煤炭气化工艺

煤炭气化工艺1、何为煤化工？答：煤化工是以煤为原料经过化学加工，实现煤的转化并进行综合利用的工业。煤化工包括炼焦工业、煤炭气化工业、煤炭液化工业、煤制化学品工业以及其他煤加工制品工业等。2、什么是煤气化？答：煤的气化是煤或煤焦与气化剂在高温下发生化学反应将埭或煤焦中有机物转变为煤气的过程。3、什么是煤炭的汽化?答：煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。4、煤气的有效成分：一氧化碳、氢气、甲烷5、煤气化的四个过程：煤的干燥、干馏、热解、氧化和还原6、煤的热解的影响因素：煤的品味、煤的颗粒粒径、加热速度、分解温度、压力、周围气体和介质。7、煤的热解结果生成的三类分子：小分子（气体）、中等分子（焦油）、大分子（半焦）8、煤产生的热量用于哪些方面？答：煤产生的热量用于：（1）灰渣带出的热量；（2）水蒸气和碳还原反应需要的热量；（3）煤气带走的热量；（4）传给谁夹套和周围环境的热量9、分气化技术的分类：（1）按气化技术：地面气化和地下气化；（2）按气化剂不同：富氧气化（产品为空气煤气）、纯氧气化（产品为混合煤气）、氢气气化（产品为水煤气）、水蒸气气化（产品为半水煤气）；（3）按给热方式：外热式气化、自热式气化、热载体式气化；（4）按气化炉类型分：移动床气化、流化床气化、气流床气化、熔融床气化；（5）按操作压力分：加压气化和常压气化10、什么是固定床气化？答：在气化过程中，煤由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部加入，煤料与气化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气化；而实际上，煤料在气化过程中是以很慢的速度向下移动的，比较准确的称其为移动床气化。11、煤的气化过程发生哪些主要的化学反应.答：C+O2→CO2394.1kJ/molC+H2O→H2＋CO-135.0kJ/molC＋O2→CO110.4kJ/molC+2H2O→2H2＋CO2-96.6KJ/molC＋2H2→CH4+84.3kJ/molC+CO2→2C0+173.3kJ／mol2CO+O2→2C02-566.6kJ／molCO+H20→H2+C02-38.4kJ／molCO+3H2→CH4+H20-219.3kJ／mol3C+2H20→CH4+2C0+185.6kI／mo12C+2H20→CH4+C02+12.2kJ／mo112、煤的干馏产物有哪些？答：焦炉气、粗氨水、粗苯、煤焦油、焦炭13、煤气发生炉反应机理。答：煤气发生炉的原料是低硫份、弱粘结性块煤，块煤主要成分有固定碳、挥发份、灰份和水份。块煤在煤气发生炉中与水蒸气、空气在一定的温度下进行氧化还原反应，生成可燃气体：一氧化碳、氢气、甲烷和碳氢化合物，也生成CO2和大量未起反应的氮气。由于煤块质量好坏和操作条件的变化，产出的煤气组分也不同，每一标准立方米煤气热值一般在1200～1450kcal/Nm3。块煤在煤气发生炉中分层进行着氧化还原反应：（一）、干燥层：煤与煤气接触，使煤中水分得到蒸发。（二）、干馏层：燃料煤发生热分解，放出挥发分。（三）、气化层分为氧化层与还原层，是煤气发生炉的主要反应区域，煤与气化剂发生剧烈的反应（以通空气作为气化剂）a、氧化层2C+O2→2CO+热Q2CO+O2→2CO2+热QC+O2→CO2由此可见，空气中氧浓度减低了，发生炉中的CO2浓度就增高，若O2的浓度最低，则CO2的浓度最高。b、还原层CO2+O2→2CO－热Q，CO2浓度下降则O2浓度增加；反应热量从氧化层带入，若还原反应速度慢，则该层较厚；（三）、渣层预热和均布氧化剂，保护炉篦和灰盘；（四）、以水蒸汽作气化时，气化层中无氧化层，可把气化层分为上下二层：下层为主还原层C+2H2O→CO2+2H2－QC+H2O→CO+H2－Q上层为次还原层CO+H2O→CO2+H2+QC+2H2→CH4+Q在不同温度下，C与H2O蒸气反应达到平衡，当温度到较高时，H2、CO含量达到等量，温度越高越有利于优质煤气的生成。（五）、当空气与水蒸汽同时通入燃料层时C与O2反应，C将同时与空气、水蒸气起反应，我们目前安装的煤气发生炉就是同时通入空气和水蒸气的炉型。煤气炉升到一定温度后，通入水蒸气与空气的混合气，与热煤层反应生成含有H2、CO、CH4等可燃气体，称发生炉煤气。同时也包括大量未起反应的氮气和生成CO2气，这种煤气虽然热值较低，但能广泛地应用于工业炉窑，作为加热的热源。15、气化反应，在固体表面进行的非均相气化反应的步骤答：（1）气体反应物向固体表面转移或扩散；（2）气体反应物被吸附在固体表面；（3）被吸附的气体反应物在固体表面发生反应而行成中间配合物；（4）中间配合物分解或与气相中到达固体表面的气体分子发生反应；（5）反应物从固体表面解吸并扩散到气相。16、气化用煤的分类：第一类，气化时不黏结也不产生焦油，代表性原料有无烟煤、焦炭、半焦和贫煤。第二类，气化时黏结并产生焦油，代表性原料有弱黏结或不黏结烟煤。第三类，气化时不黏结但产生焦油，代表性原料有褐煤。第四类，以泥炭为代表性原料，气化时不黏结，能产生大量的甲烷。17、煤中的水分存在形式有三种：外在水分、内在水分和结晶水。18、由植物残骸经过复杂的生物化学作用和物理化学作用转变成煤的转变过程叫做植物的成煤作用。19、一般认为，成煤过程分为两个阶段即煤化阶段和泥炭化阶段20、不同煤种的组成和性质相差是非常太的，即使是同一煤种，由于成煤的条件不同，性质的差异也较大煤结构、组成以及变质程度之间的差异，会直接影响和决定煤炭气化过程工艺条件的选择，也会影响煤炭气化的结果。21、无烟煤、焦炭、半焦和贫煤作为气化用煤的主要特性是气化时不黏结，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。22、烟煤作为气化用煤的主要特性是气化时黏结，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。23、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，如果燃烧产物中的水分以液态形式存在称高发热值，如果水以气态形式存在称低发热值。24、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。25、煤炭气化过程主要是煤中的碳和水蒸气反应生成氢，这一反应吸收（填吸收或放出）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。26、煤中的水分存在形式有三种，包括外在水分，内在水分，结晶水27、煤中的水分和变质程度有关，随煤的变质程度加深而呈规律性变化；即从泥炭、褐煤、烟煤、年轻无烟煤，水分逐渐减少，而从年轻无烟煤到年老无烟煤，水分又增加。28、所谓的气化效率是指制得的煤气的热值与所使用的燃料的热值之比，气化效率能够反映总能量的有效利用程度。29、一般地，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。30、煤中的硫以有机硫和无机硫的形式存在，中国各地煤田的煤中硫含量都比较低，太多在l％以下。31、简单地说，灰熔点就是灰分熔融时的温度．灰分在受热情况下，一般经过三个过程。即变形温度，软化温度，流动温度，对煤炭气化而言，一般用软化温度作为原料灰熔融性的主要指标。32、燃料的反应性就是燃料的化学活性，是指燃料煤与气化剂中的氧气、水蒸气、二氧化碳的反应能力。一般以二氧化碳的还原系数来表示。33、判断题1、褐煤转变为烟煤和无烟煤的过程。在这个过程中煤的性质发生变化，所以这个过程叉叫做变质作用。（√）2、无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。（×）3、褐煤气化时不黏结但产生焦油。褐煤是变质程度较高的煤，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.（×）4、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。（√）5、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。（√）6、加压气化对炉温的要求比常压气化炉高，而炉身一般比常压气化炉低，能提供较高的干燥层，允许进炉煤的水分含量高。（×）7、低灰的煤种有利于煤的气化生产，能提高气化效率、生产出优质煤气，但低灰煤价格高，使煤气的综合成本上升。（√）8、煤的挥发分产率与煤的变质程度有密切的关系。随着变质程度的提高，煤的挥发分逐渐升高。（×）9、煤的比表面积和煤的粒径有关，煤的粒径越小，其比表面积越大。煤有许多内孔，所以比表面积与煤的气孔率有关。（√）10、煤的粒度太小，当气化速度较大时，小颗粒的煤有可能被带出气化炉外，从而使炉子的气化效率升高。（×）34、什么是煤的灰分？灰含量高对气化有什么影响?答：煤的灰分是指将一定量的煤样在800℃的条件下完全燃烧，残余物即灰分，表明了煤中矿物质含量的太小。（1）煤中灰分高，增加了运输的费用，（2）煤中灰分高对气化过程有许多不利的影响。a.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b.同时灰分的大量增加，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。c.此外，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。35、什么是煤的挥发分产率？说明几种常用煤的挥发分的大致范围。答：煤的挥发分挥发分是指煤在加热时．有机质部分裂解、聚合、缩聚，低分子部分呈气态逸出，水分也随着蒸发，矿物质中的碳酸盐分解，逸出二氧化碳等。除去水分的部分即为挥发分产率，挥发分中有干馏时放出的煤气、焦油、油类。于馏煤气中含有氢、一氧化碳、二氧化碳和轻质烃类。36、煤的粒度对气化过程有什么影响?答：1）粒度大小与比表面间的关系煤的粒度越小，其比表面积越大。气流通过床层的流通截面增大，气流速度增大。2）粒度大小与传热的关系煤的粒度越大，传热越慢，煤粒内外温差越大，粒内焦油蒸气的扩散和停留时间增加，焦油的热分解加剧，影响焦油的产率。3）粒度大小与生产能力间的关系煤的粒度太小，当气化速度较大时，小颗粒的煤有可能被带出气化炉外，从而使其化炉的气化效率下降。4）粒度大小对各项气化指标的影响通常情况下，煤的粒度太小，煤耗高，水蒸气和氧气的消耗量增加，气化炉的生产能力下降。37.进行煤炭气化的设备叫气化炉38、按照燃料在气化炉内的运动状况来分类是比较通行的方法，一般分为移动床(又叫固定床)、沸腾床(叫流化床)、气流床和熔融床等39、如果以空气作为气化剂，生产的煤气称空气煤气。40、如果以空气(富氧空气或纯氧)和水蒸气的混合物作为气化剂，生产的煤气称混合煤气。41、气化炉在生产操作过程中根据使用的压力不同，可分为常压气化炉和加压气化炉；根据不同的排渣方式，可以分为固态排渣气化炉、液态排渣气化炉。42、各种不同结构的气化炉基本上由三大部分组成，即加煤系统、气化反应部分、排灰系统。43、由于煤炭气化过程是在非常高的温度下进行的，为了保护炉体而加设水套或内璧衬里是非常必要的。44、不论采用何种类型的气化炉，生产哪种煤气，燃料以一定的粒度和气化剂直接接触进行物理和化学变化过程，将燃料中的可燃成分转变为煤气，同时产生的灰渣从炉内排除出去，这一点是不变的。45、在气化炉内，物质基本上以两种相态存在，一是气相即空气、氧气、水蒸气(称为气化剂)和气化时形成的煤气，另外是固相即燃料和燃料气化后形成的固体如灰渣等。46、气化剂以较小的速度通过床层时．气体经过固体颗粒堆积时所形成的空隙，床内固体颗粒静止不动，这时的床层一般称固定床。47、在流化床阶段，如果流速进一