讲义5煤气化教材

《讲义5煤气化教材》由会员分享，可在线阅读，更多相关《讲义5煤气化教材（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第五章 煤的气化 煤的直接燃烧带来的环境问题到目前为止仍不能得到有效地解决。 而煤的气化技术可以说是未来煤的洁净利用技术的基础，被认为是 最清洁的煤转化利用方式。 煤的气化产物在电力生产、城市供暖、燃料电池、液体燃料和化工原料合 成等方面都有极其广泛的应用，能够达到充分利用煤炭资源的目的，所以 煤的气化技术理所当然成为未来洁净煤技术的核心。 IGCC 城市供暖 液体燃料 “ “站在煤炭气化装站在煤炭气化装置的顶端置的顶端” ” 1.煤气化概念： 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.

2、气化条件： 气化炉、气化剂、供给能量 3.气化产品： 气化煤气：CO ，H2 ，CH4 O2、H2O、H2、根据产热方式和煤 气用途选择性供入（ H2 很少用） 5.1 煤气化的基本原理 固定床气化炉 气流床床气化炉 流化床气化炉 发生炉构成（以固定床为 例）炉体、加料装置、排 灰装置 气化类型 自热式煤的水蒸气气化原 理： :气化剂：空气或O2； H2O(气) ：主要反应： C+O2CO2 +Q 2C+O22CO+Q C+H2OCO+H2 -Q ：煤气主要可燃成分：CO、H2 ：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

3、，煤气中CO2 含量高。 外热式煤的水蒸气气化 原理 :气化剂：H2O(气) ：主要反应： C+H2OCO+H2 -Q ：煤气主要可燃成分： CO、H2 ：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。 煤的水蒸气气化和甲烷化 相结合制造代用天然气原理 :气化剂：O2；H2O(气) ：主要反应： 水蒸气气化阶段： C+O2CO2 +Q 2C+O22CO+Q C+H2OCO+H2 -Q 甲烷化反应：CO+3H2 CH4+H2O +Q ：煤气主要可燃成分：CH4 ：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

4、甲烷。 特点： 内蒙古克什克腾煤制天然气项目 基本化学反应： 氧化反应： C+O2CO2 +Q 2C+O22CO +Q H2+ O2 H2O +Q CO+H2OCO2+H2 +Q 水煤气反应:C+H2OCO+H2 -Q 副水煤气反应：C+2H2OCO2+2H2 -Q 气化反应：C+CO22CO -Q 甲烷化反应：C+2H2CH4 +Q CO+3H2 CH4+H2O +Q 水煤气主 要成分为 CO和H2 这些反应中: C+H2OCO+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+O2CO2 +Q和 2C+O22CO +Q 与吸热的：C+H2OCO+H2 -Q和 C+

5、CO22CO -Q 组合在一起，对自热式气化过程起重 要的作用。 基本化学反应 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+O2SO2 SO2+3H2 H2S+2H2O SO2+2COS+2CO2 2H2S+SO2 3S+2H2O C+2SCS2 CO+SCOS N ： N2+3H22NH3 N2+H2O+2CO2HCN+1.5O2 N2+xO22NOx 反应特点 一次反应和

6、二次反应 均相反应和非均相反应 吸热反应和放热反应 2005-7-20 HTL煤气化工艺系统介绍 2、工艺流程： 2005-7-20 HTL粉煤加压气化工艺 HTL粉煤气化炉 气化压力：4MPa 气化温度：14001700 设计炉型能力：42000Nm3/h（CO+H2） 单炉能力： 2000075000Nm3/h（CO+H2） 炉体材料：15CrMoR+316L 水冷盘管材料：15CrMo 3、关键设备 图 1 水煤浆水冷壁气化工艺流程示意图 2005-7-20 HTL粉煤加压气化工艺 5、HT-L煤气化技术典型粗煤气成分 (氮气输送） 成分 H2 CO CO2 CH4 N2 H2S COS

7、 HCN NH3 单位 V% V% V% V% V% V% V% mg/m3 mg/m3 无烟煤粉 27 64 3 9998 冷煤气效率(%)808380837176 煤气化热效率 (%) 95 9686 原料煤输送形式干粉,气体输送干粉,气体输送水煤浆,泵输送 烧嘴寿命10年,每6个月维修头部10年,每1.5年维修头部每1.5个月维修头部 水冷壁或耐火砖 寿命 水冷壁结构简单，属圆筒盘 管型，水路简单，易制造， 寿命10年 水冷壁呈多段竖管排列，水 路复杂，合金钢材质，制造 难度大，寿命10年 昂贵的耐火砖只能用一年 原料煤的适应性气化原料煤几乎函盖从褐煤 到无烟煤的所有煤种，可以 实现原料

8、煤本地化 气化原料煤几乎函盖从褐煤 到无烟煤的所有煤种，可以 实现原料煤本地化 对煤种要求高（灰熔点低 于1250度，成浆性好）,无 法实现原料煤本地化 电耗低因有激冷气压缩机和反吹气 压缩机,所以电耗较高 低 低温甲醇洗脱硫脱碳 低温下，甲醇对酸性气体的吸收是很有利的。当温度从20降到-40时，CO2的溶解度 约增加6倍，吸收剂的用量也大约可减少6倍。低温下，例如-40-50时，H2S的溶解 度又差不多比CO2大6倍，这样就有可能选择性地从原料气中脱除H2S，而在溶液再生时 先解吸回收CO2。低温下，H2S、COS和CO2在甲醇中的溶解度与H2、CO相比，至少要大 100倍，与CH4相比，约

9、大50倍。因此，如果低温甲醇洗装置是按脱除CO2的要求设计的 ，则所有溶解度与CO2相当或溶解度比CO2大的气体，例如COS、H2S、NH3等以及其他 硫化物都能一起脱除，而H2、CO、CH4等有用气体则损失较少。 一、可同时脱除多种物质它可以同时脱除原料气中的H2S、COS、RSH、CO2、HCN 、NH3、NO以及石蜡烃、芳香烃、粗品油等组分，且可同时脱水使气体彻底干燥，所吸 收的有用组分可以在甲醇再生过程中回收。 二、气体的净化度很高。净化气中总硫含量可脱至0.1ppm以下，CO2可脱至10ppm以 下。 三、吸收的选择性比较高H2S和CO2可以在不同设备或在同一设备的不同部位分别吸 收

10、，而在不同的设备和不同的条件下分别回收。由于低温时H2S和CO2在甲醇中的溶解 度都很大，所以吸收溶液的循环量较小，特别是当原料气压力比较高时尤为明显。另外 ，在低温下H2和CO等在甲醇中的溶解度都较低，甲醇的蒸气压也很小，这就使有用气 体和溶剂的损失保持在较低水平。 四、甲醇的热稳定性和化学稳定性都较好甲醇不会被有机硫、氰化物等组分所降解， 在操作中甲醇不起泡、不分解，纯甲醇对设备和管道也不腐蚀，因此，设备与管道大部 分可以用碳钢或耐低温的低合金钢。甲醇的粘度不大，在-30时，甲醇的粘度与常温 水的粘度相当，因此，在低温下对传递过程有利。 五、溶剂损失少低温下甲醇的蒸汽压很小，随气体带走的甲

11、醇很少。 工艺原理 克劳斯法回收硫的基本反应如下： H2S12O2SH2O （1） H2S32O2SO2H2O （2） 2H2SSO23S2H2O （3） 反应（1）（2）在燃烧室中进行，在温度11501300，压 力0.06MPa和严格控制气量的条件下，将硫化氢燃烧成二氧化硫 ，为催化反应提供（H2SCS2）SO2为21的混合气体。 此 气体通过Al2O3基触媒，按反应（3）生成单质硫。 克劳斯脱硫 超优克劳斯（EUROCLAUS ）工艺 捕集器来的低温气体换热，再经二段冷凝器用锅炉水冷却至150左 右，经液硫捕集器分离液硫，由二段换热器升温至215后进入反应 器三段再次进行克劳斯反应。从反

12、应器三段出来的气体245依次进 三段冷凝器冷却至150和液硫捕集器冷凝分离其中的液硫，分离液 硫后的尾气由尾气风机加压后排往锅炉装置进一步处理。 各级液硫 捕集器与换热器冷凝下来的液态硫磺汇入液硫封中，正常情况下由液 硫封溢流管线溢流至液硫储槽再由液硫泵送往造粒机，将液态硫磺用 冷却水冷却成固态粒状硫磺作为硫磺产品送出。 主要工艺流程 ：富H2S气体进入本装置后分为两部分，一股为总量 的1/3去酸气燃烧炉与空气鼓风机送来的空气一起进行完全燃烧，燃 烧后的气体先先于脱盐水换热降温再进入废锅进行余热回收，用来 产生0.65MPa低压饱和蒸汽，然后与另一部分气体（总量2/3）混合 后温度约为230，

13、进入一段换热气与来自液硫捕集器的低温气体进 行换热，这时会有一部分硫冷凝下来，再进入一段的冷凝器用低压 锅炉给水进一步冷却至160左右，使硫继续冷凝通过液硫捕集器将 硫雾滴捕集后，进入换热器将温度升至反应适宜的温度225后，进 入反应器二段进行克劳斯反应，反应后气体经过二段换热器与从液 硫 2015/12/28 1、深冷：投资大、能耗高、开停车慢、可获 得多产品。 2、膜分离：投资小、操作简便、纯度低、压 损大。 3、化学吸收：压损小、收率高、纯度低、能 耗高、操作麻烦。 4、吸附分离：纯度高、压损小、能耗低、操 作简便、收率低。 2015/12/28 2015/12/28 吸附等温线 C B

14、 D T2 T1 Qtp 变压吸附 变温吸附 温度 T2T1 Qp P1 P2 吸 附 量 Qt 组分分压 A 2015/12/28 各气体组分在沸石吸附剂上的吸附力减弱排列顺序示意： 氦气 弱 氢气 氩气 氧气 氮气 甲烷 一氧化碳 二氧化碳 乙烷 乙烯 丙烷 异丁烷 丙烯 硫化氢 硫醇 苯 甲苯 乙基苯 苯乙烯 水 强 2015/12/28 传统10-2-4PSA流程 2015/12/28 吸附、再生过程示意图 N2、 CO CH4、 C02 CO2 C2.C3 再生前的吸附塔状态 传质 区 冲洗或 抽真空 解吸气 氢气 纯净 区 逆向减压 解吸气 传质 区 均压减压 减压气 饱和 区 传质 区 均压减压 减压气 传质 区 饱和 区 吸附末 产品 传质 区 饱和 区 原料 纯净 区 吸附中 产品 饱和 区 原料 纯净 区 产品 原料 吸附初 纯净 区 传质 区 传质 区 纯净 区