排出。煤粒在炉内从上到下移动经过干燥层、热 解层、气化层、燃烧层。解层、气化层、燃烧层。 鲁奇加压气化炉及鲁奇加压气化流程如下图鲁奇加压气化炉及鲁奇加压气化流程如下图: 2021/3/1419 图图 9.4 图图 9.5 2021/3/1420 2021/3/1421 加压气化主要操作过程加压气化主要操作过程 气化气化除尘除焦油除尘除焦油变换变换洗涤洗涤 变换目的变换目的:发生变换反应调节发生变换反应调节CO/H2、提高、提高H2的比例、的比例、 提高煤气热值。提高煤气热值。 洗涤目的洗

12、涤目的:除去除去H2S等有害气体或惰性组分。等有害气体或惰性组分。 脱酚脱酚:回收酚。回收酚。 不同煤种的煤气化产率不同煤种的煤气化产率 烟煤烟煤:加压对煤气产率不利。原因加压对煤气产率不利。原因:高压时产生高压时产生CH4 多多,CO、H2少。少。 泥炭和褐煤泥炭和褐煤:低温时加压产率低低温时加压产率低,高温时加压产率高。高温时加压产率高。 原因原因:低级煤含低级煤含C量少量少,加压可使气化更完全。加压可使气化更完全。 2021/3/1422 图图 9.6 图图 9.7 2021/3/1423 煤反应能力煤反应能力 一个典型煤反应速率常数与温度关系如一个典型煤反应速率常数与温度关系如9.8.

13、 通常情况下随温度升高反应速率是上升的。但是在通常情况下随温度升高反应速率是上升的。但是在 600700C 之间有异常。其加热反应速率大约为恒温之间有异常。其加热反应速率大约为恒温 600C的的3倍倍,为为700C的的2倍。原因是反应温度较高时热倍。原因是反应温度较高时热 解反应剧烈有中间产物和其它副反应发生解反应剧烈有中间产物和其它副反应发生,关系复杂。关系复杂。 图图 9.8 2021/3/1424 鲁奇加压气化法特点鲁奇加压气化法特点 优点优点:物料逆流操作、氢耗低、物料逆流操作、氢耗低、C含量恒定含量恒定,动动 力学条件好力学条件好,气体作合成气时压缩费用低。气体作合成气时压缩费用低。

14、 缺点缺点:煤的粒度要求严格煤的粒度要求严格,粒度小的煤可使生产粒度小的煤可使生产 能力下降能力下降;需要处理产生的低温干馏气体需要处理产生的低温干馏气体;水蒸水蒸 气转化率低气转化率低,只有只有3040%. 水蒸气转化率可采取液态排渣措施来提高。水蒸气转化率可采取液态排渣措施来提高。 用出炉粗煤气用出炉粗煤气(含有水蒸气含有水蒸气)与热粗煤气发生变与热粗煤气发生变 换反应换反应,可以减少水蒸气的消耗。可以减少水蒸气的消耗。 鲁奇加压气化法的消耗指标见表鲁奇加压气化法的消耗指标见表9.4. 2021/3/1425 3. 液态排渣加压气化法液态排渣加压气化法 炉的上部与鲁奇法一样炉的上部与鲁奇法

15、一样,下部不同。结构图如图下部不同。结构图如图 9.9. 特点特点:蒸汽用量少、气化温度高灰渣为液态。熔渣蒸汽用量少、气化温度高灰渣为液态。熔渣 连续从下部排出后进入急冷室连续从下部排出后进入急冷室,冷成固体从灰箱排冷成固体从灰箱排 出。因此产生的废水少、出。因此产生的废水少、COH2可在较宽范围可在较宽范围 内调节内调节,煤气适宜作合成气。煤气适宜作合成气。 物料平衡、热量平衡数据如图物料平衡、热量平衡数据如图9.10. 2021/3/1426 9.9 2021/3/1427 4. 鲁尔鲁尔100加压气化炉加压气化炉 特点特点:操作压力更高操作压力更高10MPa.甲烷含量显著增甲烷含量显著增

16、 加加,氢含量减少。氢含量减少。 耗氧量、气化效率与压力的关系如图耗氧量、气化效率与压力的关系如图9.11. 9.11 2021/3/1428 2. 沸腾床气化炉沸腾床气化炉 细煤粉宜用沸腾床气化。细煤粉宜用沸腾床气化。 优点优点:连续生产、温度分布连续生产、温度分布 均匀、温度调节快、炉子均匀、温度调节快、炉子 构造简单、投资少。构造简单、投资少。 缺点缺点:有返混现象、反应温有返混现象、反应温 度受原料灰熔点限制、不度受原料灰熔点限制、不 适宜于粘结性煤和好煤。适宜于粘结性煤和好煤。 2021/3/1429 9.2.5 沸腾床气化法沸腾床气化法 沸腾床气化法也称温克勒沸腾床气化法也称温克勒

17、(Winkler)气化法气化法,分为分为 Winkler、HTW法两种。气化炉如图法两种。气化炉如图9.12. 优点优点:煤气生产能力弹性大、氧气耗量低、开停操煤气生产能力弹性大、氧气耗量低、开停操 作简单、运行可靠、原料煤处理费用低、粉煤可作简单、运行可靠、原料煤处理费用低、粉煤可 全部利用全部利用,即使灰分为即使灰分为40%的煤也能运行。的煤也能运行。 缺点缺点:比高压法成本高比高压法成本高,不适宜粘结性煤不适宜粘结性煤,气化温度必气化温度必 须低于灰熔点须低于灰熔点,灰中含灰中含C量高。量高。 高温法压力提高到高温法压力提高到1MPa,温度提高到温度提高到1000C,夹带夹带 粉粒再循环

18、粉粒再循环,可用软褐煤生产合成气。可用软褐煤生产合成气。 2021/3/1430 图图 9.12 2021/3/1431 (3)气流床气化炉气流床气化炉 很细的粉尘煤用气流床气化。很细的粉尘煤用气流床气化。 通常煤与气化剂并流进入气化通常煤与气化剂并流进入气化 炉。炉。 优点优点:用粉煤比用块煤价格低、用粉煤比用块煤价格低、 不受煤种限制、无焦油酚等副不受煤种限制、无焦油酚等副 产物、废水少、可以用加压气产物、废水少、可以用加压气 化法提高生产能力。化法提高生产能力。 高压气化缺点高压气化缺点:对灰熔点高的原对灰熔点高的原 料煤排渣困难、气化效率较低。料煤排渣困难、气化效率较低。 因为必须采用

19、很高温度才能气因为必须采用很高温度才能气 化。化。 2021/3/1432 9.2.6 气流床气化法气流床气化法 1. 考伯斯托茨克气化法考伯斯托茨克气化法 Koppers-Totzek法是用氧气和水蒸气作气化剂的常法是用氧气和水蒸气作气化剂的常 压气化法压气化法,用细粉煤与气化剂并流的气流床产生煤气的用细粉煤与气化剂并流的气流床产生煤气的 方法。方法。 粉煤粒度小于粉煤粒度小于0.1mm对于不同原料煤可以允许一定数对于不同原料煤可以允许一定数 量的大粒煤。煤的灰分应小于量的大粒煤。煤的灰分应小于 40%,褐煤水分应小于褐煤水分应小于 68%,烟煤水分小于烟煤水分小于12%。 煤干燥和粉碎煤在

20、同一工序进行。煤干燥用燃烧煤的煤干燥和粉碎煤在同一工序进行。煤干燥用燃烧煤的 热烟气热烟气,烟气把煤粉输送到煤槽烟气把煤粉输送到煤槽,再用旋风分离器将烟再用旋风分离器将烟 气和煤粉分离。烟气除尘最后用电除尘器控制标准。气和煤粉分离。烟气除尘最后用电除尘器控制标准。 气化炉和流程如下气化炉和流程如下 2021/3/1433 图图 9.13 2021/3/1434 2021/3/1435 特点特点: 从给料机吹氧气和水蒸气将煤送入反应器从给料机吹氧气和水蒸气将煤送入反应器,氧气、氧气、 泄气与原料煤粉比例由温度确定泄气与原料煤粉比例由温度确定,大部分灰分以液大部分灰分以液 态排出。气化温度约态排出

21、。气化温度约15001600C,C的转化率高。的转化率高。 KT法主要用于生产合成气。有机物全部转化成法主要用于生产合成气。有机物全部转化成 稳定的物质如稳定的物质如CO2、CO、H2、H2O等。气化炉等。气化炉 中部氧化热量用于产生中部氧化热量用于产生10MPa的高压蒸汽。气化的高压蒸汽。气化 炉本身也可用水间接冷却产生低压水蒸气。但煤炉本身也可用水间接冷却产生低压水蒸气。但煤 气需经二次水洗后再分离气需经二次水洗后再分离,经电除尘后才到后续工经电除尘后才到后续工 序继续加工。序继续加工。 2021/3/1436 （3）主要优缺点）主要优缺点: K一一T气化法的技术成熟气化法的技术成熟,有多

22、年这行经验有多年这行经验;气化炉结气化炉结 构简单构简单,维护方便维护方便,单炉生产能力大单炉生产能力大;煤种适应性广煤种适应性广,更更 换烧嘴还可气化液体燃料和气体燃料换烧嘴还可气化液体燃料和气体燃料,蒸汽用量低蒸汽用量低; 煤气中不含焦油和烟尘煤气中不含焦油和烟尘,甲烷含量很少（约甲烷含量很少（约0.2）, 有效成份（有效成份（CO+H2）可达）可达8590%:不产生含酚废不产生含酚废 水水,大大简化了煤气净化工艺大大简化了煤气净化工艺,生产灵活性大生产灵活性大,开开,停车停车 容易容易,负荷调节方便负荷调节方便,碳转化率高于流化床。碳转化率高于流化床。 2021/3/1437 主要缺点主

23、要缺点: 是为制煤粉需娶庞大的制粉设备是为制煤粉需娶庞大的制粉设备,耗电量高耗电量高;气化过气化过 程中耗氧最较大程中耗氧最较大,需设空分装置需设空分装置,又需消耗大量电力又需消耗大量电力; 为将煤气中含尘量降至为将煤气中含尘量降至0.1mg/m3以下。需有高效以下。需有高效 除尘设备。在制煤粉过程中除尘设备。在制煤粉过程中,为防止粉尘污染环境为防止粉尘污染环境, 也需设置高效除尘装置也需设置高效除尘装置,故操作能耗大故操作能耗大,建厂投资建厂投资 高高 为进一步提高气化强度和生产能力为进一步提高气化强度和生产能力,在在K-T炉的基础炉的基础 上上,后发展了谢尔后发展了谢尔-考伯斯（考伯斯（S

24、hell-Koppers）炉）炉,即即 由原来的常压操作改进为加压下气化由原来的常压操作改进为加压下气化,使生产能力大使生产能力大 为提高。为提高。 2021/3/1438 2. 德士古气化法德士古气化法 德士古气化法是一种粉煤加压液态排渣方法。要德士古气化法是一种粉煤加压液态排渣方法。要 求原料煤粒度小于求原料煤粒度小于0.1mm制成水煤浆制成水煤浆,煤浓度煤浓度 70%。用泵将煤浆加入气化炉。用泵将煤浆加入气化炉,在在1400C和和 4.0MPa下与氧气反应下与氧气反应,生成熔融灰渣排出。生成熔融灰渣排出。 用废热锅炉回收热量产生蒸汽用废热锅炉回收热量产生蒸汽,粗煤气冷却到粗煤气冷却到 2

25、00C后冷却并洗涤。流程如图后冷却并洗涤。流程如图9.15. 图图 9.15 2021/3/1439 废热锅炉废热锅炉(waste heat boiler ); 又称余热锅炉又称余热锅炉,利用生产过程中的高温物流作为热利用生产过程中的高温物流作为热 源来生产蒸汽的换热器源来生产蒸汽的换热器,它既是工艺流程中高温物流它既是工艺流程中高温物流 的冷却器的冷却器,又是利用余热提供蒸汽的动力装置。又是利用余热提供蒸汽的动力装置。 如在乙烯装置中如在乙烯装置中,将从管式炉出来的裂解气将从管式炉出来的裂解气(温度高温度高 达达800900)直接送入急冷废热锅炉直接送入急冷废热锅炉,在在0.1s内温度内温度

26、 降到降到350600,这样既可以防止因过度裂解而降低这样既可以防止因过度裂解而降低 乙烯收率乙烯收率,又可生产又可生产10MPa以上的高压蒸汽以上的高压蒸汽,对提高整对提高整 个工厂的热效率和经济效益起着重要作用。目前个工厂的热效率和经济效益起着重要作用。目前,在在 硝酸、硫酸、合成氨及石油炼制工业等许多生产过程硝酸、硫酸、合成氨及石油炼制工业等许多生产过程 中都普遍使用废热锅炉中都普遍使用废热锅炉,使生产过程所需的动力和热使生产过程所需的动力和热 能得以全部或部分自给。能得以全部或部分自给。 2021/3/1440 2021/3/1441 2. 原料煤的组成和性质对气化的影响原料煤的组成和

27、性质对气化的影响 水分水分:水分较高时只适宜用固定床加压气化法水分较高时只适宜用固定床加压气化法,因为因为 这种方法床内温度高。这种方法床内温度高。 灰分和灰熔点灰分和灰熔点:灰分越低越好灰分越低越好,固态排渣炉要求灰熔固态排渣炉要求灰熔 点高点高,气化温度不能超过灰熔点气化温度不能超过灰熔点;而液态排渣则需要而液态排渣则需要 灰熔点低灰熔点低,气化温度必须超过灰熔点。气化温度必须超过灰熔点。 挥发组分挥发组分:容易挥发组分首先反应或者混入产生的煤容易挥发组分首先反应或者混入产生的煤 气中气中,影响煤气化过程和气化结果。总的来说影响煤气化过程和气化结果。总的来说,挥发挥发 组分多组分多,固定固

28、定C就低就低,煤的热值低。煤的热值低。 2021/3/1442 粘结性粘结性:粘结性煤在加热到粘结性煤在加热到350450C时就形成胶时就形成胶 质体质体,发生软化、熔融发生软化、熔融,有液相产物与煤粘在一起有液相产物与煤粘在一起,析析 出挥发物固化后形成块状焦炭。这种煤气化时需要出挥发物固化后形成块状焦炭。这种煤气化时需要 破粘措施。由于有粘结性破粘措施。由于有粘结性,所以用它作焦化原料特所以用它作焦化原料特 别好别好,一般不用于气化。一般不用于气化。 粒度粒度:煤的粒度可分为小于煤的粒度可分为小于6mm的粉煤、小块和中的粉煤、小块和中 块块,机械化采煤粉煤含量高。褐煤易风化裂碎机械化采煤粉

29、煤含量高。褐煤易风化裂碎,粉煤粉煤 量较大。量较大。 气流床用细粉煤气流床用细粉煤;流化床气化可用粒度小于流化床气化可用粒度小于6mm的的 煤煤;固定床用块煤。固定床用块煤。 2021/3/1443 （一）移动床气化法对煤质的要求一）移动床气化法对煤质的要求 1移动床常压气化法对煤质的要求移动床常压气化法对煤质的要求 （1）水分）水分 Mt6%。 （2）挥发分）挥发分 Vdaf 10%. （3）灰分）灰分 Ad 24%. （4）煤灰熔融性）煤灰熔融性 ST1250。 （5）固定碳）固定碳 w (FC)daf65% 。 （6）粒度。粒度）粒度。粒度13100 （7）抗碎强度抗碎强度（）抗碎强度抗

30、碎强度（25） 65%。 （8）热稳定性。）热稳定性。TS+670 70%。 （9）反应性。无烟煤的化学反应性较差）反应性。无烟煤的化学反应性较差,但通过提高反但通过提高反 应温度可增应温度可增 加反应性。加反应性。 （10）硫分。）硫分。St,d 1.5%。 四、气化用煤对煤质的要求四、气化用煤对煤质的要求 2021/3/1444 2.移动床加压气化对煤质的要求移动床加压气化对煤质的要求 移动床加压气化典型的气化炉是德国鲁奇公移动床加压气化典型的气化炉是德国鲁奇公 司发明的鲁奇炉司发明的鲁奇炉,它采用蒸气一氧（高氧空气）作它采用蒸气一氧（高氧空气）作 气化剂气化剂,气化压力为气化压力为23M

31、Pa,在压力高而温度不很在压力高而温度不很 高的条件下高的条件下,可促进甲烷的生成反应可促进甲烷的生成反应;同时由于加同时由于加 压气化使反应物浓度增高压气化使反应物浓度增高,反应速度加快。反应速度加快。 由于气化温度低由于气化温度低,鲁奇炉加压气化法可采用灰鲁奇炉加压气化法可采用灰 熔性低的煤气化、对煤的抗碎强度和热稳定性要熔性低的煤气化、对煤的抗碎强度和热稳定性要 求较低求较低,可气化褐煤可气化褐煤,其粒度下限达其粒度下限达5,能采用高水能采用高水 分（分（Mt=20%30%）和高灰分（）和高灰分（Ad=30%）的劣）的劣 质煤质煤,对黏结性稍强的烟煤也能气化。对黏结性稍强的烟煤也能气化。

32、 2021/3/1445 （二）沸腾床气化法及其煤质的要求（二）沸腾床气化法及其煤质的要求 沸腾床气化又称流化床气化。沸腾床气化又称流化床气化。 1.对原料煤的要求是活性愈大愈好对原料煤的要求是活性愈大愈好,所以所以 用用 褐煤最好褐煤最好,要求要求Mar12%,Ad1250,硫分硫分St,d2%。 2021/3/1446 （三）气流床气化法及其对煤质的要求三）气流床气化法及其对煤质的要求 气流床气化过程是气体介质夹带煤粉并使其处于气流床气化过程是气体介质夹带煤粉并使其处于 悬浮状态的气化过程。又称为悬浮床气化。悬浮床气悬浮状态的气化过程。又称为悬浮床气化。悬浮床气 化炉是一种粉煤气化炉化炉是

33、一种粉煤气化炉,气化温度高达气化温度高达14001500, 常压下连续运转高速气化常压下连续运转高速气化,对煤种要求不严对煤种要求不严,可以使用可以使用 各种煤各种煤,包括黏结、膨胀、易碎、高灰、高硫、低灰熔包括黏结、膨胀、易碎、高灰、高硫、低灰熔 融性的各种褐煤、烟煤、载烟煤。对料度要求较严格融性的各种褐煤、烟煤、载烟煤。对料度要求较严格, 要求煤粉愈细愈好。小于要求煤粉愈细愈好。小于200目的粉煤占目的粉煤占85%（褐煤（褐煤 可降到可降到80%）。水分一般在）。水分一般在1%5%。 2021/3/1447 （四）熔融床气化法及其对煤质的要求（四）熔融床气化法及其对煤质的要求 熔融床气化是

34、一种入炉煤与高温的熔浴相接触而熔融床气化是一种入炉煤与高温的熔浴相接触而 气化。气化。 按熔浴情况分为熔渣床、熔盐床和熔铁床三种。按熔浴情况分为熔渣床、熔盐床和熔铁床三种。 采用的液体热载体有熔融煤灰渣、熔融采用的液体热载体有熔融煤灰渣、熔融Na2CO3 和熔融铁水。和熔融铁水。 由于熔融的高温铁水对煤粉具有良好的熔解能力由于熔融的高温铁水对煤粉具有良好的熔解能力, 煤中硫和铁水具有强烈的亲和性煤中硫和铁水具有强烈的亲和性,在气化用煤方面在气化用煤方面,也也 可选用高硫煤可选用高硫煤,对煤种有较宽的适用范围。对煤种有较宽的适用范围。 2021/3/1448 两个关键两个关键: : 1 1、煤的

35、气化反应性差异、煤的气化反应性差异 褐煤、烟煤、无烟煤褐煤、烟煤、无烟煤; ;或不同烟煤的差异或不同烟煤的差异 2 2、不同气化炉的运行条件、不同气化炉的运行条件 不同气化炉的差别很大不同气化炉的差别很大, ,对对“煤煤”反应速率影响最大的操作条反应速率影响最大的操作条 件是什么件是什么? ? 从不同温度下反应速率的差别来分析从不同温度下反应速率的差别来分析 反应温度越高反应温度越高, ,反应物性质的差异越小（与传质反应物性质的差异越小（与传质/ /传热对比）传热对比） 一、一、 煤煤反应性的差异反应性的差异对哪种气化炉运行的影响大对哪种气化炉运行的影响大? ?为什么为什么? ? 2021/3

36、/1449 2 2、为什么实验室的煤气化研究均采用、为什么实验室的煤气化研究均采用焦炭焦炭, ,而不是煤而不是煤? ? 关键关键: :实验是研究实际过程的实验是研究实际过程的, ,不是研究不是研究“不存在不存在”过程的过程的 气化的定义气化的定义? ? 实际气化炉中煤发生什么变化实际气化炉中煤发生什么变化? ? 2021/3/1450 地下气化地下气化 煤炭地下气化煤炭地下气化,就是将埋藏在地下的煤炭进行有控制就是将埋藏在地下的煤炭进行有控制 的燃烧的燃烧,通过对煤的热作用及化学反应而产生可燃气通过对煤的热作用及化学反应而产生可燃气 体的过程。体的过程。 其过程集建井、采煤、气化工艺合二为一其

37、过程集建井、采煤、气化工艺合二为一,将传统的将传统的 物理采煤方法转变为无人无设备的化学采煤方法物理采煤方法转变为无人无设备的化学采煤方法,省省 去了传统的采煤机械设备和地面气化炉笨重复杂设去了传统的采煤机械设备和地面气化炉笨重复杂设 施。施。 其生产煤气具有安全性好、投资少、见效快、污染其生产煤气具有安全性好、投资少、见效快、污染 少、效益高等显著优点少、效益高等显著优点,深受世界各国的重视深受世界各国的重视,被誉被誉 为第二代采煤方法。为第二代采煤方法。 2021/3/1451 建地下气化炉的两种技术途径建地下气化炉的两种技术途径 巷道式巷道式 建地下建地下 气化炉气化炉 技术技术 在正开

38、采或废弃的煤矿井中可启建地在正开采或废弃的煤矿井中可启建地 下气化炉下气化炉,由人工掘进的方式在煤层中建由人工掘进的方式在煤层中建 立起气化巷道立起气化巷道,并在进气孔底部巷道壁筑并在进气孔底部巷道壁筑 起一道密闭墙（促使定向燃烧煤层）起一道密闭墙（促使定向燃烧煤层）,便便 可将密闭墙前面的煤炭点燃。单套炉由可将密闭墙前面的煤炭点燃。单套炉由 气化通道进气孔、辅助孔和出气孔组成气化通道进气孔、辅助孔和出气孔组成, 气化通道于同一煤层内连通各孔。气化通道于同一煤层内连通各孔。 2021/3/1452 钻井式建钻井式建 地下气化地下气化 炉技术炉技术 即采用常规的油气井钻井技术即采用常规的油气井钻

39、井技术,钻一口一般的水平钻一口一般的水平 井段井段,与另外的二口直井于同一煤层内以洞穴式相与另外的二口直井于同一煤层内以洞穴式相 连通。单套地下气化炉仍由气化通道、进气孔、辅连通。单套地下气化炉仍由气化通道、进气孔、辅 助孔和出气孔等组成。将进气孔底部的气化穴煤炭助孔和出气孔等组成。将进气孔底部的气化穴煤炭 点燃点燃,鼓入汽化剂促使连续气化煤炭鼓入汽化剂促使连续气化煤炭,由辅助孔鼓入由辅助孔鼓入 氢气氢气,气化通道内仍有氧化带、还原带和干馏干燥气化通道内仍有氧化带、还原带和干馏干燥 带出现。此种建地下气化炉技术于国外多采用带出现。此种建地下气化炉技术于国外多采用,但但 国内的辽河油田于国内的辽

40、河油田于2005年内成功建起了首座钻井年内成功建起了首座钻井 式地下气化炉式地下气化炉,开创了国内建地下气化炉新阶段。开创了国内建地下气化炉新阶段。 但因钻井井径受限但因钻井井径受限,制约着单套炉规模化开采制约着单套炉规模化开采 2021/3/1453 煤炭地下气化原理煤炭地下气化原理 2021/3/1454 煤气化联合循环发电煤气化联合循环发电 煤直接燃烧发电污染大煤直接燃烧发电污染大,如将煤气化与发电结合如将煤气化与发电结合,用净用净 化煤气发电化煤气发电,可以减少向大气排放硫和氮的氧化物和粉尘等污可以减少向大气排放硫和氮的氧化物和粉尘等污 染物染物,还可提高发电效率。还可提高发电效率。

41、联合循环发电原理联合循环发电原理:用一燃气轮机带动一发电机用一燃气轮机带动一发电机,利用烟利用烟 气显热产生蒸汽气显热产生蒸汽,驱动蒸汽机带动另一个与之相连的发电机。驱动蒸汽机带动另一个与之相连的发电机。 优点优点:排放烟气中不含粉尘排放烟气中不含粉尘,固体残渣易处理固体残渣易处理,利用现代技利用现代技 术可回收硫术可回收硫,烟气中硫氧化物和氮氧化物含量低烟气中硫氧化物和氮氧化物含量低,可以达到排可以达到排 放标准。放标准。 2021/3/1455 特点特点:在煤气化过程中加入石灰脱硫在煤气化过程中加入石灰脱硫,脱硫率高脱硫率高,且煤气在且煤气在 高温下送去燃气轮机高温下送去燃气轮机,提高了能

42、量利用率。用余焦燃烧的提高了能量利用率。用余焦燃烧的 烟气产生蒸汽驱动蒸汽机发电。烟气产生蒸汽驱动蒸汽机发电。 图图 9.16 图图 9.17 2021/3/1456 第二节第二节 煤的液化煤的液化 定义定义: 煤的液化是指经过一定的加工工艺煤的液化是指经过一定的加工工艺,将将 固体煤炭转变成液体燃料或原料的过固体煤炭转变成液体燃料或原料的过 程。程。 2021/3/1457 一、煤炭液化的意义一、煤炭液化的意义 1.煤的液化用于生产石油的代用品煤的液化用于生产石油的代用品,可以缓解石油可以缓解石油 资源紧张的局面。从全世界能源消耗组成看资源紧张的局面。从全世界能源消耗组成看,可可 燃矿物（煤

43、、石油、天燃气）占燃矿物（煤、石油、天燃气）占92%左右左右,其中其中 石油石油44%,煤煤30%,天燃气天燃气18%。 2.通过液化通过液化,将难处理的固体燃料转变成便于运输、将难处理的固体燃料转变成便于运输、 贮存的液体燃料贮存的液体燃料,减少了煤中含硫、氮化物和粉减少了煤中含硫、氮化物和粉 尘、煤灰渣对环境的污染。尘、煤灰渣对环境的污染。 3.煤的液化还可用于制取碳素材料、电极材料、煤的液化还可用于制取碳素材料、电极材料、 碳素纤维、针状焦碳素纤维、针状焦,还可制取有机化工产品等还可制取有机化工产品等,以以 煤化工代替部分石油化工煤化工代替部分石油化工,扩大煤的综合利用范扩大煤的综合利用

44、范 围。围。 2021/3/1458 二、煤炭液化的方法及对煤质的要求二、煤炭液化的方法及对煤质的要求 （一）煤炭液化的方法（一）煤炭液化的方法: （1） 煤的直接加氢液化法煤的直接加氢液化法,如高压加氢法、如高压加氢法、 溶剂精炼煤法、水煤浆生产法等溶剂精炼煤法、水煤浆生产法等; （2）煤的间接液化法）煤的间接液化法,即水煤气合成法即水煤气合成法; （3）煤的部分液化法）煤的部分液化法,即低温干馏法。即低温干馏法。 2021/3/1459 （二）煤直接加氢液化法及对煤质的要求（二）煤直接加氢液化法及对煤质的要求 1.定义定义:煤直接加氢液化是在高温、高压、氢气（或煤直接加氢液化是在高温、高压

45、、氢气（或 CO+H2,CO+H2O等）、催化剂和溶剂的作用下进行裂解、等）、催化剂和溶剂的作用下进行裂解、 加氢等反应加氢等反应,将煤直接转化成分子量较小的燃料油和化工将煤直接转化成分子量较小的燃料油和化工 原料的加工过程。原料的加工过程。 2.条件条件:煤加氢液化一般在煤加氢液化一般在180450加压下分段进行。加压下分段进行。 氢的来源可以是氢气或能提供氢原子的溶剂（称为供氢溶氢的来源可以是氢气或能提供氢原子的溶剂（称为供氢溶 剂）。剂）。 催化剂催化剂:钴、钌、钯、铂、铑等过渡金属配合物。钴、钌、钯、铂、铑等过渡金属配合物。 载在多孔氧化铝表面上用硫化物处理过的钼酸钴。载在多孔氧化铝表面上用硫化物处理过的钼酸钴。 3.煤质要求煤质要求: 高挥发分烟煤和褐煤高挥发分烟煤和褐煤 wdaf (C)=68%85%、 wdaf (H)= 4.5%、Ad7%;Ad10%; St,d3%; 抗碎强度高抗碎强度高,热稳定性好热稳定性好,弱黏或不黏结。弱黏或不黏结。 2021/3/1462 第三节第三节 煤的燃烧煤的燃烧 煤的燃烧是指煤中的可燃有机质煤的燃烧是指煤中的可燃有机质,在一定温在一定温 度下与空气中的氧发生剧烈的化学反应度下与空气中的氧发生剧烈的化学反应,放放 出光和热出光和热,并转化为不可燃的烟气和灰渣的并转化为不可燃的烟气和灰渣的