煤气化的基本原理

§5、煤的气化§5．1煤气化的基本原理§5．1煤气化的基本原理1.煤气化：以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等做气化剂，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为气体燃料的过程。2.气化条件：气化炉、气化剂、供给能量3.气化产品：气化煤气：COH2CH4O2、H2O、H2、根据产热方式和煤气用途选择性供入（H2很少用）4.发生炉构成（以固定床为例）炉体、加料装置、排灰装置5.气化的基本原理⑴煤气化的过程（固定床为例）：灰渣煤煤气（）气化剂（）干燥原料，温度在室温--150℃之间低温干馏,温度约在150-700℃之间C+O2→CO2+Q,C+O2→CO+Q,C+H2→CH+Q氧化层高度低（100-200mm）,温度最高，1200℃左右保护炉篦、预热气化剂(能预热达300-450℃左右)图5--1发生炉中原料层示意图灰渣层氧化层还原层干馏层干燥层CO+C→2CO-Q,H2O+C→H2+CO-Q,温度约800-1100℃⑵气化类型①自热式煤的水蒸气气化原理：Ⅰ:气化剂：空气或02；H2O(气)Ⅱ：主要反应：C+O2→CO2+Q2C+O2→2CO+QC+H2O→CO+H2-Q图5--2自热式煤的水蒸气气化原理煤气(H2,CO,CO2,CH4等)灰煤H2O(气)空气或O800~1800℃0.1~4MPⅢ：煤气主要可燃成分：CO、H2Ⅳ：特点：无外界供热（煤与水蒸气反应进行吸热反应所耗热量是由煤与氧气进行的放热反应所提供的）；所需工业氧价格较贵，煤气中CO2含量高。②外热式煤的水蒸气气化原理Ⅰ:气化剂：H2O(气)Ⅱ：主要反应：C+H2O→CO+H2-QⅢ：煤气主要可燃成分：CO、H2Ⅳ：特点：气化炉外部供热（煤仅与水蒸气反应）；气化炉传热差，不经济。图5--3外热式煤的水蒸气气化原理煤气(H2,CO,CO2,CH4等)热煤H2O(气)③煤的加氢气化原理Ⅰ:气化剂：H2Ⅱ：主要反应：C+H2→CH4+QⅢ：煤气主要可燃成分：CH4Ⅳ：特点：煤气主要由CH4组成（代用天然气）；产生残焦（含碳残渣）,煤与H2加压生成CH4的反应性比煤与水蒸汽的反应性小.图5--4煤的加氢气化原理煤气(CH4H2,等)残焦煤H2800~1000℃1~10MP④煤的水蒸气气化和加氢气化相结合制造代用天然气原理CO2等图5--5煤的水蒸气气化和加氢气化相结合制造代用天然气原理O2H2O(气)煤H2灰800~1800℃0.1~4MP水蒸汽气化残焦代用天然气H2,CO,CO2,等气体加工处理煤气(CH4H2,等)800~1000℃1~10MP（加氢气化）H2Ⅰ:气化剂：02；H2O(气)Ⅱ：主要反应：加氢阶段：C+H2→CH4+Q水蒸气气化阶段：C+O2→CO2+Q2C+O2→2CO+QC+H2O→CO+H2-QⅢ：煤气主要可燃成分：CH4Ⅳ：特点：首先进行加氢气化，产生残焦再与水蒸气反应，产生加氢阶段用氢气。⑤煤的水蒸气气化和甲烷化相结合制造代用天然气原理甲烷化气体净化灰煤H2O(气)O图5--6煤的水蒸气气化和甲烷化相结合制造代用天然气原理代用天然气800~1800℃0.1~4MP（水蒸气气化）Ⅰ:气化剂：02；H2O(气)Ⅱ：主要反应：水蒸气气化阶段：C+O2→CO2+Q2C+O2→2CO+QC+H2O→CO+H2-Q甲烷化反应：CO+3H2→CH4+H2O+QⅢ：煤气主要可燃成分：CH4Ⅳ：特点：首先由煤的水蒸气气化反应产生以CO和H2为主的合成气，然后合成气在催化剂的作用下“甲烷化”生成甲烷。⑶基本化学反应①基本化学反应：氧化反应：C+O2→CO2+Q2C+O2→2CO+QH2+O2→H2O+QCO+H2O→CO2+H2+Q水煤气反应:C+H2O→CO+H2-Q副水煤气反应：C+2H2O→CO2+2H2-Q气化反应：C+CO2→2CO-Q甲烷化反应：C+2H2→CH4+QCO+3H2→CH4+H2O+Q水煤气主要成分为CO和H2这些反应中:C+H2O→CO+H2-Q即水蒸气和碳反应的意义最大，此反应为强吸热反应。供热的：C+O2→CO2+Q和2C+O2→2CO+Q与吸热的：C+H2O→CO+H2-Q和C+CO2→2CO-Q组合在一起，对自热式气化过程起重要的作用。煤中的少量元素氮和硫在气化过程中产生了含氮的和含硫的产物，主要的硫化物是H2S、COS、CS2等，主要的含氮化合物是NH3，HCN、NO等。表6-2-02是这些化合物的生成反应。表6-2-02煤气化时发生的硫（S）和氮（N）的基本反应元素反应S：S+O2＝SO2SO2+3H2＝H2S+2H2OSO2+2CO＝S+2CO22H2S+SO2＝3S+2H2OC+2S＝CS2CO+S＝COSN：N2+3H2＝2NH3N2+H2O+2CO＝2HCN+1.5O2N2+xO2＝2NOx②反应特点一次反应和二次反应均相反应和非均相反应吸热反应和放热反应