煤炭气化工艺概述资料

2020/5/261《煤炭气化工艺》本课程主要内容一、基本概念二、煤炭气化方法三、煤炭气化原理四、气化用煤五、气化工艺及气化炉六、粗煤气脱硫2020/5/262《煤炭气化工艺》一、基本概念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。2020/5/263《煤炭气化工艺》空间速度空间时间单位时间内，单位体积的催化剂所通过气体体积数。单位：m3／(m3催化剂·h)。空间速度越高，单位体积催化剂处理能力越大，生产能力就越大。在等密度反应过程中，气体与催化剂的接触时间。空间时间越小，反应器的生产能力越大。转化率参加反应的原料量与通入反应器原料量比值百分率。它说朋原料的转化程度。转化率越大，参加反应的原料越多。选择性实际目标产物量与反应原料计算应得产物理论量之比。=实际所得目标产物量／计算应得产物理论量×100%=转化为目标产物原料量／反应掉原料量×100%收率转化为目标产物的原料量与通入反应器原料量之比。有循环物料时产物总收率=转化为目标产物的原料量／新鲜原料量×100%一、基本概念2020/5/264《煤炭气化工艺》1.煤化工包括、、及其他煤加工制品工业。2.煤的气化是将煤与在高温下发生化学反应，将煤中有机物转变为煤气的过程，常用的气化剂有空气、、等。3.煤气的有效成分为、、等。4.煤气的发热值指标准状态下1m3煤气完全燃烧时放出的热量。如果燃烧产物中的水分以液态形式存在称，如果水以气态形式存在称。5.空气煤气中不含有的成分是（）ACOBCO2CC2H5DN2练习题2020/5/265《煤炭气化工艺》1.煤化工包括炼焦工业、煤炭气化工业、煤炭液化工业及其他煤制化学品工业。2.煤的气化是将煤与气化剂在高温下发生化学反应，将煤中有机物转变为煤气的过程，常用的气化剂有空气、氧气、水蒸气等。3.煤气的有效成分为CO、H2、CH4等。4.煤气的发热值指标准状态下1m3煤气完全燃烧时放出的热量。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。5.空气煤气中不含有的成分是（C）ACOBCO2CC2H5DN2练习题答案2020/5/266《煤炭气化工艺》二、煤炭气化方法一、按气化技术分类地面气化将煤从地下挖掘出来后再经过各种气化技术获得煤气的方法将未开采的煤炭有控制的燃烧，通过对煤的热化学作用生产煤气的过程。地下气化2020/5/267《煤炭气化工艺》二、地面气化技术分类二、煤炭气化方法内热式气化利用煤与氧反应放出热量来达到反应所需温度，即燃烧一部分气化所用燃料，将热量累积到燃料层里，再通入水蒸气发生化学反应制取煤气。因此内热式气化也称为自热式气化。利用外部给气化炉提供热量。热源：外部炉壁加热燃料（炉壁需选用耐火度高且导热性好的材料）；高度过热水蒸气（1100℃）；加热水蒸气和粉末燃料的混合物到1100℃，达到水煤气反应温度。外热式气化给热方式2020/5/268《煤炭气化工艺》二、地面气化技术分类二、煤炭气化方法富氧气化气化剂是富氧空气。纯氧气化气化剂是氧气。加氢气化气化剂是氢气。即煤与氢气反应生成甲烷的过程。水蒸气气化气化剂是水蒸气。气化介质2020/5/269《煤炭气化工艺》二、地面气化技术分类二、煤炭气化方法入炉的煤块粒度粉煤炭气化块煤炭气化移动床气化沸腾床气化气流床气化熔融床气化燃料在炉内状况其他分类2020/5/2610《煤炭气化工艺》三、工业煤气分类二、煤炭气化方法定义：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工业煤气定义：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2020/5/2611《煤炭气化工艺》1.地面气化技术以燃料在炉内的状况可分为四类，分别为气化、气化、气化和熔融床气化。2.发生炉煤气根据使用气化剂和煤气的热值不同，一般可分为空气煤气、混合煤气、、等。3.什么是水煤气、半水煤气？两者有何区别.练习题2020/5/2612《煤炭气化工艺》1.地面气化技术以燃料在炉内的状况可分为四类，分别为沸腾床气化、移动床气化、气流床气化和熔融床气化。2.发生炉煤气根据使用气化剂和煤气的热值不同，一般可分为空气煤气、混合煤气、水煤气、半水煤气等。3.什么是水煤气、半水煤气？两者有何区别。水煤气是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，一般用作化工原料半水煤气是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），一般用来合成氨练习题答案2020/5/2613《煤炭气化工艺》三、煤炭气化原理一、气化过程的主要化学反应一次反应C+O2→CO2-394.1kJ/molC+H2O≒CO＋H2+135.0kJ/molC+1/2O2→CO-110.4kJ/molC+2H2O→CO2+2H2+96.6kJ/molC+2H2≒CH4-84.3kJ/molH2+1/2O2→H2O-245.31kJ/mol二次反应C+CO2≒2CO+173.3kJ/mol2CO+O2≒2CO2-566.6kJ/molCO+H2O≒H2+CO2-38.4kJ/molCO+3H2≒CH4+H2O-219.3kJ/mol3C+2H2O→CH4+2CO+185.6kJ/mol2C+2H2O→CH4+CO2+12.2kJ/mol气化主反应2020/5/2614《煤炭气化工艺》三、煤炭气化原理二、气化过程的物理化学基础反应历程气体反应物向固体(碳)表面转移或扩散。第一步气体反应物被吸附在固体(碳)表面。第二步被吸附的气体反应物在固体(碳)表面起反应而形成中间配合物。第三步中间配合物的分解或与气相中到达固体(碳)表面的气体分子发生反应。第四步反应物从固体(碳)表面解吸并扩散到气相第五步2020/5/2615《煤炭气化工艺》一、气化用煤种的主要特征气化时不黏结，不产生焦油，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。无烟煤贫煤焦炭半焦烟煤泥炭褐煤气化煤种气化时黏结，并且产生焦油，煤气中的不饱和烃、碳氢化合物较多，煤气的净化系统较复杂，煤气的热值较高。气化时不黏结但产生焦油，加热时不产生胶质体，含有较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。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，但产生焦油和脂肪酸，所生产的煤气中含有大量的甲烷和不饱和碳氢化合物。四、气化用煤2020/5/2616《煤炭气化工艺》一、水分含量对气化的影响煤中的水分存在形式：①外在水分：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。含有外在水分的煤为应用煤，失去外在水分的煤为风干煤。②内在水分：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。③结晶水：在煤中以硫酸钙(CaSO4·2H2O)、高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O)等形式存在的，通常大于200℃以上才能析出。四、气化用煤-煤质对气化的影响2020/5/2617《煤炭气化工艺》二、灰分含量对气化的影响灰分：煤在800℃的条件下完全燃烧后的残余物。即煤中矿物质含量。组成：硅、铝、铁、镁、钾、钙、硫、磷等元素和以碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐和硫化物等形式的盐类。影响：增加运输的费用，降低气化效率，增加炉渣的排出量，增加随炉渣排出的碳损耗量，增加气化的各项消耗指标（如氧气、水蒸气和煤的消耗指标），而净煤气的产率下降。对于加压气化，用煤灰分可高达55%左右而不至于影响生产的正常进行。这是由于加压操作时，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。同时，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。四、气化用煤-煤质对气化的影响2020/5/2618《煤炭气化工艺》三、挥发分含量对气化的影响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。随着变质程度的增高，煤的挥发分逐渐降低。此外，年轻煤的挥发分产率高，年老煤的低。当煤气用做燃料时，要求甲烷含量高、热值大，选用挥发分较高的煤做原料；当煤气用做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，容易堵塞管道和阀门，给焦油分离带来一定的困难，同时也增加含氰废水的处理量。四、气化用煤-煤质对气化的影响2020/5/2619《煤炭气化工艺》四、硫分含量对气化的影响煤中的硫以有机硫和无机硫的形式存在。煤在气化时，其中80％～85%的硫以H2S和CS2的形式进入煤气当中，不仅污染环境，而且会影响后段工序的运行，如造成催化剂中毒，加重脱硫的负担等。所以，气化用燃料中硫含量应是越低越好。五、粒度对气化的影响煤的粒度不同，将直接影响到气化炉的运行负荷、煤气和焦油的产率以及气化时的各项消耗指标。1.粒度大小与比表面间的关系：煤的粒径越小，比表面积越大。四、气化用煤-煤质对气化的影响2020/5/2620《煤炭气化工艺》五、粒度对气化的影响2.粒度大小与传热的关系：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。3.粒度与生产能力的关系：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，从而使炉子的气化效率下降。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。4.粒度的大小对各项气化指标的影响：煤的粒度减小，相应的氧气和水蒸气消耗将增大。四、气化用煤-煤质对气化的影响2020/5/2621《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有两方面的含义，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。灰熔点越高，灰分越难结渣，相反，则灰熔点越低，灰分越易结渣。在气化炉的氧化层，由于温度较高，灰分可能熔融成黏稠性物质并结成大块，这就是结渣性。其危害性有下面几点：①影响气化剂的均匀分布，增加排灰的困难。②为防止结渣采用较低的操作温度而影响了煤气的质量和产量。③气化炉的内壁由于结渣而缩短了寿命。四、气化用煤-煤质对气化的影响2020/5/2622《煤炭气化工艺》七、其他性质对气化的影响1、煤的黏结性对气化的影响黏结性煤在气化时，使料层的透气性变差，阻碍气体流动，出现炉内崩料或架桥现象，使煤料不易往下移动，导致操作恶化。2.煤的反应性对气化的影响燃料的反应性主要影响气化过程的起始反应温度，反应性越高，则发生反应的起始温度越低，则气化温度就低，这有利于甲烷的生成反应，从而降低了氧气的耗量。当使用具有相同的灰熔点而活性较高的原料时，由于气化反应可在较低的温度下进行，容易避免结渣现象。3.煤的机械强度和热稳