第四章、煤氣化技術(shù)課件

煤氣化技術(shù)主講人：張國(guó)偉內(nèi)容概要1、概述2、煤炭氣化原理3、原料的性質(zhì)對(duì)氣化的影響4、煤炭氣化技術(shù)-固定床氣化法5、煤炭氣化技術(shù)-流化床氣化法6、煤炭氣化技術(shù)-氣流床氣化技術(shù)

1、煤氣化工藝的工藝過(guò)程包括哪些？2、煤氣化工藝的主要產(chǎn)品有哪些？3、煤氣化的產(chǎn)品的應(yīng)用有哪些？一、

第一節(jié)概述煤炭氣化的簡(jiǎn)介煤炭氣化工藝的分類(lèi)煤炭氣化的評(píng)價(jià)指標(biāo)煤炭氣化的原則流程概1、煤炭氣化的簡(jiǎn)介煤或煤焦與氣化劑（空氣、氧氣、水蒸氣、氫等）在一定溫度及壓力下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將煤或煤焦中有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為煤氣的過(guò)程氣化的主要階段包括：備煤、氣化、氣體洗滌、黑水處理、一氧化碳變換等工段氣化的主要產(chǎn)品包括：CO、H2、CH4

用于生產(chǎn)各種燃料，是干凈的能源，利于提高人民生活水平和環(huán)境保護(hù);煤氣化生產(chǎn)的合成氣是合成液體燃料等多種產(chǎn)品的原料。18世紀(jì)后半葉煤化工發(fā)展始于18世紀(jì)后半葉，用煤生產(chǎn)民用煤氣；在歐洲當(dāng)時(shí)用煤干餾方法，生產(chǎn)的干餾煤氣用于城市街道照明；1840年由焦炭制發(fā)生爐煤氣來(lái)煉鐵，1875年使用增熱水煤氣作為城市煤氣二次世界大戰(zhàn)時(shí)期二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，煤炭氣化工業(yè)在德國(guó)得到迅速發(fā)展。1932年采用一氧化碳與氫通過(guò)費(fèi)一托(FlscherTropsch)合成法生產(chǎn)液體燃料獲得成功，1934年德國(guó)魯爾化學(xué)公司應(yīng)用此研究成果創(chuàng)建了第一個(gè)F-T臺(tái)成油廠，1936年投產(chǎn)。1935~1945年期間德國(guó)共建立了9個(gè)合成油廠，總產(chǎn)量達(dá)570kt。二次世界大戰(zhàn)后二次世界大戰(zhàn)后，煤炭氣化工業(yè)因石油、天然氣的迅速發(fā)展減慢了步伐，進(jìn)人低迷時(shí)期，煤氣主要作為城市煤氣及臺(tái)成氪原料的生產(chǎn)等，直到20世紀(jì)70年代成功開(kāi)發(fā)由合成氣制甲醇技術(shù)，由于甲醇的廣泛用途，使煤炭氣化工業(yè)又重新引起人們重視。70年代后1975年，美國(guó)Eastaman(依斯曼)公司開(kāi)始了合成醋酐的實(shí)驗(yàn)室研究，重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)適用的催化劑，以便在工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)能達(dá)到需要的條件下，減少副產(chǎn)物生成。他們采用醋酸甲酯與一氧化碳為原料羰基合成制取醋酐，并于1977年中試成功。到20世紀(jì)80年代末，由煤炭氣化制合成氣，羰基合成生產(chǎn)醋酸、醋酐開(kāi)始大型化生產(chǎn)，這是煤制化學(xué)品的一個(gè)非常重要的突破。

現(xiàn)在現(xiàn)在，隨著氣化生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，以生產(chǎn)含氧燃料為主的煤炭氣化合成甲醇、二甲醚，有廣闊的市場(chǎng)前景。其中二甲醚不僅是從合成氣經(jīng)甲醇制汽油、低碳烯烴的重要中間體·而且也是多種化工產(chǎn)品的重要原料。甲醇從近年供需情況來(lái)看，除作基本有機(jī)化工原料、精細(xì)化工原料外，作為替代燃料應(yīng)用，預(yù)計(jì)需求量將達(dá)800～1000萬(wàn)噸／年，到2020年t甲醇需求預(yù)計(jì)達(dá)5000萬(wàn)噸／年。

南非南非開(kāi)發(fā)煤炭間接液化歷史悠久，早在1927年南非當(dāng)局注意到依賴(lài)進(jìn)口液體燃料的嚴(yán)重性，基于本國(guó)有豐富的煤炭資源，開(kāi)始尋找煤基合成液體燃料的新途徑，1939年首先購(gòu)買(mǎi)了德國(guó)F—T合成技術(shù)在南非的使用權(quán)，在20世紀(jì)50年代初，成立了SASOL公司，1955年建立了SASOLIT，1980年和1982年叉相繼建成了SASOL一Ⅱ廠和SA—SOLⅢ廠。

煤炭氣化發(fā)展簡(jiǎn)史2煤炭氣化工藝的分類(lèi)

地面氣化

將煤從地下挖掘出來(lái)后再經(jīng)過(guò)各種氣化技術(shù)獲得煤氣的方法。

將未開(kāi)采的煤炭有控制的燃燒，通過(guò)對(duì)煤的熱化學(xué)作用生產(chǎn)煤氣的過(guò)程。地下氣化地理位置煤炭氣化原理其原理如圖此過(guò)程的反應(yīng)式如下：煤在氣化過(guò)程中不需外界供熱，而是利用煤與氧反應(yīng)放出熱量來(lái)達(dá)到反應(yīng)所需溫度，即燃燒一部分氣化所用燃料，將熱量積累到燃料層里，再通入水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)制取煤氣。傳熱方式外熱式內(nèi)熱式是指利用外部給氣化爐提供熱量的過(guò)程。其熱源可由加熱外部爐壁來(lái)加熱燃料，爐壁需選用耐火度高且導(dǎo)熱性好的材料；同時(shí)也可用高度過(guò)熱水蒸氣(1100℃)；另外也可用加熱水蒸氣和粉末燃料的混合物到1100℃．達(dá)到水煤氣反應(yīng)溫度。其原理如圖所示地面氣化技術(shù)分類(lèi)地面氣化技術(shù)分類(lèi)煤炭氣化原理氣化介質(zhì)純氧

加氫富氧水蒸氣地面氣化技術(shù)分類(lèi)入爐的煤塊粒度粉煤炭氣化塊煤炭氣化

移動(dòng)床氣化沸騰床氣化氣流床氣化熔融床氣化

燃料在爐內(nèi)狀況其他分類(lèi)工業(yè)煤氣分類(lèi)煤炭氣化原理定義：以空氣為氣化劑生成的煤氣。主要成分：N2，CO，CO2，H2。特點(diǎn)：熱值低，主要作為化學(xué)工業(yè)原料，煤氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃料等?？諝饷簹?/p>

混合煤氣

半水煤氣

水煤氣

定義：以空氣和適量水蒸氣為氣化劑生成的煤氣。主要成分：

N2，CO，H2，CO2。特點(diǎn)：工業(yè)上一般用作燃料。定義：以水蒸氣為氣化劑生成的煤氣。主要成分：H2，CO，CO2，N2。特點(diǎn)：H2和CO含量達(dá)85％以上，一般用作化工原料定義：以水蒸氣加適量的空氣或富氧空氣為氣化劑生成的煤氣主要成分：H2，CO，N2，CO2。特點(diǎn)：（H2+CO）=3N2（質(zhì)量），一般用來(lái)合成氨工業(yè)煤氣幾種氣化爐的工藝性能氣化強(qiáng)度水蒸氣消耗量熱效率氣化效率單爐生產(chǎn)能力3煤炭氣化過(guò)程主要評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)

水蒸氣消耗量和水蒸氣分解率是煤炭氣化過(guò)程重要的指標(biāo)4煤氣化的主要工藝流程氣化壓力向高壓發(fā)展氣化爐能力向大型化發(fā)展氣化壓力由常壓、低壓（<1.0MPa）向高壓（2.0～8.5MPa）氣化發(fā)展，從而提高氣化效率、碳轉(zhuǎn)化率和氣化爐能力，實(shí)現(xiàn)氣化裝置大型化和能量高效回收利用，降低合成氣的壓縮能耗或?qū)崿F(xiàn)等壓合成（如甲醇低壓合成），降低生產(chǎn)成本。如Texaco氣化壓力可達(dá)6.5～8.5MPa，Shell氣化壓力為2～4MPa。

Texaco和Shell單臺(tái)氣化爐氣化煤量已達(dá)2000t/d以上。Prenflo氣化爐單爐氣化煤量已達(dá)2600t/d。大型化便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和優(yōu)化操作，降低能耗和操作費(fèi)用。

氣化溫度向高溫發(fā)展Texaco氣化溫度1400～1500℃，Shell氣化溫度高達(dá)1400～1700℃，流化床氣化溫度為1000～1200℃。氣化溫度高，煤中有機(jī)物質(zhì)分解氣化，消除或減少環(huán)境污染，對(duì)煤種適應(yīng)性廣。塵降到1～2mg/m3(標(biāo))以下。

技術(shù)不斷進(jìn)步不斷開(kāi)發(fā)新的氣化技術(shù)和新型氣化爐，提高碳轉(zhuǎn)化率和煤氣質(zhì)量，降低建設(shè)投資。目前碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)98%～99%，煤氣中含CO+H2達(dá)到80%～90%。

現(xiàn)代煤氣化技術(shù)與其他先進(jìn)技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用如與燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電組合的IGCC發(fā)電技術(shù)；高壓氣化（6.15MPa）與低壓合成甲醇、二甲醚技術(shù)聯(lián)合實(shí)現(xiàn)等壓合成，省去合成氣壓縮機(jī)，使生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)化，總能耗降低。

環(huán)保效果更好煤氣化技術(shù)與先進(jìn)脫硫、除塵技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好，減少污染。如在氣化爐內(nèi)加入脫硫劑（石灰石），脫硫效率可達(dá)80%～90%；采用高效除塵器使煤氣中含煤炭氣化發(fā)展方向1、什么是煤炭氣化技術(shù)，煤炭氣化工藝大概包括了那些工段？2、煤炭氣化的產(chǎn)品包括哪些？3、煤炭氣化技術(shù)分類(lèi)包括哪些？4、煤炭氣化過(guò)程的評(píng)價(jià)指標(biāo)？5、煤炭氣化簡(jiǎn)單流程？總結(jié)本節(jié)課總結(jié)：作業(yè)P142：填空題2、3、5、7選擇題2、3、6、71、什么是煤炭氣化技術(shù)，煤炭氣化工藝大概包括了那些工段？2、煤炭氣化的產(chǎn)品包括哪些？3、煤炭氣化技術(shù)分類(lèi)包括哪些？4、煤炭氣化過(guò)程的評(píng)價(jià)指標(biāo)？5、煤炭氣化簡(jiǎn)單流程？復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)：

1煤氣化的基本條件煤焦?fàn)t及設(shè)備2氣化的幾個(gè)重要過(guò)程3氣化過(guò)程主要化學(xué)反應(yīng)4氣化過(guò)程物理化學(xué)基礎(chǔ)5

煤氣平衡組份的計(jì)算第二節(jié)煤炭氣化原理知識(shí)目標(biāo)掌握煤炭氣化方法、煤炭氣化原理了解地上氣化熟悉與理解氣化過(guò)程的理論基礎(chǔ)與煤氣平衡組成的計(jì)算能力目標(biāo)能掌握煤炭氣化反應(yīng)會(huì)判斷實(shí)際用煤氣化時(shí)的主要影響因素會(huì)解釋T、P對(duì)氣化的影響1煤氣化的基本條件煤氣化溫度煤氣化壓力氣化原料氣化劑氣化反應(yīng)容器氣化反應(yīng)反應(yīng)條件具體的氣化過(guò)程隨所采用的爐型不同，操作條件不同，所使用的氣化劑及燃料組成的不同而不同，但基本都包括幾個(gè)主要的過(guò)程，即煤的干燥、干餾、熱解、不完全燃燒等過(guò)程。2煤氣化的幾個(gè)重要過(guò)程

氣化的幾個(gè)重要過(guò)程就移動(dòng)床來(lái)說(shuō)，基本接近于低溫干餾（500-600℃)。沸騰床和氣流床氣化工藝此過(guò)程較復(fù)雜，氣流床幾個(gè)過(guò)程幾乎同時(shí)進(jìn)行。就單純熱解作用的氣態(tài)而言．煤氣熱值隨煤中揮發(fā)分的增加而增加，隨煤的變質(zhì)程度的加深氫氣含量增加而烴類(lèi)和二氧化碳含量減少。

加氣體流速，提高氣體溫度都可以增加干燥速度。煤中水分含量低、干燥溫度高、氣流速度大，則干燥時(shí)間短；反之，煤的干燥時(shí)間就長(zhǎng)。

煤氣化熱解干餾干燥一次反應(yīng)C+O2→CO2-394.1kJ/molC+H2O≒CO＋H2+135.0kJ/molC+1/2O2→CO-110.4kJ/molC+2H2O→CO2+2H2+96.6kJ/molC+2H2≒CH4-84.3kJ/molH2+1/2O2→H2O-245.31kJ/mol

二次反應(yīng)C+CO2≒2CO+173.3kJ/mol2CO+O2≒2CO2-566.6kJ/molCO+H2O≒H2+CO2-38.4kJ/molCO+3H2≒CH4+H2O-219.3kJ/mol3C+2H2O→CH4+2CO+185.6kJ/mol2C+2H2O→CH4+CO2+12.2kJ/mol氣化主反應(yīng)煤炭氣化原理3煤氣化的主要化學(xué)反應(yīng)煤氣化主要的副反應(yīng)S+O2=SO2S02+2CO=S+2CO2C+2S=CS2CO+S=COSN2十3H2=2NH3N2+02=2NON2+202=2NO2N2+H20+2C0=2HCN+02S+H2=H2S2H2S十S02=3S+2H20

煤氣化主要的副反應(yīng)煤炭氣化原理反應(yīng)歷程氣體反應(yīng)物向固體(碳)表面轉(zhuǎn)移或擴(kuò)散。

第一步氣體反應(yīng)物被吸附在固體(碳)表面。

第二步被吸附的氣體反應(yīng)物在固體(碳)表面起反應(yīng)而形成中間配合物。

第三步中間配合物的分解或與氣相中到達(dá)固體(碳)表面的氣體分子發(fā)生反應(yīng)。

第四步反應(yīng)物從固體(碳)表面解吸并擴(kuò)散到氣相

第五步4、氣化過(guò)程的物理化學(xué)基礎(chǔ)

呂·查德理（LeChatelier）原理：處于平衡狀態(tài)的體系，當(dāng)外界條件（溫度、壓力及含量（摩爾分?jǐn)?shù)）等）發(fā)生變化時(shí)，則平衡發(fā)生移動(dòng)，其移動(dòng)方向總是朝著削弱或者抗拒外界條件改變的影響。呂·查德理（LeChatelier）原理

吸熱反應(yīng)（Q<0）的K值，隨溫度升高而增加；而放熱反應(yīng)（Q>0）的K值，隨溫度升高而下降。溫度的影響

壓力增加，反應(yīng)向體積縮小的方向移動(dòng)。壓力的影響溫度、壓力對(duì)氣化平衡的影響溫度與反應(yīng)平衡圖

氣化用煤的煤質(zhì)、煤種對(duì)氣化過(guò)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。

在選擇氣化用原料的種類(lèi)時(shí)，必須結(jié)合氣化方式和氣化爐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行考慮，也要充分利用資源，合理選用原料。第三節(jié)原料煤對(duì)氣化的影響3、1煤種對(duì)氣化的影響氣化用煤第一類(lèi)

第二類(lèi)

第三類(lèi)第四類(lèi)氣化時(shí)不黏結(jié)也不產(chǎn)生焦油氣化時(shí)黏結(jié)并產(chǎn)生焦油氣化時(shí)不黏結(jié)但產(chǎn)生焦油氣化時(shí)不黏結(jié)，能產(chǎn)生大量的甲烷無(wú)煙煤、焦炭、半焦和貧煤

弱黏結(jié)或不黏結(jié)煙煤褐煤

泥炭

特性代表原料無(wú)煙煤、焦炭、半焦和貧煤

弱黏結(jié)或不黏結(jié)煙煤褐煤

泥炭

無(wú)煙煤、焦炭、半焦和貧煤

弱黏結(jié)或不黏結(jié)煙煤褐煤

泥炭

無(wú)煙煤、焦炭、半焦和貧煤

這類(lèi)原料氣化時(shí)不黏結(jié)，不會(huì)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?xì)浠衔飿O少，但煤氣熱值較低。無(wú)煙煤在中國(guó)的儲(chǔ)量約占總儲(chǔ)量的18％。無(wú)煙煤一號(hào)(年老無(wú)煙煤)產(chǎn)地主要有北京門(mén)頭淘、福建龍巖和廣東梅縣，無(wú)煙煤二號(hào)(中等無(wú)煙煤)主要產(chǎn)在山西晉城和河南焦作，無(wú)煙煤三號(hào)(年輕無(wú)煙煤)主要產(chǎn)地在山西陽(yáng)泉和寧夏汝箕溝。煙煤

褐煤

泥炭煤

氣化煤種的主要特征

這種煤炭氣化時(shí)黏結(jié)，并且產(chǎn)生焦油，煤氣中的不飽和烴、碳?xì)浠衔镙^多，煤氣凈化系統(tǒng)較復(fù)雜，煤氣的熱值較高。煙煤中貧煤、長(zhǎng)焰煤、不粘和弱黏煤在一定條件下可作為氣化用煤。中國(guó)的煙煤主要分布在北方各省，華北地區(qū)儲(chǔ)量約占全國(guó)總儲(chǔ)量的60％以上。

氣化時(shí)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(shí)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(shí)不軟化，不熔融。中國(guó)褐煤的儲(chǔ)約占總儲(chǔ)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。泥炭煤中含有大量的腐殖酸，揮發(fā)分產(chǎn)率近70%左右。氣化時(shí)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?xì)浠衔铩Ｃ簹獾陌l(fā)熱值：不同氣體的發(fā)熱值

指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1m3煤氣在完全燃燒時(shí)所放出熱量高發(fā)熱值煤種對(duì)氣化煤氣組分的影響煤種對(duì)煤氣產(chǎn)率的影響一般來(lái)說(shuō)，煤中揮發(fā)分越高，轉(zhuǎn)變?yōu)榻褂偷挠袡C(jī)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1、煤氣產(chǎn)率：2、凈煤氣產(chǎn)率：3、干餾煤氣占凈煤氣的體積百分比；4、干餾煤氣占凈煤氣的熱能百分比；5、干餾煤氣占粗煤氣的熱能百分比；6、干餾煤氣占粗煤氣的熱能百分比；

煤種結(jié)論不同煤種氣化產(chǎn)品表一般地說(shuō)，變質(zhì)程度較深的氣煤和長(zhǎng)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(wú)煙煤．其焦油產(chǎn)率卻更低。消耗指標(biāo)煤氣化反應(yīng)C+H2O=CO+H2，該熱量是通過(guò)爐內(nèi)的碳和氧氣燃燒以后放出的熱量來(lái)維持。不同煤種，煤中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，在氣化時(shí)所消耗的水蒸氣，氧氣等氣化劑的數(shù)量也相應(yīng)增大。煤種對(duì)消耗指標(biāo)及氣化組成的影響

氣化反應(yīng)過(guò)程與煤的性質(zhì)有很大的關(guān)系：不同的氣化流程對(duì)煤的性質(zhì)也有不同的要求，對(duì)氣化工藝有影響的煤的性質(zhì)如左圖所示。3、2煤炭性質(zhì)對(duì)氣化的影響揮發(fā)分灰分氣化硫分粒度灰熔點(diǎn)水分二年級(jí)

吸附或凝聚在煤內(nèi)部較小的毛細(xì)孔中的水分。

以硫酸鈣、高嶺土等形式存在的，通常大于200℃以上才能析出。

是在煤的開(kāi)采、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和洗選過(guò)程中潤(rùn)濕在煤的外表面以及大毛細(xì)孔。外在水分內(nèi)在水分固定床對(duì)氣化影響煤中水分含量太高而加熱的速度又太快時(shí)，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。另外增加水處理量。

流化床和氣流床：固體顆粒粉碎的粒度很小，過(guò)高的含水量會(huì)降低顆粒的流動(dòng)性，因而規(guī)定煤的含水量小于5％。尤其對(duì)煙煤的氣流床氣化法，采用干法加料時(shí)，要求原料煤的水分含量應(yīng)小于2％。水分對(duì)氣化的影響結(jié)晶水分氣流床、流化床揮發(fā)分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(lái)確定。固定床氣化工藝時(shí)，如果煤氣用作燃料時(shí)，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(dāng)制取得煤氣用作工業(yè)生產(chǎn)的合成氣時(shí)，一般要求使用低揮發(fā)分、低硫的無(wú)煙煤、半焦或焦炭。合成氨用的半水煤氣，要求氫氣含量高，而這時(shí)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%。揮發(fā)分對(duì)氣化的影響

氣化時(shí)由于少量碳的表面被灰分覆蓋，氣化劑和碳表面的接觸面積減少，降低了氣化效率灰分的大量增加，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。123隨著煤中灰分的增加，氣化的各項(xiàng)消耗指標(biāo)均增加，如氧氣的消耗指標(biāo)、水蒸氣的消耗指標(biāo)和煤的消耗指標(biāo)都有所上升，而凈煤氣的產(chǎn)率下降。灰分對(duì)氣化的影響灰熔點(diǎn)變形溫度----表示軟化溫度----T2表示流動(dòng)溫度----T3表示而灰熔點(diǎn)一般指T2對(duì)于固態(tài)排渣，要求T2＞1250℃。為防止灰分結(jié)渣，常采用的措施是通入過(guò)量蒸汽。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(chēng)為結(jié)渣性。一是氣化爐正常操作時(shí)，不致使灰熔融而影響正常生產(chǎn)的最高溫度，另一個(gè)是采用液態(tài)排渣的氣化爐所必須超過(guò)的最低溫度。

對(duì)于灰熔點(diǎn)低的煤在氣化時(shí)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(diǎn)以下對(duì)于灰熔點(diǎn)高的煤種，可采用較高的操作溫度。(SiO2+Al203)(Fe2O3+CaO+MgO)來(lái)表示，該值越大，則灰熔點(diǎn)越高，灰分越難結(jié)渣，相反，則灰熔點(diǎn)越低，灰分越易結(jié)渣?；曳謱?duì)氣化的影響

煤在氣化時(shí)，其中80％～85％的硫以H2S和CS2的形式進(jìn)入煤氣當(dāng)中。用做合成原料氣時(shí)，硫化物的存在會(huì)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(fù)擔(dān)會(huì)超重。硫分對(duì)氣化的影響如果制得的煤氣用于燃料時(shí)，比如用做城市民用煤氣，其疏含量要達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，否則燃燒后大量的S02會(huì)排人大氣，污染環(huán)境。硫分對(duì)氣化的影響硫分對(duì)氣化的影響

煤粉粒度對(duì)氣化影響通過(guò)比表面積、傳熱系數(shù)、煤氣夾粉量有關(guān)。移動(dòng)床：10－100mm的且較均勻的塊煤流化床：0－8mm的細(xì)粒煤氣流床：<0.1mm的粉煤粒度對(duì)氣化的影響

為限制2mm的煤粒不被帶出，爐內(nèi)上部空間煤氣的實(shí)際速度最大為0.9～0.95m／s粒度對(duì)氣化的影響對(duì)氣化影響焦炭強(qiáng)度方法結(jié)果解決

轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)是將一定量塊度大于某一規(guī)定值的焦炭試樣，放入一個(gè)特定結(jié)構(gòu)尺寸的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，轉(zhuǎn)鼓以恒定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。一定轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)達(dá)由于轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的提料板作用，焦炭在鼓內(nèi)產(chǎn)生翻動(dòng)和上下跌落運(yùn)動(dòng)。

在煤氣發(fā)生爐上部設(shè)置機(jī)械攪拌裝置；

轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)是將一定量塊度大于某一規(guī)定值的焦炭試樣，放入一個(gè)特定結(jié)構(gòu)尺寸的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，轉(zhuǎn)鼓以恒定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。一定轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)達(dá)由于轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的提料板作用，焦炭在鼓內(nèi)產(chǎn)生翻動(dòng)和上下跌落運(yùn)動(dòng)。對(duì)原料進(jìn)行瘦化處理，在入爐煤內(nèi)混配一些無(wú)黏結(jié)性的煤或灰渣，以降低煤料的黏結(jié)性。

轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)是將一定量塊度大于某一規(guī)定值的焦炭試樣，放入一個(gè)特定結(jié)構(gòu)尺寸的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，轉(zhuǎn)鼓以恒定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。一定轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)達(dá)由于轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的提料板作用，焦炭在鼓內(nèi)產(chǎn)生翻動(dòng)和上下跌落運(yùn)動(dòng)。煤的黏結(jié)性

黏結(jié)性煤在氣化時(shí)，干餾層能形成膠質(zhì)體，使料層的透氣性變差，阻礙氣體流動(dòng)。

當(dāng)氣體流動(dòng)變差時(shí)，將出現(xiàn)爐內(nèi)崩料或架橋現(xiàn)象，使煤料不易往下移動(dòng)，導(dǎo)致操作惡化。煤的黏結(jié)性對(duì)氣化的影響方法

燃料的機(jī)械強(qiáng)度是指抗碎、抗磨和抗壓等性能的綜合體現(xiàn)。

煤的熱穩(wěn)定性是指煤在加熱時(shí)，是否容易碎裂的性質(zhì)。轉(zhuǎn)鼓測(cè)焦炭的強(qiáng)度機(jī)械強(qiáng)度機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性對(duì)氣化的影響

熱穩(wěn)定性機(jī)械強(qiáng)度差的煤在運(yùn)輸過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生許多粉狀顆粒，造成燃料損失，在進(jìn)入氣化爐后，粉狀燃料的顆粒容易堵塞氣道，造成爐內(nèi)氣流分布不均，嚴(yán)重影響氣化效率。熱穩(wěn)定性差的煤在氣化時(shí)，伴隨氣化溫度的升高，煤易碎裂成煤末和細(xì)粒，對(duì)移動(dòng)床內(nèi)的氣流均勻分布和正常流動(dòng)造成嚴(yán)重的影響。1、氣化的幾個(gè)重要過(guò)程？2、煤炭氣化的主要反應(yīng)？3、不同煤種對(duì)氣化氣體產(chǎn)率及氣體組分的影響？4、対氣化產(chǎn)生影響的八個(gè)指標(biāo)？5、溫度和壓力對(duì)煤炭氣化的化學(xué)平衡的影響？總結(jié)本節(jié)課總結(jié)：作業(yè)P142：填空題12、15、16、18選擇題11、13

1固定床氣化工藝簡(jiǎn)介煤焦?fàn)t及設(shè)備2常壓發(fā)生爐煤氣生產(chǎn)技術(shù)3水煤氣生產(chǎn)工藝4

加壓移動(dòng)床氣化工藝5

魯奇氣化工藝第四節(jié)固定床氣化法氣化技術(shù)分類(lèi)氣流床流化床移動(dòng)床燃料規(guī)格＜500μm0.5~10mm5~50mm反應(yīng)性高較高低熱穩(wěn)定性低中高粘結(jié)性低低低機(jī)械強(qiáng)度低中高水分Shell2％Texco不限＜5％＜20％4.1固定床氣化工藝簡(jiǎn)介移動(dòng)床簡(jiǎn)介

混合發(fā)生爐氣化是移動(dòng)床常壓氣化技術(shù)最成熟的氣化方法之一，原料煤在煤氣發(fā)生爐內(nèi)與空氣和水蒸汽組成的混合氣化劑發(fā)生反應(yīng)，生成混合發(fā)生爐煤氣?；旌习l(fā)生爐煤氣屬于低熱值煤氣，一般在4.6~7.5MJ/m3之間，主要用作工業(yè)燃料氣，不能單獨(dú)作民用煤氣使用。移動(dòng)床簡(jiǎn)介粒度控制在50mm左右物料分層明顯煤和氣反向進(jìn)入；氣化劑為水蒸氣和空氣；固定床的特點(diǎn)固定床氣化的過(guò)程原理氧化層還原層干餾層干燥預(yù)熱層灰層熱交換分為上中下三部分常壓煤氣熱煤氣流程：500℃冷煤氣流程：30℃產(chǎn)品溫度進(jìn)行劃分（1）燃料層溫度（2）燃料層運(yùn)移速度和料層高度（3）鼓風(fēng)量（4）飽和溫度煤氣氣化爐操作指標(biāo)操作條件冷煤氣流程4.2常壓發(fā)生爐煤氣生產(chǎn)工藝工藝分類(lèi)水煤氣生產(chǎn)原理產(chǎn)品六個(gè)階段工藝條件4.3水煤氣的生產(chǎn)工藝空氣煤氣、水煤氣、半水煤氣Ⅰ吹風(fēng)階段；Ⅱ蒸汽吹凈階段；Ⅲ上吹制氣階段；Ⅳ下吹制氣階段；Ⅴ二次上吹制氣階段；Ⅵ空氣吹凈階段。Ⅰ氣化層溫度；Ⅱ蒸汽用量；Ⅲ吹風(fēng)時(shí)間；Ⅳ碳層高度；Ⅴ循環(huán)時(shí)間；Ⅵ生產(chǎn)強(qiáng)度。常壓水煤氣的生產(chǎn)工藝流程圖（1）雙豎管冷卻水的用量可以由下式計(jì)算：主要設(shè)備簡(jiǎn)介洗滌塔、電捕焦油器工藝參數(shù)及控制水煤氣發(fā)生爐工藝指標(biāo)及控制

吹風(fēng)過(guò)程的熱效率用料層蓄積的熱量與該過(guò)程所消耗的熱量之比來(lái)表示，即：吹空氣過(guò)程的操作條件②制氣階段的效率制氣效率用下式表示，即：③氣流速度④水蒸氣量⑤料層高度⑥循環(huán)時(shí)間吹空氣過(guò)程的操作條件

項(xiàng)

目

CHONSA總

計(jì)入方原料煤原料水分空

氣氣化用蒸汽78.63－－－1.690.56－4.581.944.4483.4636.620.85－274.72－1.44－－－10.45－－－95.05.0358.1841.2合

計(jì)78.636.83126.46275.571.4410.45499.38出方干煤氣未分解蒸汽原料水分熱解水帶出物灰渣75.20－－－1.61.775.490.660.560.12－－116.45.324.440.97－－275.57－－－－－1.02－－－－－－－－－0.410.45473.615.985.01.09211.82合計(jì)78.576.83127.13275.571.0210.45499.5差額誤差%0.060.0800－0.67－0.530.070.025029.100－0.12－0.02氣化過(guò)程物料平衡綜合表表4-2（以100㎏入爐無(wú)煙煤計(jì)算）入方

kJ%出

方kJ%原料煤發(fā)熱量2838650 95.5干煤氣發(fā)熱量2280533.276.7煤帶入的顯熱2176 0.07干煤氣顯熱2878539.68水蒸氣帶入熱112645.8 3.79煤氣中水分熱49090.21.65氣化用空氣顯熱19857.50.68帶出物熱焓553391.86灰渣熱焓64311.52.16夾套蒸汽熱焓112645.8 3.79其他熱損1235564.16合

計(jì)2973329 100合

計(jì)2973329100氣化過(guò)程熱平衡綜合表3M21型移動(dòng)床混合煤氣發(fā)生爐典型常壓發(fā)生爐3M13型移動(dòng)床混合煤氣發(fā)生爐典型設(shè)備典型設(shè)備U·G·I型水煤氣發(fā)生爐燃料品種工作循環(huán)中各階段時(shí)間分配/%吹風(fēng)上

吹

下

吹二次上吹空氣吹凈無(wú)煙煤，粒度25～75mm無(wú)煙煤，粒度15～25mm焦炭，

粒度15～50mm石灰碳化煤球24.5～25.525.5～26.522.5～23.527.5～29.525～2626～2724～2625～2636.5～37.535.5～36.740.5～42.536.5～37.57～97～97～97～93～43～43～43～4不同燃料循環(huán)時(shí)間分配表魏爾曼-格魯夏（Wellman-Galusha）煤氣發(fā)生爐連續(xù)式兩段發(fā)生爐項(xiàng)

目熱粗煤氣體積分?jǐn)?shù)/%冷凈煤氣體積分?jǐn)?shù)/%煤氣組成COH2CO2CH4N2水分焦油輕油27.916.94.22.244.24.20.30.129.217.64.42.346.5－－－熱效率/%高熱值/（MJ/Nm3）溫度/℃產(chǎn)率/（Nm3/㎏煤）88～937.75～7.824003.5572～806.14～6.70常溫3.4～3.55兩段爐煤氣指標(biāo)4.4、加壓氣化生產(chǎn)工藝

氣化爐常壓固定床氣化爐生產(chǎn)的煤氣熱值較低，氣化強(qiáng)度和生產(chǎn)能力有限。1939年由德國(guó)的魯奇公司設(shè)計(jì)的第一代工業(yè)裝置Mark－Ⅰ建成投產(chǎn)，后來(lái)又不斷地對(duì)氣化爐的結(jié)構(gòu)、壓力、煤種行研究，相繼推出了Mark－Ⅱ、Mark－Ⅲ、Mark－Ⅳ、Mark－Ⅴ爐型。中國(guó)20世紀(jì)60年代就引進(jìn)了捷克制造的早期魯奇爐，在云南建成投產(chǎn)，用褐煤加壓氣化制造合成氨。1978年天脊煤化工集團(tuán)公司(原山西化肥廠)1987哈爾濱依蘭東德PKM城市煤氣和甲醇1994河南義馬Ⅳ型城市煤氣和甲醇1.加壓氣化生產(chǎn)特點(diǎn)及工藝流程1.加壓氣化生產(chǎn)特點(diǎn)（1）原料選擇（煤種適應(yīng)性強(qiáng)、氣化小粒煤、水分、灰分高的劣質(zhì)煤）（2）生產(chǎn)過(guò)程控制（大型化、自動(dòng)化、氣化壓力高輸送容易、年輕煤有副產(chǎn)品）

（3）缺點(diǎn)（蒸汽利用率低，量大，廢水多一次性投資大）2固定床加壓氣化的基實(shí)際過(guò)程溫度分布特征：反映了氣化特征。①灰渣層。位于料層的最底部，原料中的碳已基本耗盡，起保護(hù)爐算和預(yù)熱氣化劑作用。②第一反應(yīng)層。第一反應(yīng)層亦即氧化層，主要進(jìn)行碳的氧化反應(yīng)，是料層中溫度最高的區(qū)域，并提供氣化爐內(nèi)其它反應(yīng)所需的熱量。③第二反應(yīng)層。即氣化層。該層開(kāi)始的主要標(biāo)志是氧氣已全部耗盡，水蒸氣大量分解，CO2被還原，使氣體中CO和H2的含量不斷增加。CO2和H2O(g)含量逐漸減少。同時(shí)也進(jìn)行著C+H2O(g)→CH4＋CO2的反應(yīng)。④甲烷層。甲烷層是生成甲烷的主要反應(yīng)層，也是加壓氣化與常壓氣化的區(qū)別所在。該層進(jìn)行的甲烷生成反應(yīng)是碳與氫、一氧化碳與氫之間的反應(yīng)，反應(yīng)速度比第一反應(yīng)層和第二反應(yīng)層中的氣化反應(yīng)速度要慢得多，因此，為生成盡可能多的甲烷，一般要求甲烷層厚度較大。⑤干餾層。干燥煤脫除揮發(fā)分，生成熱解水和多種干餾產(chǎn)物。在加壓氣化爐內(nèi)，由于溫度較低并有大量氫氣存在，因此產(chǎn)生的焦油和以脂肪烴為主的輕質(zhì)油很少裂解，并以蒸氣狀態(tài)存在于粗煤氣中。同時(shí)，在該層還存在著CO的變換反應(yīng)，決定了出爐煤氣的組成。⑥干燥層。入爐原料失去水分并逐漸升溫。與常壓氣化相比，加壓氣化過(guò)程中甲烷生成反應(yīng)增多。一方面是由于較厚干餾層揮發(fā)分熱解產(chǎn)生甲烷，另一方面是由于甲烷層中碳的加氫生成甲烷，而且主要以后者為主。3加壓氣化工藝整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電流程（IGCC）4魯奇加壓氣化爐Mark-IV煤鎖：容積為12m3的壓力容器，它通過(guò)上下閥定期定量地將煤加入到氣化爐內(nèi)。根據(jù)負(fù)荷和煤質(zhì)的情況，每小時(shí)加煤3～5次。加煤過(guò)程：a.在大氣壓下向煤鎖加煤b.用煤氣充壓c.向爐內(nèi)加煤d.煤鎖卸壓，煤氣送入煤鎖氣柜，殘余的煤氣由煤鎖噴射器抽出，經(jīng)過(guò)除塵后排入大氣。灰鎖：6m3的壓力容器，和煤鎖一樣，采用液壓操作系統(tǒng)，以驅(qū)動(dòng)底部和頂部錐形閥和充、卸壓閥。可以自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)操作。該循環(huán)如下：a.連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的爐篦將灰排出氣化爐，通過(guò)頂部錐形閥進(jìn)入灰鎖。底部錐形閥關(guān)閉，壓力同氣化爐b.停止?fàn)t篦轉(zhuǎn)動(dòng)，灰鎖頂部錐形閥關(guān)閉，再重新啟動(dòng)爐篦。c.灰鎖降壓到大氣壓后，打開(kāi)底部錐形閥，灰從灰鎖進(jìn)入灰斗d.關(guān)閉底部錐形閥，用過(guò)熱蒸汽對(duì)灰鎖充壓，新循環(huán)開(kāi)始。魯奇加壓氣化爐Mark-IV爐體：由雙層鋼板制成，外壁按3.6MPa的壓力設(shè)計(jì)，內(nèi)壁設(shè)計(jì)外壓0.25MPa。水夾套：軟化水的壓力3MPa，蒸汽除滴后作氣化劑。夾套內(nèi)的給水由夾套水循環(huán)泵進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)。同時(shí)夾套給水流過(guò)煤分布器和攪拌器內(nèi)的通道，以防止這些部件超溫?fù)p壞。布煤器和攪拌器：布煤器和攪拌器安裝在同一轉(zhuǎn)軸上。從煤箱降下的煤通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)布煤器上的兩個(gè)扇型孔，均勻下落在爐內(nèi)。攪拌器是一個(gè)殼體結(jié)構(gòu)，由錐體和雙槳葉組成，殼體內(nèi)通軟化水循環(huán)冷卻。爐篦：分四層，相互疊合固定在底座上，頂蓋呈錐體。爐篦各層上開(kāi)有氣孔，氣化劑由此進(jìn)入煤層中均勻分布。爐篦的轉(zhuǎn)動(dòng)多采用液壓傳動(dòng)裝置，也有用電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)。由于氣化爐爐徑較大，為使?fàn)t篦受力均勻，采用兩臺(tái)液壓馬達(dá)對(duì)稱(chēng)布置。

氣化壓力壓力對(duì)煤氣組成的影響工藝參數(shù)的選擇有利有弊褐煤在各種不同壓力下的氣化實(shí)驗(yàn)結(jié)果指標(biāo)

氣

化

壓

力/MPa0.11.02.03.04.0粗煤氣（濕）組成（體積分?jǐn)?shù)）/%CH4H2CnHmCOCO2H2O

2.240.70.227.1

19.310.5

5.6

33.5

0.25

19.522.5518.6

9.427.20.414.2

23.825.012.620.40.813.1

25.627.216.115.82.29.2

26.2

30.5粗煤氣（干）組成（體積分?jǐn)?shù)）/%CH4H2CnHmCOCO2

2.445.60.230.221.6

6.841.30.323.927.7

12.536.30.518.931.8

18.529.71.116.133.624.123.42.813.835..9凈煤氣（干）組成（體積）/%CH4H2CnHmCO2.758.050.25

39.0

9.456.80.433.4

17.8

53.90.727.6

29.4

44.5

1.724.438.8

37.6

3.120.5褐煤在各種不同壓力下的氣化實(shí)驗(yàn)結(jié)果凈煤氣發(fā)熱值/（kJ/m3）

12301.714809.7

17138.019328.321752.7凈煤氣/粗煤氣

0.784

0.723

0.682

0.664

0.641焦油/%以煤計(jì)的產(chǎn)率對(duì)鋁甑的收率輕油以煤計(jì)收率4.341.60.3

6.451.21.3

8.871.22.0410.186.32.8811.894.34.23氧氣消耗量/（m3/m3凈煤氣）

0.1860.169

0.1510.138

0.127水蒸氣消耗量/（㎏/m3凈煤氣）

0.464

0.807

1.03

1.28

1.46凈煤氣產(chǎn)率/（m3/㎏煤）

1.45

1.05

0.71

0.64

0.56熱效率煤氣熱/總熱水蒸氣分解率

88.264.7

79.550.3

73.937.5

68.230.1

61.529.0氣化強(qiáng)度/（㎏煤/m3·h）

420

750

1500

1800

2200注：1.燃料成分（%）：可燃物－69.00；灰分－12.00；水分－19.00；揮發(fā)分－41.30；鋁甑焦油－12.40。2.干燃料熱值：19446kJ/㎏；燃料粒度：2～。3.試驗(yàn)條件：氣化溫度為，水蒸氣過(guò)熱溫度為。對(duì)氣化影響的因素汽氧比是指氣化劑中水蒸氣和氧氣的組成比例。氣化壓力壓力對(duì)氧氣消耗量的影響壓力對(duì)蒸汽消耗量的影響壓力對(duì)氣化爐生產(chǎn)能力的影響壓力對(duì)煤氣產(chǎn)率的影響氣化層的溫度甲烷的生成反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度有利于甲烷的生成。汽氧比的選擇氣化層的溫度對(duì)氣化影響氣化層的溫度規(guī)律溫度范圍影響因素甲烷的生成反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因而降低溫度有利于甲烷的生戒。但溫度太低，化學(xué)反應(yīng)的速度減慢。通常，生產(chǎn)城市煤氣時(shí)，氣化層的溫度范圍在950～1050℃左右；生產(chǎn)合成原料氣時(shí)，可以提高到1150℃左右。影響反應(yīng)層溫度最主要的因素是通入爐中氣化劑的組成即汽氧比，汽氧比下降，溫度上升。氣化物料平衡氣化能量平衡項(xiàng)

目CHONSAM總重入方原料煤工業(yè)氧分解H2O（g）未分解H2O（g）38.4－－－2.93－3.748－10.4221.7929.98－1.090.7105－－0.36－－－27.2－－－19.5－－73.2710022.500533.7373.27共計(jì)38.46.67862.1921.80050.3627.392.77229.5005出方干煤氣煤中干燥水未分解水熱解水焦油輕質(zhì)油酚氨煤氣帶出物灰渣32.092－－－3.1360.6680.394－0.381.735.384－－0.6450.3530.1180.0330.1150.03－56.503－－5.160.341－0.088－0.1－1.216－－－0.0392－－0.53530.01－0.21－－－0.048－－－－0.102－－－－－－－－0.2827.02－19.373.27－－－－－0.2－95.40519.373.275.8053.91720.7860.5150.65031.028.852共計(jì)38.46.67862.1921.80050.3627.392.77229.5005

差額

誤差0.0000.000.0000.000.0000.000.0000.000.0000.000.0000.000.0000.000.0000.00氣化能量平衡黏結(jié)性

氣化爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，爐內(nèi)設(shè)有攪拌裝置、煤分布器和爐算等轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，設(shè)備的損壞與檢修較為頻繁，運(yùn)行開(kāi)工率較低75－80%，需要設(shè)備用爐;操作溫度一般為1000－1250℃氣化爐壓力2.5－4.0MPa

固態(tài)排渣魯奇加壓氣化工藝的技術(shù)特點(diǎn):

煤氣中含焦油、酚等，污水處理和煤氣凈化、副產(chǎn)品的回收工藝復(fù)雜、流程長(zhǎng)、投資大;

蒸汽消耗量大，分解率低，需配套規(guī)模較大的中壓以上蒸汽鍋爐;1．氣化爐開(kāi)車(chē)前系統(tǒng)的檢查確認(rèn)2．點(diǎn)火前的準(zhǔn)備工作3．氣化爐點(diǎn)火及火層培養(yǎng)4．氣化爐的切氧、升壓、并網(wǎng)送氣5氣化爐的氣化控制

1．壓力熱備爐的停車(chē)與再開(kāi)車(chē)2．常壓熱備爐的停車(chē)與再開(kāi)車(chē)3