煤的氣化與液化

1、煤的氣化與液化摘要：現(xiàn)在，人對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求越來越高。最常用的煤也不再是直接燃燒，而是通過一系 列的生產(chǎn)處理后再進(jìn)行燃燒，氣化與液化就是最常用的兩種方式。通過這些方法不但可以減 少污染，還可以使其價(jià)值最大化。關(guān)鍵詞：煤氣化液化一煤的液化煤的液化方法主要分為煤的直接液化和煤的間接液化兩大類。（1）煤直接液化煤在氫氣和催化劑作用下，通過加氫裂化轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w燃料的過程稱為直 接液化。裂化是一種使烴類分子分裂為幾個(gè)較小分子的反應(yīng)過程。因煤直接液化過程主要采 用加氫手段，故又稱煤的加氫液化法。（2）煤間接液化間接液化是以煤為原料，先氣化制成合成氣，然后，通過催化劑作用將 合成氣轉(zhuǎn)化成烴類燃料、醇類燃料和化

2、學(xué)品的過程。煤炭直接液化是把煤直接轉(zhuǎn)化成液體燃料，煤直接液化的操作條件苛刻，對(duì)煤種的依賴性 強(qiáng)。典型的煤直接液化技術(shù)是在400攝氏度、150個(gè)大氣壓左右將合適的煤催化加氫液化， 產(chǎn)出的油品芳烴含量高，硫氮等雜質(zhì)需要經(jīng)過后續(xù)深度加氫精制才能達(dá)到目前石油產(chǎn)品的等 級(jí)。一般情況下，一噸無水無灰煤能轉(zhuǎn)化成半噸以上的液化油。煤直接液化油可生產(chǎn)潔凈優(yōu) 質(zhì)汽油、柴油和航空燃料。但是適合于大噸位生產(chǎn)的直接液化工藝目前尚沒有商業(yè)化，主要 的原因是由于煤種要求特殊，反應(yīng)條件較苛刻，大型化設(shè)備生產(chǎn)難度較大，使產(chǎn)品成本偏高。煤直接液化技術(shù)研究始于上世紀(jì)初的德國，1927年在Leuna建成世界上第一個(gè)10萬 噸/年直接

3、液化廠。19361943年間，德國先后建成11套直接液化裝置，1944年總生產(chǎn)能 力達(dá)到400萬噸/年，為德國在第二次世界大戰(zhàn)中提供了近三分之二的航空燃料和50%的 汽車及裝甲車用油。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束，美國、日本、法國、意大利及前蘇聯(lián)等國相繼開 展了煤直接液化技術(shù)研究。50年代后期，中東地區(qū)廉價(jià)石油的大量開發(fā)，使煤直接液化技 術(shù)的發(fā)展處于停滯狀態(tài)。1973年，爆發(fā)石油危機(jī)，煤炭液化技術(shù)重新活躍起來。德國、美 國及日本在原有技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)出一些煤直接液化新工藝，其中研究工作重點(diǎn)是降低反應(yīng)條 件的苛刻度，從而達(dá)到降低液化油生產(chǎn)成本的目的。目前不少國家已經(jīng)完成了中間放大試驗(yàn)，為建立商業(yè)化示范廠奠定

4、了基礎(chǔ)。二煤的氣化一般包括熱解和氣化和燃燒四個(gè)階段。干燥屬于物理變化，隨著溫度的升高，煤 中的水分受熱蒸發(fā)。其他屬于化學(xué)變化，燃燒也可以認(rèn)為是氣化的一部分。煤在氣化 爐中干燥以后，隨著溫度的進(jìn)一步升高，煤分子發(fā)生熱分解反應(yīng)，生成大量揮發(fā)性物 質(zhì)（包括干餾煤氣、焦油和熱解水等），同時(shí)煤粘結(jié)成半焦。煤熱解后形成的半焦在 更高的溫度下與通入氣化爐的氣化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成以一氧化碳、氫氣、甲烷及 二氧化碳、氮?dú)?、硫化氫、水等為主要成分的氣態(tài)產(chǎn)物，即粗煤氣。氣化反應(yīng)包括很 多的化學(xué)反應(yīng)，主要是碳、水、氧、氫、一氧化碳、二氧化碳相互間的反應(yīng)，其中碳 與氧的反應(yīng)又稱燃燒反應(yīng)，提供氣化過程的熱量。煤炭氣化技

5、術(shù)雖有很多種不同的分類方法，但一般常用按生產(chǎn)裝置化學(xué)工程特征 分類方法進(jìn)行分類，或稱為按照反應(yīng)器形式分類。氣化工藝在很大程度上影響煤化工 產(chǎn)品的成本和效率，采用高效、低耗、無污染的煤氣化工藝（技術(shù)）是發(fā)展煤化工的重要前提，其中反應(yīng)器便是工藝的核心，可以說氣化工藝的發(fā)展是隨著反應(yīng)器的發(fā)展而 發(fā)展的，為了提高煤氣化的氣化率和氣化爐氣化強(qiáng)度，改善環(huán)境，新一代煤氣化技術(shù) 的開發(fā)總的方向，氣化壓力由常壓向中高壓（8.5 MPa ）發(fā)展；氣化溫度向高溫（ 1500 1600C）發(fā)展；氣化原料向多樣化發(fā)展；固態(tài)排渣向液態(tài)排渣發(fā)展。1、固定床氣化固定床氣化也稱移動(dòng)床氣化。固定床一般以塊煤或焦煤為原料。煤由氣化

6、爐頂加 入，氣化劑由爐底加入。流動(dòng)氣體的上升力不致使固體顆粒的相對(duì)位置發(fā)生變化，即 固體顆粒處于相對(duì)固定狀態(tài)，床層高度亦基本保持不變，因而稱為固定床氣化。另外， 從宏觀角度看，由于煤從爐頂加入，含有殘?zhí)康臓t渣自爐底排出，氣化過程中，煤粒 在氣化爐內(nèi)逐漸并緩慢往下移動(dòng)，因而又稱為移動(dòng)床氣化。2、流化床氣化流化床氣化又稱為沸騰床氣化。其以小顆粒煤為氣化原料，這些細(xì)顆粒在自下 而上的氣化劑的作用下，保持著連續(xù)不斷和無秩序的沸騰和懸浮狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，迅速地進(jìn) 行著混合和熱交換，其結(jié)果導(dǎo)致整個(gè)床層溫度和組成的均一。流化床氣化能得以迅速 發(fā)展的主要原因在于：（1）生產(chǎn)強(qiáng)度較固定床大。（2）直接使用小顆粒碎煤為原

7、料， 適應(yīng)采煤技術(shù)發(fā)展，避開了塊煤供求矛盾。（3）對(duì)煤種煤質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)，可利用如褐煤等高灰劣質(zhì)煤作原料。3、氣流床氣化氣流床氣化是一種并流式氣化。從原料形態(tài)分有水煤漿、干煤粉2類；從專利上分，Texaco、Shell最具代表性。前者是先將煤粉制成煤漿，用泵送入氣化爐，氣 化溫度13501500C ；后者是氣化劑將煤粉夾帶入氣化爐，在15001900C高溫下氣化，殘?jiān)匀墼问脚懦?。在氣化爐內(nèi)，煤炭細(xì)粉粒經(jīng)特殊噴嘴進(jìn)入反應(yīng)室，會(huì)在 瞬間著火，直接發(fā)生火焰反應(yīng)，同時(shí)處于不充分的氧化條件下，因此，其熱解、燃燒 以吸熱的氣化反應(yīng)，幾乎是同時(shí)發(fā)生的。隨氣流的運(yùn)動(dòng)，未反應(yīng)的氣化劑、熱解揮發(fā) 物及燃燒產(chǎn)物裹夾著煤焦粒子高速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行著煤焦顆粒的氣化反應(yīng)。這 種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，相當(dāng)于流化技術(shù)領(lǐng)域里對(duì)固體顆粒的“氣流輸送”，習(xí)慣上稱為氣流床 氣化。三發(fā)展前景石油資源匱乏和國內(nèi)石油供應(yīng)不足已成為中國能源發(fā)展的一個(gè)嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)，隨著 國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油供應(yīng)矛盾將呈