煤化工工艺学-5-煤的气化课件.ppt

CoalChemicalengineeringtechnics煤化工工艺学煤化工工艺学第五章第五章 煤的气化煤的气化CoalChemicalengineeringtechnics煤化工工艺学煤化工工艺学5-1煤气化的基本原理1. 1.煤的气化煤的气化：热化学过程，指：热化学过程，指高温下高温下高温下高温下用用气化剂气化剂气化剂气化剂（气化介质）（气化介质）（气化介质）（气化介质）通过化学反应将煤或煤焦中的可燃通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为部分转化为气化煤气气化煤气气化煤气气化煤气的过程n n气化剂（气化介质）气化剂（气化介质）气化剂（气化介质）气化剂（气化介质）：氧气（空气、富氧或氧）、：氧气（空气、富氧或氧）、水蒸气或氢气水蒸气或氢气n n气化煤气气化煤气气化煤气气化煤气：气化时所产生的可燃气体，有效成分：气化时所产生的可燃气体，有效成分包括包括COCO、H H2 2及及CHCH4 42. 2.气化条件气化条件：气化炉、气化剂、供给热量：气化炉、气化剂、供给热量根据供热方式和煤根据供热方式和煤气用途选择，其中气用途选择，其中 H2 很少用n n发生炉构成发生炉构成（以固定床为例）（以固定床为例）n n炉炉 体体n n加料装置加料装置n n排灰装置排灰装置4.气化基本原理（以固定床为例）气化基本原理（以固定床为例）5. 5.气化类型 自热式煤的水蒸气气化（原理如图） ：气化剂：空气或：气化剂：空气或O O2 2；H H2 2O(g)O(g) ：主要反应：主要反应：C+OC+O2 2COCO2 2+Q+Q2C+O2C+O2 22CO+Q2CO+QC+HC+H2 2OCO+HOCO+H2 2-Q-Q：煤气主要可燃成分：煤气主要可燃成分：COCO、H H2 2：特点：特点：n n无外界供热（煤与水蒸气反应进行吸热反应所耗热量无外界供热（煤与水蒸气反应进行吸热反应所耗热量是由煤与氧气进行的放热反应所提供的）；是由煤与氧气进行的放热反应所提供的）；n n所需工业氧价格较贵，煤气中所需工业氧价格较贵，煤气中COCO2 2 含量高。

含量高a外热式煤的水蒸气气化（原理如图） ：气化剂：气化剂：H H2 2O(O(气气) ) ：主要反应：主要反应：C+HC+H2 2OCO+HOCO+H2 2-Q-Q：煤气主要可燃成分：煤气主要可燃成分：COCO、H H2 2：特点：特点：n n气化炉外部供热（煤仅与水蒸气反应）；气化炉外部供热（煤仅与水蒸气反应）；n n 气化炉传热差，不经济气化炉传热差，不经济煤的加氢气化（原理如图）:气化剂：H2：主要反应：C+H2CH4+Q：煤气主要可燃成分：CH4：特点：n n 煤气主要由煤气主要由CHCH4 4组成（代用天然气）；组成（代用天然气）；n n 产生残焦（含碳残渣），煤与产生残焦（含碳残渣），煤与H H2 2加压生成加压生成CHCH4 4的反应性比煤与水蒸汽的反应性小的反应性比煤与水蒸汽的反应性小a ：气化剂：气化剂：气化剂：气化剂： OO2 2；HH2 2O(g)O(g)：主要反应：加氢阶段：主要反应：加氢阶段：主要反应：加氢阶段：主要反应：加氢阶段： C+HC+H2 2CHCH4 4+Q+Q水蒸气气化阶段：水蒸气气化阶段：水蒸气气化阶段：水蒸气气化阶段：C+OC+O2 2COCO2 2+Q+Q2C+O2C+O2 22CO+Q2CO+QC+HC+H2 2OCO+HOCO+H2 2-Q-Q：煤气主要可燃成分：煤气主要可燃成分：煤气主要可燃成分：煤气主要可燃成分： CHCH4 4：特点：特点：特点：特点：n n首先进行加氢气化，首先进行加氢气化，首先进行加氢气化，首先进行加氢气化，n n产生残焦再与水蒸气反应，产生加氢阶段用氢气。

产生残焦再与水蒸气反应，产生加氢阶段用氢气产生残焦再与水蒸气反应，产生加氢阶段用氢气产生残焦再与水蒸气反应，产生加氢阶段用氢气 煤的水蒸气气化和加氢气化相结合制造代用天然气煤的水蒸气气化和加氢气化相结合制造代用天然气 煤的水蒸气气化和甲烷化相结合制造代用天然气煤的水蒸气气化和甲烷化相结合制造代用天然气煤的水蒸气气化和甲烷化相结合制造代用天然气煤的水蒸气气化和甲烷化相结合制造代用天然气：气化剂：O2；H2O(气)：主要反应：水蒸气气化阶段：C+O2CO2+Q2C+O22CO+QC+H2OCO+H2-Q甲烷化反应：CO+3H2CH4+H2O+Q：煤气主要可燃成分：CH4：特点：n首先由煤的水蒸气气化反应产生以CO和H2为主的合成气；n然后合成气在催化剂的作用下“甲烷化”生成甲烷6. 6.基本化学反应基本化学反应（1 1）基本化学反应）基本化学反应 基本化学反应：主反应基本化学反应：主反应氧化反应：氧化反应： C+OC+O2 2COCO2 2+Q+Q 2C+O2C+O2 22CO+Q2CO+QHH2 2+O+O2 2HH2 2O+QO+QCO+HCO+H2 2OCOOCO2 2+H+H2 2+Q+Q水煤气反应：水煤气反应：C+HC+H2 2OCO+HOCO+H2 2-Q-Q副水煤气反应：副水煤气反应：C+2HC+2H2 2OCOOCO2 2+2H+2H2 2-Q-Q气化反应：气化反应：C+COC+CO2 22CO-Q2CO-Q甲烷化反应：甲烷化反应：C+2HC+2H2 2CHCH4 4+Q+QCO+3HCO+3H2 2CHCH4 4+H+H2 2O+QO+Q水煤气主要成水煤气主要成水煤气主要成水煤气主要成分：分：分：分：COCO和和和和HH2 2供热供热供热供热和和和和吸热吸热吸热吸热组合，组合，组合，组合，对自热式气化起对自热式气化起对自热式气化起对自热式气化起重要作用重要作用重要作用重要作用煤中的少量元素氮和硫在气化过程中产生了含氮的和煤中的少量元素氮和硫在气化过程中产生了含氮的和含硫的产物，主要的硫化物是含硫的产物，主要的硫化物是H H2 2S S、COSCOS、CSCS2 2等，主等，主要的含氮化合物是要的含氮化合物是NHNH3 3，HCNHCN、NONO等。

等煤气化时发生的硫（煤气化时发生的硫（煤气化时发生的硫（煤气化时发生的硫（S S）和氮（）和氮（）和氮（）和氮（N N）的基本反应（副反应）的基本反应（副反应）的基本反应（副反应）的基本反应（副反应）SS：S+OS+O2 2SOSO2 2 SOSO2 2+3H+3H2 2 H H2 2S+2HS+2H2 2O OSOSO2 2+2CO+2COS+2COS+2CO2 2 2H2H2 2S+SOS+SO2 2 3S+2H3S+2H2 2OOC+2SC+2SCSCS2 2CO+SCO+SCOSCOSNN：N N2 2+3H+3H2 22NH2NH33NN2 2+H+H2 2O+2COO+2CO2HCN+1.5O2HCN+1.5O2 2 NN2 2+xO+xO2 22NO2NOx x 反应特点反应特点n n一次反应和二次反应一次反应和二次反应n n均相反应和非均相反应均相反应和非均相反应n n吸热反应和放热反应吸热反应和放热反应CoalChemicalengineeringtechnics煤化工工艺学煤化工工艺学5-2气化炉的基本原理1.气固反应器类型 几种床层状态几种床层状态床层：若是在一个圆筒形的容器内安装一个多孔的水平分布板，并将固体颗粒堆放在分布板上，形成一层固体层，工程上称为“床层”，简称“床”。

固定床：固定床：气流速度不致使固体颗粒的相，位置发生变化，即固体颗粒处固体颗粒处于固定状态，床层高度基本上维持不变于固定状态，床层高度基本上维持不变流化床：流化床：气流速度提高，固体颗粒全部浮动起来，但是仍留在床层中不被流体带出气流床：气流床：进一步提高流速，固体颗粒不能继续留在床层中，开始被流体带出容器外，固体颗粒的分散流动与气体质点的流动类似固定床（移动床）气化炉固定床（移动床）气化炉原料：650mm块煤或煤焦；加料方式：上部加料；排灰方式：固态或液态；灰渣和煤气出口温度：不高；炉内情况：煤焦与产生的煤气、气化剂与灰渣都进行逆向热交换碳转化率：高 几种床层状态的气化炉几种床层状态的气化炉几种床层状态的气化炉几种床层状态的气化炉流化床气化炉流化床气化炉p原料：35mm的煤粒；p加料方式：上部加料；p排灰方式：固态；p灰渣和煤气出口温度：接近炉温；p炉内情况：悬浮沸腾，煤与气化剂传热快，温度均匀p碳转化率：低气流床气化炉气流床气化炉p原料：粉煤（70以上通过200目）；p加料方式：下部与气化剂并流加料；p排灰方式：液态排渣；p灰渣和煤气出口温度：接近炉温；p炉内情况：煤与气化剂在高温火焰中反应。

p碳转化率：高熔池气化炉熔池气化炉气固液三相反应气化炉；原料：6mm以下直至煤粉所有范围的煤粒；加料方式：燃料与气化剂并流加入；排灰方式：液态；灰渣和煤气出口温度：接近炉温炉内情况：熔池是液态的熔灰、熔盐或熔融金属作为气化剂和煤的分散剂，作为热源供煤中挥发物的热解和干馏各种床层气化炉的比较项目项目固定床固定床流化床流化床气流床气流床熔融床熔融床气化过程气化过程块煤炉顶供给块煤炉顶供给与热空气逆流，与热空气逆流，依次通过干燥依次通过干燥区、气化区、区、气化区、燃烧区、焦碳燃烧区、焦碳与与O2、H2O作作用生成煤气用生成煤气中小颗粒煤粒中小颗粒煤粒在炉底供给高在炉底供给高速气化剂和蒸速气化剂和蒸汽带动下边流汽带动下边流态翻滚、边在态翻滚、边在高温炉床内气高温炉床内气化化小煤粒的干或小煤粒的干或湿态与气化剂湿态与气化剂高速从喷燃器高速从喷燃器喷入，在高温喷入，在高温高压欠氧下完高压欠氧下完成气化成气化煤粉与氧一起煤粉与氧一起从喷嘴喷进熔从喷嘴喷进熔融金属表面，融金属表面，在高温下瞬时在高温下瞬时气化气化气化温度气化温度C44014008001100120017001500优点优点低温煤气易于低温煤气易于净化净化*适于高灰适于高灰熔点煤熔点煤*技术成技术成熟，全世界煤熟，全世界煤气化装置容量气化装置容量占占90%*操作简单，动操作简单，动力消耗少力消耗少*对耐对耐火炉衬要求低火炉衬要求低*适于高灰熔点适于高灰熔点的煤的煤碳转化率高碳转化率高*液液态灰渣易排出态灰渣易排出放大容量：放大容量：5000吨吨/日日*负荷负荷跟踪好跟踪好（50%）*煤种适应性广煤种适应性广煤种适应性广煤种适应性广*气化效率高气化效率高项目项目项目项目固定床固定床固定床固定床流化床流化床流化床流化床气流床气流床气流床气流床熔融床熔融床熔融床熔融床缺点缺点缺点缺点* *不适于焦结不适于焦结不适于焦结不适于焦结性强的煤性强的煤性强的煤性强的煤* *低温干馏产低温干馏产低温干馏产低温干馏产生煤焦油、生煤焦油、生煤焦油、生煤焦油、沥青等沥青等沥青等沥青等* *单段炉不易单段炉不易单段炉不易单段炉不易大型化，大型化，大型化，大型化，12001200吨吨吨吨/ /日日日日 * *容量较小容量较小容量较小容量较小15001500吨吨吨吨/ /日日日日* *飞灰中未飞灰中未飞灰中未飞灰中未燃尽碳多燃尽碳多燃尽碳多燃尽碳多（第二代利（第二代利（第二代利（第二代利用灰团聚功用灰团聚功用灰团聚功用灰团聚功能）能）能）能）* *对耐火炉衬对耐火炉衬对耐火炉衬对耐火炉衬要求高（第要求高（第要求高（第要求高（第二代用水冷二代用水冷二代用水冷二代用水冷套）套）套）套）* *适于低灰熔适于低灰熔适于低灰熔适于低灰熔点煤点煤点煤点煤适于低灰熔适于低灰熔适于低灰熔适于低灰熔点煤点煤点煤点煤 碳转化（碳转化（碳转化（碳转化（%）99 99 95 95 97979999实用例实用例实用例实用例LurgiLurgi鲁奇炉鲁奇炉鲁奇炉鲁奇炉液态排渣鲁液态排渣鲁液态排渣鲁液态排渣鲁奇炉奇炉奇炉奇炉WinkerWinkerKRWKRWU-GASU-GASTexaco,Texaco,shellshell K-TK-T炉炉炉炉开发中开发中开发中开发中各种床层气化炉的比较（续）2.气化过程热的产生和传递气化效率：即：单位质量气化原料的化学热转化为所产。