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1、 1 1 煤炭气化工艺煤炭气化工艺 本课程主要内容 一 基本概念 煤 炭 气 化 原 理 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 2 2 煤炭气化工艺煤炭气化工艺 一 基本概念 煤 炭 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 A 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 A 煤气 A 气化剂通过炽热固体燃料层时 所
2、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 3 3 煤炭气化工艺煤炭气化工艺 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 A A 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
3、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 A A A 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 煤 炭 气 化 原 理 一 基本概念 4 4 煤炭气化工艺煤炭气化工艺 煤 炭 气 化 原 理 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
4、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 A CO B CO2 C C2H5 D N2 练习题 5 5 煤炭气化工艺煤炭气化工艺 煤 炭 气 化 原 理 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
5、 热值 5 空气煤气中不含有的成分是 C A CO B CO2 C C2H5 D N2 练习题答案 6 6 煤炭气化工艺煤炭气化工艺 煤 炭 气 化 原 理 二 煤炭气化方法 一 按气化技术分类 A 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 A A 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 7 7 煤炭气化工艺煤炭气化工艺 二 地面气化技术分类 煤 炭 气 化 原 理 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
6、化也称为自热式气化 A A 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 8 8 煤炭气化工艺煤炭气化工艺 二 地面气化技术分类 煤 炭 气 化 原 理 二 煤炭气化方法 富氧气化 气化剂是富氧空气 A 纯氧气化 A 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 A 水蒸气气化 气化剂是水蒸气 A 气 化 介 质 9 9 煤炭气化工艺煤炭气化工艺 二 地面气化技术分类 煤 炭 气 化 原 理 二 煤炭气化方法 入炉的
7、煤块粒度 粉煤炭气化 块煤炭气化 A A 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 1010 煤炭气化工艺煤炭气化工艺 三 工业煤气分类 煤 炭 气 化 原 理 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 A 混合煤气 A 半水煤气 A 水煤气 A 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C
8、O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 1111 煤炭气化工艺煤炭气化工艺 煤 炭 气 化 原 理 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 1212 煤炭气化工艺煤炭气化工艺 煤 炭 气 化 原 理 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
9、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 1313 煤炭气化工艺煤炭气化工艺 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 mol C H2O CO H2 135
10、0kJ mol C 1 2O2 CO 110 4kJ mol C 2H2O CO2 2H2 96 6kJ mol C 2H2 CH4 84 3kJ mol H2 1 2O2 H2O 245 31kJ mol A A 二次反应 C CO2 2CO 173 3kJ mol 2CO O2 2CO2 566 6kJ mol CO H2O H2 CO2 38 4kJ mol CO 3H2 CH4 H2O 219 3kJ mol 3C 2H2O CH4 2CO 185 6kJ mol 2C 2H2O CH4 CO2 12 2kJ mol 气化主反应 煤 炭 气 化 原 理 1414 煤炭气化工艺煤炭气化工
11、艺 三 煤炭气化原理 二 气化过程的物理化学基础 煤 炭 气 化 原 理 反应历程 气体反应物向固体 碳 表面转移或扩散 A 第一步 气体反应物被吸附在固体 碳 表面 A 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 A 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 A 第四步 反应物从固体 碳 表面解吸并扩散到气相 A 第五步 1515 煤炭气化工艺煤炭气化工艺 煤 炭 气 化 原 理 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 A 烟煤
12、 A 泥炭 A 褐煤 A 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 煤 炭 性 质 的 影 响 四 气化用煤 1616 煤炭气化工艺煤炭气化工艺 一 水分含量对气化的影响 煤 炭 气 化 原 理 煤 炭 性 质 的 影 响 煤中的水分存在形式 外在水分 煤的开采 运输 储
13、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 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 结晶水 在煤中以硫酸钙 CaSO4 2 H2O 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 1717 煤炭气化工艺煤炭气化工艺 煤 炭 气 化 原 理 二 灰分含量对气化的影响 煤 炭 性 质 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
14、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 1818 煤炭气化工艺煤炭气化工艺 煤 炭 气 化 原 理 三 挥发分含量对气化的影响 煤 炭 性 质 的 影 响 煤在加热时有机质部分裂解 聚合
15、 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 1919 煤炭气化工艺煤炭气化工艺 煤 炭 气 化 原 理 四 硫分含量对气化的影响 煤
16、炭 性 质 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 煤炭气化工艺煤炭气化工艺 煤 炭 气 化 原 理 五 粒度对气化的影响 煤 炭 性 质 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
