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1、煤气化原理 报告人：吴奎 日期：2015年11月14日 1 一、煤的组成及用途 二、煤气化的定义 三、煤气化的发展 四、煤气化的原理 五、三种炉型的简介 目录 2 煤的组成及用途 煤炭：复杂的有机含碳矿物，以碳为主，主要成分为C，H，O，N，S。 根据煤中挥发分的含量，将所有的煤分为无烟煤、烟煤、褐煤。 一代炉（循环流化床）用煤为烟煤，挥发分（V）含量为29-31%，固定碳（FC)为49- 54%，灰分（A）为8-11%，水分（M）为13-14%。 二代炉（低压粉煤气流床气化炉）以循环流化床产生的飞灰为气化原料，飞灰的工 业分析：A为40-42%，FC为57-59%。（水分，挥发分含量忽略不计
2、） 用途能源燃烧发电 原料 制合成气（CO+H2) 制燃料气（CH4，CO，H2) 炼焦（冶金焦，铁合金焦） 制吸附剂（活性炭，活性焦） 一代炉：H2 24-25% CO 22-24% CO2 11-12% CH4 2.4-3% N2 36-38% 二代炉 : H2 5-6% CO 70-74% CO2 3-4% CH4 1.4-1.6% N2 16-17% 煤气中可燃气体的热值：CH4:9510kcal/Nm3 H2 :3044kcal/Nm3 CO: 3018kcal/Nm3 3 煤气化的定义 煤+气化剂 氧气（空气，富氧，纯氧） 水蒸气 二氧化碳 CO、H2、CH4 CO2、N2、H2O
3、 焦油、COS、H2S 、NH3 可燃气体 不可燃物质 有害物质 什么是煤炭气化？ 4 煤气化是指煤在特定的设备内，在一定的压力、温度下，用气化剂对煤进行 热化学加工，将煤中有机质转变为煤气的过程。 气化炉供给热量气化剂 煤气化的三个必备条件 用煤气代替煤作为工业和民用燃料，除了可以提高煤的综合利用和热效率外， 一个重要的原因还在于可大大减轻煤燃烧时对环境的污染。因此煤的气化是当 前煤洁净技术的首选项目之一。 5 气化技术的发展历史 空气 空气+水蒸气 水蒸气 氧气+水蒸气 高 压气化法 气化技术的发展方向 1）富氧气化，提高气化强度、煤气质量和气化效率，为此，要降低氧耗以降低成本； 2）提高
4、操作压力，节省动力消耗； 3）扩大原料煤适用范围，特别是解决高灰、高硫等劣质煤的气化，以降低成本； 4）增加气化炉直径和容积，提高单炉产气量，生产大型化，有效回收热能； 5）过程洁净化，防治或尽量减少焦油、酚水等污染物的生成。 6 煤气化的基本原理 煤的气化就是以煤、半焦或焦炭为原料，以空气、富氧（纯氧）、水蒸气、二氧 化碳为气化介质，使煤经过部分氧化和还原反应，将其中所含碳、氢等物质转化 成为一氧化碳、氢气、甲烷等可燃组分为主的气体产物的多相反应过程。 在气化炉中，煤炭一般经历干燥、干馏、气化、燃烧等过程。 7 煤气化过程 干燥：是指煤炭的物理脱水过程，原料煤加入气化炉后，由于煤与热气流或
5、炽热的半焦之间发生热交换，使煤中的水分蒸发变成蒸汽进入气相。 湿煤 干煤+H2O(g) 干馏：是指脱除挥发分过程，当干燥煤的温度进一步提高，挥发物从煤中逸 出。干馏一般也称作煤的热分解反应，它是所有气化工艺共同的基本反应之 一。 干煤 煤气（CO2、CO、H2、CH4、H2O、NH3、H2S)+焦油（液体）+ 半焦 燃烧： 气化： 吸收热量 提供热量C+O2 CO2 H =-393.5 kJ/mol C+1/2O2 CO H =-110.4kJ/mol 加热 加热 8 气化过程 （1）碳与水蒸气的反应: 在一定的温度下，碳与水蒸气之间发生以下非均相反应。 C+H2O CO+H2 H =135.
6、0 kJ/mol C+2H2O CO2+2H2 H =96.6 kJ/mol 以上两步吸热反应是制取水煤气的主要反应，第一个反应称为水煤气反 应。 （2）碳与二氧化碳的反应： C+CO2 2CO H =173.3 kJ/mol 此反应为在气化阶段进行的第二个重要的非均相反应。此反应为非常强烈 的吸热反应，必须在高温下才能进行。 9 （3）甲烷化反应 C+H2 CH4 H =-84.3 kJ/mol CO+3H2 CH4+H2O H =-219.3 kJ/mol （4）变换反应 CO+H2O CO2+H2 H =-38.4 kJ/mol CO变换反应是调节产气中CO与H2比例的重要反应，通过这一
7、反 应可以使煤气中的CO与H2的比例满足不同的用途 气化过程 10 煤中氮、硫的反应 除了以上主要反应外，气化过程同时还有S、N等杂原子发生的反应， 其产物会引起腐蚀设备和污染大气，因此必须通过净化工艺将其脱 除。 主要反应为： S+O2 SO2 SO2+3H2 H2S+2H2O C+2S CS2 CO+S COS N2+3H2 2NH3 2N2+2H2O+4CO 4HCN+3O2 脱硫塔 湿式脱硫法 蒸氨塔 11 一代炉、二代炉煤气成分有差别的原因 H2(%)CO(%)CO2(%)CH4(%)N2(%) 一代炉24-2522-2411-122.4-336-38 二代炉5-670-743-4
8、1.4-1.616-17 C+O2 CO2 C+CO2 2CO 强吸热反应 C+H2 CH4 CO+3H2 CH4+H2O 放热反应 一代炉反应温度在950左右，二代炉在1400-1600。 12 三种炉型简介固定床 固定床气化炉：就是煤在气化炉内自上而下缓慢移动，与上升的气化剂和反应气体逆流接触，经过一系 列的物理化学变化，温度约230-700的含尘煤气与床层上部的热解产物从气化炉上部离开，温度为350 -450的灰渣从气化炉下部排出。 代表性炉型：W-G炉、鲁奇炉、BGC炉 煤种的选择：固定式气化炉采用粒径较大的煤（ 51mm ），气 化温度比较低，反应速度较慢，产气中含有大量的焦油，甲烷
9、含 量也较高，为了保证气化过程的顺利进行，对煤质也有一定的限 制和要求，选择活性好、灰熔点高、粘结性低的烟煤、褐煤、无 烟煤。 13 三种炉型简介固定床 以鲁奇加压气化炉为代表，固定床的优缺点如下： 优点：可以使用劣质煤气化；氧耗量低，是目 前三类气化方法中氧耗量最低 的方法；反应炉的操作温度和炉出口煤气温度低，碳效率高、气化效率高。 缺点：只能以不粘块煤为原料，不仅原料昂贵，气化强度低，而且气固逆流 换热，粗煤气中含酚类、焦油等较多，使净化流程加 长，增加了投资和成 本。 14 三种炉型简介流化床 流化床气化炉：气化剂由炉底部吹入，使细粒煤（粒度小于10mm）在炉内呈并逆流反应，该技 术通常
10、称为流化床气化技术。煤粒（粉煤）和气化剂在炉底锥形部分呈并流运动，在炉上筒体 部分呈并流和逆流运动，固体排渣。 代表性炉型：WINKLER炉、HTW炉、U-GAS炉、KRW炉、恩德炉 煤种的选择：煤种适应性较固定床广，但是要求煤 的灰熔点相对较高。 优点：与固定床相比，适用煤种广，气化效率高， 煤气中不含焦油及油渣，净化系统简单，污染少。 缺点：不能用灰分融点低的煤，碳利用率低。 15 三种炉型简介气流床 煤种选择：煤种适用性较强，除了耐火砖形式的水煤浆气 化炉的成浆性和灰熔点不超过1400的限制外，几乎可以 适应所有煤种。 优点：煤种适应性广，碳转化率高，可加压气化，生产能 力大，是未来煤气化的发展方向。 缺点：投资成本较大，建设周期长，耗氧量高 气流床气化炉：气流床又称射流携带床，是利用流体力学中射流卷吸的原理，将煤浆 或煤粉颗粒（0.15mm）与气化介质通过喷嘴高速流入气化炉内，射流引起卷吸， 并高度湍流，从而强化了气化炉内的混合，有利于气化反应的充分进行。 代表性炉型：德士古、E-GAS、SHELL、GSP、清华炉、五环炉、航天炉、多喷嘴 16 谢 谢！ 18 19
