煤制气基础知识

本课程主要内容,一、基本概念,二、煤炭气化方法,三、煤炭气化原理,四、气化用煤,五、气化工艺及气化炉,六、粗煤气脱硫,一、基本概念,一、基本概念,1.煤化工包括 、 、 及其他煤加工制品工业。 2.煤的气化是将煤与 在高温下发生化学反应，将煤中有机物转变为煤气的过程，常用的气化剂有空气、 、 等。 3.煤气的有效成分为 、 、 等。 4.煤气的发热值指标准状态下1m3煤气完全燃烧时放出的热量。如果燃烧产物中的水分以液态形式存在称 ，如果水以气态形式存在称 。 5.空气煤气中不含有的成分是（ ） A CO B CO2 C C2H5 D N2,练习题,1.煤化工包括 炼焦工业、煤炭气化工业、煤炭液化工业及其他煤制化学品工业。 2.煤的气化是将煤与气化剂在高温下发生化学反应，将煤中有机物转变为煤气的过程，常用的气化剂有空气、氧气 、水蒸气 等。 3.煤气的有效成分为CO、H2、CH4等。 4.煤气的发热值指标准状态下1m3煤气完全燃烧时放出的热量。如果燃烧产物中的水分以液态形式存在称高发热值，如果水以气态形式存在称低发热值 。 5.空气煤气中不含有的成分是（ C ） A CO B CO2 C C2H5 D N2,练习题答案,二、煤炭气化方法,一、 按气化技术分类,二、 地面气化技术分类,二、煤炭气化方法,二、 地面气化技术分类,二、煤炭气化方法,二、 地面气化技术分类,二、煤炭气化方法,三、 工业煤气分类,二、煤炭气化方法,1.地面气化技术以燃料在炉内的状况可分为四类，分别为 气化、 气化、 气化和熔融床气化。 2. 发生炉煤气根据使用气化剂和煤气的热值不同，一般可分为空气煤气、混合煤气、 、 等。 3.什么是水煤气、半水煤气？两者有何区别.,练习题,1.地面气化技术以燃料在炉内的状况可分为四类，分别为沸腾床气化、移动床气化、气流床气化和熔融床气化。 2. 发生炉煤气根据使用气化剂和煤气的热值不同，一般可分为空气煤气、混合煤气、 水煤气 、 半水煤气 等。 3.什么是水煤气、半水煤气？两者有何区别。 水煤气是以水蒸气为气化剂生成的煤气。 主要成分： H2，CO，CO2，N2。 特点：H2和CO含量达85以上，一般用作化工原料 半水煤气是以水蒸气加适量的空气或富氧空气为气化剂生成的煤气 主要成分： H2，CO，N2，CO2。 特点：（H2+CO）=3N2（质量），一般用来合成氨,练习题答案,三、煤炭气化原理,一、 气化过程的主要化学反应,三、 煤炭气化原理,二、 气化过程的物理化学基础,一、 气化用煤种的主要特征,四、气化用煤,一、 水分含量对气化的影响,煤中的水分存在形式： 外在水分：煤的开采、运输、储存和洗选过程中润湿在煤的外表面以及大毛细孔而形成的。 含有外在水分的煤为应用煤，失去外在水分的煤为风干煤。 内在水分：吸附或凝聚在煤内部较小的毛细孔中的水分，失去内在水分的煤为绝对干燥煤。 结晶水：在煤中以硫酸钙(CaSO4·2 H2O)、高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O)等形式存在的，通常大于200以上才能析出。,四、气化用煤-煤质对气化的影响,二、 灰分含量对气化的影响,灰分：煤在800的条件下完全燃烧后的残余物。即煤中矿物质含量。 组成：硅、铝、铁、镁、钾、钙、硫、磷等元素和以碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐和硫化物等形式的盐类。 影响：增加运输的费用，降低气化效率，增加炉渣的排出量，增加随炉渣排出的碳损耗量，增加气化的各项消耗指标（如氧气、水蒸气和煤的消耗指标），而净煤气的产率下降。 对于加压气化，用煤灰分可高达55%左右而不至于影响生产的正常进行。这是由于加压操作时，气化剂的浓度高，扩散能力强，能够透过煤灰表面与碳进行较为完全的反应。同时，进入炉中的气化剂的速度也比常压气化小，在炉内停留时间长，有较长的时间和煤反应。,四、气化用煤-煤质对气化的影响,三、 挥发分含量对气化的影响,煤在加热时有机质部分裂解、聚合、缩聚，低分子部分呈气态逸出，水分也随着蒸发，矿物质中的碳酸盐分解，逸出二氧化碳等。除去水分的部分即为挥发分产率。随着变质程度的增高，煤的挥发分逐渐降低。此外，年轻煤的挥发分产率高，年老煤的低。 当煤气用做燃料时，要求甲烷含量高、热值大，选用挥发分较高的煤做原料；当煤气用做工业生产的合成气时，一般要求使用低挥发分、低硫的无烟煤、半焦或焦炭，因为变质程度浅(年轻)的煤种，生产的煤气中焦油产率高，容易堵塞管道和阀门，给焦油分离带来一定的困难，同时也增加含氰废水的处理量。,四、气化用煤-煤质对气化的影响,四、 硫分含量对气化的影响,煤中的硫以有机硫和无机硫的形式存在。煤在气化时，其中8085%的硫以H2S和CS2的形式进入煤气当中，不仅污染环境，而且会影响后段工序的运行，如造成催化剂中毒，加重脱硫的负担等。所以，气化用燃料中硫含量应是越低越好。,五、 粒度对气化的影响,煤的粒度不同，将直接影响到气化炉的运行负荷、煤气和焦油的产率以及气化时的各项消耗指标。 1.粒度大小与比表面间的关系：煤的粒径越小，比表面积越大。,四、气化用煤-煤质对气化的影响,五、 粒度对气化的影响,2.粒度大小与传热的关系：粒度越大，传热越慢，煤粒内外温差越大，粒内焦油蒸气的扩散和停留时间增加，焦油的热分解加剧。 3.粒度与生产能力的关系：煤的粒度太小，当气化速度较大时，小颗粒的煤有可能被带出气化炉外，从而使炉子的气化效率下降。气化炉内某一粒径的颗粒被带出气化炉的条件是:气化炉内上部空间气体的实际气流速度大于颗粒的沉降速度。 4.粒度的大小对各项气化指标的影响：煤的粒度减小，相应的氧气和水蒸气消耗将增大。,四、气化用煤-煤质对气化的影响,六、 燃料的灰熔点和结渣性对气化的影响,煤炭气化时的灰熔点有两方面的含义，一是气化炉正常操作时，不致使灰熔融而影响正常生产的最高温度，另一个是采用液态排渣的气化炉所必须超过的最低温度。灰熔点越高，灰分越难结渣，相反，则灰熔点越低，灰分越易结渣。 在气化炉的氧化层，由于温度较高，灰分可能熔融成黏稠性物质并结成大块，这就是结渣性。其危害性有下面几点： 影响气化剂的均匀分布，增加排灰的困难。 为防止结渣采用较低的操作温度而影响了煤气的质量和产量。 气化炉的内壁由于结渣而缩短了寿命。,四、气化用煤-煤质对气化的影响,七、 其他性质对气化的影响,1、煤的黏结性对气化的影响 黏结性煤在气化时，使料层的透气性变差，阻碍气体流动，出现炉内崩料或架桥现象，使煤料不易往下移动，导致操作恶化。 2.煤的反应性对气化的影响 燃料的反应性主要影响气化过程的起始反应温度，反应性越高，则发生反应的起始温度越低，则气化温度就低，这有利于甲烷的生成反应，从而降低了氧气的耗量。当使用具有相同的灰熔点而活性较高的原料时，由于气化反应可在较低的温度下进行，容易避免结渣现象。 3.煤的机械强度和热稳定性对气化的影响 燃料的机械强度是指抗碎、抗磨和抗压等性能的综合体现。机械强度差的煤在进入气化炉后，粉状燃料的颗粒容易堵塞气道，造成炉内气流分布不均，严重影响气化效率。 煤的热稳定性是指煤在加热时，是否容易碎裂的性质。热稳定性差的煤在气化时，伴随气化温度的升高，煤易碎裂成煤末和细粒，对移动床内的气流均匀分布和正常流动造成严重的影响。,四、气化用煤-煤质对气化的影响,1.煤中的水分存在形式有 、 和 ，从泥炭、褐煤、烟煤到年轻无烟煤，水分逐渐 。 2.根据气化用煤的主要特征，气化用煤大致可分为哪几类？ 3.煤炭气化过程结渣的危害有哪些？ 4.煤炭气化时的灰熔点的两方面的含义？,练习题,1.煤中的水分存在形式有内在水分、外在水分和结晶水，从泥炭、褐煤、烟煤到年轻无烟煤，水分逐渐 减少 。 2.根据气化用煤的主要特征，气化用煤大致可分为哪几类？ 根据气化用煤的主要特征，将气化用煤大致分为以下四类： 第一类，气化时不黏结也不产生焦油，代表性原料有无烟煤、焦炭、半 焦和贫煤。 第二类，气化时黏结并产生焦油，代表性原料有弱黏结或不黏结烟煤。 第三类，气化时不黏结但产生焦油，代表性原料有褐煤。 第四类，以泥炭为代表性原料，气化时不黏结，能产生大量的甲烷。,练习题答案,3.煤炭气化过程结渣的危害有哪些？ 在气化炉的氧化层，由于温度较高，灰分可能熔融成黏稠性物质并结成大块，这就是结渣性。其危害性有下面几点： 影响气化剂的均匀分布，增加排灰的困难。 为防止结渣采用较低的操作温度而影响了煤气的质量和产量。 气化炉的内壁由于结渣而缩短了寿命。 4.煤炭气化时的灰熔点的两方面的含义？ 煤炭气化时的灰熔点有两方面的含义，一是气化炉正常操作时，不致使灰熔融而影响正常生产的最高温度，另一个是采用液态排渣的气化炉所必须超过的最低温度。灰熔点越高，灰分越难结渣，相反，则灰熔点越低，灰分越易结渣。,练习题答案,五、气化工艺及气化炉,原 料：固体燃料（无烟煤、焦炭等） 气化剂：空气、水蒸气 设 备：气化炉 压 力：常压 温 度：高温 任 务：制合格的水煤气 生产特点：气化剂和水蒸气交替与碳反应，燃料层的温度随着空气的加入而逐渐升高，随着水蒸气的加入而逐渐减低，呈周期性变化。生成煤气的组成和数量也呈周期性变化。,一、 固定床间歇制气工艺,（一）化学反应 以空气为气化剂，碳与氧之间发生的独立化学反应：,以水蒸气为气化剂，碳与水蒸气之间发生的化学反应：,五、气化工艺及气化炉,三、固定床间歇法制水煤气方法 固定床间歇气化法是国内合成甲醇装置广泛采用的方法，大多 数合成氨联产甲醇的原料气也用固定床间歇气化法生产。 1、煤气炉内燃料层的分区 干燥区、干馏区、气化层（还原层，氧化层）灰渣层。见图 2、水煤气生产的工作循环 一个工作循环：从上一次送入空气开始，到下一次再送入空气止。 循环周期：一个工作循环所用的时间。,五、气化工艺及气化炉,图2-2 固定床煤气发生炉简图,图2-3 煤气炉内燃料层分区,每个工作循环分为六个阶段：吹风、蒸汽吹净、一次蒸汽上 吹、蒸汽下吹、二次蒸汽上吹与蒸汽吹净。,吹风阶段：提高炉温，蓄积热量，为气化反应提供条件。（ 25% 30%） 蒸汽吹净阶段：将上阶段末期炉上残余的含氮高的吹风气赶出系统，降低水煤 气中氮气含量，提高有效气体质量。 （ 1%） 蒸汽一次上吹制气阶段：制取高质量的水煤气。 （ 25% ） 蒸汽下吹制气阶段：制取水煤气，稳定气化层，减少热损失。（ 40% ） 蒸汽二次上吹制气阶段：置换炉底水煤气，避免空气与煤气在炉内接触而爆 炸，为下一步吹风做准备，同时生产一定的水煤气。（ 7 10%） 空气吹净阶段：回收炉顶残余的水煤气，提高炉温。（ 1% 2%）,图24 固定床煤气发生炉的工艺流程,氧气水蒸气连续气化法,氧气-水蒸气连续气化法可很有效的降低氮气含量，大大提高有效气体成分，从而提高经济效益。另外，若气化剂用氧气生产水煤气，则可减少吹风气放空造成的环境污染，符合环保的政策要求。,1、固定床加压气化法（鲁奇加压煤气化）,气化的原理及生产工艺 鲁奇加压煤气化工艺采用德国鲁奇公司的MARK-IV型移动床加压气化炉。有供开、停车用的公用的冷、热火炬系统和煤锁、气柜系统。,鲁奇气化炉为立式圆筒形构造，是加压气化炉，主要壳体部分为双层水夹套。将锅炉给水注入水夹套来回收，从气化炉散发的热量产生中压蒸汽，作为气化剂的一部分返回气化炉系统。 炉顶装有供加煤用的煤锁，以便向炉中加入筛分后的煤，由动力装置驱动布煤器把加入的煤均匀分布在煤床上。 气化炉的底部装有由动力装置驱动的炉箅及灰刮刀，用来排出产生的灰渣。灰渣落入灰锁内，灰锁是气化炉的组成部分。 从气化炉底部引入蒸汽和氧气，与煤进行气化反应，通过旋转的炉箅把蒸汽和氧气分布到煤床内。炉箅支撑着煤床，并连续旋转以保证均匀不断地排出产生的灰渣。,Lurgi式加压气化炉,随着蒸汽和氧气的向上流动，煤床内可以表征为五个不同的区段，