第三章-煤炭性質(zhì)對氣化的影響課件

1、第三章 煤炭性質(zhì)對氣化的影響第二節(jié) 煤質(zhì)對氣化的影響第一節(jié) 煤種對氣化的影響 10/14/2022煤炭氣化工藝第三章 煤炭性質(zhì)對氣化的影響第二節(jié) 煤質(zhì)對氣化的影響第一節(jié) 3-1 煤種對氣化的影響氣化用煤的種類對氣化過程有很大的影響，煤種不僅影響氣化產(chǎn)品的產(chǎn)率與質(zhì)量，而且關(guān)系到氣化的生產(chǎn)操作條件。所以，在選擇氣化用原料的種類時，必須結(jié)合氣化方式和氣化爐的結(jié)構(gòu)進行考慮，也要充分利用資源，合理選用原料。 10/14/2022煤炭氣化工藝 3-1 煤種對氣化的影響氣化用煤的種類對氣化過程有 3-1 煤種對氣化的影響氣化用煤第一類 第二類 第三類 第四類 氣化時不黏結(jié)也不產(chǎn)生焦油 氣化時黏結(jié)并產(chǎn)生焦油

2、氣化時不黏結(jié)但產(chǎn)生焦油 氣化時不黏結(jié)，能產(chǎn)生大量的甲烷 無煙煤、焦炭、半焦和貧煤 弱黏結(jié)或不黏結(jié)煙煤 褐煤 泥炭 一、氣化用煤的分類特性代表原料 10/14/2022煤炭氣化工藝 3-1 煤種對氣化的影響氣化用煤第一類 第二類 第3-1 煤種對氣化的影響氣化用煤分類的好處對控制實際的生產(chǎn)過程有利. 能夠通過變化煤種來獲得優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟的煤氣 （我國氣化的裝置多是用運輸?shù)浆F(xiàn)場的煤生產(chǎn)合成氣或燃料氣） 10/14/2022煤炭氣化工藝3-1 煤種對氣化的影響氣化用煤分類的好處對控制實際的生產(chǎn)過 無煙煤、焦炭、半焦和貧煤 這類原料氣化時不黏結(jié)，不會產(chǎn)生焦油，所生產(chǎn)的煤氣中只含有少量的甲烷，不飽和碳氫化合物

3、極少，但煤氣熱值較低。 無煙煤在中國的儲量約占總儲量的18。無煙煤一號(年老無煙煤)產(chǎn)地主要有北京門頭淘、福建龍巖和廣東梅縣，無煙煤二號(中等無煙煤)主要產(chǎn)在山西晉城和河南焦作，無煙煤三號(年輕無煙煤)主要產(chǎn)地在山西陽泉和寧夏汝箕溝。 煙 煤 褐 煤 泥炭煤 二、氣化用煤的主要特性 10/14/2022煤炭氣化工藝 無煙煤、焦炭、半焦和貧煤 這類 無煙煤、焦炭、半焦和貧煤 煙 煤 這種煤炭氣化時黏結(jié)，并且產(chǎn)生焦油，煤氣中的不飽和烴、碳氫化合物較多，煤氣凈化系統(tǒng)較復雜，煤氣的熱值較高。煙煤中貧煤、長焰煤、不粘和弱黏煤在一定條件下可作為氣化用煤。中國的煙煤主要分布在北方各省，華北地區(qū)儲量約占全國總

4、儲量的60以上。 褐 煤 泥炭煤 二、氣化用煤的主要特性 10/14/2022煤炭氣化工藝 無煙煤、焦炭、半焦和貧煤 煙 煤 無煙煤、焦炭、半焦和貧煤 煙 煤 褐 煤 氣化時不黏結(jié)但產(chǎn)生焦油。褐煤是變質(zhì)程度較低的煤，加熱時不產(chǎn)生膠質(zhì)體，含有高的內(nèi)在水分和數(shù)量不等的腐殖酸，揮發(fā)分高，加熱時不軟化，不熔融。中國褐煤的儲約占總儲量的10%，主要的褐煤產(chǎn)地有內(nèi)蒙的平莊、札賚諾爾和大雁、吉林的舒蘭、南的小龍?zhí)逗蛷V西的百色。 泥炭煤 二、氣化用煤的主要特性 10/14/2022煤炭氣化工藝 無煙煤、焦炭、半焦和貧煤 煙 煤 無煙煤、焦炭、半焦和貧煤 煙 煤 褐 煤 泥炭煤 泥炭煤中含有大量的腐殖酸，揮發(fā)分

5、產(chǎn)率近70%左右。氣化時不黏結(jié)，但產(chǎn)生焦和脂肪酸，所生產(chǎn)的煤氣中含有大量的甲烷和不飽和碳氫化合物。二、氣化用煤的主要特性 10/14/2022煤炭氣化工藝 無煙煤、焦炭、半焦和貧煤 煙 煤對煤氣的組分和產(chǎn)率的影響 對發(fā)熱值和組成的影響 對煤氣產(chǎn)率的影響 三、不同 煤種對氣化的影響煤氣的發(fā)熱值是指標準狀態(tài)下1m3煤氣在完全燃燒時所放出熱量高發(fā)熱值：如果燃燒產(chǎn)物中的水分以液態(tài)形式存在稱高發(fā)熱值低發(fā)熱值；如果水以氣態(tài)形式存在稱低發(fā)熱值。 10/14/2022煤炭氣化工藝對煤氣的組分和產(chǎn)率的影響 對發(fā)熱值和組成的影響 對煤氣產(chǎn)率的對煤氣的組分和產(chǎn)率的影響 對發(fā)熱值和組成的影響 對煤氣產(chǎn)率的影響 三、不

6、同 煤種對氣化的影響在各種相同的操作條件下，不同的煤種所產(chǎn)煤氣的發(fā)熱值不同，組成也不同。一般來說，煤中揮發(fā)分越高，轉(zhuǎn)變?yōu)榻褂偷挠袡C物就越多，煤氣的產(chǎn)率下降。 此外，隨著煤中揮發(fā)分的增加，粗煤氣中的二氧化碳是增加的，這樣在脫除二氧化碳后的凈煤氣產(chǎn)率下降得更快 10/14/2022煤炭氣化工藝對煤氣的組分和產(chǎn)率的影響 對發(fā)熱值和組成的影響 對煤氣產(chǎn)率的對煤氣的組分和產(chǎn)率的影響 對發(fā)熱值和組成的影響 對煤氣產(chǎn)率的影響 三、不同 煤種對氣化的影響例如，以年輕的褐煤為氣化原料時，所制得的煤氣甲烷含量高，發(fā)熱值比其他煤種都高。這是由于褐煤的揮發(fā)分高、變質(zhì)程度低，煤氣中的干餾氣比例大，而干餾氣中的甲烷含量高

7、，同時年輕煤的氣化溫度低也有利于甲烷的生成。 10/14/2022煤炭氣化工藝對煤氣的組分和產(chǎn)率的影響 對發(fā)熱值和組成的影響 對煤氣產(chǎn)率的對煤氣的組分和產(chǎn)率的影響 對發(fā)熱值和組成的影響 對煤氣產(chǎn)率的影響 三、不同 煤種對氣化的影響壓力增大，同一煤種制取的煤氣的發(fā)熱值越高，同一操作壓力下，煤氣發(fā)熱值由高到低的順序依次是褐煤、氣煤、無煙煤。這是由于隨著變質(zhì)程度的提高，煤的揮發(fā)分逐漸降低. 10/14/2022煤炭氣化工藝對煤氣的組分和產(chǎn)率的影響 對發(fā)熱值和組成的影響 對煤氣產(chǎn)率的對煤氣的組分和產(chǎn)率的影響 對發(fā)熱值和組成的影響 對煤氣產(chǎn)率的影響 三、不同 煤種對氣化的影響一般來說，煤中揮發(fā)分越高，轉(zhuǎn)

8、變?yōu)榻褂偷挠袡C物就越多，煤氣的產(chǎn)率下降。 此外，隨著煤中揮發(fā)分的增加，粗煤氣中的二氧化碳是增加的，這樣在脫除二氧化碳后的凈煤氣產(chǎn)率下降得更快 10/14/2022煤炭氣化工藝對煤氣的組分和產(chǎn)率的影響 對發(fā)熱值和組成的影響 對煤氣產(chǎn)率的三、不同 煤種對氣化的影響對消耗指標的影響 不同煤種消耗指標的規(guī)律煤炭氣化過程需要吸收大量的熱量，該熱量是通過爐內(nèi)的碳和氧氣燃燒以后放出的熱量來維持。不同煤種，其變質(zhì)程度不同，隨著變質(zhì)程度的加深，從泥炭、褐煤、煙煤到無煙煤，煤中碳的質(zhì)量分數(shù)從5562增至88.98，在氣化時所消耗的水蒸氣，氧氣等氣化劑的數(shù)量也相應增大 10/14/2022煤炭氣化工藝三、不同 煤種

9、對氣化的影響對消耗指標的影響 不同煤種消耗指標三、不同 煤種對氣化的影響對消耗指標的影響 不同煤種消耗指標的規(guī)律有此規(guī)律的原因1）固定碳含量低、揮發(fā)分低的煤種，氣化時進去氣化段的碳量多，則氧和水蒸汽消耗多2）不同煤種的活性不同，高活性的煤有利于甲烷的生成，相應消耗的氧氣少一些；3）煤中水分、灰分含量越高，氣化時消耗的熱量越多，則氧耗也高 10/14/2022煤炭氣化工藝三、不同 煤種對氣化的影響對消耗指標的影響 不同煤種消耗指標焦油組成和產(chǎn)率的影響 三、不同 煤種對氣化的影響 焦油產(chǎn)率與煤種性質(zhì)有關(guān)：一般地說，變質(zhì)程度較深的氣煤和長焰煤比變質(zhì)程度淺的褐煤焦油產(chǎn)率大，而變質(zhì)程度更深的煙煤和無煙煤

10、其焦油產(chǎn)率卻更低。 10/14/2022煤炭氣化工藝焦油組成和產(chǎn)率的影響 三、不同 煤種對氣化的影響 3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 水分對氣化的影響 灰分對氣化的影響 揮發(fā)分對氣化的影響 硫分對氣化的影響 粒度對氣化的影響 灰熔點及結(jié)渣性對氣化的影響 其他性質(zhì)對氣化的影響 10/14/2022煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 水分對氣化的影響3-2 煤質(zhì)對氣化的影響煤中水分存在形式 外在水分 內(nèi)在水分 結(jié)晶水 是在煤的開采、運輸、儲存和洗選過程中潤濕在煤的外表面以及大毛細孔而形成的 吸附或凝聚在煤內(nèi)部較小的毛細孔中的水分，失去內(nèi)在水分的煤為絕對干燥煤。 以硫酸鈣、高嶺土等形式存在的，通常大于2

11、00以上才能析出。 一、水分含量對氣化的影響 10/14/2022煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對氣化的影響煤中水分存在形式 外在水分 內(nèi)在水分3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 一、水分含量對氣化的影響 爐 型固定床：煤氣中水分含量太高，入爐煤需要進行預干燥以降低煤氣的露點溫度。另一方面煤中水分含量太高而加熱的速度又太快時，煤中水分逸出太快，容易使煤塊碎裂而引起出爐煤氣的含塵量增高。同時由于煤氣中水含量增高時，在后續(xù)工段的煤氣冷卻過程中會產(chǎn)生大量的廢液，增加廢水處理量。一般生產(chǎn)中，煤中水分含量在8l0左右。 10/14/2022煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 一、水分含量對3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 一

12、、水分含量對氣化的影響 爐 型流化床和氣流床：固體顆粒粉碎的粒度很小，過高的含水量會降低顆粒的流動性，因而規(guī)定煤的含水量小于5。尤其對煙煤的氣流床氣化法，采用干法加料時，要求原料煤的水分含量應小于2。 10/14/2022煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 一、水分含量對3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 二、灰分含量對氣化的影響灰分含量對氣化的影響煤中灰分高，不僅增加了運輸?shù)馁M用，而且對氣化過程有許多不利的影響 10/14/2022煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 二、灰分含量對氣3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 二、灰分含量對氣化的影響灰分含量對氣化的影響氣化時由于少量碳的表面被灰分覆蓋，氣化劑和碳表

13、面的接觸面積減少，降低了氣化效率 10/14/2022煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 二、灰分含量對氣3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 二、灰分含量對氣化的影響灰分含量對氣化的影響灰分的大量增加，不可避免地增加了爐渣的排出量，隨爐渣排出的碳損耗量也必然增加。 10/14/2022煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 二、灰分含量對氣3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 二、灰分含量對氣化的影響灰分含量對氣化的影響隨著煤中灰分的增加，氣化的各項消耗指標均增加，如氧氣的消耗指標、水蒸氣的消耗指標和煤的消耗指標都有所上升，而凈煤氣的產(chǎn)率下降 10/14/2022煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 二、灰分含量對

14、氣3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 二、灰分含量對氣化的影響加壓氣化煤種灰分的要求： 氣化爐渣碳含量 加壓氣化用煤灰分可高達55左右而不至于影響生產(chǎn)的正常進行。原因：1）加壓操作時，氣化劑的濃度高，擴散能力強，能夠透過煤灰表面與碳進行較為完全的反應。2）進入爐中的氣化劑的速度也比常壓氣化小，在爐內(nèi)停留時間長，有較長的時間和煤反應。 從加壓氣化爐排出的灰渣中碳含量在5左右，常壓氣化爐在15左右，對于液態(tài)排渣的氣化爐，常在2以下 10/14/2022煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 二、灰分含量對3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 三、揮發(fā)分對氣化的影響確定氣化用煤中揮發(fā)分含量的大小要根據(jù)氣化爐型及煤氣的用途來

15、確定。例如，當采用固定床氣化工藝時，如果煤氣用作燃料時，要求甲烷含量高、熱值大，則可以選用揮發(fā)分較高的煤作原料，在所得的煤氣中甲烷的含量較大。當制取得煤氣用作工業(yè)生產(chǎn)的合成氣時，一般要求使用低揮發(fā)分、低硫的無煙煤、半焦或焦炭，因為變質(zhì)程度淺（年輕）的煤種，生產(chǎn)的煤氣中焦油產(chǎn)率高，焦油容易堵塞管道和閥門，給焦油分離帶來一定的困難，同時也增加了含氰廢水的處理量。更重要的是，對合成氣來講，甲烷可能成為一種有害的氣體。例如，合成氨用的半水煤氣，要求氫氣含量高，而這時甲烷卻變成了一種雜質(zhì)，含量不能太大，要求揮發(fā)分小于10%。 10/14/2022煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 三、揮發(fā)分對氣3-2

16、 煤質(zhì)對氣化的影響 四、硫分對氣化的影響硫分對氣化的影響1、煤在氣化時，其中8085的硫以H2S和CS2的形式進入煤氣當中。 2、如果制得的煤氣用于燃料時，比如用做城市民用煤氣，其疏含量要達到國家標準，否則燃燒后大量的S02會排人大氣，污染環(huán)境。3、用做合成原料氣時，硫化物的存在會使得合成催化劑中毒，煤氣中硫化物的含量越高，后面工段脫硫的負擔會超重。結(jié)論：氣化用燃料中硫含量應是越低越好 10/14/2022煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 四、硫分對氣化3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 五、粒度對氣化的影響 氣化爐內(nèi)某一粒徑的顆粒被帶出氣化爐的條件是：氣化爐內(nèi)上部空間氣體的實際氣流速度大于顆粒的沉

17、降速度。氣化爐上部空間的氣流速度用下式計算： 為了控制煤的帶出量，氣化爐實際生產(chǎn)能力有一個上限，對移動床加壓氣化而言，粉煤帶出量不應超過入爐煤總量的1%，為限制2mm的煤粒不被帶出，爐內(nèi)上部空間煤氣的實際速度最大為0.90.95ms。 10/14/2022煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 五、粒度對氣化的影響 氣3-2 煤質(zhì)對氣化的影響五、粒度對氣化的影響 從公式可以看出，當氣化爐的生產(chǎn)能力低(即V小)、氣化壓力高(即p大)時,煤氣的實際流速小。隨煤氣流速的減小被帶出氣化爐的顆粒粒度小，顆?？値С隽繙p小顆粒沉降速度的計算公式: 10/14/2022煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對氣化的影響五、粒

18、度對氣化的影響 從公式可以看3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 不同的氣化方式對原料煤的粒度要求不同：移動床：10 100mm的且較均勻的塊煤流化床：0 8mm的細粒煤氣流床：0. 1 mm的粉煤移動床：原料煤粒度的均勻性離析阻力分布分級過篩，不混雜，大、小塊粒徑比最好為2。 流化床：粒度分布過寬，則氣流帶出小顆粒較多 10/14/2022煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 不同的氣化方式對原料煤的粒度要求不3-2 煤質(zhì)對氣化的影響移動床氣化對塊度大小的要求塊度小較大的比面積，有利于氣化，但阻力較大。塊度大阻力較小，比面積也較小。具體塊度大小的選擇：根據(jù)原料煤活性和機械強度活性高的煤塊度可大些，機械強

19、度低的煤，塊度大些 10/14/2022煤炭氣化工藝3-2 煤質(zhì)對氣化的影響移動床氣化對塊度大小的要求 六、燃料的灰熔點和結(jié)渣性對氣化的影響3-2 煤質(zhì)對氣化的影響 煤中的礦物質(zhì)，在高溫和活性氣體介質(zhì)的作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)槔喂痰恼辰Y(jié)物或熔融物質(zhì)爐渣的能力稱為結(jié)渣性。 影響煤的結(jié)渣性的因素：灰熔點灰分含量溫度壓力停留時間外部介質(zhì)性質(zhì)等在生產(chǎn)中，往往以灰熔點作為判斷結(jié)渣性的主要指標。 10/14/2022煤炭氣化工藝 六、燃料的灰熔點和結(jié)渣性對氣化的影響3 六、燃料的灰熔點和結(jié)渣性對氣化的影響 煤炭氣化時的灰熔點涉及兩方面的意義，一是氣化爐正常操作時，不致使灰熔融而影響正常生產(chǎn)的最高溫度，另一個是采用液態(tài)排渣的氣化爐所必須超過的最低溫度。 對氣化操作的影響：移動床流化床3-2 煤質(zhì)對氣化的影響對于灰熔點低的煤在氣化時容易結(jié)渣，要加大水蒸氣的用量，使氧化層的溫度維持在灰熔點以下對于灰熔點高的煤種，可采用較高的操作溫度。 10/14/2022煤炭氣化工藝 六、燃料的灰熔點和結(jié)渣性對氣化的影響 六、燃料的灰熔點和結(jié)渣性對氣化的影響灰熔點與組成的關(guān)系 若灰中Si02和Al203的比例越大，其熔化溫度范圍越高，而Fe203和MgO等堿性成分比例越高，則熔化溫度越低，可以用公式(SiO2+Al203)(Fe2O3+