第三章 煤炭性质对气化的影响

2019/8/15《煤炭气化工艺》第三章煤炭性质对气化的影响第二节煤质对气化的影响第一节煤种对气化的影响2019/8/15《煤炭气化工艺》3-1煤种对气化的影响气化用煤的种类对气化过程有很大的影响，煤种不仅影响气化产品的产率与质量，而且关系到气化的生产操作条件。所以，在选择气化用原料的种类时，必须结合气化方式和气化炉的结构进行考虑，也要充分利用资源，合理选用原料。2019/8/15《煤炭气化工艺》3-1煤种对气化的影响气化用煤第一类第二类第三类第四类气化时不黏结也不产生焦油气化时黏结并产生焦油气化时不黏结但产生焦油气化时不黏结，能产生大量的甲烷无烟煤、焦炭、半焦和贫煤弱黏结或不黏结烟煤褐煤泥炭一、气化用煤的分类特性代表原料2019/8/15《煤炭气化工艺》3-1煤种对气化的影响气化用煤分类的好处对控制实际的生产过程有利.能够通过变化煤种来获得优质经济的煤气（我国气化的装置多是用运输到现场的煤生产合成气或燃料气）2019/8/15《煤炭气化工艺》无烟煤、焦炭、半焦和贫煤这类原料气化时不黏结，不会产生焦油，所生产的煤气中只含有少量的甲烷，不饱和碳氢化合物极少，但煤气热值较低。无烟煤在中国的储量约占总储量的18％。无烟煤一号(年老无烟煤)产地主要有北京门头淘、福建龙岩和广东梅县，无烟煤二号(中等无烟煤)主要产在山西晋城和河南焦作，无烟煤三号(年轻无烟煤)主要产地在山西阳泉和宁夏汝箕沟。烟煤褐煤泥炭煤二、气化用煤的主要特性2019/8/15《煤炭气化工艺》无烟煤、焦炭、半焦和贫煤烟煤这种煤炭气化时黏结，并且产生焦油，煤气中的不饱和烃、碳氢化合物较多，煤气净化系统较复杂，煤气的热值较高。烟煤中贫煤、长焰煤、不粘和弱黏煤在一定条件下可作为气化用煤。中国的烟煤主要分布在北方各省，华北地区储量约占全国总储量的60％以上。褐煤泥炭煤二、气化用煤的主要特性2019/8/15《煤炭气化工艺》无烟煤、焦炭、半焦和贫煤烟煤褐煤气化时不黏结但产生焦油。褐煤是变质程度较低的煤，加热时不产生胶质体，含有高的内在水分和数量不等的腐殖酸，挥发分高，加热时不软化，不熔融。中国褐煤的储约占总储量的10%，主要的褐煤产地有内蒙的平庄、札赉诺尔和大雁、吉林的舒兰、南的小龙潭和广西的百色。泥炭煤二、气化用煤的主要特性2019/8/15《煤炭气化工艺》无烟煤、焦炭、半焦和贫煤烟煤褐煤泥炭煤泥炭煤中含有大量的腐殖酸，挥发分产率近70%左右。气化时不黏结，但产生焦和脂肪酸，所生产的煤气中含有大量的甲烷和不饱和碳氢化合物。二、气化用煤的主要特性2019/8/15《煤炭气化工艺》对煤气的组分和产率的影响对发热值和组成的影响对煤气产率的影响三、不同煤种对气化的影响煤气的发热值是指标准状态下1m3煤气在完全燃烧时所放出热量高发热值：如果燃烧产物中的水分以液态形式存在称高发热值低发热值；如果水以气态形式存在称低发热值。2019/8/15《煤炭气化工艺》对煤气的组分和产率的影响对发热值和组成的影响对煤气产率的影响三、不同煤种对气化的影响在各种相同的操作条件下，不同的煤种所产煤气的发热值不同，组成也不同。一般来说，煤中挥发分越高，转变为焦油的有机物就越多，煤气的产率下降。此外，随着煤中挥发分的增加，粗煤气中的二氧化碳是增加的，这样在脱除二氧化碳后的净煤气产率下降得更快2019/8/15《煤炭气化工艺》对煤气的组分和产率的影响对发热值和组成的影响对煤气产率的影响三、不同煤种对气化的影响例如，以年轻的褐煤为气化原料时，所制得的煤气甲烷含量高，发热值比其他煤种都高。这是由于褐煤的挥发分高、变质程度低，煤气中的干馏气比例大，而干馏气中的甲烷含量高，同时年轻煤的气化温度低也有利于甲烷的生成。2019/8/15《煤炭气化工艺》对煤气的组分和产率的影响对发热值和组成的影响对煤气产率的影响三、不同煤种对气化的影响压力增大，同一煤种制取的煤气的发热值越高，同一操作压力下，煤气发热值由高到低的顺序依次是褐煤、气煤、无烟煤。这是由于随着变质程度的提高，煤的挥发分逐渐降低.2019/8/15《煤炭气化工艺》对煤气的组分和产率的影响对发热值和组成的影响对煤气产率的影响三、不同煤种对气化的影响一般来说，煤中挥发分越高，转变为焦油的有机物就越多，煤气的产率下降。此外，随着煤中挥发分的增加，粗煤气中的二氧化碳是增加的，这样在脱除二氧化碳后的净煤气产率下降得更快2019/8/15《煤炭气化工艺》三、不同煤种对气化的影响对消耗指标的影响不同煤种消耗指标的规律煤炭气化过程需要吸收大量的热量，该热量是通过炉内的碳和氧气燃烧以后放出的热量来维持。不同煤种，其变质程度不同，随着变质程度的加深，从泥炭、褐煤、烟煤到无烟煤，煤中碳的质量分数从55％～62％增至88.98％，在气化时所消耗的水蒸气，氧气等气化剂的数量也相应增大2019/8/15《煤炭气化工艺》三、不同煤种对气化的影响对消耗指标的影响不同煤种消耗指标的规律有此规律的原因1）固定碳含量低、挥发分低的煤种，气化时进去气化段的碳量多，则氧和水蒸汽消耗多2）不同煤种的活性不同，高活性的煤有利于甲烷的生成，相应消耗的氧气少一些；3）煤中水分、灰分含量越高，气化时消耗的热量越多，则氧耗也高2019/8/15《煤炭气化工艺》焦油组成和产率的影响三、不同煤种对气化的影响焦油产率与煤种性质有关：一般地说，变质程度较深的气煤和长焰煤比变质程度浅的褐煤焦油产率大，而变质程度更深的烟煤和无烟煤．其焦油产率却更低。2019/8/15《煤炭气化工艺》3-2煤质对气化的影响水分对气化的影响灰分对气化的影响挥发分对气化的影响硫分对气化的影响粒度对气化的影响灰熔点及结渣性对气化的影响其他性质对气化的影响2019/8/15《煤炭气化工艺》3-2煤质对气化的影响煤中水分存在形式外在水分内在水分结晶水是在煤的开采、运输、储存和洗选过程中润湿在煤的外表面以及大毛细孔而形成的吸附或凝聚在煤内部较小的毛细孔中的水分，失去内在水分的煤为绝对干燥煤。以硫酸钙、高岭土等形式存在的，通常大于200℃以上才能析出。一、水分含量对气化的影响2019/8/15《煤炭气化工艺》3-2煤质对气化的影响一、水分含量对气化的影响炉型固定床：煤气中水分含量太高，入炉煤需要进行预干燥以降低煤气的露点温度。另一方面．煤中水分含量太高而加热的速度又太快时，煤中水分逸出太快，容易使煤块碎裂而引起出炉煤气的含尘量增高。同时由于煤气中水含量增高时，在后续工段的煤气冷却过程中．会产生大量的废液，增加废水处理量。一般生产中，煤中水分含量在8％～l0％左右。2019/8/15《煤炭气化工艺》3-2煤质对气化的影响一、水分含量对气化的影响炉型流化床和气流床：固体颗粒粉碎的粒度很小，过高的含水量会降低颗粒的流动性，因而规定煤的含水量小于5％。尤其对烟煤的气流床气化法，采用干法加料时，要求原料煤的水分含量应小于2％。2019/8/15《煤炭气化工艺》3-2煤质对气化的影响二、灰分含量对气化的影响灰分含量对气化的影响煤中灰分高，不仅增加了运输的费用，而且对气化过程有许多不利的影响2019/8/15《煤炭气化工艺》3-2煤质对气化的影响二、灰分含量对气化的影响灰分含量对气化的影响气化时由于少量碳的表面被灰分覆盖，气化剂和碳表面的接触面积减少，降低了气化效率2019/8/15《煤炭气化工艺》3-2煤质对气化的影响二、灰分含量对气化的影响灰分含量对气化的影响灰分的大量增加，不可避免地增加了炉渣的排出量，随炉渣排出的碳损耗量也必然增加。2019/8/15《煤炭气化工艺》3-2煤质对气化的影响二、灰分含量对气化的影响灰分含量对气化的影响随着煤中灰分的增加，气化的各项消耗指标均增加，如氧气的消耗指标、水蒸气的消耗指标和煤的消耗指标都有所上升，而净煤气的产率下降2019/8/15《煤炭气化工艺》3-2煤质对气化的影响二、灰分含量对气化的影响加压气化煤种灰分的要求：气化炉渣碳含量加压气化用煤灰分可高达55％左右而不至于影响生产的正常进行。原因：1）加压操作时，气化剂的浓度高，扩散能力强，能够透过煤灰表面与碳进行较为完全的反应。2）进入炉中的气化剂的速度也比常压气化小，在炉内停留时间长，有较长的时间和煤反应。从加压气化炉排出的灰渣中碳含量在5％左右，常压气化炉在15％左右，对于液态排渣的气化炉，常在2％以下2019/8/15《煤炭气化工艺》3-2煤质对气化的影响三、挥发分对气化的影响确定气化用煤中挥发分含量的大小要根据气化炉型及煤气的用途来确定。例如，当采用固定床气化工艺时，如果煤气用作燃料时，要求甲烷含量高、热值大，则可以选用挥发分较高的煤作原料，在所得的煤气中甲烷的含量较大。当制取得煤气用作工业生产的合成气时，一般要求使用低挥发分、低硫的无烟煤、半焦或焦炭，因为变质程度浅（年轻）的煤种，生产的煤气中焦油产率高，焦油容易堵塞管道和阀门，给焦油分离带来一定的困难，同时也增加了含氰废水的处理量。更重要的是，对合成气来讲，甲烷可能成为一种有害的气体。例如，合成氨用的半水煤气，要求氢气含量高，而这时甲烷却变成了一种杂质，含量不能太大，要求挥发分小于10%。2019/8/15《煤炭气化工艺》3-2煤质对气化的影响四、硫分对气化的影响硫分对气化的影响1、煤在气化时，其中80％～85％的硫以H2S和CS2的形式进入煤气当中。2、如果制得的煤气用于燃料时，比如用做城市民用煤气，其疏含量要达到国家标准，否则燃烧后大量的S02会排人大气，污染环境。3、用做合成原料气时，硫化物的存在会使得合成催化剂中毒，煤气中硫化物的含量越高，后面工段脱硫的负担会超重。结论：气化用燃料中硫含量应是越低越好2019/8/15《煤炭气化工艺》3-2煤质对气化的影响五、粒度对气化的影响气化炉内某一粒径的颗粒被带出气化炉的条件是：气化炉内上部空间气体的实际气流速度大于颗粒的沉降速度。气化炉上部空间的气流速度用下式计算：为了控制煤的带出量，气化炉实际生产能力有一个上限，对移动床加压气化而言，粉煤带出量不应超过入炉煤总量的1%，为限制2mm的煤粒不被带出，炉内上部空间煤气的实际速度最大为0.9～0.95m／s。15.27310013.136005TpAVu2019/8/15《煤炭气化工艺》3-2煤质对气化的影响五、粒度对气化的影响从公式可以看出，当气化炉的生产能力低(即V小)、气化压力高(即p大)时,煤气的实际流速小。随煤气流速的减小被带出气化炉的颗粒粒度小，颗粒总带出量减小颗粒沉降速度的计算公式:niiipDggsptdxdCgdu113)(42019/8/15《煤炭气化工艺》3-2煤质对气化的影响不同的气化方式对原料煤的粒度要求不同：移动床：10－100mm的且较均匀的块煤流化床：0－8mm的细粒煤气流床：0.1mm的粉煤移动床：原料煤粒度的均匀性离析阻力分布分级过筛，不混杂，大、小块粒径比最好为2。流化床：粒度分布过宽，则气流带出小颗粒较多2019/8/15《煤炭气化工艺》3-2煤质对气化的影响移动床气化对块度大小的要求块度小较大的比面积，有利于气化，但阻力较大。块度大阻力较小，比面积也较小。具体块度大小的选择：根据原料煤活性和机械强度活性高的煤块度可大些，机械强度低的煤，块度大些2019/8/15《煤炭气化工艺》六、燃料的灰熔点和结渣性对气化的影响3-2煤质对气化的影响煤中的矿物质，在高温和活性气体介质的作用下，转变为牢固的粘结物或熔融物质炉渣的能力称为结渣性。影响煤的结渣性的因素：灰熔点灰分含量温度压力停留时间外部介质性质等在生产中，往往以灰熔点作为判断结渣性的主要指标。2019/8/15《煤炭气化工艺》六、燃料的灰熔点和结渣性对气化的影响煤炭气化时的灰熔点涉及两方面的意义，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，另一个是采用液态排渣的气化炉所必须超过的最低温度。对气化操作的影响：移动床流化床3-2煤质对气化的影响对于灰熔点低的煤在气化时容易结渣，要加大水蒸气的用量，使氧化层的温度维持在灰熔点以下对于灰熔点高的煤种，可采用较高的操作温度。2019/8/15《