第九章煤炭综合利用

煤化煤化第九章.学反应，使原料最大限度地转变为气态可燃物（H2、CO、可用管 ，节约运力按原料在气化炉中运动状态分：移动床按原料在气化炉中运动状态分：移动床（固定床）气化、流化床（沸腾床）气化、气流床（悬浮床）气化、熔融床气化等。按气化过程的操作方式分：连续式气化、间歇式气化、循环式气化等。按压力大小分：常压气化、中压气化(0.7-3.5MPa)、高压气化(＞7MPa)。根据使用气化剂的不同，煤气成分与发热量也不同，可分为空气煤气、混合煤气、水煤气、半水煤气等。空气煤气：以空气为气化剂与煤炭进行反应的产物，煤气中可燃组分(C、2)很少，不可燃组分(、C2)很多。混合煤气：为了提高煤气发热量，采用空气和水蒸气的混合物作为气化剂，生成的煤气称为混合煤气(发生炉煤气。水煤气：以水蒸气作为气化剂生产的煤半水煤气：水煤气与空气煤气的混合气，是合成氨原料燃燃烧反应C+O2= △H0298=-109气化反应 △H0298=109C+0.5O2=CO△H0298=-123 △H0298=162 △H0298=-87均相反应热解或脱挥发分反煤进行气化时，通过热解将产 的甲烷，该热解过程条件不同可用下列反应式表CHnCH4mnm444或CH4mnHm224在移动床常压气化法生产发生炉煤气过程中，气化原料（煤或焦炭）在移动床常压气化法生产发生炉煤气过程中，气化原料（煤或焦炭）从炉顶上部装入，原料层及炉渣层由下部炉栅支撑，空气和水蒸气混合物由炉底给入，经炉栅均匀分配，与料层移动方向相反。气化剂与原料不断接触发生热化学反应，生成的煤气从炉顶出口导出，灰渣由炉底排出。为了使得原料与气化剂有足够的接触，保证气化反应顺利进行在半水煤气的生产过程中，空气和水蒸气间歇交替进入气化炉，形成吹风（空气）造气（水煤气）的循环。半水煤气是空气煤气和水煤气的混合气。为了保证气化反应的顺利进行，满足合成氨原料气的质量要求，可采用块状焦炭和无烟煤或煤球进行气化。焦炭成本高，目前主要采用无烟煤。具体指标为水分。要求水分。要求Mt≤6%挥发分。挥发分产率高的煤生成的煤气中甲烷含量高，且气化时生产的焦油也多，易黏在设备管道上，致使清理检修次数增多，给生产带来不利。因此，要求挥发分越低越好，一般要求Vda≤0。灰分。灰分高的煤，碳含量低，煤气炉的生产能力低，且增加了 费用和排灰量。另外，由于灰分的存在起到了隔绝气化剂与原料的作用，影响了气化反应速度，生产能力下降。因此，灰分越低越好，一般要求A≤24。煤灰熔融性。煤灰熔融性低的煤易结渣。所有，对于固态排渣的炉子，要求煤灰熔融性越高越好，一般要求ST≥20º。固定碳。固定碳含量越高，煤料气化时的利用价值越高。一般要求wd(FC＞65。粒度。原料粒度应均匀适中，一般要求粒度13-100mm，而且应筛分为大块（50-100mm）、中块（25-50mm）、小块（13-25mm）。 炭，一般要求抗碎强度（＞25mm）≥65%。热稳定性。热稳定性差的煤，受热后容易破碎成粉尘和微粒，增加料层阻力，所以要求热稳定性越高越好。。热稳定性。热稳定性差的煤，受热后容易破碎成粉尘和微粒，增加料层阻力，所以要求热稳定性越高越好。。反应性。无烟煤的化学反应性较差，但通过提高反应温度可增加反应性。硫分。在气化过程中硫不仅腐蚀设备，造成污染，还容易造成催化剂 ，所以要求Wd（St）≤.5。移动床加压气化法及其对煤质的要移动床加压气化典型的气化炉是德国公司发明由于气化温度低，炉加压气化法采用灰熔性低的煤气化对煤的抗碎强度和热稳定性要求较低，可气化褐煤，其粒度下限达5mm，能采用高水分（Mt=030）和高灰分（Ad=30%）的劣质煤，对黏结性稍强的烟煤也能气流化床气化是由向上移动的气流使煤料在空间呈沸腾状态的气化过程。气化剂以一定速度由下而上通过煤粒（0-流化床气化是由向上移动的气流使煤料在空间呈沸腾状态的气化过程。气化剂以一定速度由下而上通过煤粒（0-8）床层，使煤粒浮动并互相分离，当气流速度继续增加到一定程度时，出现煤粒与流体间的摩擦力和它本身的质量相平在生产合成氨原料气时，一般以空气或氧气为气化剂，对原料煤的要求是活性越大越好，所以用褐煤最好，要求Mat＜12，d＜25。也可采用长焰煤或不黏煤。煤的粒度小于8mm，0-1mm的煤粉越少越好。煤灰熔融性ST＞1250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。因气化剂的流量远远大于煤粒的终端速度，以致煤粒与气流分子呈直线状态。小于200目的粉煤占85%（褐煤可降到80%）。水分一般在1-5%熔熔融床气化法及其对煤质的熔融床气化是与前几种有不同受热方式的煤加压气流床气化技术，入炉煤与高温熔浴相接触而气化，而熔浴情况分为熔渣床、熔盐床和熔铁床三种。它是将煤料与空气或氧气随同蒸汽与床层底部呈熔融态的铁、灰或盐相接触的气化过程。煤在高温熔融液态热载体中进行气化，在液体热载体介质的催化作用下加快气化高挥发分煤，也可生产不含焦油的产品煤气。采用的液体热载体有熔融煤灰渣、熔融a2C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，煤中硫和铁水具有 亲和性在气化用煤方面，也可选用高硫煤，对煤种有较宽的适用范围。定义：经过一定的加工工艺，将固体煤炭转变成液体或原料的过程。意义煤的液化用于生产石油的代用品，缓解石油资源紧张的局 煤煤炭液化的煤的直接加氢液化法，如高压加氢法、溶剂精炼煤法、水煤浆生产法等。煤的间接液化法，即水煤气合煤的部分液化法，即低温干馏定义：在高温、高压、氢气（或C+2，C+2等）、催化剂和溶剂的作用下进行裂解、加氢等反应，将煤直接转化成相对分子质量较小的油和化工原料的加工过程。煤加氢液化一般在180-450煤加氢液化一般在180-450ºC煤的间接液化法是将煤气化得到原料气即水煤气C+2)，并在一定温度、压力条件下，经催化合成得到合成石油及其它化学产品的加工过程，又称一氧化碳加氢法、FT法（即费-托法）。煤间接液化法的中间产物是水煤气，水煤气中和2含量的高低直接影响合成反应的进行。一般地，(C和2)的含量越高，合成反应速度越快，合成油产率越高。所以，为了得到合格的原料气，一般采用弱黏结或不黏结性煤进行气化。煤煤的部分液化法即煤的低温干馏法低温干馏是指煤在较低温度下（50-600ºC）隔绝空气加热，使煤的部分大分子裂解为石油产品（轻油、焦油等）、半焦、化工产品、干馏煤气等的过程。由于煤在热解中产生的自由基碎片只能靠自身的氢再分配，使少量的自由基碎片发生缩聚反应生成固体焦，所以低温干馏的主要产物是半焦，少量产物是油和气。煤的干馏若以 液体油为目的，多采用低温干馏。为获取较大的油收率，低温干馏的原料煤应是不黏结煤或弱黏结煤、含油率高的褐煤和高挥发分烟煤。具体指标如下：Ta,a＞7，d＜10，wd（St）＜3，抗碎强度高，热稳定性好，弱黏或不黏结。煤的燃烧是指煤中的可燃有机质，在一定温度下与空气中的氧发生剧烈的化学反应，放出光和热，并转化为不可燃的烟气和煤的燃烧是指煤中的可燃有机质，在一定温度下与空气中的氧发生剧烈的化学反应，放出光和热，并转化为不可燃的烟气和灰渣的过程。煤的燃烧阶加热和干燥，依靠热源将煤粒加热到10º以上，煤中的水分逐渐蒸发。析出挥发分和形成残焦（焦渣）挥发物和残焦的着火燃烧灰渣的生成以上阶段串联发生，但在锅炉燃烧室中，各阶段互相交叉，或者某些阶段同步进行。各阶段历时长短与相互交叉的情况，取决于煤的性质及燃烧方式。例如，挥发分析出过程可能在水分没有完全蒸发尽就开始；残焦也可能在挥发物没有完全析出前就开始着火燃烧；残焦（焦渣）的燃烧伴随着灰渣的形成。1.1.CO2CO2409kJ/mC1OCO123kJ/m22.COCO1OCO283kJ/mo23.H1OHO242kJmol(汽2H1OHO286kJmol(液4.2SO2SO2296kJ/moCCO22CO162kJ/m与水蒸气气化反 CH2OCO+H2119kJ/与水蒸气气化反 C2HOCO+2H75kJ/COH2OCO2+H242kJ/mCO3HCH+HO206kJ/m煤煤炭完全燃烧的条必须维持煤料的温度在着火温煤料和适量空气充分及时而妥善地排出燃烧产物提供燃烧必需的足够空间和时工业锅炉用煤在锅炉内有三种燃烧方式，层状、沸腾式、悬浮式燃烧。层状燃烧：将置于固定或移动的炉排上，形成均匀的、有一定厚度的料层，空气从炉排下部通入，通过层燃炉根据炉排形式分为：手烧炉、链条炉、振动排炉、往复推动排炉、抛煤机炉等。 放到炉排上，从炉排下面鼓入压力较高的空气，达到某一临界速度时(吹浮力等于煤粒质悬浮式燃烧：当鼓风速度很高，颗粒与空气流一起运动，在悬浮状态下进入燃烧室，进行燃烧。层燃炉用煤对煤质的为保证层燃炉的正常运行，减少热损失，提高热效率和减轻污染，要求煤的粒度均匀适中，有条件可以使用型煤。煤的硫分含量高，烟气中S、S水分一般控制在68。水分过高，排烟热损失增大；水分过低，“飞灰损失增大。灰分增高，发热量降低，所以灰分越低4.2MJ/kg ，挥发分仅为2-3%的无烟煤及含碳量仅为2mm左右为最佳。石煤是劣质腐泥无烟煤。是由古生代大量繁殖 生石煤作为，属于高灰、高硫、低发热量的劣质，但石煤富含钒、钼、镍、铀、镓、铜、铬、硅、磷等元素。根据发热量分为低热值、中热值和高热值石煤三种。石石煤性石煤外观像石头，颜色灰黑近灰，光泽暗淡，结构均一，断口由贝壳状、阶梯状到参差状不等；石煤硬度大，密度大，燃点高，无烟。石煤中 非金属矿物杂质，碳质碎片呈浸染状均匀分布于杂质中。石煤灰分高达7-0，含硫量在2-4，含碳量在12左右，发热量在.2-.2M/g，绝大多数热值低于.0M/kg。在石煤的灰分中，i2含量最高，其次是l23、Fe23等。大多数石煤的煤灰熔融性都在120º以上。石煤利用途1.石煤V..。钒高，可塑性好，在原子能工业上，可作为优良结构材料，各种薄壁和内管材料及 包套管等。钒是超导材料的原料目前钒主要用于制钒铁、有色金属合金、催化剂2.2.石煤石煤是低热值，可用于发电一种是在烟煤中掺入10石煤，可节约部分烟煤，降低发电成本；另一种是将石煤用于沸腾炉做，由于沸腾炉蓄热能力强，燃烧效果好，所以可用劣质煤。石煤发热量低、灰分高，利用其中热能发电，就要后灰渣利用，否则灰渣处理费用将抵消回收石煤热能产生的效益。3.应用于建筑行在水泥生产过程中，石煤既 又是原料石煤有一定发热量，且矿物组成与黏土质原料相燃烧后产生的灰分直接转移到水泥熟料中，可减少生料中黏土配入量。煅烧温度下，能烧成熟料。所以不存在灰渣处理问题。燃烧产生的灰渣还可做水泥的混合材料，水泥产品外观比其它材料的水泥好石煤渣还可制砖瓦、混凝土砌块等建筑材料煤矸石定义：是在成煤过程中与煤共同沉积的有机和无机化合物混合在一起的岩石，以炭质灰岩为主要成分，是在煤矿建设和采掘、洗选加工过程中产生的固态排弃物。煤矸石定义：是在成煤过程中与煤共同沉积的有机和无机化合物混合在一起的岩石，以炭质灰岩为主要成分，是在煤矿建设和采掘、洗选加工过程中产生的固态排弃物。煤矸学组成是一些氧化物，如SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O等，矿物组成主要是高岭石、石(4.2-12.6MJ/kg)(20-30%)，煤煤矸石利用1.热值的利煤矸石因含碳，具有一定热值，将部分选煤矸石时产生的劣质煤配置成一定发热量的煤，可作为发电厂流化床锅炉 。可节约大量优质煤，减少环境污染。2.矿物成分的利(1)应用于建材煤矸石组成与黏土相近，因此生产砖瓦或烧砖时可不用少用土或不用少用煤，节省耕地，减少污染。煤矸 学成分与一般陶瓷土相近，可作为原料生产陶管、釉面砖、卫生陶瓷、日用陶瓷、包装陶瓷等。(2(2)从矸石中回收有用矿 中国硫铁矿资源丰富，其中一半以上与煤共生或伴生，回收硫铁矿，使资源得到合理利用，减少硫磺进口，具有显著经济和社会效益。(3)从矸石中提取化工作为