煤的干餾和氣化

1、煤化工反應(yīng)單元工藝煤化工反應(yīng)單元工藝煤的干餾和氣化煤的干餾和氣化2010 .6. 4 1 煤的干餾煤的干餾一、煤的熱分解一、煤的熱分解煤在煤在隔絕空氣隔絕空氣的條件下的條件下加熱加熱至較高溫度而發(fā)生的一系至較高溫度而發(fā)生的一系列列物理變化和化學(xué)反應(yīng)物理變化和化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜過程，稱為煤的熱解或的復(fù)雜過程，稱為煤的熱解或稱熱分解和干餾。稱熱分解和干餾。定義定義研究煤熱解的作用研究煤熱解的作用對煤熱加工技術(shù)有直接的指導(dǎo)作用對煤熱加工技術(shù)有直接的指導(dǎo)作用指導(dǎo)開發(fā)新的熱加工技術(shù)指導(dǎo)開發(fā)新的熱加工技術(shù)煤受熱發(fā)生的變化煤受熱發(fā)生的變化 煤在煤在隔絕空氣加熱隔絕空氣加熱時，煤中時，煤中有機質(zhì)有機質(zhì)發(fā)生變化，形

2、發(fā)生變化，形 成成氣態(tài)、液態(tài)氣態(tài)、液態(tài)和和固態(tài)固態(tài)產(chǎn)物。典型煙煤受熱發(fā)生的產(chǎn)物。典型煙煤受熱發(fā)生的 變化過程如下圖：變化過程如下圖：析出焦油1002003004005006007008009001000脫水脫氣析出煤氣（450最多）開始軟化（包括熱解水，CO，CO2，主要是氣態(tài)烴）室溫第一階段第二階段第三階段典型的煙煤熱分解過程示意圖典型的煙煤熱分解過程示意圖t/煤熱解的影響因素煤熱解的影響因素 煤化程度煤化程度 加熱終溫加熱終溫升溫速率升溫速率壓力的影響等壓力的影響等1 1）連續(xù)式外熱立式爐）連續(xù)式外熱立式爐 目前國內(nèi)仍采用目前國內(nèi)仍采用伍德爐伍德爐制取煤氣。制取煤氣。缺點：缺點：傳熱慢；生

3、產(chǎn)能力小傳熱慢；生產(chǎn)能力小2 2）固體熱載體干餾法）固體熱載體干餾法優(yōu)點：優(yōu)點：加熱速率快，單元設(shè)備生成能力加熱速率快，單元設(shè)備生成能力大大l低溫干餾的方法低溫干餾的方法三、煤的高溫干餾三、煤的高溫干餾 煤在煉焦爐中煤在煉焦爐中隔絕空氣加熱隔絕空氣加熱到到10001000左右左右，經(jīng)過，經(jīng)過干餾的一系列階段，最終得到焦炭，這過程稱為干餾的一系列階段，最終得到焦炭，這過程稱為高溫干餾或稱高溫煉焦或簡稱煉焦。高溫干餾或稱高溫煉焦或簡稱煉焦。 焦炭焦炭 煤氣煤氣 化學(xué)品化學(xué)品 煉焦的主要產(chǎn)品煉焦的主要產(chǎn)品p 煤的成焦過程煤的成焦過程 煤熱解產(chǎn)生氣、液、固三相共存的煤熱解產(chǎn)生氣、液、固三相共存的膠質(zhì)體

4、膠質(zhì)體， 由于它的透氣性差，發(fā)生了膠質(zhì)體的由于它的透氣性差，發(fā)生了膠質(zhì)體的膨脹膨脹， 而當溫度超過膠質(zhì)體的而當溫度超過膠質(zhì)體的固化溫度固化溫度時，則發(fā)生時，則發(fā)生 粘結(jié)現(xiàn)象最終形成粘結(jié)現(xiàn)象最終形成焦炭焦炭。煤膠質(zhì)體焦炭熱解熱解膨脹膨脹 TT固化固化p 煤焦化學(xué)產(chǎn)品的組成和產(chǎn)率煤焦化學(xué)產(chǎn)品的組成和產(chǎn)率一般的煉焦工業(yè)條件下，各種產(chǎn)物的產(chǎn)率（對于煤的質(zhì)一般的煉焦工業(yè)條件下，各種產(chǎn)物的產(chǎn)率（對于煤的質(zhì)量分數(shù)）為：量分數(shù)）為：焦炭焦炭75%78%凈焦爐煤氣凈焦爐煤氣15 % 19 %焦油焦油3 % 4.5 %化合水化合水2 % 4 %苯族烴苯族烴0.8 % 1.4 %氨氨0.25 % 0.35 %其他其

5、他0.9 % 1.1 %p 正壓操作的焦爐煤氣處理系統(tǒng)正壓操作的焦爐煤氣處理系統(tǒng)正壓操作下焦爐煤氣處理系統(tǒng)圖正壓操作下焦爐煤氣處理系統(tǒng)圖國內(nèi)國內(nèi) 正壓操作的煤氣處理系統(tǒng)，適用于正壓操作的煤氣處理系統(tǒng)，適用于飽和器法生產(chǎn)硫銨飽和器法生產(chǎn)硫銨（需（需55）和）和弗薩姆法弗薩姆法回收氨系統(tǒng)；回收氨系統(tǒng)；國外國外 負壓操作的煤氣處理系統(tǒng)，國內(nèi)也有應(yīng)用。此流程適合于負壓操作的煤氣處理系統(tǒng)，國內(nèi)也有應(yīng)用。此流程適合于水洗氨工水洗氨工藝藝。在負壓下操作的焦爐煤氣處理系統(tǒng)圖在負壓下操作的焦爐煤氣處理系統(tǒng)圖p 負壓操作的焦爐煤氣處理系統(tǒng)負壓操作的焦爐煤氣處理系統(tǒng)以煤或半焦為原料，以氧氣、水蒸氣或氫氣等以煤或半焦

6、為原料，以氧氣、水蒸氣或氫氣等作為氣化劑，在高溫條件下通過化學(xué)反應(yīng)把煤或作為氣化劑，在高溫條件下通過化學(xué)反應(yīng)把煤或煤焦中的可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體的過程。煤焦中的可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體的過程。2 煤的氣化煤的氣化l 定義定義l氣化產(chǎn)物氣化產(chǎn)物 （煤氣）（煤氣）一氧化碳一氧化碳氫氣氫氣甲烷等甲烷等l 煤氣用途煤氣用途城市煤氣城市煤氣工業(yè)燃氣工業(yè)燃氣化工原料氣化工原料氣工業(yè)還原氣工業(yè)還原氣l 煤氣化的基本化學(xué)反應(yīng)煤氣化的基本化學(xué)反應(yīng)COOC22/122COOC22HCOOHCCOCOC2242CHHC222COHOHCOOHCHHCO242 非均相反應(yīng)非均相反應(yīng) 均相反應(yīng)均相反應(yīng)l 煤氣化的分類方法煤氣化的

7、分類方法按制取煤氣熱值可以分為：制取按制取煤氣熱值可以分為：制取低熱值低熱值煤氣法煤氣法（8374kJ/m3 ）、制?。?、制取中熱值中熱值煤氣法煤氣法 （16747kJ/m3 33494kJ/m3 ）和制取）和制取高熱值高熱值煤煤 氣法氣法 （ 33494kJ/m3 ）。）。 按氣化過程供熱方法可以分為：按氣化過程供熱方法可以分為：部分氧化部分氧化法、法、間接間接供熱供熱法和法和氣化反應(yīng)氣化反應(yīng)放熱供熱法。放熱供熱法。 按反應(yīng)類型分為：按反應(yīng)類型分為：移動床移動床、流化床流化床、氣流氣流 床床和和熔融熔融床床等等一、移動床煤氣化爐一、移動床煤氣化爐l 原料煤原料煤：塊煤(高灰熔點； 5mm25

8、mm)l 氣化劑氣化劑： 空氣和水蒸氣(常壓） 氧氣和水蒸氣（加壓 3MP）l 類型類型常壓水煤氣爐UGI移動床加壓爐LG液態(tài)排渣爐BGL二、流化床煤氣化爐二、流化床煤氣化爐l 原料煤：原料煤： 碎煤（8mm；高灰劣質(zhì)煤）l類型類型溫克勒爐（Winkler）高溫溫克勒爐（HTW）灰團聚流化床氣化爐（KRW;U-gas）三、氣流床煤氣化爐三、氣流床煤氣化爐l 原料：原料：粉煤+助熔劑（0.1mm，高灰熔點） 或水煤漿l 按進料類型按進料類型干法進料濕法進料KTShellPrenfloTexacoDow氣流床氣化爐示意圖氣流床氣化爐示意圖爐膛爐膛 ：耐火磚：耐火磚 液態(tài)排渣液態(tài)排渣氣化壓力氣化壓力

9、 ：8.0MPa 氣化溫度：氣化溫度：13001500消耗低消耗低氣化時間：氣化時間： 310s煤種適應(yīng)范圍廣煤種適應(yīng)范圍廣 炭轉(zhuǎn)化率高：炭轉(zhuǎn)化率高：98%99%處理量處理量 ：2660t/d1.1.濕法進料氣化爐濕法進料氣化爐AirSeparationUnitCarbon Source(e.g., coal) + WaterGasifier(quenchtype)AirOxygen (95-99%)N2Slag (Inert Minerals/Ash from Coal)Products (syngas):CO H2By-products:H2S CO22.2.干法進料氣化爐干法進料氣化爐Prenflo氣化爐示意圖氣化爐示意圖 水冷壁結(jié)構(gòu) 液態(tài)排渣 消耗低煤種適應(yīng)范圍廣炭轉(zhuǎn)化率高97%98 %處理量 2000t/d