煤气化技术与展望

1煤气化技术概述赖海龙ys1110121014一、关于煤气化的宏观知识二、煤气化原理三、煤气化产物的分类及特点四、煤气化工艺及特性五、我国煤气化现状与发展方向参考文献主要内容一、关于煤气化的宏观知识1.1煤炭的组成煤炭：复杂的有机含碳矿物（从褐煤到无烟煤），以碳为主，主要成份为C，H，O，N，S；高度芳香化；多少不等的无机矿物，Ash：1～50%，Water:X～60%，Volatile：3～45%煤分子结构1.2煤炭的利用方式•应我国经济可持续发展要求-煤炭洁净、高效利用-煤炭“石油”、“天然气”•燃烧：发电、供热•炼焦：炼铁、炼钢•气化：家用煤气、化肥、化学品•液化：汽油、柴油•材料：炭素、沥青1.3煤炭气化技术CO+H2工业、民用燃气合成气氨甲醇油二甲醚烯烃…H2-煤转化过程以煤气化为“龙头”，-煤气化构成了煤化工工艺的主要成本固体煤其目的就是获得清洁能源和化工原料气化产品--煤气新型煤化工的一个重要单元煤炭气化技术就是将固体煤变成气态烃,CO,H2气体等的技术1.4煤气化的重要意义煤气化是发展煤基液体燃料合成、先进的IGCC发电、多联产系统、制氢、燃料电池、直接还原炼铁等过程工业的基础。二、煤气化原理反应性煤的反应性又称煤的化学活性，是指在一定的条件下，煤与不同气化介质(如CO2，O2，H2O和H2)发生化学反应的能力。反应性强的煤在气化和燃烧过程中反应速率快、效率高。煤气化煤或煤焦与气化剂（空气、氧气、水蒸气、氢等）在一定温度及压力下发生化学反应，将煤或煤焦中有机质转化为煤气的过程煤气气化剂通过炽热固体燃料层时，所含游离氧或者结合氧将燃料中的碳转化成的可燃性气体。有效成分：CO、H2、CH4煤气的发热值是指标准状态下lm3煤气在完全燃烧时所放出的热量，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。2.1几个基本概念2.2煤气化的基本原理和过程1.煤发生气化的基本条件（1）气化原料和气化剂。（2）发生气化的反应容器。（3）煤气发生炉内保持一定的温度。（4）维持一定的炉内压力。2.煤气化可分为两阶段：煤的干燥与部分燃烧阶段和煤的气化阶段2.3煤干燥和气化产物的释放进程2.4煤炭气化工艺的原则流程主要包括：原料准备、煤气生产，净化及脱硫、煤气变换、煤气精制以及甲烷合成等6个单元。三、煤气化产物的分类及特点3.1基于气化剂和煤气成分的分类：CoalOxygenSteamC+1/2O2COC+O2CO2C+CO22COC+H2OCO+H2C+2H2CH4CO+H2OH2+CO2CO+3H2CH4+H2O〔S〕H2S+COS〔N〕NH3+HCNGasifierGasComposition(Vol%)H225-30CO30-60CO25-15H2O2-30CH40-5H2S0.2-1COS0-0.1N20.5-4Ar0.2-1NH3+HCN0-0.3Ash/Slag/PM煤气化的总反应方程式：CnHmOxNySz=C+CO+CO2+H2+NH3+HCN+H2S+COS+••••定义：以空气为气化剂生成的煤气。主要成分：N2，CO，CO2，H2。特点：热值低，主要作为化学工业原料，煤气发动机燃料等。空气煤气混合煤气半水煤气水煤气煤气定义：以空气和适量水蒸气为气化剂生成的煤气。主要成分：N2，CO，H2，CO2。特点：工业上一般用作燃料。定义：以水蒸气为气化剂生成的煤气。主要成分：H2，CO，CO2，N2。特点：H2和CO含量达85％以上，一般用作化工原料和城市煤气定义：以水蒸气加适量的空气或富氧空气为气化剂生成的煤气主要成分：H2，CO，N2，CO2。特点：（H2+CO）=3N2（质量），一般用来合成氨煤气的组成成分3.2基于煤热值的分类1.低煤值煤气：3800~7600KJ/m3；2.中热值煤气：10000~20000KJ/m3；3.高热值煤气：≥21000KJ/m3。三、煤气化工艺及特性4.1煤气化工艺分类根据气化炉的结构特点和物料在气化炉中进行转化是的运动方式，煤气化工艺可分为：●气流床气化GE-Texaco（德士古）,Shell（壳牌）,GSP,E-Gas,K-T●流化床气化U-Gas，Winkler（温克勒），AFB●固定床气化Lurgi（鲁奇）4.2三种工艺的工作原理4.3煤气化的三种工艺技术和特性1.移动(固定）床气化过程移动床气化需要块状原料；可处理水分大、灰分高的劣质煤；当固态排渣时，耗用过量的水蒸气，污水大，并导致热效率低和气化强度低；液态排渣时提高炉温和压力，可以提高生产能力。固定床气化炉－鲁奇（Lurgi）鲁奇气化炉结构图搅拌器大唐克旗公司----鲁奇加压块煤气化装置流化床床层温度较均匀，气化温度低于灰熔点；煤气中不含焦油；活性低的煤的碳转化率低；气流速度较高，携带焦粒多，煤气中粉尘含量高，后处理系统磨损和腐蚀较重；煤的预处理、进料、焦粉回收、循环系统复杂庞大。2.流化床气化过程流化床气化炉－灰熔聚（U-Gas）高速射流山西煤化所灰熔聚流化床气化炉U-Gas结构示意图流化床气化炉－温克勒（Winkler）温克勒气化炉结构示意图温克勒气化炉城市煤气生产装置气流床气化温度高，碳转化率高，单炉生产力大；煤气中不含焦油；污水问题小；液态排渣，氧耗随会含量及熔点的增加而升高；除尘系统庞大；废热回收系统昂贵；煤处理系统庞大和耗电大。3.气流床气化过程气流床－GE（德士古）炉喷嘴O2入口冷却水入口冷却水出口水入口水出口特点：－水煤浆进料（煤60％）－先进行预热、水蒸发－干馏、热解、气化－液态排渣－进料比干煤粉简单稳定－湿法研磨节省动力－煤浆需加稳定剂－副产蒸气利用很重要－O2耗较高、CO2较多气化炉旋风分离水洗磨煤煤水水煤浆水煤浆氧氧水煤浆泵锁斗渣合成气热水蒸发塔酸性气体气流床－GE炉流程气流床－GE商业装置（山东德州）壳牌（Shell）气化反应装置德士古多喷嘴气化炉吊装现场三种主要制气方法的比较气化指标鲁奇炉（移动）温克勒炉（沸腾）K-T炉（气流）气化压力／MPa2.0～3.0常压常压气化炉出口煤气温度／℃350～600800～15001400～1600煤在炉内的停留时间90min15min1s气化煤种不黏结、不热爆高镕性、不热爆各种煤入炉煤粒度／mm13mm占87%）0.047mm占80%煤气组成（H2）／%37～3935～3631（CO）／%20～2330～4058（CO2）／%27～3013～2510（CH4）／%10～121～20.1煤气中有无焦油、酚类有无无吨煤煤气产率／（m3／t）122015801900粗煤气耗氧（折成%）（m3／m3）0.16～0.270.350.31～0.36蒸汽耗量／kg1.1～1.90.4～0.90.07～0.16碳转化率／%88～9568～8080～98冷煤气效率／%75～8058～6569～75综上所述，三种气化均有各自优缺点。工业实践证明，它们有各自比较适应的经济规模。移动床可应用于较小的容量规模，气流床气化适用于大规模生产，流化床则介乎中间。五.我国煤气化技术现状与发展方向5.1我国煤气化技术现状1.国内目前采用的煤炭气化技术主要以常压固定床煤气发生炉和水煤气发生炉为多，开发和引进了水煤气两段炉、鲁奇加压气化炉和德士古水煤浆气化技术。2.今后的发展趋势是效率较高、煤气成分较好的干粉煤炭气化技术。气化压力向高压发展气化压力由常压、低压（0.1MPa）向高压（2.0～8.5MPa）气化发展，从而提高气化效率、碳转化率和气化炉能力，实现气化装置大型化和能量高效回收利用，降低合成气的压缩能耗或实现等压合成（如甲醇低压合成），降低生产成本。如Texaco气化压力可达6.5～8.5MPa，Shell气化压力为2～4MPa。5.2煤炭气化技术发展方向气化压力向高压发展气化炉能力向大型化发展Texaco和Shell单台气化炉气化煤量已达2000t/d以上。Prenflo气化炉单炉气化煤量已达2600t/d。大型化便于实现自动控制和优化操作，降低能耗和操作费用。气化温度向高温发展Texaco气化温度1400～1500℃，Shell气化温度高达1400～1700℃，流化床气化温度为1000～1200℃。气化温度高，煤中有机物质分解气化，消除或减少环境污染，对煤种适应性广。尘降到1～2mg/Nm3以下。技术不断进步不断开发新的气化技术和新型气化炉，提高碳转化率和煤气质量，降低建设投资。目前碳转化率高达98%～99%，煤气中含CO+H2达到80%～90%。现代煤气化技术与其他先进技术联合应用如与燃气轮机发电组合的IGCC发电技术；高压气化（6.5MPa）与低压合成甲醇、二甲醚技术联合实现等压合成，省去合成气压缩机，使生产过程简化，总能耗降低。环保效果更好煤气化技术与先进脱硫、除尘技术相结合，实现环境友好，减少污染。如在气化炉内加入脱硫剂（石灰石），脱硫效率可达80%～90%；采用高效除尘器使煤气中含尘量有效降低。5.2煤炭气化技术发展方向5.2煤炭气化技术发展方向5.2煤炭气化技术发展方向美国“21世纪展望”多联产过程虚拟工厂模拟气化和燃烧制氧发电和供热燃烧模拟先进材料系统模拟发电燃料热和蒸汽电燃料和化学品制氢CO2固定煤气化煤化学合成参考文献：【1】阎维平、周月桂等.洁净煤发电技术，中国电力出版社，2008/11【2】陈菊枝、洪献春.煤炭气化技术，2011/04【3】刘卫平.我国煤气化技术特点及应用，2010/12【4】王洋，马小平.煤气化技术的发展，2006/08【5】赵元期.煤气化技术发展与问题探讨，2011/08谢谢大家！