第五讲 煤的转化技术

1、第五讲第五讲 煤的转化技术煤的转化技术第一部分第一部分 煤气化技术煤气化技术第一节第一节 煤炭转化技术概述煤炭转化技术概述一、前言： 1、能源消耗与能源储量矛盾，发达国家所需能源的90%来自石油与天然气，其储量与煤的储量相比是有限的； 2、我国煤炭储量丰富，利用率较低，污染严重；石油和天然气相对贫乏。以煤代油、以煤造油，是可持续的需求； 3、煤炭制取气体或液体“清洁燃料”，提高煤炭资源的利用率，减少直接烧煤造成的污染； 4、煤炭转化：煤的气化（成熟、广泛）和液化: 1）煤气不易输送和储存，易燃、易爆； 2）液化产物易于输送、储存和净化； 3）煤炭的液化费用要高于气化费用； 4）煤液化产物的应用

2、比气化产物更广泛； 5）煤的液化：间接液化与直接液化。二、煤气化的经济和环保方面的特点: 1、煤气化过程中的热量损失： 煤炭转化需要消耗能量，煤化学能15%热量损失于煤气冷却； 同等条件下，直接燃烧煤的热效率要高。 2、煤气利用过程中存在热量补偿的需求： 采用不同的煤气化工艺制备不同热值的煤气化产物，用于不同场合；就地燃烧中低热值煤气用于发电，达到经济补偿;这类煤气成本低、不利于运输、燃烧温度低、NOX排放低; 煤气化的物理显热可用于加热锅炉给水 3、污染物排放减少： 煤直接燃烧污染物排放量大； 煤气净化过程中，可比较容易地脱除绝大部分粉尘、硫化物等； 也可实现煤中硫的有效回收。4、煤气化技术

3、趋于成熟： 煤气化的工艺、设备及运行技术已经比较成熟和完善，先进的煤气化技术碳转化率可达99%，气化率效率可达94%。三、煤气化技术的应用领域1.高效、低污染的洁净煤发电 整体煤气化联合循环发电技术（IGCC） 可用做燃料电池发电的燃料 2.重要的化工原料3.在冶金行业的应用4.煤气作为民用燃料5.煤气化技术的其他动态，如地下煤气化视频第二节第二节 煤的气化原理煤的气化原理一、煤气化的概念：二、煤炭气化特点复杂的物理化学过程，化学过程包括温度、压力、反应速度、化学平衡和移动等，物理过程包括传热、传质、流体力学等煤气成分包括可燃气体：氢、一氧化碳、气态烃类等，以及氮、二氧化碳等不可燃气体气化工艺

4、不同，成分不同、热值不同煤气化过程是煤的部分燃烧与气化的组合：煤气化炉内的气化热源依靠部分煤燃烧，生成CO2并放出热量，为气化过程提供热力条件。1. 煤气化阶段：干燥与部分燃烧阶段+煤气化阶段三、煤发生气化的基本条件 1、气化原料（煤、焦炭）和气化剂气化剂:空气、空气蒸汽混合气、富氧空气蒸汽、氧气蒸汽、蒸汽或CO2 2、发生气化的反应容器，即煤气化炉或煤气发生炉 3、煤气发生炉内温度： 高温（11002000） 中温（9501100） 低温（900左右） 4、维持一定的炉内压力： 维持一定的炉内压力 常压和加压气化炉 四、煤干燥和燃烧阶段的气体释放四、煤干燥和燃烧阶段的气体释放100200 放

5、出水分及吸附的CO2；200300 放出CO2、CO和热分解水；300400 放出焦油蒸汽、CO和气态碳氢化合物400500 焦油蒸汽产生达到最多、CO逸出减少直至终止；500600 放出H2、CH4和碳氢化合物600以上 碳氢化合物分解为甲烷和氢煤干燥煤干燥:150 ，失去大部分水分煤的部分煤的部分燃烧燃烧:六、煤炭气化工艺的原则流程 原料准备、煤气的生产、净化及脱硫、煤气变换、煤气精制、甲烷合成等6个主要单元五、煤炭气化阶段的基本反应 碳的氧化燃烧反应： C+O2CO2+394.55KJ/mol H2+1/2O2H2O+21.8KJ/mol 气化反应： CO2+C2CO-173.1KJ/m

6、ol C+H2OCO+H2-131.0KJ/mol 甲烷生成反应： 2CO+2H2CH4+CO2+247.02KJ/mol排灰排灰水蒸汽水蒸汽CO2H2SCO2空气或氧空气或氧高热值煤气高热值煤气低热值煤气低热值煤气燃料气或供燃料气或供IGCC化工合成气（氨、化工合成气（氨、甲醇、汽油等油产甲醇、汽油等油产品）品）原煤原煤 煤炭气化工艺的原则流程煤炭气化工艺的原则流程原煤准备原煤准备煤 气 发 生煤 气 发 生炉炉冷却冷却、洗涤、洗涤酸 性 气 体 脱酸 性 气 体 脱除除变换变换精制精制甲烷化甲烷化第三节第三节 煤气化产物分类与特点煤气化产物分类与特点一、基于气化剂和煤气成分的分类1. 空气

7、煤气: 空气气化剂，成分：一氧化碳和氮气，热值很低2. 混合煤气（发生炉煤气）: 空气及蒸汽气化剂，成分：一氧化碳、氢、氮、二氧化碳，热值高于空气煤气，可作为燃料气3. 水煤气: 水蒸汽和氧气气化剂，成分：氢和一氧化碳，制备成本较高4 . 半水煤气: 蒸汽及空气气化剂，也可是空气煤气与水煤气的混合气5. 焦炉煤气: 煤在炼焦炉中干馏所，成分：氢、甲烷和一氧化碳 6. 合成天然气：氧气、蒸汽、氢气气化剂，热值最高二、基于煤气热值的分类1低热值煤气：38007600kJ/m32中热值煤气：1000020000kJ/m33. 高热值煤气：21000kJ/m3以上，中热值煤气经甲烷化制得，成分：甲烷，

8、也称合成天然气 煤气化精制低热值煤气蒸 汽空气煤气化精制压缩中热值煤气蒸汽空气空分制氧装置煤气化转化反应蒸汽空气空分制氧装置精制甲烷化压缩高 热 值煤气图图 煤气化过程按煤气热值的分类煤气化过程按煤气热值的分类煤气的组成成分煤气名称煤气名称气化剂气化剂煤气组成煤气组成%低位发热量低位发热量kJ/Nm3H2COCO2N2CH4O2空气煤气空气煤气空气空气2.61014.7720.50.237624598混合煤气混合煤气空气、蒸汽空气、蒸汽13.527.55.552.80.50.250165225水煤气水煤气蒸汽、氧气蒸汽、氧气48.438.566.40.50.21003211286半水煤气半水煤

9、气蒸汽、空气蒸汽、空气4030.7814.60.50.287789614合成天然合成天然气气氧、蒸汽、氧、蒸汽、氢氢11.50.021196970.23344037620第四节第四节 煤的气化工艺及其设备煤的气化工艺及其设备 三种主要工艺：（a）固定床8001000块煤（330mm或650mm）蒸汽+O2灰渣煤气（b）流化床8001000碎粉煤（15mm）煤气灰渣蒸汽+O2煤（c）喷流床15002000煤粉（小于0.1mm）煤煤气煤蒸汽+O2渣三种典型气化工艺过程煤固定床气化工艺流化床气化工艺喷流床气化工艺固定床气化炉特点：（1）气化剂与煤反向送入气化炉 （2）煤为块状 （3）固态干灰排渣，或

10、液态（4）碳转化率高，耗氧量低（5）煤气出口温度低（6）一般容量较小常压加压加压特点： （1）可采用灰熔融较低和粒度较小的煤 （2）可气化水分高、灰分高、黏结性煤 （3）耗氧量低于常压 （4）气流速度低，粉尘带出量小 （5）甲烷含量高，可做城市煤气 （6）气化能力大于常压4-8倍 （7）出炉压力高，可远距离输送 （8）气化过程连续，利于实现自动化流化床气化炉U-Gas是一种灰熔聚加压流化床气化工艺（1）煤的破黏脱挥发分（2）煤的气化（3）灰熔聚（4）灰的分离优点：（1）煤种范围较宽 （2）碳转化率高气流床气化炉气流床气化炉氧气-过热蒸汽作为气化介质煤在悬浮状态下进行第五节第五节 煤气的净化处理

11、煤气的净化处理气化炉导出的粗煤气，含有粉尘，雾状焦油、硫化物和含硫的有机物、氮化物、碱金属及水蒸汽,极少量的重金属煤气杂质对煤气加压、输送和燃烧设备存在有害影响煤气化的产物必须经过净化处理煤气净化工艺为先除尘、后脱硫煤气除尘技术1、煤气常温除尘净化:250-370,水洗涤或陶瓷过滤2、煤气高温除尘净化:500-600,旋风分离器或陶瓷 过滤煤气脱硫技术成分：H2S、COS煤气脱硫技术分类：（1）湿法煤气常温脱硫（2）干法高温脱硫（3）与煤气化过程同时进行的高温脱硫N-甲基二乙醇胺法（MDEA）： 2RNH3+H2S(RNH3)2S (RNH3)2+H2S2(RNH3)HS煤气化过程中如何脱氮呢

12、？第二部分第二部分 煤液化技术煤液化技术煤变油煤变油 在国际上，煤变油技术成拯救能源短缺最有效可在国际上，煤变油技术成拯救能源短缺最有效可行的途径，是能源战略储备方式。拥有煤制油技术的行的途径，是能源战略储备方式。拥有煤制油技术的国家有美国、德国、南非、日本，实施商业化运行的国家有美国、德国、南非、日本，实施商业化运行的国家只有南非。国家只有南非。 视频1视频2视频3间接液化间接液化F-TF-T合成：用煤气中的合成：用煤气中的COCO和和H H2 2，通过催化，合成，通过催化，合成 液体燃料；液体燃料；产物：汽油、柴油、甲烷、氢气、乙醇、丙酮、产物：汽油、柴油、甲烷、氢气、乙醇、丙酮、 乙烯、丙烯石蜡等，可达上百种；乙烯、丙烯石蜡等，可达上百种；直接液化直接液化煤在隔