煤炭加压气化原理讲解教学课件

煤炭加压气化课件煤炭加压气化概述煤气化简介煤是一种固体化石燃料，固体燃料的气化过程是一个在高温或同时在高压下进行的，复杂的多项物理化学过程。一、煤氣化的定义煤炭氣化是一个概括的朮語，用來描述煤炭轉化成煤气的過程。即煤炭在高溫條件下，与氣化劑進行热化学反应的过程。概述煤气化简介能使煤炭气化生产煤气的设备称为煤气发生炉，简称气化炉。煤炭在此称为气化原料，使煤炭与之反应产生煤气的气体(空气、氧气、水蒸汽、二氧化碳等)称为气化剂。二、煤的气化方法煤气的用途多种多样，制取煤气的控制方式也多种多样。以压力控制方式分类煤气化可分为常压气化法和加压气化法；以气化原料在气化炉内的运动方式分类，气化又可分为移动床气化、流化床气化和气流床气化；根据排渣方式，煤的气化可分为固态排渣气化法和液态排渣气化法。能使煤炭气化生产煤气的设备称为煤气发生炉，简称气化炉。煤炭在一、鲁奇加压气化的发展历史鲁奇加压气化是成熟的工业化煤加压气化的方法。于1936年德国建立起第一套加压气化装置至今工业化已有五十多年的历史，鲁奇炉根据炉型的变化大至可划分为三个发展阶段一、鲁奇加压气化的发展历史鲁奇加压气化是成熟的工业化煤加压气第一阶段（1930～1954）1930年西德建立了第一套加压气化的试验装置，根据多次试验取得的经验于1936年设计投产了第一台工业化的鲁奇炉，炉子内径为1100毫米，用褐煤为原料原料生产城市煤气，气化剂为氧气和水蒸汽，气化剂通过炉篦之中空心轴从炉低中心进入炉内，出灰口设在炉低侧部，炉内壁衬有耐火砖，炉内无搅拌装置，只有气化非粘结性的煤，气化强度较低。第二阶段（1952～1965年）由于第一代仅适用非粘结性的褐煤且气化能力低，为了能够气化弱粘结性的煤，并阴魂借子阴魂借子黑岩/html/0/626/第一阶段（1930～1954）阴魂借子阴魂借子黑岩htt生产合成气，提高气化能力。1950年～1954年鲁尔公司与鲁奇公司合作建立了一套试验装置，根据试验设计了第二代鲁奇炉，该鲁奇炉在炉内设置了搅拌装置，其起到了破粘作用，从而可以气化弱粘结性煤，同时取消了炉内耐火砖衬里，设置了水夹套，排灰改为炉底中心排灰，气化剂由炉底测向进入炉篦下部。第三阶段（1969～1980年）为了进一步提高鲁奇炉的生产能力，扩大煤种的应用范围，满足现代化大型厂的需要，研究设计了第三代鲁奇炉，其内经正大到直径3800mm，采用双层夹套外壳，生产合成气，提高气化能力。1950年～1954年鲁尔公司与鲁炉内装有搅拌器和煤分布器，转动炉篦采用多层结构，布气效果好，单炉气化提高到化能力35000～50000m3粗煤气/hr，同时第三代的结构材料，制作方法，操作控制等均采用了现代技术，自动化程度高。目前，国外鲁奇炉正向第四代发展，其方向是提高能力，进行液态排渣等方面发展。在南非莎索尔厂新建的Mark-V型气化炉直径为5000m，单炉生产能力可达100000/ Nm3/hr。同时鲁奇公司在道尔登厂积极从事“鲁尔10·0MPa”气化的试验研究。近年来，由于石油和天然气的日益短缺及涨价，能源将重新回到以煤为主的时代。 炉内装有搅拌器和煤分布器，转动炉篦采用多层结构，布气效果好，

鲁奇炉各主要发展阶段的技术特性鲁奇炉各主要发展阶段的技术特性二、鲁奇加压气化的特点：1、原料方面：⑴煤种适应范围广，能气化从褐煤到无烟煤的各种煤，除焦煤之外。⑵适用于碎煤气化，由于鲁奇炉为加压气化，因而在煤粒度上可放宽至小粒度，其适应粒度最小为2mm，最大为50mm，最大与最小粒度之比一般为8mm，最好为5～6mm.2、生产过程方面：⑴气化炉生产能力大，加压下气体的体积缩小，流速降低，这样使气化炉的生产能力可以大大提高。二、鲁奇加压气化的特点：煤炭气化的基础知识第一节煤的生成与分类

煤是含碳、氢元素为主的固体矿物燃料，它还含有氧、硫、氮等元素，其是千百万年前远古时代植物残骸经地质作用转变而成的可燃性生物岩，燃烧时产生大量热量。一、煤的生成：

我们都知道煤是远古时代植物残骸经地质作用转变而成的。而煤的生成、大量堆积却还需具备一定的条件：煤炭气化的基础知识第一节煤的生成与分类1、高等植物的发生、发展是煤生成的首要条件2、陆地上有均匀的温度和潮湿的气候，适宜于陆生植物一代一代地繁茂地生长。3、地形的起伏形成大的沼泽地带，有利于植物群的发展及残骸堆积在水中。4、地形的运行使有可能保存植物残骸，并转变到沉积状态。

在具备以上条件的前提下，古代植物转变成煤经过了一系列演变过程，大致可分为两个阶段：第一阶段泥炭化阶段：

此阶段植物不断繁殖、生长、死亡，其残骸堆积在水中之后，在细菌的作用下进行分解；堆积在下面的完全与空气隔绝，植物残骸的菌作用就依靠本身含有的氧，发生氧化分解，发生去羧基、1、高等植物的发生、发展是煤生成的首要条件脱水等作用，放出二氧化碳、水及甲烷，形成一种凝胶状的物质。这种残留物的碳含量相对增加，而氧和氢含量则趋于减小。植物残骸经过这些变化以后，改变了原来的形态和结构，变成含水分很高的棕色物质，这种物质称为泥炭或称为泥煤。第二阶段煤化阶段

由于地壳的下沉、泥炭层被埋复于地下，当在泥炭层上面形成了岩石顶板即进入了成煤的第二阶段——煤化阶段，此阶段根据作用的因素及所发生的不同又可分为成岩作用阶段和变化作用阶段。（1）成岩作用阶段：若地壳的下沉速度和植物生长的速度互相配合，将形成很厚的泥炭层，以后便可能形成很厚的煤层。脱水等作用，放出二氧化碳、水及甲烷，形成一种凝胶状的物质。这但是，地壳下沉的速度常常超过植物残骸堆积的速度，，于是水层复盖过厚，影响植物生长，泥炭堆积中断，代之以粘土、沙石的堆积，因此在泥炭层上面形成了岩层，称为顶板。此时，若地壳下沉速度逐渐变慢，又造就了植物生长、繁殖及植物残骸堆积的条件，则泥炭层的顶板仅仅变成了泥炭内部的矸石夹层，以后将形成含有夹矸层的煤层。在漫长的地质年代里，埋复泥炭受着顶板和上复岩层的压力作用，发生了变紧、失水，胶体老化、硬结等物理化学变化，同时，埋复泥炭的化学组成也发生了相当缓慢的变化。这一切变化使得埋复炭最后变成了比重较大、较致密的黑褐色褐煤。从无定形的泥炭转变为这种具有岩石特征的过程，成为成岩作用阶段。但是，地壳下沉的速度常常超过植物残骸堆积的速度，，于是水层复植物及煤的组成成分植物及煤的组成成分

从植物及各种煤的组成成分，随着煤化程度的增高，煤中碳含量增加；氢、氧含量减小。成煤过程是一个碳逐渐增加的过程。二、煤的分类

煤是重要的能源和工业原料，为了使煤炭资源得到合理的利用，有计划地对煤炭资源进行开发和利用，合理地对煤进行分类便具有重要的科学意义和经济意义。1、煤的分类指标：煤的分类指标要能反应出煤的煤化程度与工艺性质之间的关系。目前作为实用分类指标仍采用可燃基挥发分作为分类的主要指标，再补充几个表征工艺性质的指标。（1）挥发分其中煤中有机质的组成和性质有从植物及各种煤的组成成分，随着煤化程度的增高，煤中密切的关系，它能大致地代表煤的煤化度。（2）煤的胶资层厚度：其在一定程度上能说明煤的粘结性。（3）自由膨胀序数：它尚能在一定程度上说明煤的粘结性。（4）葛金指数：其对煤的结焦性区分能力广，对挥发分接近而粘结不同的煤都能加以区分。（5）罗加指数：是一个粘结性指标，它对低、中等粘结的煤有较强的区分能力。（6）奥加膨胀度：其对强粘结性煤的区分能力较好。密切的关系，它能大致地代表煤的煤化度。中国煤分类（以炼焦煤为主）中国煤分类（以炼焦煤为主）煤炭加压气化原理讲解教学课件无烟煤含量占到了总储量17.55﹪，而在无烟煤中变质程度又有显著的不同，为了更合理地使用无烟煤，以Hr和Vr 为指标将无烟煤进一步分为三种，如下表示： 无烟煤的分类 由上分类表可看出通过煤的分类，对煤炭的勘探、生长、合理使用都起到了重要的指导作用我和她的恋爱喜剧/html/0/571/无烟煤含量占到了总储量17.55﹪，而在无烟煤中变质程度又有第二节煤的工业分析和元素分析一、煤的工业分析

煤的工业分析也叫煤的技术分析，工业分析的项目包括煤的水分、灰分、挥发分及固定碳。其中水分和灰分是煤的无机组分；挥发分和固定碳取决于有机质的组成和性质，通过对煤的工业分析可合理使用煤种，且起到指导生长的作用。1、水分（W）

从水分在煤中存在的状态来看，水分可分为外在水分和内在水分。附着在煤颗粒表面或大毛细管（直径＞10－5cm）的水，称为外在水分。将煤在空气中风干时，这类水分就不断蒸发，一直到其中的蒸汽压与空气的湿度达到平衡为止，此时失去的水分就是外在水分，以“WWZ”表示，失去了外在水分的煤称为风干煤或分析用煤。吸附或凝聚在煤颗粒内部的毛细孔中的水，第二节煤的工业分析和元素分析（直径﹤10-5cm）中的水，成为内在水分。内在水分主要以物理化学的方式与煤质相连结，它的蒸汽压比纯水的蒸汽压小，因而在常温下，这部分水分不易除去。除上述水分外，煤中还有结晶水和化学水，在煤的工业分析中，只测定游离水（外在水分和内在水分）而不测定结晶水和化学水。在煤的工业分析中所测定的水分，分为原煤全水分（若来样符合应用煤状况，则称为应用煤水分）和分析煤样的水分。水分用定量法测定，全水分测定结果按下式计算：WQ＝W1+G1/G(100-W1)式中：WQ

试样全水，％；W1

试样在运输中损失的水分，％；G1试样干燥后的失重，克；G试样的重量，克。弃乱的青春/info-163/（直径﹤10-5cm）中的水，成为内在水分。内在水分主要以2、灰分（A）（1）煤中灰分的来源：

煤的灰分是指煤中所有可燃物质完全燃烧以及煤中矿物质在一定温度下产生一系列分解，化合等复杂反应后剩下来的残渣。煤的灰分全部来自煤中的矿物质，但它的组成和重量与煤中矿物质不完全相同，因而确切地说，煤的灰分应称为灰分产率。

煤中矿物质有不同的来源，一般可以分为以下三钟：a、原生矿物质：它是由成煤植物本身所含有矿物质形成，原生矿物质在煤中含量很少。b、次生矿物质：它是在成煤过程中由外界混到煤层中的矿物质形成。c、外来矿物质：它并不含于煤中，而是在采煤过程中混入煤中的顶板、底板、夹矸的矸石形成。2、灰分（A）

煤中的原生矿物质和次生矿物质的总和称为内在矿物质，内在矿物质很难用选煤方法除去，来自内在矿物质的灰分。而外来矿物质（称为外在矿物质）用洗选煤的方法比较容易除去。来自外在矿物质的灰分称为外在灰分。

煤的灰分是一种废物，它不仅影响煤的热值，几乎在煤炭加工利用的各种场合下都带来有害的影响。（2）灰分的熔点：

灰熔点即指煤灰分加热至熔融流动状态时温度T3。

另外表示灰溶融特征的还有T1变形温度和T2软化温度。煤中的原生矿物质和次生矿物质的总和称为内在矿物质，内

煤灰分的灰熔点变动范围很大，它取决于煤的灰分组成，灰分的主要成分为SiO2，AI2O3、FeO3及CaO等，若在灰分中，SiO2＋AI2O3所占的比例愈大，则灰分的灰熔点愈高。3、挥发分（V）

煤的挥发分不是煤中的固有的物质，而是在特定条件下，煤的有机质受热分解的产物。因此确切地说，该指标应称为挥发分产率。挥发分产率和煤中有机质的组成和性质有密切的关系。随着煤化度的增高，挥发分产率逐渐减小。因为挥发分能大致代表煤的变质程度，同时又能根据挥发分产率和焦渣性状初步判断煤的加工利用性质。所以挥发分产率是煤炭分类的重要指标之一。煤灰分的灰熔点变动范围很大，它取决于煤的灰分组成，灰分的二、煤的元素分析

在自然界中，虽然煤的品种很多，然而，它们都是由有机物和无机物两部分组成。无机物主要是水和矿物质；有机物主要是由碳、氢、氧、氮、硫等五种元素组成。其中又以碳、氢、氧为主——其总和占有机质的95％以上。氮的含量变化范围不大，硫的含量则随原始成煤物质和成煤时的沉积条件不同有高有底。煤的工艺用途主要是由煤中有机质决定的。所以了解有机质的组成是很重有的。1、煤中的碳、氢、氮、氧的测定（1）碳、氢、氮、氧的测定

碳和氢是煤中有机质的基本元素，测定法为燃烧法，即在800℃下通人氧气使其完全燃烧，借种借种红烧鲫鱼借种酷匠网/二、煤的元素分析借种借种红烧鲫鱼借种酷匠网http:碳氧化成二氧化碳，氢生成水，测定两种产物的数量便可计算出碳和氢的含量。

煤中的氮，主要是由成煤植物中的蛋白质转化而来的，具测定一般采用开氏法：即煤加入在硫酸中，在催化剂的作用下，加热分解，氮转化为硫酸氢铵。加入过量的氢氧化钠溶液，把氨蒸出并吸收在硼酸溶液中，用硫酸标准溶液滴定，根据用去的硫酸量，计算出煤中的氮含量。

煤中氧含量一般用差额法算出，即Or％＝100－Cr-Hr-Nr-Sryj(2)C、H、O、N与煤质的关系：煤的元素组成随着煤的种类、煤化度及媒岩组成的不同而异。我国各种煤的元素组成下表可见，煤中碳含量随着煤化度的增高而增加。因此煤的煤化度也常常称为煤的碳化程度碳氧化成二氧化碳，氢生成水，测定两种产物的数量便可计算出碳和各种煤的元素组成元素％煤种各种煤的元素组成元素％煤种煤中氢含量变化较大，随着煤化度的增高而减少煤中氧含量随煤化度的增高而显著减少。2、煤中的硫：（1）煤中硫的形态及来源：煤中硫分的存在通常可分为有机硫（Syj）和无机硫两大类。无机硫又可分为硫化物硫（SLT）和硫酸盐硫（SLY），有时存在微量的元素硫。有机硫和硫化物硫在空气中能燃烧，总称可燃性硫；硫酸盐硫不能燃烧，属非可燃硫，两者总值为全硫（SQ）硫化物硫一来源于成煤植物及其转化产物中的硫化物，另一则是水中的硫酸铁等盐类还原生成的煤中氢含量变化较大，随着煤化度的增高而减少的一部分，而不是以有机硫化合物的形式与煤的简单聚合。2）煤中硫含量的测定：煤中全硫含量常用艾氏法测量，即将煤与艾氏试剂均匀混合灼烧使煤中的硫含量全部变成可溶性的钠和镁的硫酸盐，然后通过重量法测定硫酸钡沉淀物的数量，来计算煤中的全硫含量。三、煤的发热量发热量是评价煤质的一项主要指标，也是进行燃烧计算时不可缺少的基本数据，燃烧过程的热平衡、耗煤量、热效率等的计算，都是以煤的发热量为依据的。1、发热量的基本概念：煤的发热量就是单位质量的煤在完全燃烧时所产生的热量，单位表示为：卡/克或千卡/千克。根据燃烧产物中水的状态的不同，发热量的数值可有两种。一种称高位发热量：假定燃烧废物中所有的水汽都冷凝下来成为零度时的液态水，在这种情况下，单位质量的燃烧完全燃烧后放出的热量称为高位发热量，以QGW表示。另一为低值发热量，燃烧废物中的水仍以气的一部分，而不是以有机硫化合物的形式与煤的简单聚合。态(假设为25℃)逸出.此条件下,单位重量的燃料完全燃烧后放出的热量成为低位发热量,以QDW表示,其接近工业实际情况.高位发热量和低位发热量可互为换算:即QGW=QDW+6(WY+9HY)式中:QGW－应用煤的高位发热量;QDW

－应用煤的低位发热量;WY

－应用煤中的水分,百分数;HY－应用煤中的氢含量,百分数.2.发热量的计算:煤的发热量除了可以直接测定外,还可以利用煤的工业分析和元素分析数据来计算.(1)利用工业分析计算a.灰分Ag≤的无烟煤高位发热量

QfGW=K0-80Wf-90Af式中:QfGW－分析样高位发热量,卡/克;态(假设为25℃)逸出.此条件下,单位重量的燃料完全燃烧后放Wf—分析样水分含量,﹪;Af---分析样灰分含量,﹪;K0---常数,的无烟煤高位发热量:QfGW=K1[100-(Wf+Af)]-6Af式中:K1—常数,由煤实测的Vr值和焦渣特征表查得.C.灰分Ag<40%的褐煤高位发热量:QGW=K2-70Wf-75Af式中:K2为常数(2)利用元素分析计算:a、计算任何褐煤、烟煤和无烟煤的发热量QGW＝80（78.1）Cr＋310（300）Hr＋15Sr－25Or－5（Ag-10）当Cr＞95％或Hr≤1.5％时，式中Cr前面的系数采用78.1；当Cr＜77％，式中Hr前面的系数采用300。b、计算各种褐煤、烟煤和无烟煤的QDT：QDT＝80（78.1）Cr＋310（300）Hr＋10Nr＋25Sr－25Or－5（Ag-10）式中Cr和Hr前面的系数的采用原则同前述。当煤中Ag＞10％时，式中最后一项灰分校正值才需减去，否则，最后一项删去。3、煤的发热量与煤质的关系：Wf—分析样水分含量,﹪;在煤的组成的元素中，C和H是影响煤发量的主要因素，从褐煤、长烟煤过渡到焦煤时，煤中H含量减少不大，而碳含量却有明显的增加，这使得煤的发热量趋于增加。到焦煤以后，由于煤中碳含量增加幅度降低，而H含量却明显地降低，而氢的发热量比碳大4.2倍，因此，发热量的变化又随着煤化度的增高而下降。

H值和K0值对应表V值和K0值对应表在煤的组成的元素中，C和H是影响煤发量的主要因素，从褐煤、长焦渣特性与挥发分对应表

焦渣特征V%KV值和K2值对应表焦渣特性与挥发分对应表

焦渣特征V%KV值和K2值对应表我国各种煤的发热量我国各种煤的发热量第三节煤的分析结果的表示法和基准一、分析结果的工业分析和元素分析结果的百分率，因分析样不同而结果也不相同，此处所说的条件也即基准，若基准不一致，同一实验数据的计算差别就很大。如下表示：矿烟煤各某基准的分析结果

可见各种煤的同类数据只有在同一基准的基础上才能进行比较。因此，所有的分析指标一定要表明它的基准。一般在工业生产中为了便于比较，灰分常采用干基、挥发分采用可燃基、硫大多数也采用干基，分别表示为：Ag%,Vr%,SgQ%.元素分析一般规定以可燃基为基准：如：Cr%,Hr%,Or%,Sr%,Nr%等第三节煤的分析结果的表示法和基准矿烟煤各某基准的分析结果各种基准的含义及它们之间的关系二、基准之间的换算1、全水分（％）WQ=WWZ+WNZ(100-ＷＷＺ)/1002、固定碳（％）CGD=100-(Wf+Af+Vf);CGD=100-(Ag+Vg)CGD=100-Vr各种基准的含义及它们之间的关系二、基准之间的换算3、从分析基或可燃基换算成干基：Xg=Xg[100/(100-Wf)]%Xr=Xr[(100-Ag)/100]%4、从分析基或干基换算成可燃基：Xr=Xf[100/(100-Wf-Af)]%Xr=Xg[100/(100-Ag)]%5、从分析基换算成应用基：Xy=Xf[(100-Wy)/(100-Wf)]%Xy=Xf[(100-WWZ)/100]%

第四节煤的热分解与氧化一、煤的热分解概念：有机物质在中性化学介质中加热时所发生的变化，统称为热分解，这种变化是由于分子的分解，不饱和原子团的化合和最轻分子的挥发所引起的。

煤的热分解是个复杂的过程。它包括了煤中有机质的裂解，裂解产品中轻质部分的挥发，残留部分的缔合作用.热分解的趋势是使煤中对热不稳定的部分,不断的裂解,挥发而去,残留的部分3、从分析基或可燃基换算成干基：不断的缔合增炭,形成了热稳定的产物.根据加热温度,煤的热分解过程大致可分为以下阶段:1、120℃放出外在水份和内在水份，成之为以下阶段。2、120℃～200℃放出吸附在小孔中的气体，如CO2、ＣＯＣＨ４等，成为脱吸阶段。3、200℃～300℃放出热解水，开始形成气态产物，如CO2、ＣＯ、H2S等，并有微量焦油析出，成为开始热解阶段4、300℃～500℃大量析出焦油和气体，几乎全部焦油均在此温度范围内析出。在这一阶段放出的气体中主要为CH4及其同系物，此外，还有不饱和烃（CmHn）、H2及CO2、CO等，成为一次气体。粘结性煤在这一阶段经胶质状态转变为半焦。此阶段成为胶质体固化阶段。5、500℃～750℃半焦热解，析出大量含氢很多的气体，为二次气体，在此半焦收缩，此阶段成为半焦收缩阶段。6、750℃～1000℃半焦进一步热分解，继续形成小量气体，半焦转变为焦炭。

不断的缔合增炭,形成了热稳定的产物.

热解是由于温度的升高，分子振动加剧，当振动强度大于原子键的生成能时，分子中原子之间的键能即行断裂。可见，煤的热稳定性取决于分子中原子间键能的大小，即决定于分子的结构。随着煤化度的增高，煤中氧含量、氢含量的减小，侧开始键变短，芳构化程度增高，而使其热稳定性提高，所以，随着煤化度增高煤的分解温度也升高。煤的分解温度热解是由于温度的升高，分子振动加剧，当振动强度大于原二、煤的气化：1、基本概念：

氧化对于煤的性质有重大的影响，它是煤风化甚至自燃的原因。

煤的氧化可分为五个阶段：第一阶段为在常温到100℃左右，用空气或氧气氧化，形成表面氧络合物，并进一步发生氧化分解和变质。第二阶段为在100～300℃用空气或氧气氧化，生成可溶于碱的复杂的再生腐值酸；第三个阶段是在200～300℃悬浮在碱的水溶液中用氧加压氧化，生成可溶于水的较复杂的次腐质酸。第四阶段与第三阶段条件相同，仅增加氧化剂的量，生成溶于水的简单有机酸。第五阶段便是燃烧。2、煤的风化和自燃

煤在空气中堆存时受到大气因素（包括空气中氧，温度的变化等化学作用和物理作用）的综合影响时，其物理性质、化学性质及工艺性质就发生一系列的变二、煤的气化：化，这种变化成为风化。风化作用主要是煤的有机质和矿物质所引起的。煤的氧化放出热量，如果热量不能及时放出，在煤堆中越积越多，煤的温度就越来越高，使氧化过程加速，放出更多的热量，以致达到煤的着火点，这样由煤的自热而造成自燃。

煤在低温时氧化的趋势取决于煤的种类，煤化度越高，煤中有机质的芳构化程度越高，含量越低，煤就难在低温下氧化。煤的自燃趋势也逐渐降低。煤温度越高越易自燃，疏松的煤易于与空气接触，因而也易自燃。

3、媒风化、自燃过程的机理：

煤在较低的温度下，由于煤吸附了氧而生成了煤氧络合物，这一络合物只是在比较低的低的温度下才能在，当温度高于80～85℃时，则迅速分解并放出CO2、CO、水蒸汽，同时放出热量，煤温继续升高，第二个煤络合物以相当大的速度生成，并在相当高的温度下分解，生成了被氧化了的煤的气体产物，同时放出了热量。这样加剧了煤的温升，使之达到着火点。化，这种变化成为风化。风化作用主要是煤的有机质和矿物质所引起第五节煤气化反应及主要机理

煤气化是一个复杂的物理化学过程，在气化过程中即有煤与气化济之间的一次反应，又有反应产物与煤或其它气体之间的二次反应，主要一次反应有：

C+O2=CO2+97800千卡/公斤分子2C+O2=2CO+58860千卡/公斤分子C+H2O=CO+H2-28160千卡/公斤分子C+2H2O=CO2+2H2-17970千卡/公斤分子2C+2H2O=CH4+CO2+30000千卡/公斤分子

主要二次反应有：2CO+O2=2CO2+136440千卡/公斤分子CO2+C=2CO-38400千卡/公斤分子C+2H2=CH4+20870千卡/公斤分子CO+H2O=CO2+H2+10410千卡/公斤分子CO+3H2=CH4+H2O+49250千卡/公斤分子2CO+2H2=CH4+H2O+59100千卡/公斤分子CO2+4H2=CH4+2H2O+38900千卡/公斤分子第五节煤气化反应及主要机理煤气化是一个复杂的物

2H2O+O2=2H2O+115620千卡/公斤分子

煤气化反应也是一种化学反应，因此，一般化学反应的原理基本也能适用。

一、气化反应的物理化学基础1、气化反应的反应速度：

化学反应速度是指反应器在单位时间内所起化学变化的量，一般以单位时间内反应物或物质浓度的变化来表示。

（1）均相系的反应速度

均相系反应是指在均一的同一气相混合物中各种气体间进行的反应。其化学反应速度与反应物质浓度的乘积成正比.(2)浓度：压力对均相系反应速度的影响

在同一温度时，气体分子具有的能量并不相同，具有较大能量的分子叫做活化分子，只有活化分子之间的相互碰撞才能发生反应。这种发生反应的碰撞叫做有效碰撞。在一定温度时，一定反应物中活化分子占的百分数是一定的。但当反应物的压力或浓度增大时，单位体积内活化分子数多了。这样就能使单位时间内所发生的有效碰撞次数增多，因此反应速度也就增大了。2H2O+O2=2H2O+115620千卡/公斤分

（3）温度对均相系反应速度的影响1889年阿累尼乌斯提出了温度影响反应速度常数：活化能一定时，温度升高，常数增加，因此反应速度加快。

（4）活化分子所具有的能量比一般分子的平均能量高出的值称为分子的活化能。化学反应即要两个分子接触而起作用，而且必须接近到一定程度。由于分子间配对电子的相斥以及两核之间的斥力，在一个分子接近另一个分子时，位能就要增加，同时，在生成物生成以前，反应物分子中原子有的化学键也需要减弱或破坏，这些过程都需要额外能量来补充，而这个过程所需的能量总和就是活化能。活化能表明了一个化学反应在进行过程中所需的能量，可见，不同的化学反应要有不同的活化能。因此，在其它条件相同时，活化能愈小，活化分子的数目越多，反应速度也就越快。（3）温度对均相系反应速度的影响

（5）非均相系的反应速度

非均相系反应是指在固定碳相的界面上碳和气体（O2、H2O、CO2等）间进行的反应。

在非均相系中，化学反应是在两相（气、固）的界面上进行的，只有在这里，反应物的分子会发生碰撞。因此，非均相系的反应速度除受温度、压力、浓度等因素影响外，还和两相之间接触面的大小有关。

煤炭气化过程便是一非均相系化学反应过程，是固定碳与生成气反应的过程。其可表述为：固体＋气体＝另一气体类型的非均相反应。

在固体表明进行反应一般可分为三个阶段：

第一，反应物分子从气相区穿过气膜扩散传播到固体表明。

第二，反应分子被固体表明所吸附，并进行化学反应。

第三生成物分子从固体表明解吸，并重新穿过气膜（5）非均相系的反应速度离开固体表明。

由上述过程可见，非均相系的反应速度，不仅取决于化学动力学方面的作用速度，而且与第一或第三阶段的气体扩散速度有关。若扩散速度不及化学反应速度快时，则总的反应速度受到扩散速度的限制，次况称为扩散区。与次相反则称为动力区；两区之间成为过渡区或中间区。

扩散速度由菲克定律可知：增大气流速度，提高温度、压力（压力提高气体密度增大而气体密度对碳表面的气膜厚度的影响，要远大于压力对扩散系数的影响）都可提高扩散速度。

2、化学平衡状态和平衡常数

气化反应一般都是可逆反应，而可逆反应在密闭的容器中是不能进行到底的。在可逆反应过程中，正反应的速度是随着反应物的不断减小而逐渐降低；而逆反应的速度则是随着生产物的不断增加而上升。当逆反应的速度与正反应的速度相等时，反应即达到了平衡状态，此时生产物和反应物的量达到了一定的比例离开固体表明。关系，只要反应条件不变，次比例关系无论经过多长时间都不会改变。

（1）均相系的反应平衡

设均相系的可逆反应为：Aa+bB=cC+dD

则其正反应速度U1和逆反应速度U2为：反应时间反应速度可逆反应UtU1=U2正反应速度U1逆反应速度U2U1=K1[A]a[B]bU2=K2[C]c[D]d

当反应达到平衡状态时，U=0即U1=U2

将U1和U2式待人上式得：K1[A]a·[B]b=K2[C]c·[D]d

化简为[C]c·[D]d/[A]a·[B]b=K1/K2=KC

式中：[A]、[B]、[C]、[D]——物质A、B、C、D在达到平衡时的浓度。KC——以浓度表示的反应平衡常数。关系，只要反应条件不变，次比例关系无论经过多长时间都不会改变

（2）非均相系的反应平衡

在固体与气体之间所进行的非均相系的可逆反应中，固体与其蒸汽压间的平衡及蒸汽与气体间的平衡均要考虑。固体在一定温度时，其蒸汽压是一定的，故作为一个常数并入平衡常数中。3、化学平衡的移动及影响因素

化学平衡的移动即反应条件的改变，使原已达到的化学平衡遭到破坏，从而使反应物和生产物浓度发生变化，达到新条件下的化学平衡。化学平衡移动的根本原因是，外界条件的改变对正、逆反应速度发生了不同的影响。

（1）浓度对化学平衡的影响：

可逆反应的化学平衡常数是温度的函数不随浓度的变化而变化。在平衡体系内增加反应物的浓度，平衡则向着减小反应物浓度方向移动，也就是朝着产生生产物的方向移动。（2）非均相系的反应平衡

（2）温度对化学平衡的影响

温度对平衡常数的影响与反应的热效应关系很大。对于放热反应，要增加生产物的产量，宜在较低温度下进行；对于吸热反应，要增加生产物的产量，宜在较高温度下进行。（3）压力对化学平衡的影响

提高压力有利于生成物体积减小的反应，不利于生成物体积增大的反应。

（4）吕·查德里原理

总结了诸因素的影响规律即：若改变平衡体系诸条件之一，（温度。压力和浓度）结果会使化学平衡向能减弱这个改变的方向移动。（2）温度对化学平衡的影响二、煤气化主要反应的反应机理1、碳到氧化机理

实验证明，随着温度、流体动力条件及鼓风气相个别组成的分压不同所制得的煤气中碳的氧化物比例（CO：CO2）变化范围是很大的。在过去大量的研究中碳与氧的反应机理最初提出为二氧化碳说，这种学说认为CO2是碳与氧反应（C+O2=CO2）生成的一次产物，而CO是CO与碳二次反应的产物。而后又提出一氧化碳说，其与二氧化碳说相反，认为碳和反应首先生成CO，即2C+O2=2CO,CO是反应的一次产物，即CO2是由反应2CO+O2=2CO2生成的。最后较多的实验研究结果认为CO与CO2同为碳与氧相互作用的一次产物，生成机理如下：

（1）氧吸附到碳的表面.

（2）在碳的表面形成一种碳氧络合物,CxOy.二、煤气化主要反应的反应机理

(3)随着反应进行的条件不同，碳与氧络合物热键同时生成不同比例的CO和CO2.CxOy---mCO+nCO2、二氧化碳还原机理a、反应机理：在煤气化过程中二氧化碳还原生成一氧化碳是一个非常重要的二次还应，其在很大程度上确定了所得煤气的质量。

大量的研究工作得出结论：二氧化碳还原反应是复杂的多相反应（非均相反应），通过形成固体表面络合物CxOy和分解生成CO。

（1）CO2在碳表面吸附并与碳形成一种碳氧初次络合物。C+CO2----碳氧初次络合物。

（2）碳氧初次络合物分解形成放射性一氧化碳和非活性二次碳氧络合物。

（3）二次碳氧络合物分解形成非活性的一氧化碳和碳的游离原子。

二次碳氧络合物－－CO+C（游离）(3)随着反应进行的条件不同，碳与氧络合物热键同时

b、影响还原反映的条件

（1）温度对反应速度的影响

二氧化碳的还原反应进行得比较缓慢，尤其在低温条件下，为了达到反应的平衡，就需要一段较长的时间。反应温度愈高，反应的速度将愈快，其达到平衡所需的时间则愈短。而在较低的反应温度时，反应速度较慢，达到平衡的时间较长。在实际生产中，气体在还原层停留的时间很短，仅几秒钟，与在次条件下达平衡所需时间相比相差很多，反应CO2+C=2CO并不能达到平衡，因此生产出的煤气CO2要比次条件下的平衡含量高。b、影响还原反映的条件CO2+C=2CO平衡组成表

由反应速度与反应温度的关系可见：在一定的温度下，CO2与赤热的碳接触时间愈长，则生成一氧化碳的量就愈多。若接触时间相同，则进行反应的温度愈高，CO2的还原就愈快，愈完全。CO2+C=2CO平衡组成表由反应速度与反应温度

（2）燃料性质对反应速度的影响

我们由煤的物化性质可知，随着碳化度的增高，煤的化学性下降。化学活性也影响反应速度的一个因素，在同等反应温度条件下，活性好的煤，反应速度快为了保证煤气的质量，气化工艺条件要随燃料的不同而改变，如气化碳化度高的煤要比气化碳化度低的煤操作温度要高。3、水蒸汽分解机理

燃料中碳与水蒸汽之间的反应是一次反应，它对用空气－水蒸汽或氧气－水蒸汽条件制气过程具有重要的影响，水蒸汽分解可有以下几个反应：C+H2O=CO+H2—28150千卡/公斤分子C+2H2O=CO2+2H2--17900千卡/公斤分子CO+H2O=CO2+H2--10250千卡/公斤分子（2）燃料性质对反应速度的影响

对于碳与水蒸汽反应CO2是初级产物，还是CO是初级产物，众说不一。近年来开始认为水蒸汽分解反应也是存在着化学吸附的过程。

（1）水蒸汽在碳的表面物理吸附。C+H2O——C+H2O(吸附)

（2）然料中的碳与水蒸汽形成中间络合物，这是化学吸附。在形成络合物的瞬间分解出为碳表面所吸附的氢，氢则在高温作用下逐渐解吸下来。C+H2O(吸附)——CxOy+H2(吸附)H2（吸附）——H2

（3）中间络合物在高温下分解或与气相中水蒸汽反应形成CO。CxOy——CO(吸附)+CCO(吸附)——CO或CxOy+H2O——CO(吸附)+H2对于碳与水蒸汽反应CO2是初级产物，还是CO是初级产

许多研究发现在气化含灰的燃料，当气化剂中存在有水蒸汽时，所得气体组成中CO2较多，而气化含灰量少的燃料时，所得气中CO2较少。这是由于在固体燃料气化的同时，存在着水蒸汽和碳的反应以及CO的变换反应。并且燃料中的灰分对CO变换反应起有催化剂作用。许多研究发现在气化含灰的燃料，当气化剂中存在有第三章实际的加压气化过程

一、实际气化过程的热工特性

在实际的加压气化过程中，原料煤从气化炉上部加入，在炉内经过干燥、干馏、半焦气化、残焦燃烧、灰渣的排除等物理化学过程。在整个气化过程需耗热的地方有：

（1）煤的干燥；

（2）煤的干馏；

（3）气化过程中吸热的还原反应；

（4）煤气和其夹带出炉的显热；

（5）灰渣带出的显热；

（6）气化炉的散热损失。

鲁奇加压气化的供热是通过未气化反应了的剩余炭与氧进行燃烧来实现的。第三章实际的加压气化过程一、实际气化过程的热工特二、鲁奇炉燃料床层的结构

在加压气化炉中燃烧床大致可分为灰渣层、燃烧层、还原层（气化层）、干馏层、干燥层等五层。各层分布见下图：1、300mm450℃2、300mm

1000~1100℃3、1600mm550～1000℃4、500mm350~550℃5、800mm350℃1、灰层2、燃烧层3、气化层4、干流层5、干燥层燃料床层分布床层高度及床温二、鲁奇炉燃料床层的结构1、300mm450℃2、3在燃料层主要进行的是C+O2=CO2和C+O2=2CO反应，反应产生的热量传到给了气体，提供了气化所需的热量。而在还原层、干馏层、干燥层则是气体是热量传导给气固接触面上。煤的干馏、干燥需要吸收气体大量的热量，因此在这两层气、固温差分别显得更大一些。图中气化过程和床层高度与温度之间的关系在燃料层主要进行的是C+O2=CO2和C+O2=2CO反应，床层高度与温度之间的关系床层高度与温度之间的关系

三、气化炉内各层的特性1、灰渣层

灰渣层是用于保护气化炉炉篦不被烧坏或过热变形，其厚度是生产操作重要的一个控制值，一般在炉顶之上300~500mm,在此层高温的灰渣与气化济换热，使得灰渣温度降至约450℃.2、燃烧层

气化剂通过灰层继续上升进入燃料层，在次气化剂中02与煤发生燃烧反应，生成大量CO2和CO。当气化剂中的氧几乎全部消失时，该层结束。该层的反应放出大量的热，故称其为供热层。

碳与氧的燃烧反应速度极快，煤料在该层的停留时间较其它层都短，一般约3～8分钟，煤料在燃烧层停留的时间及次层的厚度与煤料的性质有很大关系，当气化灰分高、粒度大、活性差的煤时，则床层厚度要增高且煤料停留的时间要较长，以使反应进行完全。三、气化炉内各层的特性床层高度与温度之间的关系床层高度与温度之间的关系3、还原层

在氧气全部消失后，水蒸汽开始大量分解和碳进行反应，碳与燃烧层来的CO2进行还原反应，随着反应的进行，在还原层H2和CO不断地增加，水蒸汽和CO2的量在逐渐减少。由于大量的H2和CO的生成，创造了甲烷大量生成的条件，在次，发生了加氢和合成反应，随着反应的进行，CH4量增加，而H2和CO减少。甲烷生成的反应速度较碳的燃烧反应和CO2的还原还原小的多，因此整个还原层在炉内占据了大部分，在还原层吸、放热量几乎相等，因此，整个床层内温度几乎没有变化。4、干馏层

在干馏层，脱去水分的煤在次热解产生挥发分和残余碳。残余碳的状态随温度的不同而成为焦碳或半焦。挥发份则是由可燃气、焦油蒸汽、轻油馏份、有机化合物以及水蒸汽组成。5、干燥层是燃料气化的准备层，在次燃料被加热脱去水分。3、还原层鲁奇加压气化法一、工艺概述

如右图所示，力度为5～50mm的原料煤由贮煤仓经煤锁间断地加入到气化炉内，在3.1MPa压力下，煤自上而下经干燥层、干馏层、气化层逐层下移，与底部进入的气化剂（蒸汽＋氧气）逆流接触发生气化反应，生成的煤气将热量传递给下降的煤层，以约600～700℃的温度离开气化炉。

离开气化炉的煤气首先进入文丘里喷淋洗涤冷却器，在此，煤气被冷却至204℃，大部分重组分被冷凝洗涤下来，随后气液混合物一同进入废热锅炉、回收了煤气的大量显热和潜热，鲁奇加压气化法一、工艺概述而被冷却至180℃的煤气经气液分离器后送至粗煤气冷却装置，冷却至37℃左右送至低温甲醇洗装置，进行脱硫、脱碳。

经反应后的灰渣以固态形式由炉内旋转炉篦排至灰锁，从灰锁定期排至炉外，进入水道经水力排至，水力排灰装置的沉淀池，用桥式抓斗机装车运出厂外。

从废锅分离下来的煤气水送至煤气水处理装置。二、鲁奇加压气化工艺技术特点1、煤气化

鲁奇加压气化是自热式工艺，气化过程所需要的热量靠煤的部分燃烧来供给。气化炉是双层壁压力容器，夹套由中压锅炉水保持液位，操作期间，热量传到夹套，在此产生气化炉操作压力下的饱和蒸汽，此蒸汽返回作气化剂，从而减少了外供的过热蒸汽气量。

煤进入气化炉后首先受热干燥脱去水分，随着燃料层的移动进入干馏层，在此煤中挥发分受热后逸出而被冷却至180℃的煤气经气液分离器后送至粗煤气冷却装置，热解后的煤焦质在气化层与上升的气体发生气化反应，从而产生了以CO2、CO、H2、CH4为主的粗煤气。2、加煤操作

鲁奇加压气化是通过炉顶部设备——煤锁将煤从常压的煤仓间断地加入到带压的气化炉内。其操作步序如下：

（1）煤从煤仓经煤馏槽流入已为常压的煤锁内。此时煤锁下阀关，与气化炉隔离，上阀开与大气连通。

（2）当煤锁加满煤后，关闭圆筒阀及煤锁上阀。

（3）用来自煤气冷却装置的冷变换气进行煤锁充压，最终由气化本身气体充压，使煤锁与气化炉压力相等。

（4）打开煤锁下阀，使煤进入到气化炉内。

（5）当煤锁空后，关闭煤锁下阀，煤锁卸压，煤锁气卸至气柜作燃料气。热解后的煤焦质在气化层与上升的气体发生气化反应，从而产生了以

（6）当煤锁压力卸至常压时，打开煤锁上阀，加煤循环重新开始。

加煤操作设置了人工手动、自动操作和自动操作三种方式。3、排灰操作

煤在气化炉内气化后产生的灰渣，以固态形式首先由旋转炉篦排人炉下部联结设备——灰锁，再通过灰锁操作将灰排至常压的输渣设备。灰锁的操作步序如下：

（1）转动炉篦将灰由气化炉通过灰锁上阀口排至灰锁内，此时灰锁下阀关闭，上阀打开，灰锁与气化炉联通压力相等。

（2）当需排灰时，停止转动炉篦，关闭灰锁上阀，使灰锁与气化炉隔离。

（3）打开灰锁膨胀冷凝器卸压阀DV－1,灰锁通过膨胀冷凝器开始卸压。

（4）灰锁压力卸至稍高于大气压时，打开膨胀冷凝（6）当煤锁压力卸至常压时，打开煤锁上阀，加煤循环器排水阀DV——2，此时灰锁卸至常压。

（5）打开灰锁下阀，灰从下阀口排人输灰水道送至灰处理系统。

（6）打开膨胀冷凝器充水阀用冷却水将其充满。

（7）关闭灰锁下阀，膨胀冷凝器DV——1、DV——2和充水阀。

（8）用过热蒸汽对灰锁充压。

（9）当压力充至略高于气化炉压力时，关闭充压阀，打开灰锁上阀，循环重新开始。

排灰操作同加煤操作也设置了人工手动，自动操作和自动操作三种方式。4、煤锁、灰锁料位的测定

灰锁、煤锁料位的准确测定对于气化炉的稳定运行是致关重要的，不正确的指示将会延误煤、灰锁的操作，最终影响气化炉的稳定运行。器排水阀DV——2，此时灰锁卸至常压。

（1）煤锁料位的测定

现行测量方式有两种，一为采用辐射式测位计测定，常采用的是CO——60辐射源，其工作原理如上图所示，在煤锁对应面分别安装上CO——60射源和射线接收器，CO——60发射的γ射线穿过煤锁，对有料区与无料区的射线通量不同，由接收器接受到的不同射线通量，通过电子元件的处理，输出信号便反映出了测量料位的高低。放射源煤锁接收器整形器积分鉴别继电器讯号辐射式测位计的工作原理（1）煤锁料位的测定放射源煤锁接收器整形器积分鉴别继另还有一种用热电偶检测煤锁内温度，当煤锁内充满煤时，冷煤使煤锁温度较低（30～40℃），随着煤锁内煤量的减少，煤锁被上升的热煤气而加温，煤锁温度会逐渐上升，当升到某一值时（70℃）则反映了煤锁已空，需加煤，当煤锁重新加上煤时，温度下降至原温度。

（2）灰锁料位的测定

现运行的鲁奇炉上灰锁料位也是有两种测定方法，其一同煤锁测料位相同，采用辐射式测位计。我国哈尔滨煤气厂和兰州煤气厂均采用这种测定方式；另外一种是根据灰锁的炉篦的转数累积，若灰锁可容灰为3M3，排灰炉篦每转一圈排灰量为1M3，则转数累积器便设定值为3.0圈当计数达3.0时便停炉篦，操作灰锁排灰。两种方法相比，第二种准确度要差一些，因生产过程中灰渣的粒度是变化的，炉篦排灰刮刀也会运行长久而磨损，这样会造成下灰量变化。另还有一种用热电偶检测煤锁内温度，当煤锁内充满煤时，冷煤使煤5、安全联锁控制系统

为了防止误操作等因素给生产及人身带来安全危害，鲁奇加压气化装置设置了联锁系统。

（1）煤锁阀门动作的联锁说明

煤锁是压力容器气化炉和常压设备煤仓的过渡设备，为防止不正常的高压窜低压，各阀门间设置了联锁装置，即同一时间各阀处的位置，具体要求如下：

当煤锁上阀开启时，下列阀门应处于关闭位，即煤锁上阀T.C阀开启的联锁条件为：

煤锁下阀（B.C）煤锁充压1阀（PV-1）

煤锁充压2阀（PV-2）煤锁卸压阀（DV）均处于关闭位。

同样，其它阀动作联锁条件是：BC阀开TC阀、DV阀、PV-1阀关DV阀开BC、TC、PV-1、PV-2阀关PV-1开TC、DV、BC、PV-2关PV-2开TV、DV、PV-1关5、安全联锁控制系统

煤锁圆筒阀CF与TC也存在联锁关系，在TC开启后，CF阀才能打开；CF阀关闭后，TC阀才能关闭，并且在自控或自动操作方式上动作只能进行一次。

（2）灰锁阀门动作的联锁说明：

同煤锁一样，灰锁下阀BC、灰锁充压阀PV、灰锁卸压1阀DV-1、灰锁卸压2阀DV-2、灰锁膨胀冷凝器充水阀FV均关。BC开TC、PV关闭且RV2（下阀冲洗阀）开灰锁压力P=0.0025MPaPV开BC、TC、DV-1、DV-2、FV关DV-1开TC、BC、RV-1（上阀吹扫阀）关DV-2开BC、TC、PV关且P=0.2MPaFV开TV、PV关RV开BC、PV、DV-1、DV-2关、TC开。煤锁圆筒阀CF与TC也存在联锁关系，在TC开启后，

（3）气化炉停车联锁说明：

为了避免更大事故发生，气化炉设置了部分联锁信号，其连接在事故停车系统上：①——氧气总管压力低（PI-COAL-2032）②——蒸汽总管压力低（PI-COAL-2030）

下列是单台气化炉联锁③——夹套水液位低（LIAH-COAL-2002）④——煤锁温度高（T-COAL-2002）⑤——灰锁温度高（T-COAH-2011）⑥——气化剂温度低（T-COAL-2006）⑦——粗煤气温度高（T-COAH-2018）⑧——夹套蒸汽压力高（PI-COAH-2002）⑨——夹套与气化炉压差高（PDI-COAH-2004）⑩——紧急停车按钮（HS-2023）（3）气化炉停车联锁说明：

如果这些工艺设定之一超过高或低的设定值，则气化炉的氧气调节阀FFRCAL——2002将由整体安装的电磁阀控制调节阀的控制气源（仪表空气）使氧气调节阀关闭，氧气电动阀UV－2OO2也将关闭，炉篦停止转动。当氧气调节阀关闭后，由关闭限位开关通过整体安装在过热蒸汽调节阀FRCAL—2001上的电磁阀控制其仪表空气气源使蒸汽调节阀关闭。

若气化炉夹套与气化炉压差超过高设定值，联锁动作使氧气阀FFRCAL－2002关闭，同时气化炉出口煤气管上的压力控制阀PRCAH－2005和两个火炬放空阀UV－2016、UV－2017也将关闭，炉篦停止转动。T-CIAH-COAL-2006在开车低温状态下不投运，当气化剂温度高达260℃时，氧气调节阀在开启位置时，其自动投用。如果这些工艺设定之一超过高或低的设定值，则气化炉的煤炭加压气化课件煤炭加压气化概述煤气化简介煤是一种固体化石燃料，固体燃料的气化过程是一个在高温或同时在高压下进行的，复杂的多项物理化学过程。一、煤氣化的定义煤炭氣化是一个概括的朮語，用來描述煤炭轉化成煤气的過程。即煤炭在高溫條件下，与氣化劑進行热化学反应的过程。概述煤气化简介能使煤炭气化生产煤气的设备称为煤气发生炉，简称气化炉。煤炭在此称为气化原料，使煤炭与之反应产生煤气的气体(空气、氧气、水蒸汽、二氧化碳等)称为气化剂。二、煤的气化方法煤气的用途多种多样，制取煤气的控制方式也多种多样。以压力控制方式分类煤气化可分为常压气化法和加压气化法；以气化原料在气化炉内的运动方式分类，气化又可分为移动床气化、流化床气化和气流床气化；根据排渣方式，煤的气化可分为固态排渣气化法和液态排渣气化法。能使煤炭气化生产煤气的设备称为煤气发生炉，简称气化炉。煤炭在一、鲁奇加压气化的发展历史鲁奇加压气化是成熟的工业化煤加压气化的方法。于1936年德国建立起第一套加压气化装置至今工业化已有五十多年的历史，鲁奇炉根据炉型的变化大至可划分为三个发展阶段一、鲁奇加压气化的发展历史鲁奇加压气化是成熟的工业化煤加压气第一阶段（1930～1954）1930年西德建立了第一套加压气化的试验装置，根据多次试验取得的经验于1936年设计投产了第一台工业化的鲁奇炉，炉子内径为1100毫米，用褐煤为原料原料生产城市煤气，气化剂为氧气和水蒸汽，气化剂通过炉篦之中空心轴从炉低中心进入炉内，出灰口设在炉低侧部，炉内壁衬有耐火砖，炉内无搅拌装置，只有气化非粘结性的煤，气化强度较低。第二阶段（1952～1965年）由于第一代仅适用非粘结性的褐煤且气化能力低，为了能够气化弱粘结性的煤，并阴魂借子阴魂借子黑岩/html/0/626/第一阶段（1930～1954）阴魂借子阴魂借子黑岩htt生产合成气，提高气化能力。1950年～1954年鲁尔公司与鲁奇公司合作建立了一套试验装置，根据试验设计了第二代鲁奇炉，该鲁奇炉在炉内设置了搅拌装置，其起到了破粘作用，从而可以气化弱粘结性煤，同时取消了炉内耐火砖衬里，设置了水夹套，排灰改为炉底中心排灰，气化剂由炉底测向进入炉篦下部。第三阶段（1969～1980年）为了进一步提高鲁奇炉的生产能力，扩大煤种的应用范围，满足现代化大型厂的需要，研究设计了第三代鲁奇炉，其内经正大到直径3800mm，采用双层夹套外壳，生产合成气，提高气化能力。1950年～1954年鲁尔公司与鲁炉内装有搅拌器和煤分布器，转动炉篦采用多层结构，布气效果好，单炉气化提高到化能力35000～50000m3粗煤气/hr，同时第三代的结构材料，制作方法，操作控制等均采用了现代技术，自动化程度高。目前，国外鲁奇炉正向第四代发展，其方向是提高能力，进行液态排渣等方面发展。在南非莎索尔厂新建的Mark-V型气化炉直径为5000m，单炉生产能力可达100000/ Nm3/hr。同时鲁奇公司在道尔登厂积极从事“鲁尔10·0MPa”气化的试验研究。近年来，由于石油和天然气的日益短缺及涨价，能源将重新回到以煤为主的时代。 炉内装有搅拌器和煤分布器，转动炉篦采用多层结构，布气效果好，

鲁奇炉各主要发展阶段的技术特性鲁奇炉各主要发展阶段的技术特性二、鲁奇加压气化的特点：1、原料方面：⑴煤种适应范围广，能气化从褐煤到无烟煤的各种煤，除焦煤之外。⑵适用于碎煤气化，由于鲁奇炉为加压气化，因而在煤粒度上可放宽至小粒度，其适应粒度最小为2mm，最大为50mm，最大与最小粒度之比一般为8mm，最好为5～6mm.2、生产过程方面：⑴气化炉生产能力大，加压下气体的体积缩小，流速降低，这样使气化炉的生产能力可以大大提高。二、鲁奇加压气化的特点：煤炭气化的基础知识第一节煤的生成与分类

煤是含碳、氢元素为主的固体矿物燃料，它还含有氧、硫、氮等元素，其是千百万年前远古时代植物残骸经地质作用转变而成的可燃性生物岩，燃烧时产生大量热量。一、煤的生成：

我们都知道煤是远古时代植物残骸经地质作用转变而成的。而煤的生成、大量堆积却还需具备一定的条件：煤炭气化的基础知识第一节煤的生成与分类1、高等植物的发生、发展是煤生成的首要条件2、陆地上有均匀的温度和潮湿的气候，适宜于陆生植物一代一代地繁茂地生长。3、地形的起伏形成大的沼泽地带，有利于植物群的发展及残骸堆积在水中。4、地形的运行使有可能保存植物残骸，并转变到沉积状态。

在具备以上条件的前提下，古代植物转变成煤经过了一系列演变过程，大致可分为两个阶段：第一阶段泥炭化阶段：

此阶段植物不断繁殖、生长、死亡，其残骸堆积在水中之后，在细菌的作用下进行分解；堆积在下面的完全与空气隔绝，植物残骸的菌作用就依靠本身含有的氧，发生氧化分解，发生去羧基、1、高等植物的发生、发展是煤生成的首要条件脱水等作用，放出二氧化碳、水及甲烷，形成一种凝胶状的物质。这种残留物的碳含量相对增加，而氧和氢含量则趋于减小。植物残骸经过这些变化以后，改变了原来的形态和结构，变成含水分很高的棕色物质，这种物质称为泥炭或称为泥煤。第二阶段煤化阶段

由于地壳的下沉、泥炭层被埋复于地下，当在泥炭层上面形成了岩石顶板即进入了成煤的第二阶段——煤化阶段，此阶段根据作用的因素及所发生的不同又可分为成岩作用阶段和变化作用阶段。（1）成岩作用阶段：若地壳的下沉速度和植物生长的速度互相配合，将形成很厚的泥炭层，以后便可能形成很厚的煤层。脱水等作用，放出二氧化碳、水及甲烷，形成一种凝胶状的物质。这但是，地壳下沉的速度常常超过植物残骸堆积的速度，，于是水层复盖过厚，影响植物生长，泥炭堆积中断，代之以粘土、沙石的堆积，因此在泥炭层上面形成了岩层，称为顶板。此时，若地壳下沉速度逐渐变慢，又造就了植物生长、繁殖及植物残骸堆积的条件，则泥炭层的顶板仅仅变成了泥炭内部的矸石夹层，以后将形成含有夹矸层的煤层。在漫长的地质年代里，埋复泥炭受着顶板和上复岩层的压力作用，发生了变紧、失水，胶体老化、硬结等物理化学变化，同时，埋复泥炭的化学组成也发生了相当缓慢的变化。这一切变化使得埋复炭最后变成了比重较大、较致密的黑褐色褐煤。从无定形的泥炭转变为这种具有岩石特征的过程，成为成岩作用阶段。但是，地壳下沉的速度常常超过植物残骸堆积的速度，，于是水层复植物及煤的组成成分植物及煤的组成成分

从植物及各种煤的组成成分，随着煤化程度的增高，煤中碳含量增加；氢、氧含量减小。成煤过程是一个碳逐渐增加的过程。二、煤的分类

煤是重要的能源和工业原料，为了使煤炭资源得到合理的利用，有计划地对煤炭资源进行开发和利用，合理地对煤进行分类便具有重要的科学意义和经济意义。1、煤的分类指标：煤的分类指标要能反应出煤的煤化程度与工艺性质之间的关系。目前作为实用分类指标仍采用可燃基挥发分作为分类的主要指标，再补充几个表征工艺性质的指标。（1）挥发分其中煤中有机质的组成和性质有从植物及各种煤的组成成分，随着煤化程度的增高，煤中密切的关系，它能大致地代表煤的煤化度。（2）煤的胶资层厚度：其在一定程度上能说明煤的粘结性。（3）自由膨胀序数：它尚能在一定程度上说明煤的粘结性。（4）葛金指数：其对煤的结焦性区分能力广，对挥发分接近而粘结不同的煤都能加以区分。（5）罗加指数：是一个粘结性指标，它对低、中等粘结的煤有较强的区分能力。（6）奥加膨胀度：其对强粘结性煤的区分能力较好。密切的关系，它能大致地代表煤的煤化度。中国煤分类（以炼焦煤为主）中国煤分类（以炼焦煤为主）煤炭加压气化原理讲解教学课件无烟煤含量占到了总储量17.55﹪，而在无烟煤中变质程度又有显著的不同，为了更合理地使用无烟煤，以Hr和Vr 为指标将无烟煤进一步分为三种，如下表示： 无烟煤的分类 由上分类表可看出通过煤的分类，对煤炭的勘探、生长、合理使用都起到了重要的指导作用我和她的恋爱喜剧/html/0/571/无烟煤含量占到了总储量17.55﹪，而在无烟煤中变质程度又有第二节煤的工业分析和元素分析一、煤的工业分析

煤的工业分析也叫煤的技术分析，工业分析的项目包括煤的水分、灰分、挥发分及固定碳。其中水分和灰分是煤的无机组分；挥发分和固定碳取决于有机质的组成和性质，通过对煤的工业分析可合理使用煤种，且起到指导生长的作用。1、水分（W）

从水分在煤中存在的状态来看，水分可分为外在水分和内在水分。附着在煤颗粒表面或大毛细管（直径＞10－5cm）的水，称为外在水分。将煤在空气中风干时，这类水分就不断蒸发，一直到其中的蒸汽压与空气的湿度达到平衡为止，此时失去的水分就是外在水分，以“WWZ”表示，失去了外在水分的煤称为风干煤或分析用煤。吸附或凝聚在煤颗粒内部的毛细孔中的水，第二节煤的工业分析和元素分析（直径﹤10-5cm）中的水，成为内在水分。内在水分主要以物理化学的方式与煤质相连结，它的蒸汽压比纯水的蒸汽压小，因而在常温下，这部分水分不易除去。除上述水分外，煤中还有结晶水和化学水，在煤的工业分析中，只测定游离水（外在水分和内在水分）而不测定结晶水和化学水。在煤的工业分析中所测定的水分，分为原煤全水分（若来样符合应用煤状况，则称为应用煤水分）和分析煤样的水分。水分用定量法测定，全水分测定结果按下式计算：WQ＝W1+G1/G(100-W1)式中：WQ

试样全水，％；W1

试样在运输中损失的水分，％；G1试样干燥后的失重，克；G试样的重量，克。弃乱的青春/info-163/（直径﹤10-5cm）中的水，成为内在水分。内在水分主要以2、灰分（A）（1）煤中灰分的来源：

煤的灰分是指煤中所有可燃物质完全燃烧以及煤中矿物质在一定温度下产生一系列分解，化合等复杂反应后剩下来的残渣。煤的灰分全部来自煤中的矿物质，但它的组成和重量与煤中矿物质不完全相同，因而确切地说，煤的灰分应称为灰分产率。

煤中矿物质有不同的来源，一般可以分为以下三钟：a、原生矿物质：它是由成煤植物本身所含有矿物质形成，原生矿物质在煤中含量很少。b、次生矿物质：它是在成煤过程中由外界混到煤层中的矿物质形成。c、外来矿物质：它并不含于煤中，而是在采煤过程中混入煤中的顶板、底板、夹矸的矸石形成。2、灰分（A）

煤中的原生矿物质和次生矿物质的总和称为内在矿物质，内在矿物质很难用选煤方法除去，来自内在矿物质的灰分。而外来矿物质（称为外在矿物质）用洗选煤的方法比较容易除去。来自外在矿物质的灰分称为外在灰分。

煤的灰分是一种废物，它不仅影响煤的热值，几乎在煤炭加工利用的各种场合下都带来有害的影响。（2）灰分的熔点：

灰熔点即指煤灰分加热至熔融流动状态时温度T3。

另外表示灰溶融特征的还有T1变形温度和T2软化温度。煤中的原生矿物质和次生矿物质的总和称为内在矿物质，内

煤灰分的灰熔点变动范围很大，它取决于煤的灰分组成，灰分的主要成分为SiO2，AI2O3、FeO3及CaO等，若在灰分中，SiO2＋AI2O3所占的比例愈大，则灰分的灰熔点愈高。3、挥发分（V）

煤的挥发分不是煤中的固有的物质，而是在特定条件下，煤的有机质受热分解的产物。因此确切地说，该指标应称为挥发分产率。挥发分产率和煤中有机质的组成和性质有密