第三章 煤炭性質(zhì)對(duì)氣化的影響

第三章 煤炭性質(zhì)對(duì)氣化的影響第一節(jié)

煤種對(duì)氣化的影響第二節(jié)

煤質(zhì)對(duì)氣化的影響3/13/2024《煤炭氣化工藝》掌握煤質(zhì)、煤種對(duì)氣化的影響熟悉氣化用煤的分類、煤的性質(zhì)了解我國煤炭分布情況及煤質(zhì)情況知識(shí)目標(biāo)3/13/2024《煤炭氣化工藝》能用一種我國的煤炭來分析氣化過程會(huì)判斷實(shí)際用煤作為氣化原料的優(yōu)劣會(huì)解釋一些實(shí)際

操作故障的原因、會(huì)解釋煤與石油

的不同成因能力目標(biāo)3/13/2024《煤炭氣化工藝》泥炭化階段：植物殘骸分解成泥炭或腐泥。泥炭和腐泥中含有大量的腐蝕酸。煤化階段成煤過程成巖作用變質(zhì)作用：在地?zé)岷蛪毫Φ淖饔孟?，泥炭層發(fā)生壓實(shí)、失水、肢體老化、硬結(jié)等各種變化而成為褐煤。褐煤的密度比泥炭大，在組成上也發(fā)生了顯著的變化，碳含量相對(duì)增加，腐殖酸含量減少，氧含量也減少。是褐煤轉(zhuǎn)變?yōu)闊熋汉蜔o煙煤的過程，在這個(gè)過程中煤的性質(zhì)發(fā)生變化。煙煤比褐煤碳含量增高，氧含量減少，腐殖酸在煙煤中已經(jīng)不存在了。3/13/2024《煤炭氣化工藝》陸地上的動(dòng)植物由于地殼的變化被其它東西覆蓋了，被埋在地下的動(dòng)植物慢慢地腐爛著由于受到的溫度和壓力不同,有的變成了煤,有的變成了石油。3/13/2024《煤炭氣化工藝》3/13/2024《煤炭氣化工藝》關(guān)于石油的形成過程，至今還很難說清楚，因?yàn)樵谑屠镞€沒有發(fā)現(xiàn)像化石等能證明其成因的有力證據(jù)。有一種學(xué)說認(rèn)為，石油是古代海里微小動(dòng)物和植物的遺體沉陷于海底，在隔絕空氣的環(huán)境中，在熱和高壓條件下，經(jīng)過微生物作用發(fā)生一系列復(fù)雜變化，而形成的粘稠狀液體。經(jīng)過地殼運(yùn)動(dòng)，石油被擠壓在無孔巖層間或多孔巖層內(nèi)。石油通常是黑色或深棕色、有的還有綠或藍(lán)色熒光并有特殊氣味的粘稠狀液體。它不溶于水，密度比水稍小，沒有固定的沸點(diǎn)和熔點(diǎn)。它主要含有由碳和氫兩種元素組成的數(shù)百種有機(jī)化合物形成的混合物。3/13/2024《煤炭氣化工藝》3-1

煤種對(duì)氣化的影響氣

化用煤第一類第二類第三類第四類氣化時(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3/13/2024《煤炭氣化工藝》3-1

煤種對(duì)氣化的影響氣化用煤分類的好處對(duì)控制實(shí)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(jì)的煤氣（我國氣化的裝置多是用運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)的煤生產(chǎn)合成氣或燃料氣）3/13/2024《煤炭氣化工藝》無煙煤、焦炭、半焦和貧煤煙

煤這類原料氣化時(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。其中的無煙煤和貧煤都屬于變質(zhì)程度非常高的煤種加熱時(shí)不產(chǎn)生膠質(zhì)體。無煙煤在中國的儲(chǔ)量約占總儲(chǔ)量的18％。無煙煤一號(hào)(年這老種無煤煙炭煤氣)產(chǎn)化地時(shí)主黏要結(jié)有，北并京且門產(chǎn)頭生淘焦、油福，建煤龍氣巖中和的不飽廣和東烴梅、縣碳，氫無化煙合煤物二較號(hào)多(中，等煤無氣煙凈煤化)系主統(tǒng)要較產(chǎn)復(fù)在雜山，西煤晉氣的城熱和值河較南高焦。作煙，煤無屬煙于煤中三等號(hào)變(年質(zhì)輕程無度煙的煤煤)種主，要在產(chǎn)中地國在的煤山炭西分陽中泉，和煙寧煤夏分汝為箕長淘焰。煤、氣煤、氣肥煤、肥煤、1／3焦煤、焦煤、1／2中黏煤、弱黏煤、黏煤、瘦煤、貧瘦褐

煤煤氣和化貧時(shí)煤不十黏二結(jié)個(gè)但類產(chǎn)別生，焦其油中。，褐貧煤煤是無變黏質(zhì)結(jié)程性度歸較第低一類，長的焰煤煤，、加不熱煤時(shí)和不弱產(chǎn)黏生煤膠在質(zhì)一體定，條含件有下高可的作內(nèi)為在氣水化分用煤。中和國數(shù)的量煙不煤等主的要腐分殖布酸在，北揮方發(fā)各分省高，，華加北熱地時(shí)區(qū)不儲(chǔ)軟量化約，占全國不總?cè)蹆?chǔ)融量。的中6國0％褐以煤上的。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?。二、氣化用煤的主要特?/13/2024《煤炭氣化工藝》對(duì)煤氣的組分和產(chǎn)率的影響對(duì)發(fā)熱值和組成的影響對(duì)煤氣產(chǎn)率的影響三、不同

煤種對(duì)氣化的影響煤氣的發(fā)熱值是指標(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：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。例如，以年輕的褐煤為氣化原料時(shí)，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，同時(shí)年輕煤

的氣化溫度低也有利于甲烷的生成。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.一般來說，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3/13/2024《煤炭氣化工藝》三、不同

煤種對(duì)氣化的影響對(duì)消耗指標(biāo)的影響不同煤種消耗指標(biāo)的規(guī)律有此規(guī)律的原因煤炭氣化過程主要是煤中的碳和水蒸氣反應(yīng)生成氫，這一反應(yīng)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。為何有消耗指標(biāo)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?jǐn)?shù)從55％～62％增至88.98％，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1）固定碳含量低、揮發(fā)分低的煤種，氣化時(shí)進(jìn)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(yīng)消耗的氧氣步一些；

3）煤中水分、灰分含量越高，氣化時(shí)消耗的熱量越多，則氧耗也高3/13/2024《煤炭氣化工藝》焦油組成和產(chǎn)率的影響三、不同

煤種對(duì)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．其焦油產(chǎn)率卻更低。3/12/2024《煤炭氣化工藝》3-2

煤質(zhì)對(duì)氣化的影響水分對(duì)氣化的影響

灰分對(duì)氣化的影響揮發(fā)分對(duì)氣化的影響硫分對(duì)氣化的影響粒度對(duì)氣化的影響灰熔點(diǎn)及結(jié)渣性對(duì)氣化的影響其他性質(zhì)對(duì)氣化的影響3/12/2024《煤炭氣化工藝》3-2

煤質(zhì)對(duì)氣化的影響煤中水分存在形式外在水分內(nèi)在水分結(jié)晶水程中潤濕在煤的外表面以及大毛細(xì)孔而形成的吸附或凝聚在煤內(nèi)部較小的毛細(xì)孔中的水分，失去內(nèi)在水分的煤為絕對(duì)干燥煤。以硫酸鈣、高嶺土等形式存在的，通常大于200℃以上才能析出。一、水分含量對(duì)氣化的影響是在煤的開采、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和洗選過3/12/2024《煤炭氣化工藝》3-2

煤質(zhì)對(duì)氣化的影響一、水分含量對(duì)氣化的影響常壓氣化氣化效率：是指制得的煤氣的熱值與所使用的燃料的熱值之比。煤中的水分含量加壓氣化：能提供較高的干燥層，允許進(jìn)爐煤的水分含量高。3/12/2024《煤炭氣化工藝》3-2

煤質(zhì)對(duì)氣化的影響一、水分含量對(duì)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(jìn)行預(yù)干燥以降低煤氣的露點(diǎn)溫

度。另一方面．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堞氣的含塵量增高。同時(shí)由于煤氣中水含量增高時(shí)，在后續(xù)工段的煤氣冷卻過程中．會(huì)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8％～l0％左右。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(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，采用于法加料時(shí)，要求原料煤的水分含量應(yīng)小于2％。3/12/2024《煤炭氣化工藝》3-2

煤質(zhì)對(duì)氣化的影響二、灰分含量對(duì)氣化的影響灰分含量對(duì)氣化的影響煤中灰分高，不僅增加了運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用，而且對(duì)氣化過程有許多不利的影響氣化時(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。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3/12/2024《煤炭氣化工藝》3-2

煤質(zhì)對(duì)氣化的影響二、灰分含量對(duì)氣化的影響加壓氣化煤種灰分的要求：氣化爐對(duì)灰分的要求加壓氣化用煤灰分可高達(dá)55

％左右而不至于影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。原因：1）加壓操作時(shí)，氣化劑的濃度高，擴(kuò)散能力強(qiáng)，能夠透過煤灰表面與碳進(jìn)行較為完全的反應(yīng)。2）進(jìn)入爐中的氣化劑的速度也比常壓氣化小，在爐內(nèi)停留時(shí)間長，有較長的時(shí)間和煤反應(yīng)。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(duì)于液態(tài)排渣的氣化爐，常在2％以下3/13/2024《煤炭氣化工藝》3-2

煤質(zhì)對(duì)氣化的影響三、揮發(fā)分對(duì)氣化的影響揮發(fā)分產(chǎn)率揮發(fā)分是指煤在加熱時(shí)．有機(jī)質(zhì)部分裂解、聚合、縮聚，低分子部分呈氣態(tài)逸出，水分也隨著蒸發(fā)，礦物質(zhì)中的碳酸鹽分解，逸出二氧化碳等。除去水分的部分即為揮發(fā)分產(chǎn)率揮發(fā)分的組成揮發(fā)分中有干餾時(shí)放出的煤氣、焦油、油類。干餾煤氣中含有氫、一氧化碳、二氧化碳和輕質(zhì)烴類揮發(fā)分產(chǎn)率與煤的變質(zhì)關(guān)系作

用隨著變質(zhì)程度的提高，煤的揮發(fā)分逐漸降低煤的揮發(fā)分作為煤利用價(jià)值和煤分類的重要指標(biāo)，也是煤轉(zhuǎn)化與燃燒可以利用的部分，它與煤的性質(zhì)存在一定的關(guān)系。一般地，年輕煤的揮發(fā)分產(chǎn)率高，年老煤的低。3/13/2024《煤炭氣化工藝》3-2

煤質(zhì)對(duì)氣化的影響四、硫分對(duì)氣化的影響硫分對(duì)氣化的影響1、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。2、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3、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。。結(jié)論：氣化用燃料中硫含量應(yīng)是越低越好3/13/2024《煤炭氣化工藝》3-2

煤質(zhì)對(duì)氣化的影響五、粒度對(duì)氣化的影響粒度與比表面間的關(guān)系：煤的粒徑越小，其比表面積越大。煤有許多內(nèi)孔，所以比表面積與煤的氣孔率有關(guān)。見表3-3表3-3幾種煤的比表面積燃料粒度／mm總表面積／cm2體積／cm3比表面積／(cm2／cm3)泥煤煤磚

磚球120×60×234021610.83056.34.1813.520褐煤1528.81.7816.4氣煤1213.50.90414.8黏結(jié)性煤107.50.52414.3碎焦61.480.11313.2無煙煤40.510.04212.13/13/2024《煤炭氣化工藝》3-2

煤質(zhì)對(duì)氣化的影響五、粒度對(duì)氣化的影響粒度的大小對(duì)各項(xiàng)氣化指標(biāo)的影響煤粒度的大小以及粒度的分布對(duì)煤炭氣化過程的各項(xiàng)指標(biāo)有重要的影響如表3-4。表3-4褐煤不同粒徑的氣化實(shí)驗(yàn)結(jié)果項(xiàng)目1234煤粒度/mm0～403～406～4010～400～6mm的煤顆粒（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%28.4——3.0灰分含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%32.4128.8023.6221.46水蒸氣消耗/[kg/（m3粗煤氣）]1.261.050.970.94氧氣消耗/[m3

/（m3粗煤氣）]0.1590.140.1360.128煤消耗/[kg/（m3粗煤氣）]1.231.0220.970.933/13/2024《煤炭氣化工藝》3-2

煤質(zhì)對(duì)氣化的影響五、粒度對(duì)氣化的影響為了控制煤的帶出量，氣化爐實(shí)際生產(chǎn)能力有一個(gè)上限，對(duì)加壓氣化而言，粉煤帶出量不應(yīng)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(shí)際速度最大為O.9～0.95m／s。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(shí)際氣流速度大于顆粒的沉降速度。氣化爐上部空間的氣流速度用下式計(jì)算：3/13/2024《煤炭氣化工藝》3-2

煤質(zhì)對(duì)氣化的影響從上面的公式可以看出，當(dāng)氣化爐的生產(chǎn)能力低(即V小)、氣化壓力高(即p大)時(shí),煤氣的實(shí)際流速小。隨煤氣流速的減小被帶出氣化爐的顆粒粒度小，顆粒總帶出量減小。入爐煤顆粒的直徑除考慮顆粒的帶出速度外還與氣化用爐型及使用的具體煤種有關(guān)。五、粒度對(duì)氣化的影響顆粒沉降速度的計(jì)算公式:3/13/2024《煤炭氣化工藝》六、燃料的灰熔點(diǎn)和結(jié)渣性對(duì)氣化的影響燃料灰熔點(diǎn)的概念煤炭氣化時(shí)的灰熔點(diǎn)有兩方面的含義，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的最低溫度?；胰埸c(diǎn)與組成的關(guān)系若灰中Si0

2

和Al

2

03

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+CaO+MgO)來表示，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3-2

煤質(zhì)對(duì)氣化的影響3/13/2024《煤炭氣化工藝》3-2

煤質(zhì)對(duì)氣化的影響六、燃料的灰熔點(diǎn)和結(jié)渣性對(duì)氣化的影響在氣化爐的氧化層，由于溫度較高，灰分可能熔融成黏稠性物質(zhì)并結(jié)成大塊，這就是通常講的結(jié)渣性。結(jié)渣性概念防止措施對(duì)于