煤氣化技術(shù)與展望課件

1煤氣化技術(shù)概述賴海龍ys11101210141煤氣化技術(shù)概述賴海龍ys11101210141一、關(guān)于煤氣化的宏觀知識二、煤氣化原理三、煤氣化產(chǎn)物的分類及特點四、煤氣化工藝及特性五、我國煤氣化現(xiàn)狀與發(fā)展方向參考文獻主要內(nèi)容一、關(guān)于煤氣化的宏觀知識二、煤氣化原理三、煤氣化產(chǎn)物的分類及2一、關(guān)于煤氣化的宏觀知識一、關(guān)于煤氣化的宏觀知識31.1

煤炭的組成煤炭：復(fù)雜的有機含碳礦物（從褐煤到無煙煤），以碳為主，主要成份為C，H，O，N，S；高度芳香化；多少不等的無機礦物，Ash：1～50%，Water:X～60%，Volatile：3～45%煤分子結(jié)構(gòu)1.1煤炭的組成煤炭：復(fù)雜的有機含碳礦物（從褐煤到4

1.2

煤炭的利用方式應(yīng)我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展要求-煤炭 潔凈、高效利用-煤炭 “石油”、“天然氣”燃燒：發(fā)電、供熱煉焦：煉鐵、煉鋼氣化：家用煤氣、化肥、化學(xué)品液化：汽油、柴油材料：炭素、瀝青1.2煤炭的利用方式應(yīng)我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展要求燃51.3煤炭氣化技術(shù)CO+H2工業(yè)、民用燃?xì)夂铣蓺獍奔状加投酌严N…H2-煤轉(zhuǎn)化過程以煤氣化為“龍頭”，-煤氣化構(gòu)成了煤化工工藝的主要成本固體煤1.3煤炭氣化技術(shù)CO+H2工業(yè)、民用燃?xì)獍?煤轉(zhuǎn)化6其目的就是獲得清潔能源和化工原料氣化產(chǎn)品--煤氣新型煤化工的一個重要單元煤炭氣化技術(shù)就是將固體煤變成氣態(tài)烴,CO,H2氣體等的技術(shù)其目的就是獲得清潔能源和化工原料氣化產(chǎn)品--煤氣71.4煤氣化的重要意義煤氣化是發(fā)展煤基液體燃料合成、先進的IGCC發(fā)電、多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、制氫、燃料電池、直接還原煉鐵等過程工業(yè)的基礎(chǔ)。1.4煤氣化的重要意義煤氣化是發(fā)展煤基液體燃料合成8二、煤氣化原理二、煤氣化原理9反應(yīng)性煤的反應(yīng)性又稱煤的化學(xué)活性，是指在一定的條件下，煤與不同氣化介質(zhì)(如CO2，O2，H2O和H2)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的能力。反應(yīng)性強的煤在氣化和燃燒過程中反應(yīng)速率快、效率高。

煤氣化煤或煤焦與氣化劑（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)，將煤或煤焦中有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為煤氣的過程

煤氣

氣化劑通過熾熱固體燃料層時，所含游離氧或者結(jié)合氧將燃料中的碳轉(zhuǎn)化成的可燃性氣體。有效成分：CO、H2、CH4

煤氣的發(fā)熱值是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下lm3煤氣在完全燃燒時所放出的熱量，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，如果水以氣態(tài)形式存在稱低發(fā)熱值。2.1

幾個基本概念反應(yīng)性煤的反應(yīng)性又稱煤的化學(xué)活性，是指在一定的條件下，煤與不102.2煤氣化的基本原理和過程1.煤發(fā)生氣化的基本條件（1）氣化原料和氣化劑。（2）發(fā)生氣化的反應(yīng)容器。（3）煤氣發(fā)生爐內(nèi)保持一定的溫度。（4）維持一定的爐內(nèi)壓力。2.煤氣化可分為兩階段：煤的干燥與部分燃燒階段和煤的氣化階段2.2煤氣化的基本原理和過程1.煤發(fā)生氣化的基本條件112.3

煤干燥和氣化產(chǎn)物的釋放進程2.3煤干燥和氣化產(chǎn)物的釋放進程122.4煤炭氣化工藝的原則流程主要包括：原料準(zhǔn)備、煤氣生產(chǎn)，凈化及脫硫、煤氣變換、煤氣精制以及甲烷合成等6個單元。2.4煤炭氣化工藝的原則流程主要包括：原料準(zhǔn)備、煤氣生產(chǎn)13三、煤氣化產(chǎn)物的分類及特點三、煤氣化產(chǎn)物的分類及特點143.1基于氣化劑和煤氣成分的分類：CoalOxygenSteamC+1/2O2COC+O2CO2C+CO22COC+H2OCO+H2C+2H2CH4CO+H2OH2+CO2CO+3H2CH4+H2O〔S〕H2S+COS〔N〕NH3+HCNGasifierGasComposition(Vol%)H225-30CO30-60CO25-15H2O2-30CH40-5H2S0.2-1COS0-0.1N20.5-4Ar0.2-1NH3+HCN0-0.3Ash/Slag/PM煤氣化的總反應(yīng)方程式：CnHmOxNySz=C+CO+CO2+H2+NH3+HCN+H2S+COS+????3.1基于氣化劑和煤氣成分的分類：CoalOxygenS15定義：以空氣為氣化劑生成的煤氣。主要成分：N2，CO，CO2，H2。特點：熱值低，主要作為化學(xué)工業(yè)原料，煤氣發(fā)動機燃料等?？諝饷簹?/p>

混合煤氣

半水煤氣

水煤氣

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：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：H2和CO含量達85％以上，一般用作化工原料和城市煤氣定義：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：（H2+CO）=3N2（質(zhì)量），一般用來合成氨定義：以空氣為氣化劑生成的煤氣?？諝饷簹饣旌厦簹獍胨?6煤氣的組成成分煤氣的組成成分173.2基于煤熱值的分類1.低煤值煤氣：3800~7600KJ/m3；2.中熱值煤氣：10000~20000KJ/m3；3.高熱值煤氣：≥21000KJ/m3。3.2基于煤熱值的分類1.低煤值煤氣：3800~7600K18三、煤氣化工藝及特性三、煤氣化工藝及特性194.1煤氣化工藝分類根據(jù)氣化爐的結(jié)構(gòu)特點和物料在氣化爐中進行轉(zhuǎn)化是的運動方式，煤氣化工藝可分為：●氣流床氣化GE-Texaco（德士古）,Shell（殼 牌）,GSP,E-Gas,K-T●流化床氣化U-Gas，Winkler（溫克勒），AFB●固定床氣化Lurgi（魯奇）4.1煤氣化工藝分類根據(jù)氣化爐的結(jié)構(gòu)特點和物料在氣化爐中204.2三種工藝的工作原理4.2三種工藝的工作原理214.3煤氣化的三種工藝技術(shù)和特性4.3煤氣化的三種工藝技術(shù)和特性221.移動(固定）床氣化過程 移動床氣化需要塊狀原料；可處理水分大、灰分高的劣質(zhì)煤；當(dāng)固態(tài)排渣時，耗用過量的水蒸氣，污水大，并導(dǎo)致熱效率低和氣化強度低；液態(tài)排渣時提高爐溫和壓力，可以提高生產(chǎn)能力。1.移動(固定）床氣化過程23固定床氣化爐－魯奇（Lurgi）魯奇氣化爐結(jié)構(gòu)圖攪拌器大唐克旗公司----魯奇加壓塊煤氣化裝置

固定床氣化爐－魯奇（Lurgi）魯奇氣化爐結(jié)構(gòu)圖攪拌器大唐克24流化床床層溫度較均勻，氣化溫度低于灰熔點；煤氣中不含焦油；活性低的煤的碳轉(zhuǎn)化率低；氣流速度較高，攜帶焦粒多，煤氣中粉塵含量高，后處理系統(tǒng)磨損和腐蝕較重；煤的預(yù)處理、進料、焦粉回收、循環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜龐大。2.流化床氣化過程流化床床層溫度較均勻，氣化溫度低于灰熔點；2.流化床氣化過25流化床氣化爐－灰熔聚（U-Gas）高速射流山西煤化所灰熔聚流化床氣化爐U-Gas結(jié)構(gòu)示意圖流化床氣化爐－灰熔聚（U-Gas）高速射流山西煤化所灰熔聚26流化床氣化爐－溫克勒（Winkler）溫克勒氣化爐結(jié)構(gòu)示意圖溫克勒氣化爐城市煤氣生產(chǎn)裝置流化床氣化爐－溫克勒（Winkler）溫克勒氣化爐結(jié)構(gòu)示27氣流床氣化溫度高，碳轉(zhuǎn)化率高，單爐生產(chǎn)力大；煤氣中不含焦油；污水問題??；液態(tài)排渣，氧耗隨會含量及熔點的增加而升高；除塵系統(tǒng)龐大；廢熱回收系統(tǒng)昂貴；煤處理系統(tǒng)龐大和耗電大。3.氣流床氣化過程氣流床氣化溫度高，碳轉(zhuǎn)化率高，單爐生產(chǎn)力大；3.氣流床氣化28氣流床－GE（德士古）爐噴嘴O2入口冷卻水入口冷卻水出口水入口水出口特點：－水煤漿進料（煤>60％）－先進行預(yù)熱、水蒸發(fā)－干餾、熱解、氣化－液態(tài)排渣－進料比干煤粉簡單穩(wěn)定－濕法研磨節(jié)省動力－煤漿需加穩(wěn)定劑－副產(chǎn)蒸氣利用很重要－O2耗較高、CO2較多氣流床－GE（德士古）爐噴嘴O2入口冷卻水入口冷卻水水入口水29氣化爐旋風(fēng)分離水洗磨煤煤水水煤漿水煤漿氧氧水煤漿泵鎖斗渣合成氣熱水蒸發(fā)塔酸性氣體氣流床－GE爐流程氣化爐旋風(fēng)分離水洗磨煤煤水水煤漿水煤漿氧氧水煤漿泵鎖斗渣合成30氣流床－GE商業(yè)裝置（山東德州）氣流床－GE商業(yè)裝置（山東德州）31殼牌（Shell）氣化反應(yīng)裝置

德士古多噴嘴氣化爐吊裝現(xiàn)場

殼牌（Shell）氣化反應(yīng)裝置德士古多噴嘴氣化爐吊裝現(xiàn)場32三種主要制氣方法的比較氣化指標(biāo)魯奇爐（移動）溫克勒爐（沸騰）K-T爐（氣流）氣化壓力／MPa2.0～3.0常壓常壓氣化爐出口煤氣溫度／℃350～600800～15001400～1600煤在爐內(nèi)的停留時間90min15min1s氣化煤種不黏結(jié)、不熱爆高镕性、不熱爆各種煤入爐煤粒度／mm13mm占87%）0.047mm占80%煤氣組成（H2）／%37～3935～3631（CO）／%20～2330～4058（CO2）／%27～3013～2510（CH4）／%10～121～20.1煤氣中有無焦油、酚類有無無噸煤煤氣產(chǎn)率／（m3／t）122015801900粗煤氣耗氧（折成%）（m3／m3）0.16～0.270.350.31～0.36蒸汽耗量／kg1.1～1.90.4～0.90.07～0.16碳轉(zhuǎn)化率／%88～9568～8080～98冷煤氣效率／%75～8058～6569～75三種主要制氣方法的比較氣化指標(biāo)魯奇爐（移動）溫克勒爐（沸33綜上所述，三種氣化均有各自優(yōu)缺點。工業(yè)實踐證明，它們有各自比較適應(yīng)的經(jīng)濟規(guī)模。移動床可應(yīng)用于較小的容量規(guī)模，氣流床氣化適用于大規(guī)模生產(chǎn)，流化床則介乎中間。綜上所述，三種氣化均有各自優(yōu)缺點。工業(yè)實踐證明34五.我國煤氣化技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展方向五.我國煤氣化技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展方向355.1我國煤氣化技術(shù)現(xiàn)狀1.國內(nèi)目前采用的煤炭氣化技術(shù)主要以常壓固定床煤氣發(fā)生爐和水煤氣發(fā)生爐為多，開發(fā)和引進了水煤氣兩段爐、魯奇加壓氣化爐和德士古水煤漿氣化技術(shù)。2.今后的發(fā)展趨勢是效率較高、煤氣成分較好的干粉煤炭氣化技術(shù)。5.1我國煤氣化技術(shù)現(xiàn)狀1.國內(nèi)目前采用的煤炭氣化技術(shù)36氣化壓力向高壓發(fā)展氣化壓力由常壓、低壓（<0.1MPa）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6.5～8.5MPa，Shell氣化壓力為2～4MPa。5.2煤炭氣化技術(shù)發(fā)展方向氣化壓力向高壓發(fā)展氣化壓力由常壓、低壓（<0.1M37氣化壓力向高壓發(fā)展氣化爐能力向大型化發(fā)展Texaco和Shell單臺氣化爐氣化煤量已達2000t/d以上。Prenflo氣化爐單爐氣化煤量已達2600t/d。大型化便于實現(xiàn)自動控制和優(yōu)化操作，降低能耗和操作費用。氣化溫度向高溫發(fā)展Texaco氣化溫度1400～1500℃，Shell氣化溫度高達1400～1700℃，流化床氣化溫度為1000～1200℃。氣化溫度高，煤中有機物質(zhì)分解氣化，消除或減少環(huán)境污染，對煤種適應(yīng)性廣。塵降到1～2mg/Nm3以下。技術(shù)不斷進步不斷開發(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98%～99%，煤氣中含CO+H2達到80%～90%?，F(xiàn)代煤氣化技術(shù)與其他先進技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用如與燃?xì)廨啓C發(fā)電組合的IGCC發(fā)電技術(shù)；高壓氣化（6.5MPa）與低壓合成甲醇、二甲醚